Rezistența internă a unei surse de curent continuu formulă. Legea lui Ohm pentru un circuit complet. Rezistență externă și internă

Determinarea rezistenței ohmice interne (curent continuu) a unei baterii sau a unui acumulator

Există multe tehnici și modalități practice de a determina rezistența internă a surselor de alimentare, DC sau AC. Acest articol discută tehnici simple de măsurare și calcul atunci când, dintre toate echipamentele, este disponibil doar un tester chinezesc simplu.

Conform metodelor descrise în manuale, se fac măsurători și calcule, ale căror rezultate sunt înregistrate cu precizie până la a doua zecimală. Parametrul necesar depinde de tipul și dimensiunea sarcinii, de temperatura curentă și de compoziția electrolitului, de gradul de descărcare a bateriei și de încărcare a bateriei și de mulți alți factori. Prin urmare, va exista întotdeauna o anumită eroare de măsurare, mare sau mică.

Formula pentru un calcul simplificat al rezistenței electrice interne:

Rin = (R * (E - U)) / U

E- tensiune fara sarcina. EMF static este aproximativ egal cu tensiunea E (cu o rezistență mare de intrare a voltmetrului conectat), atunci când sursa de energie chimică a fost fără sarcină pentru un timp suficient de lung (mai mult de 2-3 ore).

U- pe termen scurt (nu mai mult de 10 secunde), sub sarcină cu rezistență R (2-12 ohmi),
cu puterea de disipare nominală de la 2 W. Un bec incandescent nu este potrivit pentru asta., deoarece Când filamentul se încălzește, rezistența sa electrică se modifică semnificativ și crește semnificativ. În aceste scopuri, sârmă groasă de nicrom (coeficientul de temperatură de rezistență al nicromului este de câteva zeci de ori mai mic decât cel al oțelului, cuprului și wolframului) de la o sobă electrică veche deschisă, calibrat în secțiuni separate, conform cotelor R cerute și fixat pe o bază dielectrică neinflamabilă, este potrivită.

Formula pentru măsurători mai precise cu două rezistențe diferite (furnizează aproximativ 20-30 și 70 la sută din permisiunea, de exemplu, 3 și 9 ohmi), adică numai sub sarcină:

Rin = (R1 * R2 *(U2 - U1)) / (U1*R2 - U2*R1)

La măsurarea curentului electric (la limita superioară a amperului), folosind multimetre chinezești convenționale, este posibilă o eroare sistematică semnificativă datorită rezistenței interne a dispozitivului însuși. Prin urmare, formulele standard cu valoarea curentă din ecuație vor oferi rezultatul cel mai precis numai atunci când sunt utilizate cu echipamente industriale, speciale, cu respectarea strictă a regulilor și metodelor de măsurători de laborator în conformitate cu GOST (intervale de timp specificate, ordinea și secvența de teste pe banc). Pe baza rezultatelor măsurătorilor cu două rezistențe, se calculează delta (diferența) tensiunilor și curenților:

În practică, se utilizează și o metodă simplificată cu un rezistor, în care delta este calculată din tensiunea fără sarcină (ca în prima opțiune), iar curentul este calculat conform legii lui Ohm. La fel ca prima formulă:

Rin = (E - U) / (U/R) =

Sau o opțiune cu măsurarea curentului real: (E - U) / I

De asemenea, cunoscând curentul la două sarcini diferite, curentul de scurtcircuit (teoretic posibil) se calculează matematic - folosind formula din problema cu ecuații pentru un curs de fizică de liceu. Această formulă nu ia în considerare toate procesele chimice din elementele de alimentare, la sarcini maxime și caracteristicile de proiectare. Prin urmare, valoarea calculată va diferi de ceea ce este posibil de fapt:

Ic = (I1*I2*(R2 - R1)) / (I2*R2 - I1R1) la R1< R2

Când se măsoară direct Is („scurt”) cu un tester, rezultatele vor fi, de asemenea, subestimate - datorită rezistenței interne a dispozitivului în sine.

// O modalitate rapidă și obiectivă de a verifica performanța este utilizarea unui tester cu indicator care are protecție automată la suprasarcină pentru a testa o baterie sau o baterie obișnuită pentru „curent de scurtcircuit”, inclusiv timp de 2-3 secunde. Trebuie să fie de cel puțin 2 amperi. Norma este dacă există mai mult de 3 A. Metoda este dură, dar obiectivă. Cu o astfel de testare, puteți vedea imediat „răspunsul tranzitoriu” în timpul descărcării (conform indicatorului cadran al testerului), cât de bine ține bateria o sarcină grea. Indicatorii digitali sunt curentul maxim (pentru calcule, acesta nu este potrivit ca ISC, deoarece rezistența totală a circuitului este diferită de zero) și rata de dezintegrare. Pentru a nu strica o baterie deosebit de valoroasă, o rezistență de sarcină destul de puternică (mai mult de 2 W), de până la câteva sute de miliohmi, este conectată în serie la circuit.

Dacă rezistența electrică a unei sarcini de rezistență scăzută de casă este măsurată cu un tester digital la o limită inferioară (200), atunci trebuie să luați în considerare rezistența internă a multimetrului în sine, firele și contactele. Numerele de pe display, cu sondele dispozitivului scurtcircuitate, pot avea valori, de exemplu, 00,3 sau 004 ohmi, adică 300 miliohmi sau respectiv 400 miliohmi, care vor trebui scăzute. Acest lucru va reduce eroarea de măsurare, dar în rezultatul final va exista totuși o eroare internă a testerului (indicată în fișa tehnică a dispozitivului). Prin urmare, este mai bine să măsurați rezistențele cu rezistență scăzută folosind un circuit divizor rezistiv, pe baza unei măsurări precise a căderii de tensiune (dispozitivul are cea mai mare precizie - în special pentru DCV) într-o secțiune a unui circuit în serie cu un rezistor de precizie de referință. (o rezistență electrică constantă de înaltă precizie exemplară cu o precizie de 0,05-1%, având corpul cu o bandă gri de marcare colorată). Din proporția Rx/Rstandard=Ux/Ustandard se calculează rezistența electrică necesară Rx.

Puteți afla rezistența internă a oricărui multimetru pornit în modul ohmmetru folosind un rezistor de precizie cu rezistență scăzută. Valoarea măsurată a lui R va diferi de valoarea nominală prin valoarea dorită.

Valori aproximative ale rezistenței interne (curent) pentru sursele de alimentare de mare capacitate funcționale la temperaturi normale:
- elemente de litiu -< 200 миллиом.
- baterie plumb încărcată - primele zeci de mOhmi.
- baterii alcaline (dimensiune AA) - pana la 200 mOhm.
- baterii nichel-hidrură metalică (AA, NiMH) - până la 150 mOhm.

Citiți mai multe pe site-ul site-ului.

La capetele conductorului, și deci de curent, este necesară prezența unor forțe externe de natură neelectrică, cu ajutorul cărora are loc separarea sarcinilor electrice.

Prin forțele exterioare sunt orice forță care acționează asupra particulelor încărcate electric dintr-un circuit, cu excepția electrostaticelor (adică, Coulomb).

Forțele terțe pun în mișcare particule încărcate în interiorul tuturor surselor de curent: în generatoare, centrale electrice, celule galvanice, baterii etc.

Când un circuit este închis, se creează un câmp electric în toți conductorii circuitului. În interiorul sursei de curent, sarcinile se deplasează sub influența forțelor externe împotriva forțelor Coulomb (electronii se mută de la un electrod încărcat pozitiv la unul negativ), iar în restul circuitului sunt conduși de un câmp electric (vezi figura de mai sus).

În sursele de curent, în procesul de separare a particulelor încărcate, diferite tipuri de energie sunt transformate în energie electrică. Pe baza tipului de energie convertită, se disting următoarele tipuri de forță electromotoare:

- electrostatic- într-un aparat electrofor, în care energia mecanică este transformată în energie electrică prin frecare;

- termoelectrice- într-un termoelement - energia internă a joncțiunii încălzite a două fire din metale diferite este transformată în energie electrică;

- fotovoltaic- într-o celulă foto. Aici are loc conversia energiei luminoase în energie electrică: atunci când anumite substanțe sunt iluminate, de exemplu, seleniu, oxid de cupru (I), siliciu, se observă o pierdere a sarcinii electrice negative;

- chimică- în celule galvanice, baterii și alte surse în care energia chimică este transformată în energie electrică.

Forța electromotoare (EMF)— caracteristicile surselor de curent. Conceptul de EMF a fost introdus de G. Ohm în 1827 pentru circuitele de curent continuu. În 1857, Kirchhoff a definit EMF ca fiind munca forțelor externe atunci când transfera o sarcină electrică unitară de-a lungul unui circuit închis:

ɛ = A st /q,

Unde ɛ — EMF a sursei curente, Un st- munca forțelor externe, q- suma taxei transferate.

Forța electromotoare este exprimată în volți.

Putem vorbi despre forța electromotoare în orice parte a circuitului. Aceasta este munca specifică a forțelor externe (lucrare pentru a muta o singură sarcină) nu pe întregul circuit, ci numai într-o zonă dată.

Rezistența internă a sursei de curent.

Să existe un circuit închis simplu format dintr-o sursă de curent (de exemplu, o celulă galvanică, o baterie sau un generator) și un rezistor cu o rezistență R. Curentul într-un circuit închis nu este întrerupt nicăieri, prin urmare, există și în interiorul sursei de curent. Orice sursă reprezintă o oarecare rezistență la curent. Se numeste rezistența internă a sursei de curentși este desemnat prin scrisoare r.

În generator r- aceasta este rezistența înfășurării, într-o celulă galvanică - rezistența soluției de electrolit și a electrozilor.

Astfel, sursa de curent se caracterizează prin valorile EMF și rezistența internă, care determină calitatea acesteia. De exemplu, mașinile electrostatice au un EMF foarte mare (până la zeci de mii de volți), dar în același timp rezistența lor internă este enormă (până la sute de megaohmi). Prin urmare, nu sunt potrivite pentru generarea de curenți mari. Celulele galvanice au un EMF de numai aproximativ 1 V, dar și rezistența internă este scăzută (aproximativ 1 Ohm sau mai puțin). Acest lucru le permite să obțină curenți măsurați în amperi.

Rețea cu două terminale și circuitul echivalent

Rezistența internă a unei rețele cu două terminale este impedanța în circuitul echivalent al unei rețele cu două terminale, constând dintr-un generator de tensiune și impedanță conectate în serie (vezi figura). Conceptul este folosit în teoria circuitelor atunci când se înlocuiește o sursă reală cu elemente ideale, adică atunci când se trece la un circuit echivalent.

Introducere

Să ne uităm la un exemplu. Într-o mașină de pasageri, vom alimenta rețeaua de bord nu de la o baterie standard plumb-acid cu o tensiune de 12 volți și o capacitate de 55 Ah, ci de la opt baterii conectate în serie (de exemplu, dimensiunea AA, cu un capacitate de aproximativ 1 Ah). Să încercăm să pornim motorul. Experiența arată că atunci când este alimentat de baterii, arborele de pornire nu se va întoarce nici măcar un grad. În plus, nici măcar releul solenoid nu va funcționa.

Este clar intuitiv că bateria „nu este suficient de puternică” pentru o astfel de aplicație, dar luarea în considerare a caracteristicilor sale electrice declarate - tensiune și încărcare (capacitate) - nu oferă o descriere cantitativă a acestui fenomen. Tensiunea este aceeași în ambele cazuri:

Baterie: 12 volți

Pile galvanice: 8·1,5 volți = 12 volți

Capacitatea este, de asemenea, destul de suficientă: un amperi oră în baterie ar trebui să fie suficient pentru a roti demarorul timp de 14 secunde (la un curent de 250 de amperi).

S-ar părea că, în conformitate cu legea lui Ohm, curentul din aceeași sarcină cu surse identice din punct de vedere electric ar trebui să fie și el același. Cu toate acestea, în realitate acest lucru nu este în întregime adevărat. Sursele s-ar comporta la fel dacă ar fi generatoare de tensiune ideale. Pentru a descrie gradul de diferență dintre sursele reale și generatoarele ideale, se folosește conceptul de rezistență internă.

Rezistență și rezistență internă

Principala caracteristică a unei rețele cu două terminale este rezistența (sau impedanța). Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibil să se caracterizeze o rețea cu două terminale doar cu rezistență. Cert este că termenul de rezistență este aplicabil doar elementelor pur pasive, adică celor care nu conțin surse de energie. Dacă o rețea cu două terminale conține o sursă de energie, atunci conceptul de „rezistență” pur și simplu nu este aplicabil acesteia, deoarece legea lui Ohm în formularea U=Ir nu este îndeplinită.

Astfel, pentru rețelele cu două terminale care conțin surse (adică generatoare de tensiune și generatoare de curent), este necesar să vorbim în mod specific despre rezistența internă (sau impedanța). Dacă o rețea cu două terminale nu conține surse, atunci „rezistența internă” pentru o astfel de rețea cu două terminale înseamnă același lucru ca pur și simplu „rezistență”.

Termeni înrudiți

Dacă în orice sistem este posibil să se distingă o intrare și/sau o ieșire, atunci se folosesc adesea următorii termeni:

Rezistența de intrare este rezistența internă a rețelei cu două terminale, care este intrarea sistemului.

Rezistența de ieșire este rezistența internă a rețelei cu două terminale, care este ieșirea sistemului.

Principii fizice

În ciuda faptului că în circuitul echivalent rezistența internă este prezentată ca un element pasiv (și rezistența activă, adică o rezistență este prezentă în mod necesar în el), rezistența internă nu este concentrată în niciun element. Rețeaua cu două terminale se comportă numai în exterior ca și cum ar avea o impedanță internă concentrată și un generator de tensiune. În realitate, rezistența internă este o manifestare externă a unui set de efecte fizice:

Dacă într-o rețea cu două terminale există doar o sursă de energie fără circuit electric (de exemplu, o celulă galvanică), atunci rezistența internă este pur activă, este cauzată de efecte fizice care nu permit puterea furnizată de această sursă. ca sarcina să depășească o anumită limită. Cel mai simplu exemplu al unui astfel de efect este rezistența diferită de zero a conductorilor unui circuit electric. Dar, de regulă, cea mai mare contribuție la limitarea puterii vine din efectele non-electrice. Deci, de exemplu, într-o sursă chimică, puterea poate fi limitată de aria de contact a substanțelor care participă la reacție, într-un generator hidroelectric - prin presiunea limitată a apei etc.

În cazul unei rețele cu două terminale care conține un circuit electric în interior, rezistența internă este „dispersată” în elementele circuitului (în plus față de mecanismele enumerate mai sus în sursă).

Acest lucru implică și câteva caracteristici ale rezistenței interne:

Rezistența internă nu poate fi îndepărtată dintr-o rețea cu două terminale

Rezistența internă nu este o valoare stabilă: se poate schimba atunci când se schimbă orice condiții externe.

Influența rezistenței interne asupra proprietăților unei rețele cu două terminale

Efectul rezistenței interne este o proprietate integrală a oricărei rețele cu două terminale. Principalul rezultat al prezenței rezistenței interne este limitarea puterii electrice care poate fi obținută în sarcina alimentată din această rețea cu două terminale.

Dacă o sarcină cu rezistența R este conectată la o sursă cu o fem a generatorului de tensiune E și o rezistență internă activă r, atunci curentul, tensiunea și puterea din sarcină sunt exprimate după cum urmează.

Calcul

Conceptul de calcul se aplică unui circuit (dar nu și unui dispozitiv real). Calculul este dat pentru cazul rezistenței interne pur active (diferențele de reactanță vor fi discutate mai jos).

Să existe o rețea cu două terminale, care poate fi descrisă de circuitul echivalent de mai sus. O rețea cu două terminale are doi parametri necunoscuți care trebuie găsiți:

Generator de tensiune EMF U

Rezistenta interioara r

În general, pentru a determina două necunoscute, este necesar să se facă două măsurători: se măsoară tensiunea la ieșirea unei rețele cu două terminale (adică diferența de potențial Uout = φ2 − φ1) la doi curenți de sarcină diferiți. Atunci parametrii necunoscuți pot fi găsiți din sistemul de ecuații:

unde Uout1 este tensiunea de ieșire la curentul I1, Uout2 este tensiunea de ieșire la curentul I2. Rezolvând sistemul de ecuații, găsim necunoscutele necunoscute:

În mod obișnuit, pentru a calcula rezistența internă se utilizează o tehnică mai simplă: se găsește tensiunea în modul fără sarcină și curentul în modul scurtcircuit al rețelei cu două terminale. În acest caz, sistemul (1) se scrie după cum urmează:

unde Uoc este tensiunea de ieșire în modul circuit deschis, adică la curent de sarcină zero; Isc - curent de sarcină în modul de scurtcircuit, adică cu o sarcină cu rezistență zero. Aici se ține cont de faptul că curentul de ieșire în modul fără sarcină și tensiunea de ieșire în modul de scurtcircuit sunt zero. Din ultimele ecuații obținem imediat:

Măsurare

Conceptul de măsurare se aplică unui dispozitiv real (dar nu și unui circuit). Măsurarea directă cu un ohmmetru este imposibilă, deoarece este imposibil să conectați sondele dispozitivului la bornele rezistenței interne. Prin urmare, este necesară o măsurare indirectă, care nu este fundamental diferită de calcul - tensiunile pe sarcină sunt, de asemenea, necesare la două valori de curent diferite. Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibilă utilizarea formulei simplificate (2), deoarece nu orice rețea reală cu două terminale permite funcționarea în modul de scurtcircuit.

Următoarea metodă simplă de măsurare care nu necesită calcule este adesea folosită:

Se măsoară tensiunea în circuit deschis

Un rezistor variabil este conectat ca sarcină și rezistența sa este selectată astfel încât tensiunea pe el să fie jumătate din tensiunea în circuit deschis.

După procedurile descrise, rezistența rezistenței de sarcină trebuie măsurată cu un ohmmetru - va fi egală cu rezistența internă a rețelei cu două terminale.

Indiferent de metoda de măsurare utilizată, trebuie să fiți atenți la supraîncărcarea rețelei cu două terminale cu un curent excesiv, adică curentul nu trebuie să depășească valoarea maximă admisă pentru o anumită rețea cu două terminale.

Rezistență internă reactivă

Dacă circuitul echivalent al unei rețele cu două terminale conține elemente reactive - condensatoare și/sau inductori, atunci calculul rezistenței interne reactive se efectuează în același mod ca cel activ, dar în locul rezistențelor rezistențelor, impedanțele complexe. dintre elementele incluse în circuit sunt luate, iar în loc de tensiuni și curenți se iau amplitudini complexe ale acestora, adică calculul se realizează prin metoda amplitudinii complexe.

Măsurarea reactanței interne are unele caracteristici speciale, deoarece este o funcție cu valori complexe, mai degrabă decât o valoare scalară:

Puteți căuta diverși parametri ai unei valori complexe: modul, argument, doar partea reală sau imaginară, precum și întregul număr complex. În consecință, tehnica de măsurare va depinde de ceea ce dorim să obținem.

Un curent electric dintr-un conductor ia naștere sub influența unui câmp electric, determinând particulele încărcate liber să se miște într-o direcție. Generarea curentului de particule este o problemă serioasă. A construi un astfel de dispozitiv care va menține diferența de potențial de câmp pentru o lungă perioadă de timp într-o singură stare este o sarcină pe care umanitatea a fost posibilă să o rezolve doar până la sfârșitul secolului al XVIII-lea.

Primele încercări

Primele încercări de „stocare electricitate” pentru cercetarea și utilizarea ulterioară a acesteia au fost făcute în Olanda. Germanul Ewald Jürgen von Kleist și olandezul Pieter van Musschenbroek, care și-au condus cercetările în orașul Leiden, au creat primul condensator din lume, numit mai târziu „borcanul Leyden”.

Acumularea sarcinii electrice a avut loc deja sub influența frecării mecanice. A fost posibil să se folosească o descărcare printr-un conductor pentru o anumită perioadă de timp destul de scurtă.

Victoria minții umane asupra unei substanțe atât de efemere precum electricitatea s-a dovedit a fi revoluționară.

Din păcate, descărcarea (curent electric creat de condensator) a durat atât de scurt încât nu a putut fi creată. În plus, tensiunea furnizată de condensator scade treptat, ceea ce nu lasă posibilitatea de a primi curent pe termen lung.

A fost necesar să se caute o altă cale.

Prima sursă

Experimentele italianului Galvani privind „electricitatea animală” au fost o încercare originală de a găsi o sursă naturală de curent în natură. Atârnând picioarele broaștelor disecate de cârligele metalice ale unei rețele de fier, a atras atenția asupra reacției caracteristice a terminațiilor nervoase.

Cu toate acestea, concluziile lui Galvani au fost infirmate de un alt italian, Alessandro Volta. Interesat de posibilitatea de a obține energie electrică de la organisme animale, a efectuat o serie de experimente cu broaște. Dar concluzia lui s-a dovedit a fi total opusul ipotezelor anterioare.

Volta a observat că un organism viu este doar un indicator al unei descărcări electrice. Când trece curentul, mușchii labelor se contractă, indicând o diferență de potențial. Sursa câmpului electric s-a dovedit a fi contactul cu metale diferite. Cu cât sunt mai îndepărtate în seria elementelor chimice, cu atât efectul este mai semnificativ.

Plăcile din metale diferite, căptușite cu discuri de hârtie înmuiate într-o soluție de electrolit, au creat diferența de potențial necesară pentru o lungă perioadă de timp. Și chiar dacă era scăzut (1,1 V), curentul electric a putut fi studiat mult timp. Principalul lucru este că tensiunea a rămas neschimbată la fel de mult timp.

Ce se întâmplă

De ce apare acest efect în surse numite „celule galvanice”?

Doi electrozi metalici plasați într-un dielectric joacă roluri diferite. Unul furnizează electroni, celălalt îi acceptă. Procesul de reacție redox duce la apariția unui exces de electroni pe un electrod, care se numește pol negativ, și la o deficiență pe al doilea, pe care îl vom desemna drept pol pozitiv al sursei.

În cele mai simple celule galvanice, reacțiile de oxidare au loc pe un electrod, reacții de reducere pe celălalt. Electronii vin la electrozi din partea exterioară a circuitului. Electrolitul este un conductor de curent ionic în interiorul sursei. Forța de rezistență controlează durata procesului.

Element cupru-zinc

Este interesant să luăm în considerare principiul de funcționare al celulelor galvanice folosind exemplul unei celule galvanice cupru-zinc, a cărei acțiune provine din energia zincului și a sulfatului de cupru. În această sursă, o placă de cupru este plasată într-o soluție și un electrod de zinc este scufundat într-o soluție de sulfat de zinc. Soluțiile sunt separate printr-un distanțier poros pentru a evita amestecarea, dar trebuie să vină în contact.

Dacă circuitul este închis, stratul superficial de zinc este oxidat. În procesul de interacțiune cu lichidul, în soluție apar atomii de zinc, transformându-se în ioni. Electronii sunt eliberați la electrod, care poate lua parte la formarea curentului.

Odată pe electrodul de cupru, electronii iau parte la reacția de reducere. Ionii de cupru provin din soluție către stratul de suprafață; în timpul procesului de reducere, se transformă în atomi de cupru, depunându-se pe placa de cupru.

Să rezumam ceea ce se întâmplă: procesul de funcționare a unei celule galvanice este însoțit de tranziția electronilor de la agentul reducător la agentul de oxidare de-a lungul părții externe a circuitului. Reacțiile apar pe ambii electrozi. Un curent ionic circulă în interiorul sursei.

Dificultate de utilizare

În principiu, oricare dintre posibilele reacții redox poate fi folosită în baterii. Dar nu există atât de multe substanțe capabile să lucreze în elemente valoroase din punct de vedere tehnic. Mai mult, multe reacții necesită substanțe scumpe.

Bateriile moderne au o structură mai simplă. Doi electrozi plasați într-un electrolit umplu vasul - corpul bateriei. Astfel de caracteristici de proiectare simplifică structura și reduc costul bateriilor.

Orice celulă galvanică este capabilă să producă curent continuu.

Rezistența curentului nu permite toți ionii să apară pe electrozi în același timp, astfel încât elementul funcționează mult timp. Reacțiile chimice de formare a ionilor se opresc mai devreme sau mai târziu și elementul este descărcat.

Sursa actuală este de mare importanță.

Puțin despre rezistență

Utilizarea curentului electric, fără îndoială, a adus progresul științific și tehnologic la un nou nivel și i-a dat un impuls gigantic. Dar forța de rezistență la fluxul de curent stă în calea unei astfel de dezvoltări.

Pe de o parte, curentul electric are proprietăți neprețuite utilizate în viața de zi cu zi și în tehnologie, pe de altă parte, există o rezistență semnificativă. Fizica, ca știință a naturii, încearcă să stabilească un echilibru și să alinieze aceste circumstanțe.

Rezistența curentului apare din cauza interacțiunii particulelor încărcate electric cu substanța prin care se deplasează. Este imposibil să excludem acest proces în condiții normale de temperatură.

Rezistenţă

Sursa de curent și rezistența părții externe a circuitului au o natură ușor diferită, dar același lucru este și în aceste procese și munca depusă pentru deplasarea încărcăturii.

Lucrarea în sine depinde numai de proprietățile sursei și de umplerea acesteia: calitățile electrozilor și electrolitului, precum și ale părților externe ale circuitului, a căror rezistență depinde de parametrii geometrici și de caracteristicile chimice ale materialului. De exemplu, rezistența unui fir metalic crește odată cu lungimea sa și scade odată cu creșterea ariei secțiunii transversale. Când rezolvăm problema modului de reducere a rezistenței, fizica recomandă utilizarea materialelor specializate.

Munca curenta

În conformitate cu legea Joule-Lenz, o cantitate de căldură este eliberată în conductori proporțional cu rezistența. Dacă cantitatea de căldură se notează cu Q int. , puterea curentului I, timpul său de curgere t, atunci obținem:

• Q intern = I 2 r t,

unde r este rezistența internă a sursei de curent.

În întregul lanț, incluzând atât părțile sale interne, cât și externe, va fi eliberată cantitatea totală de căldură, a cărei formulă este:

• Q total = I 2 r t + I 2 R t = I 2 (r + R) t,

Se știe cum se notează rezistența în fizică: circuitul extern (toate elementele cu excepția sursei) are o rezistență R.

Legea lui Ohm pentru un circuit complet

Să luăm în considerare faptul că munca principală este efectuată de forțe externe în interiorul sursei de curent. Valoarea sa este egală cu produsul dintre sarcina transferată de câmp și forța electromotoare a sursei:

• q · E = I 2 · (r + R) · t.

Înțelegând că sarcina este egală cu produsul dintre puterea curentului și timpul în care curge, avem:

• E = I (r + R).

În conformitate cu relațiile cauză-efect, legea lui Ohm are forma:

• I = E: (r + R).

Într-un circuit închis, EMF al sursei de curent este direct proporțional și invers proporțional cu rezistența totală (la impact) a circuitului.

Pe baza acestui model, este posibil să se determine rezistența internă a sursei de curent.

Capacitatea de descărcare a sursei

Principalele caracteristici ale surselor includ capacitatea de descărcare. Cantitatea maximă de energie electrică obținută în timpul funcționării în anumite condiții depinde de puterea curentului de descărcare.

În cazul ideal, când se fac anumite aproximări, capacitatea de descărcare poate fi considerată constantă.

De exemplu, o baterie standard cu o diferență de potențial de 1,5 V are o capacitate de descărcare de 0,5 Ah. Dacă curentul de descărcare este de 100 mA, acesta funcționează timp de 5 ore.

Metode de încărcare a bateriilor

Folosirea bateriilor le va epuiza. încărcarea elementelor de dimensiuni mici se realizează folosind un curent a cărui putere nu depășește o zecime din capacitatea sursei.

Sunt disponibile următoarele metode de încărcare:

• utilizarea curentului constant pentru un timp dat (aproximativ 16 ore cu un curent de 0,1 capacitate a bateriei);
• încărcarea cu un curent descrescător la o diferență de potențial dată;
• utilizarea curenților asimetrici;
• aplicarea secvenţială a impulsurilor scurte de încărcare şi descărcare, în care timpul primului depăşeşte timpul celui de-al doilea.

Munca practica

Se propune o sarcină: determinați rezistența internă a sursei de curent și a fem.

Pentru a-l efectua, trebuie să vă aprovizionați cu o sursă de curent, un ampermetru, un voltmetru, un reostat glisor, o cheie și un set de conductori.

Utilizarea vă va permite să determinați rezistența internă a sursei de curent. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți EMF și valoarea rezistenței reostatului.

Formula de calcul pentru rezistența curentului în partea externă a circuitului poate fi determinată din legea lui Ohm pentru secțiunea circuitului:

• I=U:R,

unde I este puterea curentului în partea externă a circuitului, măsurată cu un ampermetru; U este tensiunea pe rezistența externă.

Pentru a crește acuratețea, măsurătorile sunt efectuate de cel puțin 5 ori. Pentru ce este? Tensiunea, rezistența, curentul (sau mai degrabă, puterea curentului) măsurate în timpul experimentului sunt utilizate în continuare.

Pentru a determina EMF-ul sursei de curent, profităm de faptul că tensiunea la bornele sale atunci când comutatorul este deschis este aproape egală cu EMF.

Să asamblam un circuit al unei baterii, un reostat, un ampermetru și o cheie conectată în serie. Conectam un voltmetru la bornele sursei de curent. După ce am deschis cheia, îi luăm citirile.

Rezistența internă, a cărei formulă este obținută din legea lui Ohm pentru un circuit complet, este determinată prin calcule matematice:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

Măsurătorile arată că rezistența internă este semnificativ mai mică decât cea externă.

Funcția practică a acumulatorilor și bateriilor este utilizată pe scară largă. Siguranța incontestabilă a motoarelor electrice este dincolo de orice îndoială, dar crearea unei baterii încăpătoare și ergonomice este o problemă a fizicii moderne. Soluția sa va duce la o nouă rundă de dezvoltare a tehnologiei auto.

Bateriile mici, ușoare, reîncărcabile de mare capacitate sunt, de asemenea, esențiale în dispozitivele electronice mobile. Cantitatea de energie folosită în ele este direct legată de performanța dispozitivelor.

Legea lui Ohm pentru un circuit complet, a cărui definiție se referă la valoarea curentului electric în circuitele reale, depinde de sursa de curent și de rezistența de sarcină. Această lege are și un alt nume - legea lui Ohm pentru circuite închise. Principiul de funcționare al acestei legi este următorul.

Ca exemplu cel mai simplu, o lampă electrică, care este un consumator de curent electric, împreună cu sursa de curent nu este altceva decât un circuit închis. Acest circuit electric este prezentat clar în figură.

Un curent electric care trece printr-un bec trece și prin sursa de curent în sine. Astfel, în timp ce trece prin circuit, curentul va experimenta nu numai rezistența conductorului, ci și rezistența, direct, a sursei de curent în sine. În sursă, rezistența este creată de electrolitul situat între plăci și straturile limită ale plăcilor și electrolitului. Rezultă că într-un circuit închis, rezistența sa totală va consta din suma rezistențelor becului și a sursei de curent.

Rezistență externă și internă

Rezistența sarcinii, în acest caz un bec, conectat la o sursă de curent se numește rezistență externă. Rezistența directă a sursei de curent se numește rezistență internă. Pentru o reprezentare mai vizuală a procesului, toate valorile trebuie desemnate convențional. I - , R - rezistență externă, r - rezistență internă. Când curentul trece printr-un circuit electric, pentru a-l menține, trebuie să existe o diferență de potențial între capetele circuitului extern, care are valoarea IxR. Cu toate acestea, fluxul de curent este observat și în circuitul intern. Aceasta înseamnă că pentru a menține curentul electric în circuitul intern este necesară și o diferență de potențial la capetele rezistenței r. Valoarea acestei diferențe de potențial este egală cu Iхr.

Forța electromotoare a bateriei

Bateria trebuie să aibă următoarea valoare a forței electromotoare capabilă să mențină curentul necesar în circuit: E=IxR+Ixr. Din formulă este clar că forța electromotoare a bateriei este suma externă și internă. Valoarea curentă trebuie scoasă din paranteze: E=I(r+R). Altfel vă puteți imagina: I=E/(r+R) . Ultimele două formule exprimă legea lui Ohm pentru un circuit complet, a cărui definiție este următoarea: într-un circuit închis, puterea curentului este direct proporțională cu forța electromotoare și invers proporțională cu suma rezistențelor acestui circuit.