Bestem den indre motstanden til emk-energikilden. Måling av emk og intern motstand til en strømkilde

En kilde er en enhet som konverterer mekanisk, kjemisk, termisk og noen andre former for energi til elektrisk energi. Kilden er med andre ord et aktivt nettverkselement designet for å generere strøm. Forskjellige typer Kildene som er tilgjengelig i det elektriske nettet er spenningskilder og strømkilder. Disse to konseptene innen elektronikk er forskjellige fra hverandre.

Konstant spenningskilde

En spenningskilde er en enhet med to poler, dens spenning til enhver tid er konstant, og strømmen som går gjennom den har ingen effekt. En slik kilde vil være ideell, ha null intern motstand. I praktiske forhold den kan ikke mottas.

Et overskudd av elektroner akkumuleres ved den negative polen til spenningskilden, og en mangel på elektroner ved den positive polen. Tilstandene til polene opprettholdes av prosesser i kilden.

Batterier

Batterier lagrer kjemisk energi internt og er i stand til å konvertere den til elektrisk energi. Batteriene kan ikke lades, noe som er deres ulempe.

Batterier

Oppladbare batterier er oppladbare batterier. Ved lading lagres elektrisk energi internt som kjemisk energi. Under lossing skjer det en kjemisk prosess i motsatt retning, og elektrisk energi frigjøres.

Eksempler:

Bly-syre battericelle. Den er laget av blyelektroder og elektrolytisk væske i form av svovelsyre fortynnet med destillert vann. Spenningen per celle er omtrent 2 V. I bilbatterier er seks celler vanligvis koblet i en seriekrets, og den resulterende spenningen ved utgangsklemmene er 12 V;

Nikkel-kadmium-batterier, cellespenning – 1,2 V.

Viktig! For små strømmer kan batterier og akkumulatorer betraktes som en god tilnærming til ideelle spenningskilder.

AC spenningskilde

Strøm produseres kl kraftstasjoner ved hjelp av generatorer og etter at spenningsregulering overføres til forbrukeren. Vekselspenningen til 220 V hjemmenettverket i strømforsyningene til ulike elektroniske enheter konverteres enkelt til en lavere verdi ved bruk av transformatorer.

Nåværende kilde

I analogi, hvordan en ideell spenningskilde skaper konstant trykk ved utgangen er oppgaven til strømkilden å produsere en konstant strømverdi, som automatisk kontrollerer den nødvendige spenningen. Eksempler er strømtransformatorer (sekundærvikling), fotoceller, kollektorstrømmer til transistorer.

Beregning av den indre motstanden til spenningskilden

Ekte spenningskilder har sin egen elektriske motstand, som kalles "intern motstand". Lasten koblet til kildeterminalene er betegnet som "ekstern motstand" - R.

Et batteri med batterier genererer EMF:

ε = E/Q, hvor:

E – energi (J);
Q – ladning (C).

Den totale emk for en battericelle er dens åpen kretsspenning når det ikke er last. Det kan kontrolleres med god nøyaktighet ved hjelp av et digitalt multimeter. Potensialforskjellen målt ved utgangsklemmene til batteriet når det er koblet til en lastmotstand vil være mindre enn spenningen når kretsen er åpen, på grunn av strømstrømmen gjennom den eksterne lasten og gjennom den interne motstanden til kilden, dette fører til spredning av energi i den som termisk stråling.

Den interne motstanden til et kjemisk batteri er mellom en brøkdel av en ohm og noen få ohm og skyldes hovedsakelig motstanden til de elektrolytiske materialene som brukes i produksjonen av batteriet.

Hvis en motstand med motstand R kobles til et batteri, er strømmen i kretsen I = ε/(R + r).

Intern motstand er ikke en konstant verdi. Den påvirkes av batteritypen (alkalisk, blysyre, etc.), og endres avhengig av belastningsverdi, temperatur og brukstid for batteriet. For eksempel i engangsbatterier øker den indre motstanden under bruk, og spenningen synker derfor til den når en tilstand som er uegnet for videre bruk.

Hvis emk til kilden er en forhåndsbestemt mengde, bestemmes den indre motstanden til kilden ved å måle strømmen som flyter gjennom belastningsmotstanden.

Siden den interne og eksterne motstanden i den omtrentlige kretsen er koblet i serie, kan du bruke Ohms og Kirchhoffs lover for å bruke formelen:

Fra dette uttrykket r = ε/I - R.

Eksempel. Et batteri med kjent emf ε = 1,5 V kobles i serie med en lyspære. Spenningsfallet over lyspæren er 1,2 V. Derfor skaper den indre motstanden til elementet et spenningsfall: 1,5 - 1,2 = 0,3 V. Motstanden til ledningene i kretsen anses som ubetydelig, motstanden til lampen er ikke kjent. Målt strøm som går gjennom kretsen: I = 0,3 A. Det er nødvendig å bestemme den interne motstanden til batteriet.

I følge Ohms lov er motstanden til lyspæren R = U/I = 1,2/0,3 = 4 Ohm;
Nå, i henhold til formelen for å beregne den indre motstanden, r = ε/I - R = 1,5/0,3 - 4 = 1 Ohm.

Ved kortslutning faller den eksterne motstanden til nesten null. Strømmen kan bare begrenses av den lille motstanden til kilden. Strømmen som genereres i en slik situasjon er så sterk at spenningskilden kan bli skadet av strømmens termiske effekter og det er fare for brann. Risikoen for brann forebygges ved å installere sikringer, for eksempel i bilbatterikretser.

Intern motstand til spenningskilden – viktig faktor, når du bestemmer deg for hvordan du skal overføre den mest effektive kraften til et tilkoblet elektrisk apparat.

Viktig! Maksimal kraftoverføring skjer når den indre motstanden til kilden er lik motstanden til lasten.

Men under denne tilstanden, og husker formelen P = I² x R, overføres en identisk mengde energi til lasten og spres i selve kilden, og effektiviteten er bare 50%.

Belastningskrav må vurderes nøye for å bestemme best mulig bruk av kilden. For eksempel må et bly-syre bilbatteri levere høye strømmer ved en relativt lav spenning på 12 V. Dens lave indre motstand gjør at det kan gjøre dette.

I noen tilfeller må strømforsyninger med høy spenning ha ekstremt høy intern motstand for å begrense kortslutningsstrømmen.

Funksjoner av den interne motstanden til gjeldende kilde

En ideell strømkilde har uendelig motstand, men for ekte kilder kan man tenke seg en omtrentlig versjon. Den ekvivalente elektriske kretsen er en motstand koblet til kilden i parallell og en ekstern motstand.

Strømutgangen fra strømkilden er fordelt som følger: en del av strømmen flyter gjennom den høyeste indre motstanden og gjennom den lave belastningsmotstanden.

Utgangsstrømmen vil være summen av strømmene i den indre motstanden og lasten Io = In + Iin.

Det viser seg:

In = Iо - Iin = Iо - Un/r.

Dette forholdet viser at når den indre motstanden til strømkilden øker, jo mer avtar strømmen over den, og lastmotstanden mottar mesteparten av strømmen. Interessant nok vil ikke spenning påvirke gjeldende verdi.

Virkelig kildeutgangsspenning:

Uut = I x (R x r)/(R + r) = I x R/(1 + R/r). Vurder denne artikkelen:

Ved endene av lederen, og derfor strømmen, er tilstedeværelsen av eksterne krefter av ikke-elektrisk natur nødvendig, ved hjelp av hvilken separasjon av elektriske ladninger oppstår.

Av ytre krefter er alle krefter som virker på elektrisk ladede partikler i en krets, med unntak av elektrostatiske (dvs. Coulomb).

Tredjepartskrefter setter i gang ladede partikler inne i alle strømkilder: i generatorer, kraftverk, galvaniske celler, batterier, etc.

Når en krets er lukket, dannes et elektrisk felt i alle ledere i kretsen. Inne i strømkilden beveger ladninger seg under påvirkning av ytre krefter mot Coulomb-krefter (elektroner beveger seg fra en positivt ladet elektrode til en negativ), og gjennom resten av kretsen drives de av et elektrisk felt (se figur over).

I strømkilder, under prosessen med å separere ladede partikler, skjer en transformasjon forskjellige typer energi til elektrisitet. Basert på typen energi omdannet, skiller de følgende typer elektromotorisk kraft:

- elektrostatisk- i en elektroformaskin, der mekanisk energi omdannes til elektrisk energi ved friksjon;

- termoelektrisk- i et termoelement - den indre energien til det oppvarmede krysset til to ledninger laget av forskjellige metaller, blir til elektrisk;

- solcelleanlegg- i en fotocelle. Her skjer omdannelsen av lysenergi til elektrisk energi: når visse stoffer belyses, for eksempel selen, kobber(I)oksid, silisium, observeres et tap av negativ elektrisk ladning;

- kjemisk- i galvaniske celler, batterier og andre kilder der kjemisk energi omdannes til elektrisk energi.

Elektromotorisk kraft (EMF)- kjennetegn ved nåværende kilder. Konseptet EMF ble introdusert av G. Ohm i 1827 for likestrømskretser. I 1857 definerte Kirchhoff EMF som arbeidet til eksterne krefter når en enkelt elektrisk ladning overføres langs en lukket krets:

ɛ = A st /q,

Hvor ɛ — EMF for gjeldende kilde, En st- arbeid fra eksterne krefter, q- beløp for overført avgift.

Elektromotorisk kraft uttrykkes i volt.

Vi kan snakke om elektromotorisk kraft i hvilken som helst del av kretsen. Dette er det spesifikke arbeidet til eksterne krefter (arbeid for å flytte en enkelt ladning) ikke gjennom hele kretsen, men bare i et gitt område.

Intern motstand til strømkilden.

La det være en enkel lukket krets bestående av en strømkilde (for eksempel en galvanisk celle, batteri eller generator) og en motstand med motstand R. Strømmen i en lukket krets blir ikke avbrutt noe sted, derfor eksisterer den også inne i strømkilden. Enhver kilde representerer en viss motstand mot strøm. Det heter indre motstand til strømkilden og er betegnet med bokstaven r.

I generatoren r- dette er viklingsmotstanden i en galvanisk celle - motstanden til elektrolyttløsningen og elektrodene.

Dermed er den nåværende kilden preget av verdiene av EMF og intern motstand, som bestemmer kvaliteten. For eksempel har elektrostatiske maskiner en veldig høy EMF (opptil titusenvis av volt), men samtidig er deres indre motstand enorm (opptil hundrevis av megohm). Derfor er de uegnet til å generere høye strømmer. Galvaniske celler har en EMF på bare omtrent 1 V, men den indre motstanden er også lav (omtrent 1 Ohm eller mindre). Dette gjør at de kan få strømmer målt i ampere.

Laboratoriearbeid nr. 8

Emne: "Bestemmelse av elektromotorisk kraft og indre motstand til en strømkilde».

Mål: lære å bestemme den elektromotoriske kraften og den indre motstanden til kilden elektrisk energi.

Utstyr: 1. Laboratorieamperemeter;

2. Kilde til elektrisk energi;

3. Koble ledninger,

4. Sett med motstander 2 Ohm og 4 Ohm;

5. Enpolet bryter; nøkkel.

Teori.

Utseendet til en potensiell forskjell ved polene til enhver kilde er resultatet av separasjonen av positive og negative ladninger i den. Denne separasjonen oppstår på grunn av arbeidet utført av eksterne krefter.

Styrker av ikke-elektrisk opprinnelse som virker på gratis ladningsbærere fra strømkilder kalles ytre krefter.

Når elektriske ladninger beveger seg langs en likestrømkrets, utfører ytre krefter som virker inne i strømkildene arbeid.

Fysisk mengde, lik forholdet mellom arbeidet A st av ytre krefter når en ladning q flyttes inne i en strømkilde til verdien av denne ladningen, kalleskilde elektromotorisk kraft (EMF):

EMF bestemmes av arbeidet som utføres av ytre krefter når en enkelt positiv ladning flyttes.

Elektromotorisk kraft, som potensialforskjell, måles i volt[I].

For å måle EMF kilde, er det nødvendig bli med til ham voltmeter med åpen krets.

Strømkilden er en leder og har alltid en viss motstand, så strømmen genererer varme i den. Denne motstanden kalles indre kildemotstand og betegne r.

Hvis kretsen er åpen, blir arbeidet til eksterne krefter omdannet til potensiell energi til strømkilden. Med en lukket krets dette potensiell energi brukes på arbeid med å flytte ladninger i den eksterne kretsen med motstand R og i den indre delen av kretsen med motstand r, dvs. ε = IR + Ir .

Hvis kretsen består av en ekstern del med en motstand R og en indre del med en motstand r, vil emk til kilden i henhold til loven om energibevaring være lik summen av spenningene på den eksterne og interne deler av kretsen, fordi når man beveger seg langs en lukket krets, går ladningen tilbake til sin opprinnelige posisjon, hvor IR er spenningen på den ytre delen av kretsen, og Ir- spenning på den interne delen av kretsen.

For en del av kretsen som inneholder EMF:

Denne formelen uttrykker Ohms lov for en komplett krets : Strømstyrken i en komplett krets er direkte proporsjonal med den elektromotoriske kraften til kilden og omvendt proporsjonal med summen av motstandene til de ytre og indre delene av kretsen.

ε og r kan bestemmes eksperimentelt.

Ofte er kilder til elektrisk energi koblet sammen for å drive en krets. Koblingen av kilder til et batteri kan være seriell eller parallell.

I en seriekobling er to tilstøtende kilder forbundet med motsatte poler.

Det vil si for seriekobling av batterier, til "pluss" elektrisk diagram koble til plusspolen på det første batteriet. Den positive polen til det andre batteriet er koblet til dens negative pol osv. Den negative polen til det siste batteriet er koblet til "minus" til den elektriske kretsen.

Det resulterende batteriet i serieforbindelse har samme kapasitet som et enkelt batteri, og spenningen til et slikt batteri er lik summen av spenningene til batteriene som er inkludert i det. De. Hvis batteriene har samme spenning, er batterispenningen lik spenningen til ett batteri multiplisert med antall batterier i batteriet.

1. Batteriets emk er lik summen av emk til individuelle kilderε= ε 1 + ε 2 + ε 3

2 . Den totale motstanden til kildebatteriet er lik summen av de interne motstandene til de enkelte kildene r batterier = r 1 + r 2 + r 3

Hvis n identiske kilder er koblet til et batteri, er emk til batteriet ε = nε 1, og motstanden r til batteriet = nr 1

På parallellkobling koble sammen alle de positive og alle negative polene til to ellern kilder.

Det vil si at med en parallellkobling kobles batteriene slik at de positive polene til alle batteriene er koblet til ett punkt på den elektriske kretsen ("pluss"), og de negative polene til alle batteriene er koblet til et annet punkt i kretsen. ("minus").

Koble kun parallelt kilder Med samme EMF. Det resulterende batteriet i parallellforbindelse har samme spenning som et enkelt batteri, og kapasiteten til et slikt batteri er lik summen av kapasiteten til batteriene som er inkludert i det. De. hvis batteriene har samme kapasitet, er kapasiteten til batteriet lik kapasiteten til ett batteri multiplisert med antall batterier i batteriet.

1. Emk til et batteri med identiske kilder er lik emk til en kilde.ε= ε 1 = ε 2 = ε 3

2. Batterimotstanden er mindre enn motstanden ved en enkelt kilde r batterier = r 1 /n
3. Strømstyrke i en slik krets i henhold til Ohms lov

Den elektriske energien som er akkumulert i et batteri er lik summen av energiene til individuelle batterier (produktet av energiene til individuelle batterier, hvis batteriene er like), uavhengig av om batteriene er koblet parallelt eller i serie.

Den interne motstanden til batterier produsert ved hjelp av samme teknologi er omtrent omvendt proporsjonal med batterikapasiteten. Derfor, siden med en parallell forbindelse, er kapasiteten til batteriet lik summen av kapasiteten til batteriene som er inkludert i det, det vil si at det øker, den interne motstanden avtar.

Framgang.

1. Tegn en tabell:

2. Vurder amperemeterskalaen og bestem verdien av én divisjon.
3. Lag en elektrisk krets i henhold til diagrammet vist i figur 1. Sett bryteren i midtstilling.

Bilde 1.

4. Lukk kretsen ved å innføre en lavere motstand R 1 1 . Åpne kretsen.

5. Lukk kretsen ved å innføre mer motstand R 2 . Skriv ned gjeldende verdi I 2 . Åpne kretsen.

6. Beregn verdien av emk og indre motstand til kilden til elektrisk energi.

Ohms lov for hele kretsen for hvert tilfelle: Og

Herfra får vi formler for å beregne ε og r:

7. Skriv ned resultatene av alle målinger og beregninger i en tabell.

8. Trekk en konklusjon.

9. Svar på sikkerhetsspørsmålene.

KONTROLLSPØRSMÅL.

1. Utvid den fysiske betydningen av konseptet "elektromotorisk kraft til en strømkilde".

2. Bestem motstanden til den eksterne delen av kretsen, ved å bruke resultatene av målingene som er oppnådd og Ohms lov for hele kretsen.

3. Forklar hvorfor intern motstand øker når batterier kobles i serie og avtar når batterier kobles parallelt sammenlignet med motstand r 0 ett batteri.

4. I hvilket tilfelle indikerer et voltmeter koblet til terminalene til generatoren generatorens EMF, og i hvilket tilfelle er spenningen i endene av den eksterne delen av kretsen? Kan denne spenningen også betraktes som spenningen ved endene av den interne delen av kretsen?

Målealternativ.

Erfaring 1. Motstand R 1 =2 Ohm, strøm I 1 = 1,3 A.

Motstand R 2 =4 Ohm, strøm I 2 = 0,7 A.

Målet med arbeidet: Lær å eksperimentelt bestemme emk og indre motstand til en strømkilde.

Instrumenter og utstyr: Kilder til elektrisk energi, amperemeter (opptil 2A med deling opptil 0,1A), voltmeter (konstant opptil 3A med deling opptil 0,3V), magasin (motstand opptil 10 Ohm), nøkkel, tilkoblingsledninger.

TEORI:

For å opprettholde strømmen i en leder, er det nødvendig at potensialforskjellen (spenningen) i endene forblir konstant. Til dette brukes en strømkilde. Potensialforskjellen ved polene dannes på grunn av separasjonen av ladninger i positive og negative. Arbeidet med å skille ladninger utføres av ytre krefter (ikke av elektrisk opprinnelse).

Mengden målt av arbeidet utført av ytre krefter når en enhets positiv elektrisk ladning flyttes inne i en strømkilde kalles den elektromotoriske kraften til strømkilden (EMF) og uttrykkes i volt.

Når kretsen er lukket, danner ladningene separert i strømkilden et elektrisk felt som flytter ladningene langs den eksterne kretsen; Inne i strømkilden beveger ladningene seg mot feltet under påvirkning av ytre krefter. Dermed blir energien som er lagret i strømkilden brukt på arbeidet med å flytte ladning i en krets med eksterne R- og interne r-motstander.

FRAMGANG

1. Sett sammen den elektriske kretsen som vist i diagrammet.

2. Mål EMF til den elektriske energikilden ved å koble den til et voltmeter (krets).

3. Mål strøm- og spenningsfallet over en gitt motstand.

№	E	U	Jeg	R	r	rcр
1.
2.
3.

4. Beregn den indre motstanden ved å bruke Ohms lov for hele kretsen.

5. Utfør eksperimenter med andre motstander og beregn elementets indre motstand.

6. Beregn gjennomsnittsverdien av elementets indre motstand.

7. Skriv ned resultatene av alle målinger og beregninger i en tabell.

8. Finn den absolutte og relative feilen.

9. Trekk en konklusjon.

KONTROLLSPØRSMÅL

1. Spesifiser eksistensbetingelsene elektrisk strøm i Utforsker.

2. Hva er rollen til kilden til elektrisk energi i elektrisk krets?

3. Hva er spenningen ved terminalene til den elektriske energikilden avhengig av?

LABORATORIEARBEID nr. 7

BESTEMMELSE AV ELEKTROKJEMISK EKVIVALENT AV KOBBER.

Målet med arbeidet: lær i praksis å beregne den elektrokjemiske ekvivalenten til kobber.

Utstyr: Vekt, amperemeter, klokke. , kilde til elektrisk energi, reostat, nøkkel, kobberplater (elektroder), tilkoblingsledninger, elektrolytisk bad med kobbersulfatløsning.

Teori

Prosessen der molekyler av salter, syrer og alkalier, når de er oppløst i vann eller andre løsningsmidler, går i oppløsning til ladede partikler (ioner) kalles elektrolytisk dissosiasjon , den resulterende løsningen med positive og negative ioner kalles en elektrolytt.

Hvis plater (elektroder) koblet til terminalene til en strømkilde plasseres i et kar med en elektrolytt (et elektrisk felt skapes i elektrolytten), så vil positive ioner bevege seg mot katoden, og negative ioner vil bevege seg mot anoden. Derfor, i løsninger av syrer, salter og alkalier elektrisk ladning vil bevege seg sammen med materiepartiklene. I dette tilfellet oppstår redoksreaksjoner ved elektrodene, hvor et stoff frigjøres på dem. Prosessen med å føre elektrisk strøm gjennom en elektrolytt, ledsaget av kjemiske reaksjoner kalt elektrolyse.

For elektrolyse er Faradays lov gyldig: massen av det frigjorte stoffet på elektroden er direkte proporsjonal med ladningen som passerer gjennom elektrolytten:

hvor k er den elektrokjemiske ekvivalenten - mengden stoff som frigjøres når 1 C elektrisitet passerer gjennom elektrolytten. Ved å måle strømstyrken i kretsen, dens passasjetid og massen av stoffet som frigjøres ved katoden, kan den elektrokjemiske ekvivalenten bestemmes (1c er uttrykt i kg/C).

hvor m er massen av kobber som frigjøres ved katoden; I er strømstyrken i kretsen; t er tiden strømmen går gjennom kretsen.

Sett sammen den elektriske kretsen i henhold til diagrammet.

1. Vei forsiktig en av platene, som skal være katoden, (hvis platen er våt, må den tørkes) med en nøyaktighet på 10 mg og skriv resultatet i tabellen.

2. Sett elektroden inn i elektrolysebadet og lag en elektrisk krets i henhold til diagrammet.

3. Juster strømmen med en reostat slik at verdien ikke overstiger 1A per 50 cm 2 av den nedsenkede delen av katodeplaten.

4. Lukk kretsen i 15-20 minutter.

5. Åpne kretsen, fjern katodeplaten, vask av den gjenværende løsningen fra den og tørk den under en tørketrommel.

6. Vei den tørkede platen til nærmeste 10 mg.

7. Skriv ned strømverdien, tidspunktet for forsøket, økningen i massen til katodeplaten i tabellen og bestem den elektrokjemiske ekvivalenten.

Feil estimering.

Relativ feil:
.

, derfor .

Etter dette er resultatet gitt som: .

Sammenlign resultatet med tabellen.

Kontrollspørsmål.

1. Hva er elektrolytisk dissosiasjon, elektrolyse?

2. Hvor lenge vil elektrolyse av kobbersulfat finne sted hvis begge elektrodene er kobber? Er begge elektrodene karbon?

3. Vil elektrolyse gå raskere eller langsommere hvis en av kobberelektrodene byttes ut med sink?

Laboratoriearbeid

« EMF-måling og intern motstand til strømkilden"

Disiplinfysikk

Lærer A.B. Vinogradov

Nizhny Novgorod

2014

Målet med arbeidet: utvikle evnen til å bestemme EMF og indre motstand til en strømkilde ved hjelp av et amperemeter og voltmeter.

Utstyr: likeretter VU-4M, amperemeter, voltmeter, tilkoblingsledninger, elementer av nettbrett nr. 1: nøkkel, motstandR 1 .

Teoretisk Innholdet i arbeidet.

Intern motstand til strømkilden.

Når strømmen går gjennom lukket krets beveger elektrisk ladede partikler seg ikke bare inne i lederne som forbinder polene til strømkilden, men også inne i selve strømkilden. Derfor, i en lukket elektrisk krets, skilles eksterne og interne seksjoner av kretsen. Utvendig kjedeseksjon utgjør hele settet med ledere som er koblet til polene til strømkilden. Innvendig kjedeseksjon– Dette er selve den aktuelle kilden. En strømkilde, som enhver annen leder, har motstand. Altså i en elektrisk krets som består av en strømkilde og ledere med elektrisk motstand R , elektrisk strøm fungerer ikke bare på den eksterne, men også på den indre delen av kretsen. For eksempel, når en glødelampe er koblet til det galvaniske batteriet til en lommelykt, blir ikke bare lampespiralen og forsyningsledningene, men også selve batteriet oppvarmet av elektrisk strøm. Den elektriske motstanden til strømkilden kalles indre motstand. I en elektromagnetisk generator er den indre motstanden den elektriske motstanden til generatorens viklingstråd. I den indre delen av den elektriske kretsen frigjøres en mengde varme lik

Hvor r- indre motstand til strømkilden.

Den totale mengden varme som frigjøres under flyten av likestrøm i en lukket krets, hvis ytre og indre seksjoner har tilsvarende motstand R Og r, er lik

. (2)

Enhver lukket krets kan representeres som to seriekoblede motstander med ekvivalente motstander R Og r. Derfor er motstanden til hele kretsen lik summen av de eksterne og interne motstandene:
. Siden i en seriekobling er strømstyrken i alle seksjoner av kretsen den samme, så passerer samme mengde strøm gjennom de eksterne og interne seksjonene av kretsen. Så, i henhold til Ohms lov, for en del av kretsen, vil spenningsfallet på dens eksterne og interne seksjoner være henholdsvis like:

Og
(3)

Elektromotorisk kraft.

Det totale arbeidet som utføres av de elektrostatiske feltkreftene når ladninger beveger seg langs en lukket likestrømskrets er null. Følgelig er alt arbeidet med en elektrisk strøm i en lukket elektrisk krets fullført på grunn av virkningen av eksterne krefter som forårsaker separasjon av ladninger inne i kilden og opprettholder en konstant spenning ved utgangen av strømkilden. Arbeidsinnstilling
, utført av eksterne krefter for å flytte ladningen q langs kjeden, til verdien av denne ladningen kalles kildens elektromotoriske kraft(EMF) :

, (4)

Hvor
- overført avgift.

EMF uttrykkes i de samme enhetene som spenning eller potensialforskjell, dvs. i volt:
.

Ohms lov for en komplett krets.

Hvis det, som et resultat av passering av likestrøm i en lukket elektrisk krets, bare oppstår oppvarming av lederne, er det i henhold til loven om bevaring av energi, det totale arbeidet til den elektriske strømmen i den lukkede kretsen, lik arbeidet av ytre krefter til strømkilden, er lik mengden varme som frigjøres i de eksterne og indre delene av kretsen:

. (5)

Fra uttrykk (2), (4) og (5) får vi:

. (6)

Fordi
, Det

, (7)

eller

. (8)

Strømstyrken i en elektrisk krets er direkte proporsjonal med den elektromotoriske kraften gjeldende kilde og er omvendt proporsjonal med mengden elektrisk motstand ytre og indre deler av kjeden. Uttrykk (8) kalles Ohms lov for en komplett krets.

Således, fra et fysikksynspunkt, uttrykker Ohms lov loven om bevaring av energi for en lukket likestrømskrets.

Arbeidsordre.

Forbereder seg på å gjøre jobben.

Foran deg på bordene ligger et minilaboratorium om elektrodynamikk. Utseendet er presentert i l. R. nr. 9 i figur 2.

Til venstre er et milliammeter, en VU-4M likeretter, et voltmeter og et amperemeter. Tablett nr. 1 er festet til høyre (se fig. 3 i ark nr. 9). Den bakre delen av etuiet inneholder fargede tilkoblingsledninger: den røde ledningen brukes til å koble VU-4M til "+"-kontakten på nettbrettet; hvit ledning - for å koble VU-4M til "-"-kontakten; gule ledninger - for tilkobling til nettbrettelementer måleinstrumenter; blå - for å koble nettbrettelementene sammen. Seksjonen er lukket med en sammenleggbar plattform. I arbeidsstilling er plattformen plassert horisontalt og brukes som arbeidsflate ved montering av forsøksoppsett i forsøk.

2. Arbeidsfremgang.

Mens du jobber, vil du lære en metode for å måle de grunnleggende egenskapene til en strømkilde ved å bruke Ohms lov for en komplett krets, som relaterer strømstyrken Jeg i kretsen, EMF til strømkilden , dens indre motstand r og ekstern kretsmotstand R forhold:

. (9)

1 vei.

MED Et diagram av det eksperimentelle oppsettet er vist i figur 1.

Figur 1.

Studer det nøye. Når bryteren B er åpen, lukkes kilden til et voltmeter, hvis motstand er mye større enn den indre motstanden til kilden (r << R ). I dette tilfellet er strømmen i kretsen så liten at verdien av spenningsfallet over den indre motstanden til kilden kan neglisjeres
, og emk til kilden med en ubetydelig feil er lik spenningen ved dens terminaler , som måles av et voltmeter, dvs.

. (10)

Dermed bestemmes kildens emf av voltmeteravlesningene med nøkkel B åpen.

Hvis bryter B er lukket, vil voltmeteret vise spenningsfallet over motstanden R :

. (11)

Så, basert på likheter (9), (10) og (11), kan vi slå fast det

(12)

Fra formel (12) er det klart at for å bestemme den interne motstanden til en strømkilde, er det nødvendig, i tillegg til dens EMF, å kjenne strømstyrken i kretsen og spenningen over motstanden R når bryteren er lukket.

Strømmen i en krets kan måles ved hjelp av et amperemeter. Trådviklet motstand laget av nikromtråd og har en motstand på 5 ohm.

Sett sammen kretsen i henhold til diagrammet vist i figur 3.

Etter at kretsen er satt sammen, må du løfte opp hånden og ringe læreren slik at han kan sjekke riktig montering av den elektriske kretsen. Og hvis kjeden er riktig montert, begynn å gjøre arbeidet.

Ta voltmeteravlesninger med nøkkel B åpen og skriv inn spenningsverdien i tabell 1. Lukk deretter tast B og ta igjen voltmeteravlesninger, men denne gangen og amperemeteravlesninger. Skriv inn spennings- og strømverdiene i tabell 1.

Beregn den indre motstanden til strømkilden.

Tabell 1.

, IN

jeg, A

, IN

r, Ohm

Metode 2.

Sett først sammen det eksperimentelle oppsettet vist i figur 2.

Ris. 2.

Mål strømmen i kretsen ved hjelp av et amperemeter, skriv resultatet i notatboken. Motstandsmotstand =5 Ohm. Alle data legges inn i tabell 2., Ohm

Kontrollspørsmål:

Eksterne og interne deler av kjeden.

Hvilken motstand kalles intern? Betegnelse.

Hva er den totale motstanden?

Definer elektromotorisk kraft (EMF). Betegnelse. Enheter.

Angi Ohms lov for hele kretsen.

Hvis vi ikke visste motstandsverdiene til de trådviklede motstandene, ville det være mulig å bruke den andre metoden og hva som må gjøres for dette (kanskje må vi for eksempel koble en enhet til kretsen)?

Kunne sette sammen elektriske kretser som brukes i arbeid.

Litteratur

Kabardin O.F.. Referanse. Materiale: Lærebok. En manual for studenter.-3. utg.-M.: Education, 1991.-s.:150-151.

Skolebarns håndbok. Fysikk / Komp. T. Feshchenko, V. Vozhegova – M.: Philological Society “SLOVO”, LLC “Firm” “AST Publishing House”, Senter for humaniora ved fakultetet for journalistikk ved Moscow State University. M. V. Lomonosova, 1998. - s.: 124 500-501.

Samoilenko P.I.. Fysikk (for ikke-tekniske spesialiteter): Lærebok. for allmennutdanning institusjoner Prof. Utdanning / P. I. Samoilenko, A. V. Sergeev - 2. utgave, St.-M.: Publishing Center "Academy", 2003, s.: 181-182.