Nosakiet emf enerģijas avota iekšējo pretestību. Strāvas avota EMF un iekšējās pretestības mērīšana

Avots ir ierīce, kas mehānisko, ķīmisko, termisko un dažus citus enerģijas veidus pārvērš elektroenerģijā. Citiem vārdiem sakot, avots ir aktīvs tīkla elements, kas paredzēts elektroenerģijas ražošanai. Dažādi veidi Elektrotīklā pieejamie avoti ir sprieguma avoti un strāvas avoti. Šie divi jēdzieni elektronikā atšķiras viens no otra.

Pastāvīga sprieguma avots

Sprieguma avots ir ierīce ar diviem poliem, kuras spriegums ir nemainīgs jebkurā laikā, un strāvai, kas iet caur to, nav nekādas ietekmes. Šāds avots būs ideāls ar nulles iekšējo pretestību. IN praktiskie apstākļi to nevar saņemt.

Sprieguma avota negatīvajā polā uzkrājas elektronu pārpalikums, bet pozitīvajā polā - elektronu deficīts. Polu stāvokļus uztur procesi avotā.

Baterijas

Baterijas iekšēji uzglabā ķīmisko enerģiju un spēj to pārvērst elektriskajā enerģijā. Baterijas nevar uzlādēt, kas ir to trūkums.

Baterijas

Uzlādējamās baterijas ir uzlādējamas baterijas. Uzlādes laikā elektriskā enerģija tiek uzglabāta iekšēji kā ķīmiskā enerģija. Izkraušanas laikā iekšā notiek ķīmisks process pretējā virzienā, un tiek atbrīvota elektriskā enerģija.

Piemēri:

Svina-skābes akumulatora elementi. Tas ir izgatavots no svina elektrodiem un elektrolītiskā šķidruma sērskābes veidā, kas atšķaidīts ar destilētu ūdeni. Spriegums uz vienu elementu ir aptuveni 2 V. Automašīnu akumulatoros sešas šūnas parasti ir savienotas virknē, un iegūtais spriegums izejas spailēs ir 12 V;

Niķeļa-kadmija baterijas, elementu spriegums – 1,2 V.

Svarīgi! Mazām strāvām baterijas un akumulatorus var uzskatīt par labu ideālu sprieguma avotu tuvinājumu.

Maiņstrāvas sprieguma avots

Elektrība tiek ražota plkst spēkstacijas ar ģeneratoru palīdzību un pēc sprieguma regulēšanas tiek pārraidīta patērētājam. 220 V mājas tīkla maiņspriegums dažādu elektronisko ierīču barošanas blokos ir viegli konvertējams uz zemāku vērtību, izmantojot transformatorus.

Pašreizējais avots

Pēc analoģijas, kā veidojas ideāls sprieguma avots pastāvīgs spriegums pie izejas strāvas avota uzdevums ir radīt nemainīgu strāvas vērtību, automātiski kontrolējot nepieciešamo spriegumu. Piemēri ir strāvas transformatori (sekundārais tinums), fotoelementi, tranzistoru kolektoru strāvas.

Sprieguma avota iekšējās pretestības aprēķins

Reāliem sprieguma avotiem ir sava elektriskā pretestība, ko sauc par "iekšējo pretestību". Slodze, kas savienota ar avota spailēm, ir apzīmēta kā “ārējā pretestība” - R.

Bateriju baterija rada EML:

ε = E/Q, kur:

E – enerģija (J);
Q – lādiņš (C).

Akumulatora elementa kopējais emf ir tā atvērtās ķēdes spriegums, kad nav slodzes. To var pārbaudīt ar labu precizitāti, izmantojot digitālo multimetru. Potenciālu starpība, ko mēra akumulatora izejas spailēs, kad tas ir savienots ar slodzes rezistoru, būs mazāks par tā spriegumu, kad ķēde ir atvērta, pateicoties strāvas plūsmai caur ārējo slodzi un caur avota iekšējo pretestību, tas noved pie enerģijas izkliedēšanas tajā siltuma starojuma veidā.

Ķīmisko akumulatoru iekšējā pretestība ir no omu daļas līdz dažiem omiem, un to galvenokārt nosaka akumulatora ražošanā izmantoto elektrolītisko materiālu pretestība.

Ja akumulatoram ir pievienots rezistors ar pretestību R, strāvas stiprums ķēdē ir I = ε/(R + r).

Iekšējā pretestība nav nemainīga vērtība. To ietekmē akumulatora tips (sārma, svina-skābes utt.), un tas mainās atkarībā no slodzes vērtības, temperatūras un akumulatora lietošanas perioda. Piemēram, vienreizējās lietošanas baterijās iekšējā pretestība lietošanas laikā palielinās, un tāpēc spriegums krītas, līdz tas sasniedz stāvokli, kas nav piemērots turpmākai lietošanai.

Ja avota emf ir iepriekš noteikts lielums, avota iekšējo pretestību nosaka, mērot strāvu, kas plūst caur slodzes pretestību.

Tā kā iekšējā un ārējā pretestība aptuvenajā ķēdē ir savienotas virknē, varat izmantot Oma un Kirhhofa likumus, lai piemērotu formulu:

No šīs izteiksmes r = ε/I - R.

Piemērs. Akumulators ar zināmu emf ε = 1,5 V ir savienots virknē ar spuldzi. Sprieguma kritums pāri spuldzei ir 1,2 V. Tāpēc elementa iekšējā pretestība rada sprieguma kritumu: 1,5 - 1,2 = 0,3 V. Vadu pretestība ķēdē tiek uzskatīta par niecīgu, lampas pretestība nav zināms. Izmērītā strāva, kas iet caur ķēdi: I = 0,3 A. Ir nepieciešams noteikt akumulatora iekšējo pretestību.

Saskaņā ar Oma likumu spuldzes pretestība ir R = U/I = 1,2/0,3 = 4 omi;
Tagad, saskaņā ar iekšējās pretestības aprēķināšanas formulu, r = ε / I - R = 1,5 / 0,3 - 4 = 1 Ohm.

Īssavienojuma gadījumā ārējā pretestība nokrītas gandrīz līdz nullei. Strāvu var ierobežot tikai avota mazā pretestība. Šādā situācijā radītā strāva ir tik spēcīga, ka strāvas termiskās iedarbības rezultātā var tikt bojāts sprieguma avots un pastāv aizdegšanās risks. Ugunsgrēka risks tiek novērsts, uzstādot drošinātājus, piemēram, automašīnu akumulatoru ķēdēs.

Sprieguma avota iekšējā pretestība - svarīgs faktors, lemjot, kā nodot visefektīvāko jaudu pievienotai elektroierīcei.

Svarīgi! Maksimālā jaudas pārnešana notiek, ja avota iekšējā pretestība ir vienāda ar slodzes pretestību.

Tomēr saskaņā ar šo nosacījumu, atceroties formulu P = I² x R, identisks enerģijas daudzums tiek pārnests uz slodzi un izkliedēts pašā avotā, un tā efektivitāte ir tikai 50%.

Slodzes prasības ir rūpīgi jāapsver, lai izlemtu par labāko avota izmantošanu. Piemēram, svina-skābes automašīnas akumulatoram ir jānodrošina liela strāva pie salīdzinoši zema 12 V sprieguma. Tā zemā iekšējā pretestība ļauj to izdarīt.

Dažos gadījumos augstsprieguma barošanas blokiem jābūt ar ārkārtīgi lielu iekšējo pretestību, lai ierobežotu īssavienojuma strāvu.

Strāvas avota iekšējās pretestības iezīmes

Ideālam strāvas avotam ir bezgalīga pretestība, bet oriģinālajiem avotiem var iedomāties aptuvenu versiju. Līdzvērtīgā elektriskā ķēde ir pretestība, kas paralēli savienota ar avotu, un ārējā pretestība.

Strāvas izvade no strāvas avota tiek sadalīta šādi: daļa strāvas plūst caur augstāko iekšējo pretestību un caur zemu slodzes pretestību.

Izejas strāva būs iekšējās pretestības strāvu un slodzes summa Io = In + Iin.

Izrādās:

In = Iо - Iin = Iо - Un/r.

Šī sakarība parāda, ka, palielinoties strāvas avota iekšējai pretestībai, jo vairāk strāva tajā samazinās, un slodzes rezistors saņem lielāko daļu strāvas. Interesanti, ka spriegums neietekmēs pašreizējo vērtību.

Reālā avota izejas spriegums:

Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). Novērtējiet šo rakstu:

Vadītāja galos un līdz ar to arī strāvai ir nepieciešama neelektriska rakstura ārējo spēku klātbūtne, ar kuru palīdzību notiek elektrisko lādiņu atdalīšana.

Ar ārējiem spēkiem ir jebkuri spēki, kas iedarbojas uz elektriski lādētām daļiņām ķēdē, izņemot elektrostatiskos (t.i., Kulonu).

Trešās puses spēki iekustina uzlādētas daļiņas visos strāvas avotos: ģeneratoros, spēkstacijās, galvaniskajās šūnās, akumulatoros utt.

Kad ķēde ir aizvērta, visos ķēdes vadītājos tiek izveidots elektriskais lauks. Strāvas avota iekšpusē lādiņi pārvietojas ārējo spēku ietekmē pret Kulona spēkiem (elektroni pārvietojas no pozitīvi lādēta elektroda uz negatīvu), un visā pārējā ķēdē tos darbina elektriskais lauks (skatiet attēlu iepriekš).

Strāvas avotos uzlādēto daļiņu atdalīšanas procesā notiek transformācija dažādi veidi enerģiju elektrībā. Pamatojoties uz pārveidotās enerģijas veidu, tie atšķiras šādus veidus elektromotora spēks:

- elektrostatiskais- elektrofora iekārtā, kurā mehānisko enerģiju berzes rezultātā pārvērš elektroenerģijā;

- termoelektrisks- termoelementā - divu vadu apsildāmā savienojuma iekšējā enerģija, kas izgatavota no dažādi metāli, pārvēršas par elektrisku;

- fotoelementu- fotoelementā. Šeit notiek gaismas enerģijas pārvēršana elektroenerģijā: izgaismojot noteiktas vielas, piemēram, selēnu, vara (I) oksīdu, silīciju, tiek novērots negatīvā elektriskā lādiņa zudums;

- ķīmiskais- galvaniskajos elementos, baterijās un citos avotos, kuros ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā.

Elektromotora spēks (EMF)— strāvas avotu raksturojums. EMF jēdzienu ieviesa G. Oma 1827. gadā attiecībā uz līdzstrāvas ķēdēm. 1857. gadā Kirhhofs definēja EMF kā ārējo spēku darbu vienības elektriskā lādiņa pārneses laikā pa slēgtu ķēdi:

ɛ = A st /q,

Kur ɛ — strāvas avota EMF, A st- ārējo spēku darbs, q- pārskaitītās maksas summa.

Elektromotora spēku izsaka voltos.

Mēs varam runāt par elektromotora spēku jebkurā ķēdes daļā. Tas ir ārējo spēku specifiskais darbs (darbs, lai pārvietotu vienu lādiņu) nevis visā ķēdē, bet tikai noteiktā apgabalā.

Strāvas avota iekšējā pretestība.

Lai būtu vienkārša slēgta ķēde, kas sastāv no strāvas avota (piemēram, galvaniskā elementa, akumulatora vai ģeneratora) un rezistora ar pretestību R. Strāva slēgtā ķēdē nekur netiek pārtraukta, tāpēc tā pastāv arī strāvas avota iekšpusē. Jebkurš avots atspoguļo zināmu pretestību strāvai. To sauc strāvas avota iekšējā pretestība un ir apzīmēts ar burtu r.

Ģeneratorā r- tā ir tinuma pretestība, galvaniskajā šūnā - elektrolīta šķīduma un elektrodu pretestība.

Tādējādi strāvas avotu raksturo EML un iekšējās pretestības vērtības, kas nosaka tā kvalitāti. Piemēram, elektrostatiskajām mašīnām ir ļoti augsts EMF (līdz pat desmitiem tūkstošu voltu), bet tajā pašā laikā to iekšējā pretestība ir milzīga (līdz simtiem megaomu). Tāpēc tie nav piemēroti lielu strāvu ģenerēšanai. Galvanisko elementu EMF ir tikai aptuveni 1 V, taču arī iekšējā pretestība ir zema (aptuveni 1 omu vai mazāk). Tas ļauj tiem iegūt strāvas, ko mēra ampēros.

Laboratorijas darbs Nr.8

Tēma: "Strāvas avota elektromotora spēka un iekšējās pretestības noteikšana».

Mērķis: iemācīties noteikt avota elektromotora spēku un iekšējo pretestību elektriskā enerģija.

Aprīkojums: 1. Laboratorijas ampērmetrs;

2. Elektriskās enerģijas avots;

3. Savienojošie vadi,

4. Pretestību komplekts 2 Ohm un 4 Ohm;

5. Viena pola slēdzis; taustiņu.

Teorija.

Potenciālu starpības rašanās jebkura avota polios ir pozitīvo un negatīvo lādiņu atdalīšanas rezultāts tajā. Šī atdalīšana notiek ārējo spēku veiktā darba dēļ.

Tiek izsaukti neelektriskas izcelsmes spēki, kas iedarbojas uz brīvajiem lādiņu nesējiem no strāvas avotiem ārējie spēki.

Kad elektriskie lādiņi pārvietojas pa līdzstrāvas ķēdi, darbu veic ārējie spēki, kas darbojas strāvas avotos.

Fiziskais daudzums, kas ir vienāds ar ārējo spēku darba A st attiecību, pārvietojot lādiņu q strāvas avotā pret šī lādiņa vērtību, sauc.avota elektromotora spēks (EMF):

EML nosaka darbs, ko veic ārējie spēki, pārvietojot vienu pozitīvu lādiņu.

Elektromotora spēku, tāpat kā potenciālu starpību, mēra volti[IN].

Lai izmērītu EMF avots, tas ir nepieciešams pievienoties viņam voltmetrs ar atvērtu ķēdi.

Strāvas avots ir vadītājs, un tam vienmēr ir zināma pretestība, tāpēc strāva tajā rada siltumu. Šo pretestību sauc iekšējā avota pretestība un apzīmē r.

Ja ķēde ir atvērta, ārējo spēku darbs tiek pārveidots par strāvas avota potenciālo enerģiju. Ar slēgtu ķēdi šis potenciālā enerģija tiek tērēts darbam, pārvietojot lādiņus ārējā ķēdē ar pretestību R un ķēdes iekšējā daļā ar pretestību r, t.i. ε = IR + Ir .

Ja ķēde sastāv no ārējās daļas ar pretestību R un iekšējās daļas ar pretestību r, tad saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu avota emf būs vienāds ar ārējā un ārējā spriegumu summu. ķēdes iekšējās sekcijas, jo pārvietojoties pa slēgtu ķēdi, lādiņš atgriežas sākotnējā stāvoklī, kur IR ir spriegums ķēdes ārējā daļā, un Ir- spriegums ķēdes iekšējā daļā.

Tādējādi ķēdes daļai, kas satur EML:

Šī formula izsaka Oma likums pilnīgai ķēdei : strāvas stiprums pilnā ķēdē ir tieši proporcionāls avota elektromotora spēkam un apgriezti proporcionāls ķēdes ārējo un iekšējo posmu pretestību summai.

ε un r var noteikt eksperimentāli.

Bieži vien elektriskās enerģijas avoti ir savstarpēji savienoti, lai nodrošinātu ķēdes barošanu. Avotu savienojums ar akumulatoru var būt seriāls vai paralēls.

Sērijas savienojumā divi blakus esošie avoti ir savienoti ar pretējiem poliem.

Tas ir, akumulatoru sērijveida savienošanai ar “plusu” elektriskā shēma pievienojiet pirmā akumulatora pozitīvo spaili. Otrā akumulatora pozitīvā spaile ir savienota ar tā negatīvo spaili utt. Pēdējā akumulatora negatīvais spaile ir savienota ar elektriskās ķēdes “mīnusu”.

Iegūtā akumulatora jauda sērijveidā ir tāda pati kā atsevišķam akumulatoram, un šāda akumulatora spriegums ir vienāds ar tajā iekļauto akumulatoru spriegumu summu. Tie. Ja baterijām ir vienāds spriegums, tad akumulatora spriegums ir vienāds ar viena akumulatora spriegumu, kas reizināts ar bateriju skaitu akumulatorā.

1. Akumulatora emf ir vienāds ar atsevišķu avotu emf summuε= ε 1 + ε 2 + ε 3

2 . Avota akumulatora kopējā pretestība ir vienāda ar atsevišķu avotu iekšējo pretestību summu r baterijas = r 1 + r 2 + r 3

Ja akumulatoram ir pievienoti n identiski avoti, tad akumulatora emf ir ε = nε 1 un akumulatora pretestība r = nr 1

Plkst paralēlais savienojums savienojiet kopā visus pozitīvos un visus negatīvos polus no diviem vain avoti.

Tas ir, ar paralēlu savienojumu akumulatori ir savienoti tā, lai visu akumulatoru pozitīvie spailes būtu savienotas ar vienu elektriskās ķēdes punktu ("plus"), un visu akumulatoru negatīvie spailes ir savienotas ar citu ķēdes punktu. ("mīnus").

Pievienojiet tikai paralēli avoti Ar tas pats EMF. Paralēlā savienojuma rezultātā iegūtajam akumulatoram ir tāds pats spriegums kā vienam akumulatoram, un šāda akumulatora jauda ir vienāda ar tajā iekļauto akumulatoru jaudu summu. Tie. ja akumulatoriem ir vienādas ietilpības, tad akumulatora jauda ir vienāda ar vienas akumulatora kapacitāti, kas reizināta ar bateriju skaitu akumulatorā.

1. Identisku avotu akumulatora emf ir vienāds ar viena avota emf.ε = ε 1 = ε 2 = ε 3

2. Akumulatora pretestība ir mazāka par viena avota pretestību r baterijas = r 1 /n
3. Strāvas stiprums šādā ķēdē saskaņā ar Oma likumu

Akumulatorā uzkrātā elektriskā enerģija ir vienāda ar atsevišķu akumulatoru enerģiju summu (atsevišķu akumulatoru enerģiju reizinājums, ja baterijas ir vienādas), neatkarīgi no tā, vai baterijas ir savienotas paralēli vai virknē.

Ar tādu pašu tehnoloģiju ražotu akumulatoru iekšējā pretestība ir aptuveni apgriezti proporcionāla akumulatora jaudai. Tāpēc, tā kā ar paralēlu savienojumu akumulatora jauda ir vienāda ar tajā iekļauto akumulatoru kapacitātes summu, t.i., palielinās, iekšējā pretestība samazinās.

Darba gaita.

1. Uzzīmējiet tabulu:

2. Apsveriet ampērmetra skalu un nosakiet viena dalījuma vērtību.
3. Izveidojiet elektrisko ķēdi saskaņā ar shēmu, kas parādīta 1. attēlā. Novietojiet slēdzi vidējā stāvoklī.

1. attēls.

4. Aizveriet ķēdi, ieviešot zemāku pretestību R 1 1 . Atveriet ķēdi.

5. Aizveriet ķēdi, ieviešot lielāku pretestību R 2 . Pierakstiet pašreizējo vērtību I 2 . Atveriet ķēdi.

6. Aprēķināt elektroenerģijas avota emf vērtību un iekšējo pretestību.

Oma likums visai ķēdei katrā gadījumā: Un

No šejienes mēs iegūstam formulas ε un r aprēķināšanai:

7. Visu mērījumu un aprēķinu rezultātus pierakstiet tabulā.

8. Izdariet secinājumu.

9. Atbildiet uz drošības jautājumiem.

TESTA JAUTĀJUMI.

1. Paplašiniet jēdziena "strāvas avota elektromotora spēks" fizisko nozīmi.

2. Nosakiet ķēdes ārējās sekcijas pretestību, izmantojot iegūto mērījumu rezultātus un Oma likumu visai ķēdei.

3. Paskaidrojiet, kāpēc iekšējā pretestība palielinās, ja baterijas ir savienotas virknē, un samazinās, ja baterijas ir savienotas paralēli, salīdzinot ar pretestību r 0 vienu akumulatoru.

4. Kādā gadījumā voltmetrs, kas savienots ar ģeneratora spailēm, norāda ģeneratora EMF un kādā gadījumā ir spriegums ķēdes ārējās sekcijas galos? Vai šo spriegumu var uzskatīt arī par spriegumu ķēdes iekšējās sekcijas galos?

Mērīšanas iespēja.

Pieredze 1. Pretestība R 1 =2 omi, strāva I 1 =1,3 A.

Pretestība R 2 =4 omi, strāva I 2 =0,7 A.

Darba mērķis: Iemācieties eksperimentāli noteikt strāvas avota emf un iekšējo pretestību.

Instrumenti un aprīkojums: Elektroenerģijas avoti, ampērmetrs (līdz 2A ar dalījumu līdz 0,1A), voltmetrs (pastāvīgs līdz 3A ar dalījumu līdz 0,3V), magazin (pretestība līdz 10 Om), atslēga, savienojošie vadi.

TEORIJA:

Lai uzturētu strāvu vadītājā, potenciālajai starpībai (spriegumam) tā galos jābūt nemainīgai. Šim nolūkam tiek izmantots strāvas avots. Potenciālu starpība tās polios veidojas, pateicoties lādiņu atdalīšanai pozitīvajos un negatīvajos. Lādiņu atdalīšanas darbu veic ārējie spēki (nav elektriskās izcelsmes).

Lielumu, ko mēra ar ārējo spēku veikto darbu, pārvietojot vienības pozitīvu elektrisko lādiņu strāvas avotā, sauc par strāvas avota elektromotora spēku (EMF) un izsaka voltos.

Kad ķēde ir aizvērta, strāvas avotā atdalītie lādiņi veido elektrisko lauku, kas pārvieto lādiņus pa ārējo ķēdi; Strāvas avota iekšpusē lādiņi virzās uz lauku ārējo spēku ietekmē. Tādējādi strāvas avotā uzkrātā enerģija tiek tērēta lādiņa pārvietošanas darbam ķēdē ar ārējo R un iekšējo r pretestību.

DARBA PROGRESS

1. Samontējiet elektrisko ķēdi, kā parādīts diagrammā.

2. Izmēriet elektriskās enerģijas avota EML, pievienojot to voltmetram (ķēdei).

3. Izmēriet strāvas un sprieguma kritumu noteiktā pretestībā.

№	E	U	es	R	r	rcр
1.
2.
3.

4. Aprēķiniet iekšējo pretestību, izmantojot Ohma likumu visai ķēdei.

5. Veikt eksperimentus ar citām pretestībām un aprēķināt elementa iekšējo pretestību.

6. Aprēķināt elementa iekšējās pretestības vidējo vērtību.

7. Visu mērījumu un aprēķinu rezultātus pierakstiet tabulā.

8. Atrodiet absolūto un relatīvo kļūdu.

9. Izdariet secinājumu.

TESTA JAUTĀJUMI

1. Norādiet pastāvēšanas nosacījumus elektriskā strāva programmā Explorer.

2. Kāda ir elektriskās enerģijas avota nozīme elektriskā ķēde?

3. No kā ir atkarīgs spriegums elektriskās enerģijas avota spailēs?

LABORATORIJAS DARBS Nr.7

VARA ELEKTROĶĪMISKĀ EVIVALENTA NOTEIKŠANA.

Darba mērķis: iemācīties praksē aprēķināt vara elektroķīmisko ekvivalentu.

Aprīkojums: Svari, ampērmetrs, pulkstenis. , elektriskās enerģijas avots, reostats, atslēga, vara plāksnes (elektrodi), savienojošie vadi, elektrolītiskā vanna ar vara sulfāta šķīdumu.

Teorija

Procesu, kurā sāļu, skābju un sārmu molekulas, izšķīdinot ūdenī vai citos šķīdinātājos, sadalās lādētās daļiņās (jonos), sauc par elektrolītisko disociāciju. , iegūto šķīdumu ar pozitīvajiem un negatīvajiem joniem sauc par elektrolītu.

Ja ar strāvas avota spailēm savienotās plāksnes (elektrodus) ievieto traukā ar elektrolītu (elektrolītā tiek izveidots elektriskais lauks), tad pozitīvie joni virzīsies uz katodu, bet negatīvie – uz anodu. Tāpēc skābju, sāļu un sārmu šķīdumos elektriskais lādiņš pārvietosies kopā ar matērijas daļiņām. Šajā gadījumā pie elektrodiem notiek redoksreakcijas, kuru laikā uz tiem izdalās viela. Elektriskās strāvas izvadīšanas process caur elektrolītu, ko pavada ķīmiskās reakcijas sauc par elektrolīzi.

Elektrolīzes gadījumā ir spēkā Faradeja likums: izdalītās vielas masa uz elektroda ir tieši proporcionāla lādiņam, kas iet caur elektrolītu:

kur k ir elektroķīmiskais ekvivalents - vielas daudzums, kas izdalās, kad caur elektrolītu iet 1 C elektrības. Izmērot strāvas stiprumu ķēdē, tās caurbraukšanas laiku un pie katoda izdalītās vielas masu, var noteikt elektroķīmisko ekvivalentu (1c izteikts kg/C).

kur m ir katoda izdalītā vara masa; I ir strāvas stiprums ķēdē; t ir laiks, kad strāva iet caur ķēdi.

Samontējiet elektrisko ķēdi saskaņā ar shēmu.

1. Uzmanīgi nosveriet vienu no plāksnēm, kas būs katods, (ja plāksne ir slapja, tā ir jāizžāvē) ar precizitāti 10 mg un ierakstiet rezultātu tabulā.

2. Ievietojiet elektrodu elektrolītiskajā vannā un izveidojiet elektrisko ķēdi saskaņā ar shēmu.

3. Noregulējiet strāvu ar reostatu tā, lai tās vērtība nepārsniegtu 1A uz 50 cm 2 katoda plāksnes iegremdētās daļas.

4. Aizveriet ķēdi uz 15-20 minūtēm.

5. Atveriet ķēdi, noņemiet katoda plāksni, nomazgājiet no tās atlikušo šķīdumu un nosusiniet zem žāvētāja.

6. Nosver žāvēto plati ar precizitāti līdz 10 mg.

7. Tabulā ierakstiet strāvas lielumu, eksperimenta laiku, katoda plāksnes masas pieaugumu un nosakiet elektroķīmisko ekvivalentu.

Kļūdas novērtējums.

Relatīvā kļūda:
.

, tātad .

Pēc tam rezultāts tiek parādīts šādi: .

Salīdziniet rezultātu ar tabulu.

Testa jautājumi.

1. Kas ir elektrolītiskā disociācija, elektrolīze?

2. Cik ilgi notiks vara sulfāta elektrolīze, ja abi elektrodi ir vara? Vai abi elektrodi ir oglekļa?

3. Vai elektrolīze noritēs ātrāk vai lēnāk, ja viens no vara elektrodiem tiks aizstāts ar cinku?

Laboratorijas darbi

« EML mērīšana un strāvas avota iekšējā pretestība"

Disciplīnas fizika

Skolotājs A.B.Vinogradovs

Ņižņijnovgoroda

2014. gads

Darba mērķis: attīstīt spēju noteikt strāvas avota EML un iekšējo pretestību, izmantojot ampērmetru un voltmetru.

Aprīkojums: taisngriezis VU-4M, ampērmetrs, voltmetrs, savienojošie vadi, planšetdatora Nr.1 elementi: atslēga, rezistorsR 1 .

Teorētiski darba saturu.

Strāvas avota iekšējā pretestība.

Kad strāva iet cauri slēgta ķēde, elektriski lādētas daļiņas pārvietojas ne tikai vadītāju iekšpusē, kas savieno strāvas avota polus, bet arī paša strāvas avota iekšpusē. Tāpēc slēgtā elektriskā ķēdē tiek izdalītas ārējās un iekšējās ķēdes sadaļas. Ārējā ķēdes daļa veido visu vadītāju komplektu, kas ir savienots ar strāvas avota poliem. Iekšējā ķēdes daļa– Tas ir pats pašreizējais avots. Strāvas avotam, tāpat kā jebkuram citam vadītājam, ir pretestība. Tādējādi elektriskā ķēdē, kas sastāv no strāvas avota un vadītājiem ar elektrisko pretestību R , elektriskā strāva darbojas ne tikai ķēdes ārējā, bet arī iekšējā daļā. Piemēram, kad lukturīša galvaniskajam akumulatoram ir pievienota kvēlspuldze, ar elektrisko strāvu tiek uzkarsēta ne tikai lampas spirāle un barošanas vadi, bet arī pati baterija. Strāvas avota elektrisko pretestību sauc iekšējā pretestība. Elektromagnētiskajā ģeneratorā iekšējā pretestība ir ģeneratora tinuma stieples elektriskā pretestība. Elektriskās ķēdes iekšējā daļā izdalās siltuma daudzums, kas vienāds ar

Kur r- strāvas avota iekšējā pretestība.

Kopējais siltuma daudzums, kas izdalās, līdzstrāvai plūstot slēgtā ķēdē, kuras ārējās un iekšējās daļas pretestības ir attiecīgi vienādas. R Un r, vienāds

. (2)

Jebkuru slēgtu ķēdi var attēlot kā divus rezistorus, kas savienoti virknē ar līdzvērtīgām pretestībām R Un r. Tāpēc visas ķēdes pretestība ir vienāda ar ārējo un iekšējo pretestību summu:
. Tā kā virknes savienojumā strāvas stiprums visās ķēdes daļās ir vienāds, tad caur ķēdes ārējo un iekšējo posmu iet vienāds strāvas daudzums. Tad saskaņā ar Oma likumu ķēdes daļai sprieguma kritumi uz tās ārējām un iekšējām sekcijām būs attiecīgi vienādi:

Un
(3)

Elektromotora spēks.

Kopējais elektrostatiskā lauka spēku darbs, kad lādiņi pārvietojas pa slēgtu līdzstrāvas ķēdi, ir nulle. Līdz ar to viss elektriskās strāvas darbs slēgtā elektriskā ķēdē tiek pabeigts, iedarbojoties ārējiem spēkiem, kas izraisa lādiņu atdalīšanu avota iekšpusē un uztur nemainīgu spriegumu strāvas avota izejā. Darba attieksme
, ko veic ārējie spēki, lai pārvietotu lādiņu q gar ķēdi, uz šīs maksas vērtību sauc avota elektromotora spēks(EMF) :

, (4)

Kur
- pārskaitīta maksa.

EML izsaka tādās pašās vienībās kā spriegums vai potenciāla starpība, t.i., voltos:
.

Oma likums pilnīgai ķēdei.

Ja līdzstrāvas pārejas rezultātā slēgtā elektriskā ķēdē notiek tikai vadītāju sildīšana, tad saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu kopējais elektriskās strāvas darbs slēgtajā ķēdē ir vienāds ar darbu. strāvas avota ārējie spēki, ir vienāds ar siltuma daudzumu, kas izdalās ķēdes ārējā un iekšējā daļā:

. (5)

No izteiksmēm (2), (4) un (5) iegūstam:

. (6)

Jo
, Tas

, (7)

vai

. (8)

Strāvas stiprums elektriskajā ķēdē ir tieši proporcionāls elektromotora spēkam strāvas avots un ir apgriezti proporcionāls daudzumam elektriskā pretestībaķēdes ārējās un iekšējās sadaļas. Izteiksme (8) tiek izsaukta

Oma likums pilnīgai ķēdei.

Tādējādi no fizikas viedokļa Oma likums izsaka enerģijas nezūdamības likumu slēgtai līdzstrāvas ķēdei..

Darba kārtība

Gatavošanās veikt darbu.

Kreisajā pusē ir miliammetrs, VU-4M taisngriezis, voltmetrs un ampērmetrs. Planšetdators Nr. 1 ir fiksēts pa labi (skat. 3. attēlu lapā Nr. 9). Korpusa aizmugurējā daļā ir krāsaini savienojošie vadi: sarkanais vads tiek izmantots, lai savienotu VU-4M ar planšetdatora “+” ligzdu; balts vads - VU-4M pievienošanai kontaktligzdai “-”; dzelteni vadi - savienošanai ar planšetdatora elementiem mērinstrumenti; zils - planšetdatora elementu savienošanai kopā. Sadaļa slēgta ar saliekamo platformu. Darba stāvoklī platforma atrodas horizontāli un tiek izmantota kā darba virsma, veicot eksperimentālo uzstādījumu montāžu eksperimentos.

2. Darba gaita.

Strādājot, jūs apgūsit metodi strāvas avota pamatīpašību mērīšanai, izmantojot Ohma likumu pilnīgai ķēdei, kas attiecas uz strāvas stiprumu. esķēdē strāvas avota EMF , tā iekšējā pretestība r un ārējās ķēdes pretestība R attiecība:

. (9)

1 veids.

AR Eksperimentālās iestatīšanas diagramma ir parādīta 1. attēlā.

1. att.

Rūpīgi izpētiet to. Kad slēdzis B ir atvērts, avots tiek aizvērts voltmetram, kura pretestība ir daudz lielāka par avota iekšējo pretestību (r << R ). Šajā gadījumā strāva ķēdē ir tik maza, ka var neņemt vērā sprieguma krituma vērtību pāri avota iekšējai pretestībai.
, un avota emf ar nenozīmīgu kļūdu ir vienāds ar spriegumu tā spailēs , ko mēra ar voltmetru, t.i.

. (10)

Tādējādi avota emf nosaka voltmetra rādījumi ar atvērtu atslēgu B.

Ja slēdzis B ir aizvērts, voltmetrs parādīs sprieguma kritumu pāri rezistoram R :

. (11)

Tad, pamatojoties uz vienādībām (9), (10) un (11), mēs varam to apgalvot

(12)

No formulas (12) ir skaidrs, ka, lai noteiktu strāvas avota iekšējo pretestību, papildus tā EMF ir jāzina strāvas stiprums ķēdē un spriegums pāri rezistoram R, kad slēdzis ir aizvērts.

Strāvu ķēdē var izmērīt, izmantojot ampērmetru. Stieples rezistors izgatavots no nihroma stieples un ar pretestību 5 omi.

Samontējiet ķēdi saskaņā ar shēmu, kas parādīta 3. attēlā.

Pēc ķēdes montāžas jums jāpaceļ roka un jāzvana skolotājam, lai viņš varētu pārbaudīt elektriskās ķēdes pareizu montāžu. Un, ja ķēde ir pareizi salikta, sāciet darbu.

Kad atslēga B ir atvērta, noņemiet voltmetra rādījumus un ievadiet sprieguma vērtību 1. tabulā. Pēc tam aizveriet taustiņu B un vēlreiz veiciet voltmetra rādījumus, bet šoreiz un ampērmetra rādījumi. Ievadiet sprieguma un strāvas vērtības 1. tabulā.

Aprēķiniet strāvas avota iekšējo pretestību.

1. tabula.

, IN

Es, A

, IN

r, Ohm

2. metode.

Vispirms salieciet eksperimentālo iestatījumu, kas parādīts 2. attēlā.

Rīsi. 2.

Izmēriet strāvu ķēdē, izmantojot ampērmetru, ierakstiet rezultātu piezīmju grāmatiņā. Rezistoru pretestība = 5 omi. Visi dati tiek ievadīti 2. tabulā., Ohm

Drošības jautājumi:

Ķēdes ārējās un iekšējās daļas.

Kādu pretestību sauc par iekšējo? Apzīmējums.

Kāda ir kopējā pretestība?

Definējiet elektromotora spēku (EMF). Apzīmējums. Mērvienības.

Nosakiet Oma likumu visai ķēdei.

Ja mēs nezinātu stiepļu rezistoru pretestības vērtības, vai būtu iespējams izmantot otro metodi un kas tam jādara (varbūt, piemēram, ķēdē ir jāiekļauj kāda ierīce)?

Prast salikt darbā izmantojamās elektriskās ķēdes.

Literatūra

Kabardin O.F.. Atsauce. Materiāli: mācību grāmata. Rokasgrāmata skolēniem.-3.izd.-M.: Izglītība, 1991.-lpp.:150-151.

Skolēnu rokasgrāmata. Fizika / Sast. T. Feščenko, V. Vožegova – M.: Filoloģijas biedrība “SLOVO”, SIA “Firma” “Izdevniecība AST”, Maskavas Valsts universitātes Žurnālistikas fakultātes Humanitāro zinātņu centrs. M. V. Lomonosova, 1998. - lpp.: 124 500-501.

Samoilenko P.I.. Fizika (netehniskajām specialitātēm): Mācību grāmata. vispārējai izglītībai iestādēm Prof. Izglītība / P. I. Samoilenko, A. V. Sergejevs - 2. izd., St.-M.: Izdevniecības centrs "Akadēmija", 2003, lpp.: 181-182.