Determinare la resistenza interna della fonte di energia fem. Misurazione della fem e della resistenza interna di una sorgente di corrente

Una sorgente è un dispositivo che converte l'energia meccanica, chimica, termica e alcune altre forme di energia in energia elettrica. In altre parole, la sorgente è un elemento attivo della rete progettato per generare elettricità. Vari tipi Le fonti disponibili nella rete elettrica sono fonti di tensione e fonti di corrente. Questi due concetti in elettronica sono diversi l'uno dall'altro.

Sorgente di tensione costante

Una sorgente di tensione è un dispositivo a due poli; la sua tensione è costante in ogni momento e la corrente che lo attraversa non ha alcun effetto. Tale fonte sarà ideale, avendo resistenza interna pari a zero. IN condizioni pratiche non può essere ricevuto.

Sul polo negativo della sorgente di tensione si accumula un eccesso di elettroni e sul polo positivo una carenza di elettroni. Gli stati dei poli sono mantenuti da processi all'interno della sorgente.

Batterie

Le batterie immagazzinano internamente l’energia chimica e sono in grado di convertirla in energia elettrica. Le batterie non possono essere ricaricate, questo è il loro svantaggio.

Batterie

Le batterie ricaricabili sono batterie ricaricabili. Durante la ricarica, l'energia elettrica viene immagazzinata internamente come energia chimica. Durante lo scarico avviene un processo chimico direzione opposta e viene rilasciata energia elettrica.

Esempi:

1. Cella della batteria al piombo. È costituito da elettrodi di piombo e liquido elettrolitico sotto forma di acido solforico diluito con acqua distillata. La tensione per cella è di circa 2 V. Nelle batterie per auto, sei celle sono solitamente collegate in un circuito in serie e la tensione risultante sui terminali di uscita è di 12 V;

1. Batterie al nichel-cadmio, tensione delle celle – 1,2 V.

Importante! Per piccole correnti, batterie e accumulatori possono essere considerati una buona approssimazione delle sorgenti di tensione ideali.

Sorgente di tensione CA

L'elettricità è prodotta a centrali elettriche con l'aiuto di generatori e dopo che la regolazione della tensione è stata trasmessa al consumatore. La tensione alternata della rete domestica da 220 V negli alimentatori di vari dispositivi elettronici viene facilmente convertita ad un valore inferiore quando si utilizzano trasformatori.

Fonte corrente

Per analogia, come crea una sorgente di tensione ideale pressione costante in uscita, il compito del generatore di corrente è quello di produrre un valore di corrente costante, controllando automaticamente la tensione richiesta. Esempi sono i trasformatori di corrente (avvolgimento secondario), le fotocellule, le correnti di collettore dei transistor.

Calcolo della resistenza interna della sorgente di tensione

Le sorgenti di tensione reali hanno una propria resistenza elettrica, chiamata "resistenza interna". Il carico collegato ai terminali della sorgente è designato come "resistenza esterna" - R.

Una batteria di batterie genera campi elettromagnetici:

ε = E/Q, dove:

• E – energia (J);
• Q – carica (C).

La fem totale di una cella della batteria è la sua tensione a circuito aperto quando non c'è carico. Può essere controllato con buona precisione utilizzando un multimetro digitale. La differenza di potenziale misurata ai terminali di uscita della batteria quando è collegata a un resistore di carico sarà inferiore alla sua tensione quando il circuito è aperto, a causa del flusso di corrente attraverso il carico esterno e attraverso la resistenza interna della sorgente, ciò porta alla dissipazione di energia in esso sotto forma di radiazione termica.

La resistenza interna di una batteria chimica è compresa tra una frazione di ohm e pochi ohm ed è dovuta principalmente alla resistenza dei materiali elettrolitici utilizzati nella fabbricazione della batteria.

Se un resistore con resistenza R è collegato a una batteria, la corrente nel circuito è I = ε/(R + r).

La resistenza interna non è un valore costante. Dipende dal tipo di batteria (alcalina, al piombo, ecc.) e cambia in base al valore di carico, alla temperatura e al periodo di utilizzo della batteria. Nelle batterie usa e getta, ad esempio, durante l'uso la resistenza interna aumenta e la tensione quindi diminuisce fino a raggiungere uno stato inadatto per un ulteriore utilizzo.

Se la fem della sorgente è una quantità predeterminata, la resistenza interna della sorgente viene determinata misurando la corrente che scorre attraverso la resistenza di carico.

1. Poiché la resistenza interna ed esterna nel circuito approssimativo sono collegate in serie, puoi utilizzare le leggi di Ohm e Kirchhoff per applicare la formula:

1. Da questa espressione r = ε/I - R.

Esempio. Una batteria con una fem nota ε = 1,5 V è collegata in serie ad una lampadina. La caduta di tensione attraverso la lampadina è di 1,2 V. Pertanto, la resistenza interna dell'elemento crea una caduta di tensione: 1,5 - 1,2 = 0,3 V. La resistenza dei fili nel circuito è considerata trascurabile, la resistenza della lampada non lo è conosciuto. Corrente misurata che passa attraverso il circuito: I = 0,3 A. È necessario determinare la resistenza interna della batteria.

1. Secondo la legge di Ohm, la resistenza della lampadina è R = U/I = 1,2/0,3 = 4 Ohm;
2. Ora, secondo la formula per il calcolo della resistenza interna, r = ε/I - R = 1,5/0,3 - 4 = 1 Ohm.

In caso di cortocircuito la resistenza esterna scende quasi a zero. La corrente può essere limitata solo dalla piccola resistenza della sorgente. La corrente generata in una situazione del genere è così forte che la sorgente di tensione potrebbe essere danneggiata dagli effetti termici della corrente e sussiste il rischio di incendio. Il rischio di incendio si previene installando dei fusibili, ad esempio nei circuiti della batteria dell'auto.

Resistenza interna della sorgente di tensione – fattore importante, al momento di decidere come trasferire la potenza più efficiente a un apparecchio elettrico collegato.

Importante! Il massimo trasferimento di potenza si verifica quando la resistenza interna della sorgente è uguale alla resistenza del carico.

Tuttavia, in questa condizione, ricordando la formula P = I² x R, una identica quantità di energia viene trasferita al carico e dissipata nella sorgente stessa, e la sua efficienza è solo del 50%.

I requisiti di carico devono essere attentamente considerati per decidere il miglior utilizzo della sorgente. Ad esempio, una batteria per auto al piombo deve fornire correnti elevate con una tensione relativamente bassa di 12 V. La sua bassa resistenza interna gli consente di farlo.

In alcuni casi, gli alimentatori ad alta tensione devono avere una resistenza interna estremamente elevata per limitare la corrente di cortocircuito.

Caratteristiche della resistenza interna della sorgente di corrente

Una fonte di corrente ideale ha una resistenza infinita, ma per le fonti autentiche si può immaginare una versione approssimativa. Il circuito elettrico equivalente è una resistenza collegata alla sorgente in parallelo e una resistenza esterna.

La corrente in uscita dal generatore di corrente è distribuita come segue: parte della corrente scorre attraverso la resistenza interna più alta e attraverso la resistenza di carico bassa.

La corrente di uscita sarà la somma delle correnti nella resistenza interna e nel carico Io = In + Iin.

Si scopre:

In = I® - Iin = I® - Un/r.

Questa relazione mostra che all'aumentare della resistenza interna del generatore di corrente, tanto più diminuisce la corrente ai suoi capi e il resistore di carico riceve la maggior parte della corrente. È interessante notare che la tensione non influirà sul valore corrente.

Tensione di uscita della sorgente reale:

Uout = I x (R x r)/(R + r) = I x R/(1 + R/r). Valuta questo articolo:

Alle estremità del conduttore, e quindi della corrente, è necessaria la presenza di forze esterne di natura non elettrica, con l'aiuto delle quali avviene la separazione delle cariche elettriche.

Da forze esterne sono tutte le forze che agiscono sulle particelle elettricamente cariche in un circuito, ad eccezione di quelle elettrostatiche (cioè Coulomb).

Forze terze mettono in movimento particelle cariche all'interno di tutte le fonti di corrente: nei generatori, nelle centrali elettriche, nelle celle galvaniche, nelle batterie, ecc.

Quando un circuito è chiuso, si crea un campo elettrico in tutti i conduttori del circuito. All'interno della sorgente di corrente, le cariche si muovono sotto l'influenza di forze esterne contrarie alle forze di Coulomb (gli elettroni si spostano da un elettrodo carico positivamente a uno negativo) e per il resto del circuito sono guidati da un campo elettrico (vedi figura sopra).

Nelle fonti attuali, durante il processo di separazione delle particelle cariche, avviene una trasformazione tipi diversi energia in elettricità. In base al tipo di energia convertita si distinguono i seguenti tipi forza elettromotiva:

- elettrostatico- in una macchina elettroforica, in cui l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica per attrito;

- termoelettrico- in un termoelemento - l'energia interna della giunzione riscaldata di due fili costituiti da metalli diversi, si trasforma in elettrico;

- fotovoltaico- in una fotocellula. Qui avviene la conversione dell'energia luminosa in energia elettrica: quando vengono illuminate determinate sostanze, ad esempio selenio, ossido di rame (I), silicio, si osserva una perdita di carica elettrica negativa;

- chimico- nelle celle galvaniche, nelle batterie e in altre fonti in cui l'energia chimica viene convertita in energia elettrica.

Forza elettromotrice (EMF)— caratteristiche delle fonti attuali. Il concetto di EMF fu introdotto da G. Ohm nel 1827 per i circuiti a corrente continua. Nel 1857 Kirchhoff definì la forza elettromagnetica come il lavoro delle forze esterne durante il trasferimento di una carica elettrica unitaria lungo un circuito chiuso:

ɛ = Ast /q,

Dove ɛ — campi elettromagnetici della fonte di corrente, Una st- lavoro di forze esterne, Q- importo dell'addebito trasferito.

La forza elettromotrice è espressa in volt.

Possiamo parlare di forza elettromotrice in qualsiasi parte del circuito. Questo è il lavoro specifico delle forze esterne (lavoro per spostare una singola carica) non lungo l'intero circuito, ma solo in una determinata area.

Resistenza interna della sorgente di corrente.

Lascia che ci sia un semplice circuito chiuso costituito da una sorgente di corrente (ad esempio una cella galvanica, una batteria o un generatore) e un resistore con una resistenza R. La corrente in un circuito chiuso non viene interrotta da nessuna parte, quindi esiste anche all'interno della sorgente di corrente. Qualsiasi fonte rappresenta una certa resistenza alla corrente. È chiamato resistenza interna della sorgente di corrente ed è designato dalla lettera R.

Nel generatore R- questa è la resistenza dell'avvolgimento, in una cella galvanica - la resistenza della soluzione elettrolitica e degli elettrodi.

Pertanto, la fonte attuale è caratterizzata dai valori di EMF e resistenza interna, che ne determinano la qualità. Ad esempio, le macchine elettrostatiche hanno un EMF molto elevato (fino a decine di migliaia di volt), ma allo stesso tempo la loro resistenza interna è enorme (fino a centinaia di megaohm). Pertanto, non sono adatti per generare correnti elevate. Le celle galvaniche hanno un EMF di solo circa 1 V, ma anche la resistenza interna è bassa (circa 1 Ohm o meno). Ciò consente loro di ottenere correnti misurate in ampere.

Lavoro di laboratorio n. 8

Soggetto: "Determinazione della forza elettromotrice e della resistenza interna di una sorgente di corrente».

Bersaglio: imparare a determinare la forza elettromotrice e la resistenza interna della sorgente energia elettrica.

Attrezzatura: 1. Amperometro da laboratorio;

2. Fonte di energia elettrica;

3. Cavi di collegamento,

4. Set resistenze da 2 Ohm e 4 Ohm;

5. Interruttore unipolare; chiave.

Teoria.

La comparsa di una differenza di potenziale ai poli di qualsiasi sorgente è il risultato della separazione delle cariche positive e negative in essa contenute. Questa separazione avviene a causa del lavoro svolto dalle forze esterne.

Vengono chiamate forze di origine non elettrica che agiscono sui portatori di carica gratuiti provenienti da fonti di corrente forze esterne.

Quando le cariche elettriche si muovono lungo un circuito di corrente continua, le forze esterne che agiscono all'interno delle sorgenti di corrente compiono lavoro.

Quantità fisica, pari al rapporto tra il lavoro A st delle forze esterne quando si sposta una carica q all'interno di una sorgente di corrente e il valore di questa carica, viene chiamatoforza elettromotrice sorgente (EMF):

La forza elettromagnetica è determinata dal lavoro svolto dalle forze esterne quando si sposta una singola carica positiva.

La forza elettromotrice, come la differenza di potenziale, viene misurata volt[IN].

Per misurare i campi elettromagnetici fonte, è necessario giuntura a lui voltmetro con circuito aperto.

La fonte di corrente è un conduttore e ha sempre una certa resistenza, quindi la corrente genera calore al suo interno. Questa resistenza si chiama resistenza della sorgente interna e denotare R.

Se il circuito è aperto, il lavoro delle forze esterne viene convertito in energia potenziale della fonte di corrente. Con un circuito chiuso questo energia potenziale viene speso per lavorare spostando le cariche nel circuito esterno con resistenza R e nella parte interna del circuito con resistenza r, cioè ε = IR + IR .

Se il circuito è costituito da una parte esterna con una resistenza R e una parte interna con una resistenza r, allora, secondo la legge di conservazione dell'energia, la fem della sorgente sarà uguale alla somma delle tensioni sulla parte esterna e sezioni interne del circuito, perché quando si muove lungo un circuito chiuso, la carica ritorna nella sua posizione originale, dove IR– tensione sulla sezione esterna del circuito, e Io- tensione sulla sezione interna del circuito.

Pertanto, per una sezione del circuito contenente EMF:

Questa formula esprime Legge di Ohm per un circuito completo : l'intensità di corrente in un circuito completo è direttamente proporzionale alla forza elettromotrice della sorgente e inversamente proporzionale alla somma delle resistenze delle sezioni esterna ed interna del circuito.

ε e r possono essere determinati sperimentalmente.

Spesso le fonti di energia elettrica sono collegate tra loro per alimentare un circuito. Il collegamento delle sorgenti ad una batteria può essere seriale o parallelo.

In una connessione in serie, due sorgenti adiacenti sono collegate da poli opposti.

Cioè, per il collegamento in serie delle batterie, al "più" schema elettrico collegare il terminale positivo della prima batteria. Il terminale positivo della seconda batteria è collegato al suo terminale negativo, ecc. Il terminale negativo dell'ultima batteria è collegato al “meno” del circuito elettrico.

La batteria risultante collegata in serie ha la stessa capacità di una batteria singola e la tensione di tale batteria è pari alla somma delle tensioni delle batterie in essa incluse. Quelli. Se le batterie hanno la stessa tensione, la tensione della batteria è uguale alla tensione di una batteria moltiplicata per il numero di batterie nella batteria.

1. La fem della batteria è uguale alla somma della fem delle singole fontiε= ε 1 + ε 2 + ε 3

2 . La resistenza totale della batteria sorgente è pari alla somma delle resistenze interne delle singole sorgenti r batterie = r 1 + r 2 + r 3

Se n sorgenti identiche sono collegate a una batteria, allora la fem della batteria è ε = nε 1 e la resistenza r della batteria = nr 1

3.

A collegamento parallelo collegare insieme tutti i poli positivi e tutti quelli negativi di due on fonti.

Cioè, con una connessione parallela, le batterie sono collegate in modo tale che i terminali positivi di tutte le batterie siano collegati a un punto del circuito elettrico ("più") e i terminali negativi di tutte le batterie siano collegati a un altro punto del circuito ("meno").

Collegare solo in parallelo fonti Con lo stesso campo elettromagnetico. La batteria risultante collegata in parallelo ha la stessa tensione di una batteria singola e la capacità di tale batteria è pari alla somma delle capacità delle batterie in essa incluse. Quelli. se le batterie hanno la stessa capacità, la capacità della batteria è pari alla capacità di una batteria moltiplicata per il numero di batterie nella batteria.

1. La fem di una batteria di sorgenti identiche è uguale alla fem di una sorgente.ε= ε 1 = ε 2 = ε 3

2. La resistenza della batteria è inferiore alla resistenza di una singola sorgente r batterie = r 1 /n
3. Intensità attuale in un circuito del genere secondo la legge di Ohm

L'energia elettrica accumulata in una batteria è pari alla somma delle energie delle singole batterie (il prodotto delle energie delle singole batterie, se le batterie sono uguali), indipendentemente dal fatto che le batterie siano collegate in parallelo o in serie.

La resistenza interna delle batterie prodotte utilizzando la stessa tecnologia è approssimativamente inversamente proporzionale alla capacità della batteria. Pertanto, poiché con un collegamento in parallelo la capacità della batteria è pari alla somma delle capacità delle batterie in essa contenute, cioè aumenta, la resistenza interna diminuisce.

Progresso.

1. Disegna una tabella:

2. Considera la scala dell'amperometro e determina il valore di una divisione.
3. Realizzare un circuito elettrico secondo lo schema mostrato nella Figura 1. Posizionare l'interruttore in posizione centrale.

Immagine 1.

4. Chiudere il circuito introducendo una resistenza R inferiore 1 1 . Aprire il circuito.

5. Chiudere il circuito introducendo maggiore resistenza R 2 . Registrare il valore corrente I 2 . Aprire il circuito.

6. Calcolare il valore della fem e della resistenza interna della fonte di energia elettrica.

Legge di Ohm per il circuito completo per ciascun caso: E

Da qui otteniamo le formule per calcolare ε e r:

7. Annotare i risultati di tutte le misurazioni e i calcoli in una tabella.

8. Trarre una conclusione.

9. Rispondi alle domande di sicurezza.

DOMANDE DI CONTROLLO.

1. Espandere il significato fisico del concetto “forza elettromotrice di una sorgente di corrente”.

2. Determinare la resistenza della sezione esterna del circuito, utilizzando i risultati delle misurazioni ottenute e la legge di Ohm per il circuito completo.

3. Spiegare perché la resistenza interna aumenta quando le batterie sono collegate in serie e diminuisce quando le batterie sono collegate in parallelo rispetto alla resistenza r 0 una batteria.

4. In quale caso un voltmetro collegato ai terminali del generatore indica l'EMF del generatore e in quale caso è la tensione ai capi della sezione esterna del circuito? Questa tensione può essere considerata anche la tensione ai capi della sezione interna del circuito?

Opzione di misurazione.

Esperienza 1. Resistenza R 1 =2 Ohm, corrente I 1 =1,3 A.

Resistenza R 2 =4 Ohm, corrente I 2 =0,7 A.

Obiettivo del lavoro: Impara a determinare sperimentalmente la fem e la resistenza interna di una fonte di corrente.

Strumenti e attrezzature: Sorgenti di energia elettrica, amperometro (fino a 2A con divisione fino a 0,1A), voltmetro (costante fino a 3A con divisione fino a 0,3V), caricatore (resistenza fino a 10 Ohm), chiave, cavi di collegamento.

TEORIA:

Per mantenere la corrente in un conduttore è necessario che la differenza di potenziale (tensione) ai suoi capi rimanga costante. Per questo, viene utilizzata una fonte di corrente. La differenza di potenziale ai suoi poli si forma a causa della separazione delle cariche in positive e negative. Il lavoro di separazione delle cariche è svolto da forze esterne (non di origine elettrica).

La quantità misurata dal lavoro svolto dalle forze esterne quando si sposta un'unità di carica elettrica positiva all'interno di una sorgente di corrente è chiamata forza elettromotrice della sorgente di corrente (EMF) ed è espressa in volt.

Quando il circuito è chiuso, le cariche separate nella sorgente di corrente formano un campo elettrico che muove le cariche lungo il circuito esterno; All'interno della sorgente di corrente, le cariche si muovono verso il campo sotto l'influenza di forze esterne. Pertanto, l'energia immagazzinata nella sorgente di corrente viene spesa per il lavoro di spostamento della carica in un circuito con resistenze R esterne e r interne.

PROGRESSO

1. Assemblare il circuito elettrico come mostrato nello schema.

2. Misurare la forza elettromagnetica della fonte di energia elettrica collegandola a un voltmetro (circuito).

3. Misurare la caduta di corrente e tensione su una determinata resistenza.

№	E	U	IO	R	R	rcр
1.
2.
3.

4. Calcola la resistenza interna utilizzando la legge di Ohm per l'intero circuito.

5. Esegui esperimenti con altre resistenze e calcola la resistenza interna dell'elemento.

6. Calcolare il valore medio della resistenza interna dell'elemento.

7. Annotare i risultati di tutte le misurazioni e i calcoli in una tabella.

8. Trova l'errore assoluto e relativo.

9. Trarre una conclusione.

DOMANDE DI CONTROLLO

1. Specificare le condizioni di esistenza corrente elettrica in Esplora risorse.

2. Qual è il ruolo della fonte di energia elettrica in circuito elettrico?

3. Da cosa dipende la tensione ai terminali della fonte di energia elettrica?

LAVORO DI LABORATORIO N. 7

DETERMINAZIONE DELL'EQUIVALENTE ELETTROCHIMICO DEL RAME.

Obiettivo del lavoro: imparare in pratica a calcolare l'equivalente elettrochimico del rame.

Attrezzatura: Bilancia, amperometro, orologio. , fonte di energia elettrica, reostato, chiave, piastre di rame (elettrodi), cavi di collegamento, bagno elettrolitico con soluzione di solfato di rame.

Teoria

Il processo mediante il quale le molecole di sali, acidi e alcali, quando disciolte in acqua o altri solventi, si disintegrano in particelle cariche (ioni) è chiamato dissociazione elettrolitica , la soluzione risultante con ioni positivi e negativi è chiamata elettrolita.

Se le piastre (elettrodi) collegate ai terminali di una sorgente di corrente vengono posizionate in un recipiente con un elettrolita (viene creato un campo elettrico nell'elettrolita), gli ioni positivi si sposteranno verso il catodo e gli ioni negativi si sposteranno verso l'anodo. Pertanto, in soluzioni di acidi, sali e alcali carica elettrica si muoverà insieme alle particelle della materia. In questo caso, sugli elettrodi si verificano reazioni redox, durante le quali su di essi viene rilasciata una sostanza. Il processo di passaggio della corrente elettrica attraverso un elettrolita, accompagnato da reazioni chimiche chiamata elettrolisi.

Per l’elettrolisi vale la legge di Faraday: la massa della sostanza rilasciata sull’elettrodo è direttamente proporzionale alla carica che attraversa l’elettrolita:

dove k è l'equivalente elettrochimico - la quantità di sostanza rilasciata quando 1 C di elettricità passa attraverso l'elettrolita. Misurando l'intensità della corrente nel circuito, il suo tempo di passaggio e la massa della sostanza rilasciata al catodo, si può determinare l'equivalente elettrochimico (1c è espresso in kg/C).

dove m è la massa di rame rilasciata al catodo; I è la forza attuale nel circuito; t è il tempo in cui la corrente attraversa il circuito.

Assemblare il circuito elettrico secondo lo schema.

1. Pesare attentamente una delle piastre, che fungerà da catodo, (se la piastra è bagnata, deve essere asciugata) con una precisione di 10 mg e scrivere il risultato nella tabella.

2. Inserire l'elettrodo nel bagno elettrolitico e creare un circuito elettrico secondo lo schema.

3. Regolare la corrente con un reostato in modo che il suo valore non superi 1 A per 50 cm 2 della parte immersa della piastra catodica.

4. Chiudere il circuito per 15-20 minuti.

5. Aprire il circuito, rimuovere la piastra catodica, lavare via la soluzione rimanente e asciugarla sotto un'asciugatrice.

6. Pesare la piastra essiccata con l'approssimazione di 10 mg.

7. Annotare nella tabella il valore corrente, il tempo dell'esperimento, l'aumento di massa della piastra catodica e determinare l'equivalente elettrochimico.

Stima dell'errore.

.

Errore relativo:
.

, quindi .

Successivamente il risultato è dato come: .

Confronta il risultato con la tabella.

Domande di controllo.

1. Cos'è la dissociazione elettrolitica, l'elettrolisi?

2. Quanto dura l'elettrolisi del solfato di rame se entrambi gli elettrodi sono di rame? Entrambi gli elettrodi sono in carbonio?

3. L'elettrolisi sarà più veloce o più lenta se uno degli elettrodi di rame viene sostituito con quello di zinco?

Lavoro di laboratorio

« Misurazione dei campi elettromagnetici e resistenza interna della sorgente di corrente"

Fisica della disciplina

Insegnante A.B. Vinogradov

Nizhny Novgorod

2014

Obiettivo del lavoro: sviluppare la capacità di determinare l'EMF e la resistenza interna di una fonte di corrente utilizzando un amperometro e un voltmetro.

Attrezzatura: raddrizzatore VU-4M, amperometro, voltmetro, cavi di collegamento, elementi della tavoletta n. 1: chiave, resistenzaR 1 .

Teorico Il contenuto dell'opera.

Resistenza interna della sorgente di corrente.

Quando passa la corrente a circuito chiuso, le particelle elettricamente cariche si muovono non solo all'interno dei conduttori che collegano i poli della sorgente di corrente, ma anche all'interno della sorgente di corrente stessa. Pertanto, in un circuito elettrico chiuso, si distinguono le sezioni esterna e interna del circuito. Sezione catena esterna costituisce l'intero insieme di conduttori che sono collegati ai poli della sorgente di corrente. Sezione catena interna- Questa è la fonte attuale stessa. Una sorgente di corrente, come qualsiasi altro conduttore, ha resistenza. Pertanto, in un circuito elettrico costituito da una sorgente di corrente e conduttori con resistenza elettrica R , la corrente elettrica funziona non solo sulla sezione esterna, ma anche su quella interna del circuito. Ad esempio, quando una lampada a incandescenza è collegata alla batteria galvanica di una torcia elettrica, non solo la spirale della lampada e i fili di alimentazione, ma anche la batteria stessa vengono riscaldati dalla corrente elettrica. Si chiama la resistenza elettrica della sorgente di corrente resistenza interna. In un generatore elettromagnetico, la resistenza interna è la resistenza elettrica del filo di avvolgimento del generatore. Nella sezione interna del circuito elettrico viene rilasciata una quantità di calore pari a

Dove R- resistenza interna della sorgente di corrente.

La quantità totale di calore rilasciata quando la corrente continua scorre in un circuito chiuso, le cui sezioni esterna ed interna hanno rispettivamente resistenze uguali. R E R, equivale

. (2)

Qualsiasi circuito chiuso può essere rappresentato come due resistori collegati in serie con resistenze equivalenti R E R. Pertanto la resistenza del circuito completo è pari alla somma delle resistenze esterna ed interna:
. Poiché in un collegamento in serie l'intensità di corrente in tutte le sezioni del circuito è la stessa, la stessa quantità di corrente passa attraverso le sezioni esterna ed interna del circuito. Quindi, secondo la legge di Ohm, per una sezione del circuito, le cadute di tensione sulle sue sezioni esterna ed interna saranno rispettivamente uguali:

E
(3)

Forza elettromotiva.

Il lavoro totale svolto dalle forze del campo elettrostatico quando le cariche si muovono lungo un circuito chiuso di corrente continua è zero. Di conseguenza, tutto il lavoro di una corrente elettrica in un circuito elettrico chiuso viene completato a causa dell'azione di forze esterne che provocano la separazione delle cariche all'interno della sorgente e mantengono una tensione costante all'uscita della sorgente di corrente. Attitudine al lavoro
, eseguito da forze esterne per spostare la carica Q lungo la catena, viene chiamato il valore di questa carica forza elettromotrice della sorgente(EMF) :

, (4)

Dove
- addebito trasferito.

La FEM è espressa nelle stesse unità della tensione o della differenza di potenziale, cioè in volt:
.

Legge di Ohm per un circuito completo.

Se, a seguito del passaggio di corrente continua in un circuito elettrico chiuso, si verifica solo il riscaldamento dei conduttori, allora secondo la legge di conservazione dell'energia, il lavoro totale della corrente elettrica nel circuito chiuso, pari al lavoro delle forze esterne della sorgente di corrente, è pari alla quantità di calore rilasciata nelle sezioni esterna ed interna del circuito:

. (5)

Dalle espressioni (2), (4) e (5) si ottiene:

. (6)

Perché
, Quello

, (7)

O

. (8)

L'intensità della corrente in un circuito elettrico è direttamente proporzionale alla forza elettromotrice sorgente corrente ed è inversamente proporzionale alla quantità resistenza elettrica tratti esterni ed interni della catena. Viene chiamata l'espressione (8). Legge di Ohm per un circuito completo.

Pertanto, dal punto di vista fisico, la legge di Ohm esprime la legge di conservazione dell'energia per un circuito CC chiuso.

Ordine di lavoro.

Preparazione per svolgere il lavoro.

Di fronte a te sui tavoli c'è un mini-laboratorio di elettrodinamica. Il suo aspetto è presentato in l. R. N. 9 nella Figura 2.

A sinistra ci sono un milliamperometro, un raddrizzatore VU-4M, un voltmetro e un amperometro. La compressa n. 1 è fissata a destra (vedere Fig. 3 nel foglio n. 9). La sezione posteriore del case contiene fili di collegamento colorati: il filo rosso viene utilizzato per collegare il VU-4M alla presa “+” del tablet; filo bianco - per collegare il VU-4M alla presa “-”; fili gialli: per il collegamento agli elementi del tablet strumenti di misura; blu - per collegare insieme gli elementi del tablet. La sezione è chiusa con una piattaforma pieghevole. Nella posizione di lavoro, la piattaforma si trova orizzontalmente e viene utilizzata come superficie di lavoro durante l'assemblaggio di configurazioni sperimentali negli esperimenti.

2. Avanzamento dei lavori.

Mentre lavori, imparerai un metodo per misurare le caratteristiche di base di una fonte di corrente utilizzando la legge di Ohm per un circuito completo, che mette in relazione l'intensità della corrente IO nel circuito, EMF della sorgente di corrente , la sua resistenza interna R e resistenza del circuito esterno R rapporto:

. (9)

1 modo.

CON Un diagramma della configurazione sperimentale è mostrato nella Figura 1.

Fig. 1.

Studialo attentamente. Quando l'interruttore B è aperto, la sorgente è chiusa a un voltmetro, la cui resistenza è molto maggiore della resistenza interna della sorgente (R << R ). In questo caso la corrente nel circuito è così piccola che il valore della caduta di tensione ai capi della resistenza interna della sorgente può essere trascurato
e la fem della sorgente con un errore trascurabile è uguale alla tensione ai suoi terminali , che viene misurato da un voltmetro, cioè

. (10)

Pertanto, la fem della sorgente è determinata dalle letture del voltmetro con la chiave B aperta.

Se l'interruttore B è chiuso, il voltmetro mostrerà la caduta di tensione attraverso il resistore R :

. (11)

Quindi, sulla base delle uguaglianze (9), (10) e (11), possiamo affermarlo

(12)

Dalla formula (12) è chiaro che per determinare la resistenza interna di una sorgente di corrente, è necessario, oltre alla sua EMF, conoscere l'intensità della corrente nel circuito e la tensione ai capi del resistore R quando l'interruttore è chiuso.

La corrente in un circuito può essere misurata utilizzando un amperometro. Resistore a filo avvolto realizzato in filo di nicromo e ha una resistenza di 5 ohm.

Assemblare il circuito secondo lo schema mostrato in Figura 3.

Dopo aver assemblato il circuito, è necessario alzare la mano e chiamare l'insegnante in modo che possa verificare il corretto assemblaggio del circuito elettrico. E se la catena è assemblata correttamente, inizia a lavorare.

Con la chiave B aperta, effettuare le letture del voltmetro e inserire il valore della tensione nella tabella 1. Quindi chiudere il tasto B e leggere nuovamente il voltmetro, ma questa volta e letture dell'amperometro. Immettere i valori di tensione e corrente nella Tabella 1.

Calcolare la resistenza interna della sorgente di corrente.

Tabella 1.

, IN

, IN

Io, A

, IN

r, Ohm

Metodo 2.

Innanzitutto, assemblare la configurazione sperimentale mostrata nella Figura 2.

Riso. 2.

Misurare la corrente nel circuito usando un amperometro, scrivi il risultato sul tuo quaderno. Resistenza del resistore =5Ohm. Tutti i dati vengono inseriti nella tabella 2., Ohm

Domande di controllo:

Sezioni esterne ed interne della catena.

Quale resistenza si chiama interna? Designazione.

Qual è la resistenza totale?

Definire la forza elettromotrice (EMF). Designazione. Unità.

Enunciare la legge di Ohm per il circuito completo.

Se non conoscessimo i valori di resistenza dei resistori a filo avvolto, sarebbe possibile utilizzare il secondo metodo e cosa è necessario fare per questo (forse, ad esempio, dobbiamo collegare qualche dispositivo al circuito)?

Essere in grado di assemblare i circuiti elettrici utilizzati nel lavoro.

Letteratura

Kabardin O.F.. Riferimento. Materiali: libro di testo. Un manuale per gli studenti.-3a ed.-M.: Education, 1991.-p.:150-151.

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