Σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα. EMF της πηγής ρεύματος και εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματος. Εσωτερική αντίσταση

Στην εποχή του ηλεκτρισμού, πιθανότατα δεν υπάρχει τέτοιο άτομο που να μην ήξερε για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος. Αλλά λίγοι άνθρωποι θυμούνται περισσότερα από ένα σχολικό μάθημα φυσικής από τα ονόματα των ποσοτήτων: ρεύμα, τάση, αντίσταση, νόμος του Ohm. Και μόνο ελάχιστοι θυμούνται ποιο είναι το νόημα αυτών των λέξεων.

Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε πώς εμφανίζεται το ηλεκτρικό ρεύμα, πώς μεταδίδεται μέσω ενός κυκλώματος και πώς να χρησιμοποιήσετε αυτή την ποσότητα στους υπολογισμούς. Αλλά προτού προχωρήσουμε στο κύριο μέρος, ας στραφούμε στην ιστορία της ανακάλυψης του ηλεκτρικού ρεύματος και των πηγών του, καθώς και στον ορισμό του τι είναι η ηλεκτροκινητική δύναμη.

Ιστορία

Ο ηλεκτρισμός ως πηγή ενέργειας είναι γνωστός από τα αρχαία χρόνια, γιατί η ίδια η φύση τον παράγει σε τεράστιους όγκους. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι ο κεραυνός ή μια ηλεκτρική ράμπα. Παρά μια τέτοια εγγύτητα με τον άνθρωπο, ήταν δυνατό να περιοριστεί αυτή η ενέργεια μόνο στα μέσα του δέκατου έβδομου αιώνα: ο Otto von Guericke, δάσκαλος από το Μαγδεμβούργο, δημιούργησε μια μηχανή που επιτρέπει τη δημιουργία ηλεκτροστατικού φορτίου. Στα μέσα του δέκατου όγδοου αιώνα, ο Peter von Muschenbroek, ένας επιστήμονας από την Ολλανδία, δημιούργησε τον πρώτο ηλεκτρικό πυκνωτή στον κόσμο, που ονόμασε το βάζο Leyden προς τιμή του πανεπιστημίου όπου εργαζόταν.

Ίσως, η εποχή των πραγματικών ανακαλύψεων αφιερωμένων στον ηλεκτρισμό ξεκινά με το έργο των Luigi Galvani και Alessandro Volta, οι οποίοι μελέτησαν, αντίστοιχα, τα ηλεκτρικά ρεύματα στους μύες και την εμφάνιση ρεύματος στα λεγόμενα γαλβανικά κύτταρα. Περαιτέρω έρευνα άνοιξε τα μάτια μας στη σύνδεση μεταξύ του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού, καθώς και σε πολλά πολύ χρήσιμα φαινόμενα (όπως η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή), χωρίς τα οποία είναι αδύνατο να φανταστούμε τη ζωή μας σήμερα.

Δεν θα εμβαθύνουμε όμως σε μαγνητικά φαινόμενα και θα επικεντρωθούμε μόνο στα ηλεκτρικά. Λοιπόν, ας δούμε πώς προκύπτει ο ηλεκτρισμός στις γαλβανικές κυψέλες και περί τίνος πρόκειται.

Τι είναι ένα γαλβανικό στοιχείο;

Μπορούμε να πούμε ότι παράγει ηλεκτρισμό λόγω χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν μεταξύ των συστατικών του. Το απλούστερο γαλβανικό στοιχείο εφευρέθηκε από τον Alessandro Volta και πήρε το όνομά του ως βολταϊκή στήλη. Αποτελείται από πολλά στρώματα, που εναλλάσσονται μεταξύ τους: μια πλάκα χαλκού, μια αγώγιμη φλάντζα (στην οικιακή έκδοση του σχεδίου, χρησιμοποιείται βαμβάκι βρεγμένο με αλμυρό νερό) και μια πλάκα ψευδαργύρου.

Τι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα σε αυτό;

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις διαδικασίες που μας επιτρέπουν να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας ένα γαλβανικό στοιχείο. Υπάρχουν μόνο δύο τέτοιοι μετασχηματισμοί: οξείδωση και αναγωγή. Όταν ένα στοιχείο, ο αναγωγικός παράγοντας, οξειδώνεται, δίνει ηλεκτρόνια σε ένα άλλο στοιχείο, τον οξειδωτικό παράγοντα. Ο οξειδωτικός παράγοντας, με τη σειρά του, ανάγεται με την αποδοχή ηλεκτρονίων. Με αυτόν τον τρόπο τα φορτισμένα σωματίδια μετακινούνται από τη μια πλάκα στην άλλη και αυτό, όπως είναι γνωστό, ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα.

Και τώρα ας προχωρήσουμε ομαλά στο κύριο θέμα αυτού του άρθρου - το EMF της τρέχουσας πηγής. Και πρώτα, ας δούμε τι είναι αυτή η ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF).

Τι είναι το EMF;

Αυτή η ποσότητα μπορεί να αναπαρασταθεί ως το έργο των δυνάμεων (δηλαδή «εργασία») που εκτελείται όταν ένα φορτίο κινείται κατά μήκος ενός κλειστού ηλεκτρικού κυκλώματος. Πολύ συχνά κάνουν και διευκρινίσεις ότι η χρέωση πρέπει απαραίτητα να είναι θετική και μονάδα. Και αυτό είναι μια ουσιαστική προσθήκη, αφού μόνο υπό αυτές τις συνθήκες η ηλεκτροκινητική δύναμη μπορεί να θεωρηθεί ακριβές μετρήσιμο μέγεθος. Παρεμπιπτόντως, μετριέται στις ίδιες μονάδες με την τάση: βολτ (V).

EMF τρέχουσας πηγής

Όπως γνωρίζετε, κάθε μπαταρία ή μπαταρία έχει τη δική της τιμή αντίστασης που μπορεί να παράγει. Αυτή η τιμή, το emf της πηγής ρεύματος, δείχνει πόση εργασία γίνεται από εξωτερικές δυνάμεις για τη μετακίνηση του φορτίου κατά μήκος του κυκλώματος στο οποίο είναι συνδεδεμένη η μπαταρία ή ο συσσωρευτής.

Αξίζει επίσης να διευκρινιστεί ποιος τύπος ρεύματος παράγει η πηγή: σταθερό, εναλλασσόμενο ή παλμικό. Οι γαλβανικές κυψέλες, συμπεριλαμβανομένων των συσσωρευτών και των μπαταριών, παράγουν πάντα μόνο συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα. Το EMF της πηγής ρεύματος σε αυτή την περίπτωση θα είναι ίσο σε μέγεθος με την τάση εξόδου στις επαφές της πηγής.

Τώρα είναι καιρός να καταλάβουμε γιατί χρειάζεται γενικά μια τέτοια ποσότητα όπως το EMF και πώς να τη χρησιμοποιήσετε κατά τον υπολογισμό άλλων ποσοτήτων ενός ηλεκτρικού κυκλώματος.

Φόρμουλα EMF

Έχουμε ήδη ανακαλύψει ότι το EMF της πηγής ρεύματος είναι ίσο με το έργο των εξωτερικών δυνάμεων για τη μετακίνηση του φορτίου. Για μεγαλύτερη σαφήνεια, αποφασίσαμε να γράψουμε τον τύπο για αυτήν την ποσότητα: E = A εξωτερικές δυνάμεις / q, όπου A είναι έργο και q είναι το φορτίο με το οποίο έγινε η εργασία. Λάβετε υπόψη ότι καταβάλλεται η συνολική χρέωση και όχι η χρέωση μονάδας. Αυτό γίνεται επειδή θεωρούμε το έργο των δυνάμεων για τη μετακίνηση όλων των φορτίων σε έναν αγωγό. Και αυτή η αναλογία εργασίας προς φόρτιση θα είναι πάντα σταθερή για μια δεδομένη πηγή, αφού ανεξάρτητα από το πόσα φορτισμένα σωματίδια παίρνετε, η συγκεκριμένη ποσότητα εργασίας για καθένα από αυτά θα είναι η ίδια.

Όπως μπορείτε να δείτε, ο τύπος για την ηλεκτροκινητική δύναμη δεν είναι τόσο περίπλοκος και αποτελείται μόνο από δύο ποσότητες. Ήρθε η ώρα να προχωρήσουμε σε ένα από τα βασικά ερωτήματα που προκύπτουν από αυτό το άρθρο.

Γιατί χρειάζεται το EMF;

Έχει ήδη ειπωθεί ότι το EMF και η τάση είναι στην πραγματικότητα τα ίδια μεγέθη. Εάν γνωρίζουμε τις τιμές του EMF και την εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματος, τότε δεν θα είναι δύσκολο να τις αντικαταστήσουμε στο νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα, το οποίο μοιάζει με αυτό: I=e/(R+r) , όπου I είναι η ισχύς ρεύματος, e είναι το EMF, R είναι αντίσταση κυκλώματος, r - εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματος. Από εδώ μπορούμε να βρούμε δύο χαρακτηριστικά του κυκλώματος: I και R. Πρέπει να σημειωθεί ότι όλα αυτά τα ορίσματα και οι τύποι ισχύουν μόνο για ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος. Στην περίπτωση μιας μεταβλητής, οι τύποι θα είναι εντελώς διαφορετικοί, αφού υπακούει στους δικούς της ταλαντωτικούς νόμους.

Ωστόσο, παραμένει ασαφές τι εφαρμογή έχει το EMF μιας τρέχουσας πηγής. Σε ένα κύκλωμα, κατά κανόνα, υπάρχουν πολλά στοιχεία που εκτελούν τη λειτουργία τους. Σε οποιοδήποτε τηλέφωνο υπάρχει μια πλακέτα, η οποία επίσης δεν είναι τίποτα άλλο από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Και κάθε τέτοιο κύκλωμα απαιτεί μια πηγή ρεύματος για να λειτουργήσει. Και είναι πολύ σημαντικό το EMF του να ταιριάζει με τις παραμέτρους για όλα τα στοιχεία του κυκλώματος. Διαφορετικά, το κύκλωμα είτε θα σταματήσει να λειτουργεί είτε θα καεί λόγω της υψηλής τάσης στο εσωτερικό του.

συμπέρασμα

Πιστεύουμε ότι αυτό το άρθρο ήταν χρήσιμο για πολλούς. Πράγματι, στον σύγχρονο κόσμο είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε όσο το δυνατόν περισσότερα για το τι μας περιβάλλει. Συμπεριλαμβανομένης ουσιαστικής γνώσης σχετικά με τη φύση του ηλεκτρικού ρεύματος και τη συμπεριφορά του μέσα στα κυκλώματα. Και αν νομίζετε ότι ένα τέτοιο ηλεκτρικό κύκλωμα χρησιμοποιείται μόνο σε εργαστήρια και είστε μακριά από αυτό, τότε κάνετε πολύ λάθος: όλες οι συσκευές που καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια αποτελούνται στην πραγματικότητα από κυκλώματα. Και καθένα από αυτά έχει τη δική του τρέχουσα πηγή, η οποία δημιουργεί ένα EMF.

Πηγή είναι μια συσκευή που μετατρέπει μηχανική, χημική, θερμική και κάποιες άλλες μορφές ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Με άλλα λόγια, η πηγή είναι ένα ενεργό στοιχείο δικτύου σχεδιασμένο να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Οι διαφορετικοί τύποι πηγών που διατίθενται στο ηλεκτρικό δίκτυο είναι πηγές τάσης και πηγές ρεύματος. Αυτές οι δύο έννοιες στα ηλεκτρονικά είναι διαφορετικές μεταξύ τους.

Πηγή σταθερής τάσης

Μια πηγή τάσης είναι μια συσκευή με δύο πόλους η τάση της είναι σταθερή ανά πάσα στιγμή και το ρεύμα που διέρχεται από αυτήν δεν έχει καμία επίδραση. Μια τέτοια πηγή θα είναι ιδανική, έχοντας μηδενική εσωτερική αντίσταση. Σε πρακτικές συνθήκες δεν μπορεί να επιτευχθεί.

Μια περίσσεια ηλεκτρονίων συσσωρεύεται στον αρνητικό πόλο της πηγής τάσης και μια ανεπάρκεια ηλεκτρονίων στον θετικό πόλο. Οι καταστάσεις των πόλων διατηρούνται από διαδικασίες εντός της πηγής.

Μπαταρίες

Οι μπαταρίες αποθηκεύουν χημική ενέργεια εσωτερικά και είναι ικανές να τη μετατρέψουν σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι μπαταρίες δεν μπορούν να επαναφορτιστούν, κάτι που είναι το μειονέκτημά τους.

Μπαταρίες

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες είναι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Κατά τη φόρτιση, η ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται εσωτερικά ως χημική ενέργεια. Κατά την εκφόρτωση, η χημική διεργασία συμβαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση και απελευθερώνεται ηλεκτρική ενέργεια.

Παραδείγματα:

1. Κυψέλη μπαταρίας μολύβδου-οξέος. Είναι κατασκευασμένο από ηλεκτρόδια μολύβδου και ηλεκτρολυτικό υγρό σε μορφή θειικού οξέος αραιωμένο με απεσταγμένο νερό. Η τάση ανά στοιχείο είναι περίπου 2 V. Στις μπαταρίες αυτοκινήτων, έξι στοιχεία συνδέονται συνήθως σε ένα κύκλωμα σειράς και η προκύπτουσα τάση στους ακροδέκτες εξόδου είναι 12 V.

1. Μπαταρίες νικελίου-καδμίου, τάση κυψέλης – 1,2 V.

Σπουδαίος!Για μικρά ρεύματα, οι μπαταρίες και οι συσσωρευτές μπορούν να θεωρηθούν ως μια καλή προσέγγιση των ιδανικών πηγών τάσης.

Πηγή τάσης AC

Η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση γεννητριών και, μετά από ρύθμιση τάσης, μεταδίδεται στον καταναλωτή. Η εναλλασσόμενη τάση του οικιακού δικτύου 220 V στα τροφοδοτικά διαφόρων ηλεκτρονικών συσκευών μετατρέπεται εύκολα σε χαμηλότερη τιμή όταν χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές.

Τρέχουσα πηγή

Κατ' αναλογία, όπως μια ιδανική πηγή τάσης δημιουργεί μια σταθερή τάση στην έξοδο, το καθήκον μιας πηγής ρεύματος είναι να παράγει μια σταθερή τιμή ρεύματος, ελέγχοντας αυτόματα την απαιτούμενη τάση. Παραδείγματα είναι μετασχηματιστές ρεύματος (δευτερεύουσα περιέλιξη), φωτοκύτταρα, ρεύματα συλλέκτη τρανζίστορ.

Υπολογισμός της εσωτερικής αντίστασης της πηγής τάσης

Οι πραγματικές πηγές τάσης έχουν τη δική τους ηλεκτρική αντίσταση, η οποία ονομάζεται «εσωτερική αντίσταση». Το φορτίο που συνδέεται με τους ακροδέκτες της πηγής χαρακτηρίζεται ως "εξωτερική αντίσταση" - R.

Μια μπαταρία μπαταριών παράγει EMF:

ε = E/Q, όπου:

• E – ενέργεια (J);
• Q – χρέωση (C).

Το συνολικό emf ενός στοιχείου μπαταρίας είναι η τάση ανοιχτού κυκλώματος όταν δεν υπάρχει φορτίο. Μπορεί να ελεγχθεί με καλή ακρίβεια χρησιμοποιώντας ψηφιακό πολύμετρο. Η διαφορά δυναμικού που μετράται στους ακροδέκτες εξόδου της μπαταρίας όταν συνδέεται με αντίσταση φορτίου θα είναι μικρότερη από την τάση της όταν το κύκλωμα είναι ανοιχτό, λόγω της ροής ρεύματος μέσω του εξωτερικού φορτίου και μέσω της εσωτερικής αντίστασης της πηγής, Αυτό οδηγεί στη διάχυση της ενέργειας σε αυτό ως θερμική ακτινοβολία.

Η εσωτερική αντίσταση μιας χημικής μπαταρίας είναι μεταξύ ενός κλάσματος του ohm και λίγων ohms και οφείλεται κυρίως στην αντίσταση των ηλεκτρολυτικών υλικών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή της μπαταρίας.

Εάν μια αντίσταση με αντίσταση R είναι συνδεδεμένη σε μια μπαταρία, το ρεύμα στο κύκλωμα είναι I = ε/(R + r).

Η εσωτερική αντίσταση δεν είναι σταθερή τιμή. Επηρεάζεται από τον τύπο της μπαταρίας (αλκαλική, μολύβδου-οξέος κ.λπ.), και αλλάζει ανάλογα με την τιμή φορτίου, τη θερμοκρασία και την περίοδο χρήσης της μπαταρίας. Για παράδειγμα, με τις μπαταρίες μιας χρήσης, η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται κατά τη χρήση και επομένως η τάση πέφτει μέχρι να φτάσει σε κατάσταση ακατάλληλη για περαιτέρω χρήση.

Εάν το emf της πηγής είναι μια προκαθορισμένη ποσότητα, η εσωτερική αντίσταση της πηγής προσδιορίζεται μετρώντας το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση φορτίου.

1. Δεδομένου ότι η εσωτερική και η εξωτερική αντίσταση στο κατά προσέγγιση κύκλωμα συνδέονται σε σειρά, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τους νόμους του Ohm και του Kirchhoff για να εφαρμόσετε τον τύπο:

1. Από αυτή την έκφραση r = ε/Ι - R.

Παράδειγμα.Μια μπαταρία με γνωστό emf ε = 1,5 V συνδέεται σε σειρά με μια λάμπα. Η πτώση τάσης κατά μήκος του λαμπτήρα είναι 1,2 V. Επομένως, η εσωτερική αντίσταση του στοιχείου δημιουργεί πτώση τάσης: 1,5 - 1,2 = 0,3 V. Η αντίσταση των συρμάτων στο κύκλωμα θεωρείται αμελητέα, η αντίσταση του λαμπτήρα δεν είναι γνωστός. Μετρημένο ρεύμα που διέρχεται από το κύκλωμα: I = 0,3 A. Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας.

1. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, η αντίσταση του λαμπτήρα είναι R = U/I = 1,2/0,3 = 4 Ohm;
2. Τώρα, σύμφωνα με τον τύπο για τον υπολογισμό της εσωτερικής αντίστασης, r = ε/Ι - R = 1,5/0,3 - 4 = 1 Ohm.

Σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, η εξωτερική αντίσταση πέφτει σχεδόν στο μηδέν. Το ρεύμα μπορεί να περιοριστεί μόνο από τη μικρή αντίσταση της πηγής. Το ρεύμα που παράγεται σε μια τέτοια κατάσταση είναι τόσο ισχυρό που η πηγή τάσης μπορεί να καταστραφεί από τις θερμικές επιπτώσεις του ρεύματος και υπάρχει κίνδυνος πυρκαγιάς. Ο κίνδυνος πυρκαγιάς αποτρέπεται με την τοποθέτηση ασφαλειών, για παράδειγμα σε κυκλώματα μπαταρίας αυτοκινήτου.

Η εσωτερική αντίσταση μιας πηγής τάσης είναι ένας σημαντικός παράγοντας όταν αποφασίζετε πώς να παραδώσετε την πιο αποδοτική ισχύ σε μια συνδεδεμένη ηλεκτρική συσκευή.

Σπουδαίος!Η μέγιστη μεταφορά ισχύος συμβαίνει όταν η εσωτερική αντίσταση της πηγής είναι ίση με την αντίσταση του φορτίου.

Ωστόσο, υπό αυτήν την προϋπόθεση, θυμόμαστε τον τύπο P = I² x R, μια ίδια ποσότητα ενέργειας μεταφέρεται στο φορτίο και διαχέεται στην ίδια την πηγή και η απόδοσή της είναι μόνο 50%.

Οι απαιτήσεις φορτίου πρέπει να εξετάζονται προσεκτικά για να αποφασιστεί η βέλτιστη χρήση της πηγής. Για παράδειγμα, μια μπαταρία αυτοκινήτου μολύβδου-οξέος πρέπει να παρέχει υψηλά ρεύματα σε σχετικά χαμηλή τάση 12 V. Η χαμηλή εσωτερική αντίσταση της επιτρέπει να το κάνει αυτό.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα τροφοδοτικά υψηλής τάσης πρέπει να έχουν εξαιρετικά υψηλή εσωτερική αντίσταση για τον περιορισμό του ρεύματος βραχυκυκλώματος.

Χαρακτηριστικά της εσωτερικής αντίστασης της πηγής ρεύματος

Μια ιδανική πηγή ρεύματος έχει άπειρη αντίσταση, αλλά για γνήσιες πηγές μπορεί κανείς να φανταστεί μια κατά προσέγγιση έκδοση. Το ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι μια αντίσταση συνδεδεμένη με την πηγή παράλληλα και μια εξωτερική αντίσταση.

Η έξοδος ρεύματος από την πηγή ρεύματος κατανέμεται ως εξής: μέρος του ρεύματος ρέει μέσω της υψηλότερης εσωτερικής αντίστασης και μέσω της αντίστασης χαμηλού φορτίου.

Το ρεύμα εξόδου θα είναι το άθροισμα των ρευμάτων στην εσωτερική αντίσταση και το φορτίο Io = In + Iin.

Αποδεικνύεται:

In = Iо - Iin = Iо - Un/r.

Αυτή η σχέση δείχνει ότι όσο αυξάνεται η εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματος, τόσο περισσότερο μειώνεται το ρεύμα σε όλη αυτή και η αντίσταση φορτίου λαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του ρεύματος. Είναι ενδιαφέρον ότι η τάση δεν θα επηρεάσει την τιμή του ρεύματος.

Πραγματική τάση εξόδου πηγής:

Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). Βαθμολογήστε αυτό το άρθρο:

Στα άκρα του αγωγού, άρα και του ρεύματος, είναι απαραίτητη η παρουσία εξωτερικών δυνάμεων μη ηλεκτρικής φύσης, με τη βοήθεια των οποίων γίνεται ο διαχωρισμός των ηλεκτρικών φορτίων.

Από εξωτερικές δυνάμειςείναι οποιεσδήποτε δυνάμεις που δρουν σε ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια σε ένα κύκλωμα, με εξαίρεση τις ηλεκτροστατικές (δηλαδή, το Coulomb).

Τρίτοι δυνάμεις θέτουν σε κίνηση φορτισμένα σωματίδια μέσα σε όλες τις πηγές ρεύματος: σε γεννήτριες, σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, γαλβανικές κυψέλες, μπαταρίες κ.λπ.

Όταν ένα κύκλωμα είναι κλειστό, δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο σε όλους τους αγωγούς του κυκλώματος. Μέσα στην πηγή ρεύματος, τα φορτία κινούνται υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων έναντι των δυνάμεων Coulomb (τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από ένα θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο σε ένα αρνητικό) και σε όλο το υπόλοιπο κύκλωμα οδηγούνται από ένα ηλεκτρικό πεδίο (βλ. παραπάνω σχήμα).

Στις πηγές ρεύματος, κατά τη διαδικασία διαχωρισμού φορτισμένων σωματιδίων, διαφορετικοί τύποι ενέργειας μετατρέπονται σε ηλεκτρική ενέργεια. Με βάση τον τύπο της μετατρεπόμενης ενέργειας, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι ηλεκτροκινητικής δύναμης:

- ηλεκτροστατική- σε μια μηχανή ηλεκτροφόρου, στην οποία η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια με τριβή.

- θερμοηλεκτρικό- σε ένα θερμοστοιχείο - η εσωτερική ενέργεια της θερμαινόμενης ένωσης δύο συρμάτων από διαφορετικά μέταλλα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

- φωτοβολταϊκά- σε φωτοκύτταρο. Εδώ συμβαίνει η μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια: όταν φωτίζονται ορισμένες ουσίες, για παράδειγμα, σελήνιο, οξείδιο του χαλκού (I), πυρίτιο, παρατηρείται απώλεια αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου.

- χημικό- σε γαλβανικές κυψέλες, μπαταρίες και άλλες πηγές στις οποίες η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF)- χαρακτηριστικά των πηγών ρεύματος. Η έννοια του EMF εισήχθη από τον G. Ohm το 1827 για κυκλώματα συνεχούς ρεύματος. Το 1857, ο Kirchhoff όρισε το EMF ως το έργο των εξωτερικών δυνάμεων κατά τη μεταφορά ενός μοναδιαίου ηλεκτρικού φορτίου κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος:

ɛ = A st /q,

Οπου ɛ — EMF της τρέχουσας πηγής, Ένας αγ- έργο εξωτερικών δυνάμεων, q- το ποσό της μεταφερόμενης χρέωσης.

Η ηλεκτροκινητική δύναμη εκφράζεται σε βολτ.

Μπορούμε να μιλήσουμε για ηλεκτροκινητική δύναμη σε οποιοδήποτε μέρος του κυκλώματος. Αυτό είναι το συγκεκριμένο έργο των εξωτερικών δυνάμεων (εργασία για τη μετακίνηση ενός μόνο φορτίου) όχι σε ολόκληρο το κύκλωμα, αλλά μόνο σε μια δεδομένη περιοχή.

Εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματος.

Ας υπάρχει ένα απλό κλειστό κύκλωμα που αποτελείται από μια πηγή ρεύματος (για παράδειγμα, ένα γαλβανικό στοιχείο, μπαταρία ή γεννήτρια) και μια αντίσταση με αντίσταση R. Το ρεύμα σε ένα κλειστό κύκλωμα δεν διακόπτεται πουθενά, επομένως υπάρχει και μέσα στην πηγή ρεύματος. Οποιαδήποτε πηγή αντιπροσωπεύει κάποια αντίσταση στο ρεύμα. Λέγεται εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματοςκαι ορίζεται από την επιστολή r.

Στη γεννήτρια r- αυτή είναι η αντίσταση περιέλιξης, σε ένα γαλβανικό στοιχείο - η αντίσταση του διαλύματος ηλεκτρολύτη και των ηλεκτροδίων.

Έτσι, η πηγή ρεύματος χαρακτηρίζεται από τις τιμές του EMF και της εσωτερικής αντίστασης, που καθορίζουν την ποιότητά της. Για παράδειγμα, τα ηλεκτροστατικά μηχανήματα έχουν πολύ υψηλό EMF (έως δεκάδες χιλιάδες βολτ), αλλά ταυτόχρονα η εσωτερική τους αντίσταση είναι τεράστια (έως και εκατοντάδες megohms). Ως εκ τούτου, είναι ακατάλληλα για τη δημιουργία υψηλών ρευμάτων. Τα γαλβανικά κύτταρα έχουν EMF μόνο περίπου 1 V, αλλά η εσωτερική αντίσταση είναι επίσης χαμηλή (περίπου 1 Ohm ή λιγότερο). Αυτό τους επιτρέπει να λαμβάνουν ρεύματα μετρημένα σε αμπέρ.

Στόχος της εργασίας: μελετήστε τη μέθοδο μέτρησης EMF και εσωτερικής αντίστασης μιας πηγής ρεύματος χρησιμοποιώντας αμπερόμετρο και βολτόμετρο.

Εξοπλισμός: μεταλλικό tablet, πηγή ρεύματος, αμπερόμετρο, βολτόμετρο, αντίσταση, κλειδί, σφιγκτήρες, καλώδια σύνδεσης.

Για τη μέτρηση του EMF και της εσωτερικής αντίστασης της πηγής ρεύματος, συναρμολογείται ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, το διάγραμμα του οποίου φαίνεται στο σχήμα 1.

Ένα αμπερόμετρο, μια αντίσταση και ένας διακόπτης συνδεδεμένοι σε σειρά συνδέονται στην πηγή ρεύματος. Επιπλέον, ένα βολτόμετρο συνδέεται επίσης απευθείας στις υποδοχές εξόδου της πηγής.

Το EMF μετράται διαβάζοντας ένα βολτόμετρο με ανοιχτό το διακόπτη. Αυτή η μέθοδος προσδιορισμού του EMF βασίζεται σε ένα συμπέρασμα από το νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα, σύμφωνα με το οποίο, με μια απείρως μεγάλη αντίσταση του εξωτερικού κυκλώματος, η τάση στους ακροδέκτες της πηγής είναι ίση με το EMF του. (Δείτε την παράγραφο «Νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα» στο σχολικό βιβλίο Φυσικής 10).

Για τον προσδιορισμό της εσωτερικής αντίστασης της πηγής, το κλειδί K είναι κλειστό. πηγή). Δεδομένου ότι η πηγή emf είναι ίση με το άθροισμα των πτώσεων τάσης στα εσωτερικά και εξωτερικά τμήματα του κυκλώματος:

ε = Ur+UR, ΟτιUr = ε -UR (1)

Σύμφωνα με το νόμο του Ohm για ένα τμήμα της αλυσίδας U r = I · r(2). Αντικαθιστώντας την ισότητα (2) σε (1) παίρνουμε:

Εγώ· r = ε - Ur , από όπου r = (ε - UR)/ J

Επομένως, για να μάθετε την εσωτερική αντίσταση μιας πηγής ρεύματος, είναι απαραίτητο να προσδιορίσετε πρώτα το EMF της, στη συνέχεια να κλείσετε τον διακόπτη και να μετρήσετε την πτώση τάσης στην εξωτερική αντίσταση, καθώς και την ισχύ του ρεύματος σε αυτήν.

Πρόοδος

1. Ετοιμάστε έναν πίνακα για να καταγράψετε τα αποτελέσματα των μετρήσεων και των υπολογισμών:

Σχεδιάστε ένα διάγραμμα στο σημειωματάριό σας για να μετρήσετε το EMF και την εσωτερική αντίσταση της πηγής.

Αφού ελέγξετε το κύκλωμα, συναρμολογήστε το ηλεκτρικό κύκλωμα. Ξεκλειδώστε το κλειδί.

Μετρήστε το μέγεθος της πηγής emf.

Κλείστε το κλειδί και προσδιορίστε τις ενδείξεις του αμπερόμετρου και του βολτόμετρου.

Υπολογίστε την εσωτερική αντίσταση της πηγής.

1. Προσδιορισμός emf και εσωτερικής αντίστασης πηγής ρεύματος με γραφική μέθοδο

Στόχος της εργασίας: μελετήστε τις μετρήσεις του emf, της εσωτερικής αντίστασης και του ρεύματος βραχυκυκλώματος της πηγής ρεύματος, με βάση την ανάλυση του γραφήματος της εξάρτησης της τάσης στην έξοδο της πηγής από το ρεύμα στο κύκλωμα.

Εξοπλισμός: γαλβανικό στοιχείο, αμπερόμετρο, βολτόμετρο, αντίσταση R 1 , μεταβλητή αντίσταση, κλειδί, σφιγκτήρες, μεταλλικό tablet, καλώδια σύνδεσης.

Από το νόμο του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα προκύπτει ότι η τάση στην έξοδο της πηγής ρεύματος εξαρτάται σε ευθεία αναλογία με το ρεύμα στο κύκλωμα:

αφού I =E/(R+r), τότε IR + Ir = E, αλλά IR = U, από όπου U + Ir = E ή U = E – Ir (1).

Εάν σχεδιάσετε την εξάρτηση του U από το I, τότε από τα σημεία τομής του με τους άξονες συντεταγμένων μπορείτε να προσδιορίσετε το E, I K.Z. - την ισχύ του ρεύματος βραχυκυκλώματος (το ρεύμα που θα ρέει στο κύκλωμα της πηγής όταν η εξωτερική αντίσταση R γίνει μηδενική).

Το EMF καθορίζεται από το σημείο τομής του γραφήματος με τον άξονα τάσης. Αυτό το σημείο στο γράφημα αντιστοιχεί στην κατάσταση του κυκλώματος στο οποίο δεν υπάρχει ρεύμα σε αυτό και, επομένως, U = E.

Η ισχύς του ρεύματος βραχυκυκλώματος καθορίζεται από το σημείο τομής του γραφήματος με τον άξονα ρεύματος. Σε αυτή την περίπτωση, η εξωτερική αντίσταση R = 0 και, επομένως, η τάση στην έξοδο της πηγής U = 0.

Η εσωτερική αντίσταση της πηγής βρίσκεται από την εφαπτομένη της γωνίας κλίσης του γραφήματος σε σχέση με τον άξονα ρεύματος. (Συγκρίνετε τον τύπο (1) με μια μαθηματική συνάρτηση της μορφής Υ = ΑΧ + Β και θυμηθείτε τη σημασία του συντελεστή για το Χ).

Πρόοδος

Για να καταγράψετε τα αποτελέσματα των μετρήσεων, ετοιμάστε έναν πίνακα:

1. Αφού ο δάσκαλος ελέγξει το κύκλωμα, συναρμολογήστε το ηλεκτρικό κύκλωμα. Ρυθμίστε το ρυθμιστικό μεταβλητής αντίστασης στη θέση στην οποία η αντίσταση του κυκλώματος που είναι συνδεδεμένο στην πηγή ρεύματος είναι μέγιστη.

Προσδιορίστε το ρεύμα στο κύκλωμα και την τάση στους ακροδέκτες της πηγής στη μέγιστη τιμή αντίστασης της μεταβλητής αντίστασης. Εισαγάγετε τα δεδομένα μέτρησης στον πίνακα.

Επαναλάβετε τις μετρήσεις ρεύματος και τάσης πολλές φορές, μειώνοντας κάθε φορά την τιμή της μεταβλητής αντίστασης έτσι ώστε η τάση στους ακροδέκτες της πηγής να μειωθεί κατά 0,1 V. Σταματήστε τις μετρήσεις όταν το ρεύμα στο κύκλωμα φτάσει το 1Α.

Σχεδιάστε τα σημεία που λήφθηκαν στο πείραμα σε ένα γράφημα. Σχεδιάστε την τάση κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα και το ρεύμα κατά μήκος του οριζόντιου άξονα. Σχεδιάστε μια ευθεία γραμμή μέσα από τα σημεία.

Συνεχίστε το γράφημα μέχρι να τέμνεται με τους άξονες συντεταγμένων και προσδιορίστε τις τιμές των E και I K.Z.

Μετρήστε το EMF της πηγής συνδέοντας ένα βολτόμετρο στους ακροδέκτες της με ανοιχτό το εξωτερικό κύκλωμα. Συγκρίνετε τις τιμές EMF που λαμβάνονται με τις δύο μεθόδους και υποδεικνύετε τον λόγο της πιθανής απόκλισης στα αποτελέσματα.

Προσδιορίστε την εσωτερική αντίσταση της πηγής ρεύματος. Για να γίνει αυτό, υπολογίστε την εφαπτομένη της γωνίας κλίσης του κατασκευασμένου γραφήματος στον τρέχοντα άξονα. Δεδομένου ότι η εφαπτομένη μιας γωνίας σε ένα ορθογώνιο τρίγωνο είναι ίση με το λόγο της απέναντι πλευράς προς τη διπλανή πλευρά, αυτό μπορεί πρακτικά να γίνει με την εύρεση του λόγου E / I K.Z.

Η ανάγκη εισαγωγής του όρου μπορεί να επεξηγηθεί από το ακόλουθο παράδειγμα. Ας συγκρίνουμε δύο χημικές πηγές DC με την ίδια τάση:

• Μπαταρία μολύβδου-οξέος αυτοκινήτου με τάση 12 βολτ και χωρητικότητα 55 Ah
• Οκτώ μπαταρίες AA συνδεδεμένες σε σειρά. Η συνολική τάση μιας τέτοιας μπαταρίας είναι επίσης 12 βολτ, η χωρητικότητα είναι πολύ μικρότερη - περίπου 1 Ah

Παρά την ίδια τάση, αυτές οι πηγές διαφέρουν σημαντικά όταν λειτουργούν με το ίδιο φορτίο. Έτσι, μια μπαταρία αυτοκινήτου είναι ικανή να παρέχει μεγάλο ρεύμα στο φορτίο (ο κινητήρας του αυτοκινήτου ξεκινά από την μπαταρία, ενώ η μίζα καταναλώνει ρεύμα 250 αμπέρ), αλλά η μίζα δεν περιστρέφεται καθόλου από μια αλυσίδα μπαταριών. Η σχετικά μικρή χωρητικότητα των μπαταριών δεν είναι ο λόγος: μια αμπ/ώρα στις μπαταρίες θα ήταν αρκετή για να περιστρέψετε τη μίζα για 14 δευτερόλεπτα (με ρεύμα 250 αμπέρ).

Έτσι, για δίκτυα δύο τερματικών που περιέχουν πηγές (δηλαδή γεννήτριες τάσης και γεννήτριες ρεύματος), είναι απαραίτητο να μιλήσουμε συγκεκριμένα για εσωτερικόςαντίσταση (ή αντίσταση). Εάν το δίκτυο δύο τερματικών δεν περιέχει πηγές, τότε " εσωτερικόςαντίσταση" για ένα τέτοιο δίκτυο δύο τερματικών σημαίνει το ίδιο με Μόλις"αντίσταση".

Σχετικοί όροι

Εάν σε οποιοδήποτε σύστημα είναι δυνατή η διάκριση μιας εισόδου ή/και μιας εξόδου, τότε χρησιμοποιούνται συχνά οι ακόλουθοι όροι:

Φυσικές αρχές

Παρά το γεγονός ότι στο ισοδύναμο κύκλωμα η εσωτερική αντίσταση παρουσιάζεται ως ένα παθητικό στοιχείο (και η ενεργή αντίσταση, δηλαδή, υπάρχει αναγκαστικά μια αντίσταση σε αυτό), η εσωτερική αντίσταση δεν συγκεντρώνεται σε κανένα στοιχείο. Δίκτυο δύο τερματικών μόνο εξωτερικά συμπεριφέρεταισαν να είχε συγκεντρωμένη εσωτερική αντίσταση και γεννήτρια τάσης. Στην πραγματικότητα, η εσωτερική αντίσταση είναι μια εξωτερική εκδήλωση ενός συνόλου φυσικών επιδράσεων:

• Εάν σε δίκτυο δύο τερματικών υπάρχει μόνο ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣχωρίς κανένα ηλεκτρικό κύκλωμα (για παράδειγμα, ένα γαλβανικό στοιχείο), τότε η εσωτερική αντίσταση είναι σχεδόν καθαρά ενεργή (εκτός αν μιλάμε για πολύ υψηλές συχνότητες), οφείλεται σε φυσικές επιδράσεις που δεν επιτρέπουν την ισχύ που παρέχεται από αυτήν την πηγή στην το φορτίο να υπερβαίνει ένα ορισμένο όριο. Το απλούστερο παράδειγμα τέτοιου φαινομένου είναι η μη μηδενική αντίσταση των αγωγών ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Όμως, κατά κανόνα, η μεγαλύτερη συμβολή στον περιορισμό της ισχύος προέρχεται από τα αποτελέσματα μη ηλεκτρικόφύση. Έτσι, για παράδειγμα, στην ισχύ μπορεί να περιοριστεί από την περιοχή επαφής των ουσιών που συμμετέχουν στην αντίδραση, σε μια γεννήτρια υδροηλεκτρικού σταθμού - από περιορισμένη πίεση νερού κ.λπ.
• Στην περίπτωση δικτύου δύο τερματικών που περιέχει μέσα ηλεκτρικό διάγραμμα, η εσωτερική αντίσταση είναι «διασπαρμένη» στα στοιχεία του κυκλώματος (επιπλέον των μηχανισμών που αναφέρονται παραπάνω στην πηγή).

Αυτό συνεπάγεται επίσης ορισμένα χαρακτηριστικά εσωτερικής αντίστασης:

Η επίδραση της εσωτερικής αντίστασης στις ιδιότητες ενός δικτύου δύο τερματικών

Η επίδραση της εσωτερικής αντίστασης είναι μια αναπόσπαστη ιδιότητα οποιουδήποτε ενεργού δικτύου δύο τερματικών. Το κύριο αποτέλεσμα της παρουσίας εσωτερικής αντίστασης είναι ο περιορισμός της ηλεκτρικής ισχύος που μπορεί να ληφθεί στο φορτίο που παρέχεται από αυτό το δίκτυο δύο τερματικών.

Έστω ότι υπάρχει ένα δίκτυο δύο τερματικών, το οποίο μπορεί να περιγραφεί από το παραπάνω ισοδύναμο κύκλωμα. Ένα δίκτυο δύο τερματικών έχει δύο άγνωστες παραμέτρους που πρέπει να βρεθούν:

• Γεννήτρια τάσης EMF U
• Εσωτερική αντίσταση r

Γενικά, για τον προσδιορισμό δύο αγνώστων, είναι απαραίτητο να γίνουν δύο μετρήσεις: μετρήστε την τάση στην έξοδο του δικτύου δύο τερματικών (δηλαδή τη διαφορά δυναμικού U out = φ 2 − φ 1) σε δύο διαφορετικά ρεύματα φορτίου. Τότε οι άγνωστες παράμετροι μπορούν να βρεθούν από το σύστημα εξισώσεων:

Οπου U έξω 1 Ι 1, Uout2- τάση εξόδου στο ρεύμα Ι 2. Λύνοντας το σύστημα των εξισώσεων, βρίσκουμε τους άγνωστους:

Συνήθως, χρησιμοποιείται μια απλούστερη τεχνική για τον υπολογισμό της εσωτερικής αντίστασης: βρίσκεται η τάση στη λειτουργία χωρίς φορτίο και το ρεύμα στη λειτουργία βραχυκυκλώματος του δικτύου δύο τερματικών. Σε αυτήν την περίπτωση, το σύστημα () γράφεται ως εξής:

Οπου U oc- Τάση εξόδου σε κατάσταση αδράνειας (eng. ανοικτό κύκλωμα), δηλαδή σε ρεύμα μηδενικού φορτίου. Isc- ρεύμα φόρτωσης σε λειτουργία βραχυκυκλώματος (eng. βραχυκύκλωμα), δηλαδή κάτω από φορτίο με μηδενική αντίσταση. Εδώ λαμβάνεται υπόψη ότι το ρεύμα εξόδου σε λειτουργία χωρίς φορτίο και η τάση εξόδου σε λειτουργία βραχυκυκλώματος είναι μηδέν. Από τις τελευταίες εξισώσεις παίρνουμε αμέσως:

Μέτρηση

Εννοια μέτρησηισχύει για την πραγματική συσκευή (αλλά όχι για το κύκλωμα). Η απευθείας μέτρηση με ωμόμετρο είναι αδύνατη, καθώς είναι αδύνατη η σύνδεση των ανιχνευτών της συσκευής στους ακροδέκτες εσωτερικής αντίστασης. Επομένως, είναι απαραίτητη η έμμεση μέτρηση, η οποία δεν διαφέρει θεμελιωδώς από τον υπολογισμό - απαιτούνται επίσης τάσεις σε όλο το φορτίο σε δύο διαφορετικές τιμές ρεύματος. Ωστόσο, δεν είναι πάντα δυνατό να χρησιμοποιηθεί ο απλοποιημένος τύπος (2), καθώς δεν επιτρέπει κάθε πραγματικό δίκτυο δύο τερματικών να λειτουργεί σε λειτουργία βραχυκυκλώματος.

Μερικές φορές χρησιμοποιείται η ακόλουθη απλή μέθοδος μέτρησης, η οποία δεν απαιτεί υπολογισμούς:

• Μετράται η τάση ανοιχτού κυκλώματος
• Μια μεταβλητή αντίσταση συνδέεται ως φορτίο και η αντίστασή της επιλέγεται έτσι ώστε η τάση σε αυτήν να είναι η μισή της τάσης ανοιχτού κυκλώματος.

Μετά τις περιγραφόμενες διαδικασίες, η αντίσταση της αντίστασης φορτίου πρέπει να μετρηθεί με ένα ωμόμετρο - θα είναι ίση με την εσωτερική αντίσταση του δικτύου δύο τερματικών.

Όποια και αν είναι η μέθοδος μέτρησης που χρησιμοποιείται, θα πρέπει να προσέχουμε την υπερφόρτωση του δικτύου δύο τερματικών με υπερβολικό ρεύμα, δηλαδή το ρεύμα δεν πρέπει να υπερβαίνει τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή για ένα δεδομένο δίκτυο δύο τερματικών.

Αντιδραστική εσωτερική αντίσταση

Εάν το ισοδύναμο κύκλωμα ενός δικτύου δύο τερματικών περιέχει ενεργά στοιχεία - πυκνωτές ή/και επαγωγείς, τότε υπολογισμόςΗ αντιδραστική εσωτερική αντίσταση πραγματοποιείται με τον ίδιο τρόπο όπως η ενεργή αντίσταση, αλλά αντί για τις αντιστάσεις αντίστασης λαμβάνονται οι σύνθετες αντιστάσεις των στοιχείων που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα και αντί για τάσεις και ρεύματα λαμβάνονται τα σύνθετα πλάτη τους, δηλαδή το Ο υπολογισμός γίνεται με τη μέθοδο σύνθετου πλάτους.

ΜέτρησηΗ αντίδραση έχει κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά επειδή είναι μια συνάρτηση μιγαδικής αξίας και όχι μια κλιμακωτή τιμή:

• Μπορείτε να αναζητήσετε διάφορες παραμέτρους μιας μιγαδικής τιμής: συντελεστή, όρισμα, μόνο το πραγματικό ή φανταστικό μέρος, καθώς και ολόκληρο τον μιγαδικό αριθμό. Αντίστοιχα, η τεχνική μέτρησης θα εξαρτηθεί από το τι θέλουμε να αποκτήσουμε.
• Οποιαδήποτε από τις παραμέτρους που αναφέρονται εξαρτάται από τη συχνότητα. Θεωρητικά, για να ληφθούν πλήρεις πληροφορίες σχετικά με την εσωτερική αντιδραστική αντίσταση με μέτρηση, είναι απαραίτητο να αφαιρεθεί εθισμόςστη συχνότητα, δηλαδή πραγματοποιήστε μετρήσεις στο Ολοισυχνότητες που μπορεί να δημιουργήσει η πηγή ενός δεδομένου δικτύου δύο τερματικών.

Εφαρμογή

Στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν πρέπει να μιλάμε εφαρμογήεσωτερική αντίσταση, και περίπου λογιστικήΟ αρνητικός αντίκτυπός του, καθώς η εσωτερική αντίσταση είναι μάλλον αρνητική επίδραση. Ωστόσο, σε ορισμένα συστήματα μια ονομαστική εσωτερική αντίσταση είναι απαραίτητη.

Απλοποίηση ισοδύναμων κυκλωμάτων

Η αναπαράσταση ενός δικτύου δύο τερματικών ως συνδυασμός γεννήτριας τάσης και εσωτερικής αντίστασης είναι το απλούστερο και πιο συχνά χρησιμοποιούμενο ισοδύναμο κύκλωμα ενός δικτύου δύο τερματικών.

Αντιστοίχιση πηγής-φορτίου

Η αντιστοίχιση της πηγής και του φορτίου είναι η επιλογή του λόγου της αντίστασης φορτίου και της εσωτερικής αντίστασης της πηγής προκειμένου να επιτευχθούν οι καθορισμένες ιδιότητες του προκύπτοντος συστήματος (κατά κανόνα, προσπαθούν να επιτύχουν τη μέγιστη τιμή οποιασδήποτε παραμέτρου για ένα δεδομένη πηγή). Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι αντιστοίχισης είναι:

Η αντιστοίχιση ρεύματος και ισχύος θα πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή καθώς υπάρχει κίνδυνος υπερφόρτωσης της πηγής.

Μείωση Υψηλής Τάσης

Μερικές φορές μια μεγάλη αντίσταση προστίθεται τεχνητά στην πηγή (προστίθεται στην εσωτερική αντίσταση της πηγής) προκειμένου να μειωθεί σημαντικά η τάση που λαμβάνεται από αυτήν. Ωστόσο, η προσθήκη μιας αντίστασης ως πρόσθετης αντίστασης (η λεγόμενη αντίσταση απόσβεσης) οδηγεί στην κατανομή άχρηστης ισχύος σε αυτήν. Για να αποφευχθεί η σπατάλη ενέργειας, τα συστήματα AC χρησιμοποιούν αντιδραστικές σύνθετες αντιστάσεις απόσβεσης, πιο συχνά πυκνωτές. Έτσι κατασκευάζονται τα τροφοδοτικά πυκνωτών. Ομοίως, χρησιμοποιώντας μια χωρητική βρύση από μια γραμμή ρεύματος υψηλής τάσης, μπορείτε να αποκτήσετε μικρές τάσεις για την τροφοδοσία οποιωνδήποτε αυτόνομων συσκευών.

Ελαχιστοποίηση του θορύβου

Κατά την ενίσχυση αδύναμων σημάτων, συχνά προκύπτει το καθήκον της ελαχιστοποίησης του θορύβου που εισάγεται από τον ενισχυτή στο σήμα. Για το σκοπό αυτό ειδικό ενισχυτές χαμηλού θορύβου, ωστόσο, είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε το χαμηλότερο ποσοστό θορύβου να επιτυγχάνεται μόνο εντός ενός ορισμένου εύρους της σύνθετης αντίστασης εξόδου της πηγής σήματος. Για παράδειγμα, ένας ενισχυτής χαμηλού θορύβου παρέχει ελάχιστο θόρυβο μόνο στην περιοχή σύνθετης αντίστασης εξόδου της πηγής από 1 kΩ έως 10 kΩ. εάν η πηγή σήματος έχει χαμηλότερη σύνθετη αντίσταση εξόδου (για παράδειγμα, ένα μικρόφωνο με σύνθετη αντίσταση εξόδου 30 Ohms), τότε θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας μετασχηματιστής ανόδου μεταξύ της πηγής και του ενισχυτή, ο οποίος θα αυξήσει την αντίσταση εξόδου (καθώς και την τάση του σήματος) στην απαιτούμενη τιμή.

Περιορισμοί

Η έννοια της εσωτερικής αντίστασης εισάγεται μέσω ενός ισοδύναμου κυκλώματος, επομένως ισχύουν οι ίδιοι περιορισμοί όπως και για τη δυνατότητα εφαρμογής ισοδύναμων κυκλωμάτων.

Παραδείγματα

Οι τιμές εσωτερικής αντίστασης είναι σχετικές: αυτό που θεωρείται μικρό, για παράδειγμα, για ένα γαλβανικό στοιχείο, είναι πολύ μεγάλο για μια ισχυρή μπαταρία. Παρακάτω είναι παραδείγματα δικτύων δύο τερματικών και οι τιμές της εσωτερικής τους αντίστασης r. Ασήμαντες περιπτώσεις δικτύων δύο τερματικών χωρίς πηγέςαναφέρονται συγκεκριμένα.

Χαμηλή εσωτερική αντίσταση

Υψηλή εσωτερική αντίσταση

Αρνητική εσωτερική αντίσταση

Υπάρχουν δίκτυα δύο τερματικών των οποίων η εσωτερική αντίσταση έχει αρνητικόςέννοια. Στο κανονικό ενεργόςαντίσταση, συμβαίνει διάχυση ενέργειας, σε αντιδραστικόςΣτην αντίσταση, η ενέργεια αποθηκεύεται και στη συνέχεια απελευθερώνεται πίσω στην πηγή. Η ιδιαιτερότητα της αρνητικής αντίστασης είναι ότι η ίδια είναι πηγή ενέργειας. Επομένως, η αρνητική αντίσταση δεν εμφανίζεται στην καθαρή της μορφή, μπορεί να προσομοιωθεί μόνο από ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, το οποίο περιέχει απαραίτητα μια πηγή ενέργειας. Αρνητική εσωτερική αντίσταση μπορεί να επιτευχθεί σε κυκλώματα χρησιμοποιώντας:

• στοιχεία με αρνητική διαφορική αντίσταση, όπως δίοδοι σήραγγας

Τα συστήματα με αρνητική αντίσταση είναι δυνητικά ασταθή και επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή αυτοταλαντωτών.

δείτε επίσης

Συνδέσεις

Βιβλιογραφία

• Zernov N.V., Karpov V.G.Θεωρία κυκλωμάτων ραδιομηχανικής. - Μ. - Λ.: Ενέργεια, 1965. - 892 σελ.
• Jones M.H.Ηλεκτρονικά – πρακτικό μάθημα. - Μ.: Τεχνόσφαιρα, 2006. - 512 σελ. ISBN 5-94836-086-5

Σημειώσεις

Ίδρυμα Wikimedia. 2010.

• Επεξηγηματικό λεξικό ορολογίας Πολυτεχνείου
•