O'tkazgichdagi elektr toki elektr maydoni ta'sirida paydo bo'lib, erkin zaryadlangan zarralarni yo'n altirilgan harakatga majbur qiladi. Zarrachalar oqimini yaratish jiddiy muammodir. Bir davlatda maydonning potentsial farqini uzoq vaqt saqlab turadigan bunday qurilmani qurish insoniyat 18-asrning oxiriga kelibgina hal qila oladigan vazifadir.
Birinchi urinishlar
Keyinchalik tadqiq qilish va undan foydalanish uchun "elektr energiyasini to'plash"ga birinchi urinishlar Gollandiyada qilingan. Leyden shahrida tadqiqot olib borgan germaniyalik Evald Yurgen fon Kleyst va gollandiyalik Piter van Musxenbruk dunyodagi birinchi kondensatorni yaratdilar, keyinchalik u "Leyden jar" deb nomlandi.
Elektr zaryadining to'planishi mexanik ishqalanish ta'sirida allaqachon sodir bo'lgan. Supero'tkazuvchilar orqali razryaddan ma'lum, ancha qisqa vaqt davomida foydalanish mumkin edi.
Inson ongining elektr kabi vaqtinchalik modda ustidan qozongan gʻalabasi inqilobiy boʻlib chiqdi.
Afsuski, zaryadsizlanish (kondensator tomonidan ishlab chiqarilgan elektr toki)shunchalik qisqa davom etdiki, u to'g'ridan-to'g'ri oqim hosil qila olmadi. Bundan tashqari, kondansatör tomonidan ta'minlangan kuchlanish asta-sekin kamayadi, bu esa doimiy oqimni qabul qilishni imkonsiz qiladi.
Boshqa yoʻl izlashim kerak edi.
Birinchi manba
Italiyalik Galvanining "hayvon elektr toki" tajribalari tabiatda tabiiy oqim manbasini topishga qaratilgan original urinish edi. Kesilgan qurbaqalarning oyoqlarini temir panjaraning metall ilgaklariga osib, u asab tugunlarining xarakterli reaktsiyasiga e'tibor qaratdi.
Biroq yana bir italiyalik Alessandro Volta Galvanining xulosalarini rad etdi. Hayvon organizmlaridan elektr toki olish imkoniyatlariga qiziqib, qurbaqalar bilan bir qator tajribalar o‘tkazdi. Ammo uning xulosasi avvalgi farazlarning mutlaqo aksi boʻlib chiqdi.
Volta tirik organizm faqat elektr zaryadsizlanishining ko'rsatkichi ekanligiga e'tibor qaratdi. Oqim o'tganda, oyoqlarning mushaklari qisqaradi, bu potentsial farqni ko'rsatadi. Elektr maydonining manbai o'xshash bo'lmagan metallarning aloqasi edi. Kimyoviy elementlar qatorida ular bir-biridan qanchalik uzoqda bo'lsa, ta'sir shunchalik kuchli bo'ladi.
Elektrolit eritmasiga namlangan qog'oz disklar bilan yotqizilgan bir-biriga o'xshash bo'lmagan metallarning plitalari uzoq vaqt davomida kerakli potentsial farqni yaratdi. Va u past (1,1 V) bo'lsin, lekin elektr tokini uzoq vaqt davomida tekshirish mumkin edi. Asosiysi, kuchlanish shuncha vaqt o'zgarmadi.
Nima boʻlyapti
Nega "galvanik hujayralar" deb ataladigan manbalar bunday ta'sirga olib keladi?
Dielektrikga joylashtirilgan ikkita metall elektrod turli rollarni bajaradi. Biri elektronlarni beradi, ikkinchisi ularni qabul qiladi. Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi bir elektrodda ortiqcha elektronlar paydo bo'lishiga olib keladi, bu manfiy qutb deb ataladi, ikkinchisida esa etishmovchilik, biz uni manbaning musbat qutbi deb belgilaymiz.
Eng oddiy galvanik hujayralarda bir elektrodda oksidlanish reaksiyalari, ikkinchisida esa qaytarilish reaksiyalari sodir boʻladi. Elektrodlarga elektronlar kontaktlarning zanglashiga olib keladi. Elektrolit manba ichidagi ionlarning oqim o'tkazgichidir. Qarshilik kuchi jarayonning davomiyligini boshqaradi.
Mis-sink elementi
Galvanik elementlarning ishlash printsipini sink va mis sulfat energiyasiga bog'liq bo'lgan mis-rux galvanik elementi misolida ko'rib chiqish qiziq. Bu manbada mis plastinka mis sulfat eritmasiga, sink elektrod esa rux sulfat eritmasiga botiriladi. Eritmalar aralashishiga yo'l qo'ymaslik uchun gözenekli bo'shliq bilan ajratilgan, lekin ular bilan aloqada bo'lishi kerak.
Agar zanjir yopilsa, ruxning sirt qatlami oksidlanadi. Suyuqlik bilan o'zaro ta'sir qilish jarayonida eritmada ionlarga aylangan sink atomlari paydo bo'ladi. Elektrodda tok hosil qilishda ishtirok eta oladigan elektronlar chiqariladi.
Mis elektrodga kelganda elektronlar qaytarilish reaksiyasida ishtirok etadi. Kimdaneritmada mis ionlari sirt qatlamiga kiradi, pasayish jarayonida ular mis atomlariga aylanadi va mis plastinkasiga joylashadi.
Nima boʻlayotganini umumlashtirsak: galvanik elementning ishlash jarayoni elektronlarning qaytaruvchidan oksidlovchiga zanjirning tashqi qismi boʻylab oʻtishi bilan birga kechadi. Reaksiyalar ikkala elektrodda ham sodir bo'ladi. Manba ichida ion oqimi oqadi.
Foydalanishning qiyinligi
Aslida batareyalarda har qanday mumkin boʻlgan oksidlanish-qaytarilish reaksiyalaridan foydalanish mumkin. Ammo texnik jihatdan qimmatli elementlarda ishlashga qodir bo'lgan moddalar juda ko'p emas. Bundan tashqari, ko'p reaktsiyalar qimmat moddalarni talab qiladi.
Zamonaviy batareyalar oddiyroq tuzilishga ega. Bir elektrolitga joylashtirilgan ikkita elektrod idishni to'ldiradi - batareya qutisi. Bunday dizayn xususiyatlari strukturani soddalashtiradi va batareyalar narxini pasaytiradi.
Har qanday galvanik element to'g'ridan-to'g'ri oqim ishlab chiqarishga qodir.
Tokning qarshiligi barcha ionlarning bir vaqtning o'zida elektrodlarda bo'lishiga imkon bermaydi, shuning uchun element uzoq vaqt ishlaydi. Ion hosil bo'lishining kimyoviy reaktsiyalari ertami-kechmi to'xtaydi, element zaryadsizlanadi.
Tok manbaining ichki qarshiligi muhim.
Qarshilik haqida bir oz
Elektr tokidan foydalanish, shubhasiz, ilmiy-texnika taraqqiyotini yangi bosqichga olib chiqdi, unga ulkan quvvat berdi. Ammo oqim oqimiga qarshilik kuchi bunday rivojlanishga to'sqinlik qiladi.
Bir tomondan, elektr toki kundalik hayotda va texnologiyada qo'llaniladigan bebaho xususiyatlarga ega, boshqa tomondan, sezilarli qarama-qarshilik mavjud. Fizika tabiat haqidagi fan sifatida muvozanatni saqlashga, bu holatlarni moslashtirishga harakat qiladi.
Tok qarshiligi elektr zaryadlangan zarrachalar harakatlanayotgan modda bilan oʻzaro taʼsiridan kelib chiqadi. Oddiy harorat sharoitida bu jarayonni istisno qilib bo'lmaydi.
Qarshilik
Tok manbaining ichki qarshiligi va kontaktlarning zanglashiga olib boradigan tashqi qismining qarshiligi biroz boshqacha xarakterga ega, lekin bu jarayonlarda zaryadni harakatlantirish uchun bajariladigan ish bir xil.
Ishning o'zi faqat manbaning xususiyatlariga va uning tarkibiga bog'liq: elektrodlar va elektrolitlarning sifati, shuningdek, qarshiligi geometrik parametrlarga va kimyoviy moddalarga bog'liq bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi qismlari uchun. materialning xususiyatlari. Masalan, metall simning qarshiligi uning uzunligi ortishi bilan ortadi va tasavvurlar maydoni kengayishi bilan kamayadi. Qarshilikni qanday kamaytirish masalasini hal qilishda fizika maxsus materiallardan foydalanishni tavsiya qiladi.
Ish joriy
Joule-Lenz qonuniga muvofiq, o'tkazgichlarda ajralib chiqadigan issiqlik miqdori qarshilikka proportsionaldir. Agar issiqlik miqdorini Qint. deb belgilasak, oqimning I kuchi, uning oqish vaqti t, u holda biz quyidagilarga erishamiz:
Qint=I2 · r t,
bu yerda r - manbaning ichki qarshiligijoriy.
Butun sxemada, shu jumladan uning ichki va tashqi qismlarida issiqlikning umumiy miqdori chiqariladi, formulasi:
Qtoʻliq=I2 · r t + I 2 R t=I2 (r +R) t,
Fizikada qarshilik qanday belgilanishi ma'lum: tashqi zanjir (manbadan tashqari barcha elementlar) R qarshiligiga ega.
Toʻliq zanjir uchun Om qonuni
Asosiy ishni joriy manba ichidagi tashqi kuchlar bajarishini hisobga oling. Uning qiymati maydon tomonidan olib boriladigan zaryad va manbaning elektromotor kuchining mahsulotiga teng:
q E=I2 (r + R) t.
zaryad joriy quvvat va uning oqim vaqti mahsulotiga teng ekanligini tushunib, bizda:
E=I (r + R)
Sabab-oqibat munosabatlariga ko'ra, Om qonuni quyidagi ko'rinishga ega:
I=E: (r + R)
Yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tok kuchi tok manbaining EMF ga toʻgʻridan-toʻgʻri proportsional va zanjirning umumiy (umumiy) qarshiligiga teskari proportsionaldir.
Ushbu naqshga asoslanib, oqim manbasining ichki qarshiligini aniqlash mumkin.
Manbaning zaryadsizlanish hajmi
Tozalash quvvati manbalarning asosiy xarakteristikalari bilan ham bog'lanishi mumkin. Muayyan sharoitlarda ishlaganda olinishi mumkin bo'lgan maksimal elektr quvvati tushirish oqimining kuchiga bog'liq.
Ideal holatda, ma'lum bir taxminlar amalga oshirilganda, tushirish quvvati doimiy deb hisoblanishi mumkin.
KMisol uchun, potentsial farqi 1,5 V bo'lgan standart akkumulyator 0,5 Ah tushirish quvvatiga ega. Agar tushirish oqimi 100mA bo'lsa, u 5 soat ishlaydi.
Batareyalarni zaryadlash usullari
Batareyalardan foydalanish ularning zaryadsizlanishiga olib keladi. Batareyalarni tiklash, kichik hujayralarni zaryadlash quvvat qiymati manba quvvatining o'ndan biridan oshmaydigan oqim yordamida amalga oshiriladi.
Quyidagi zaryadlash usullari mavjud:
- belgilangan vaqt uchun doimiy oqimdan foydalanish (taxminan 16 soatlik oqim 0,1 batareya quvvati);
- pasaytiruvchi oqim bilan oldindan belgilangan potentsial farq qiymatiga zaryadlash;
- balanssiz oqimlardan foydalanish;
- zaryadlash va zaryadsizlantirishning qisqa impulslarini ketma-ket qo'llash, bunda birinchisining vaqti ikkinchisining vaqtidan oshadi.
Amaliy ish
Vazifa taklif etiladi: oqim manbai va EMFning ichki qarshiligini aniqlash.
Buni amalga oshirish uchun siz oqim manbai, ampermetr, voltmetr, slayder reostat, kalit, oʻtkazgichlar toʻplamini zaxiralashingiz kerak.
Yopiq kontaktlarning zanglashiga olib Om qonunidan foydalanish tok manbaining ichki qarshiligini aniqlaydi. Buning uchun siz uning EMF ni, reostatning qarshiligi qiymatini bilishingiz kerak.
Sxemaning tashqi qismidagi tok qarshiligini hisoblash formulasi Ohm qonuni boʻyicha zanjir qismi uchun aniqlanishi mumkin:
I=U: R,
bu yerda I - zanjirning tashqi qismidagi oqim kuchi, ampermetr bilan o'lchanadi; U - tashqi kuchlanishqarshilik.
Aniqlikni oshirish uchun oʻlchovlar kamida 5 marta amalga oshiriladi. Bu nima uchun? Tajriba davomida o'lchangan kuchlanish, qarshilik, oqim (aniqrog'i, oqim kuchi) quyida qo'llaniladi.
Tok manbasining EMFni aniqlash uchun biz kalit ochiq holda uning terminallaridagi kuchlanish EMFga deyarli teng ekanligidan foydalanamiz.
Keling, ketma-ket ulangan batareya, reostat, ampermetr, kalitdan sxema yigʻamiz. Biz voltmetrni oqim manbaining terminallariga ulaymiz. Kalitni ochib, biz uning o'qishlarini olamiz.
Ichki qarshilik, formulasi Om qonunidan toʻliq zanjir uchun olinadi, matematik hisoblar bilan aniqlanadi:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Oʻlchovlar ichki qarshilik tashqi qarshilikdan ancha kam ekanligini koʻrsatadi.
Zaryadlanuvchi batareyalar va batareyalarning amaliy funktsiyasi keng qo'llaniladi. Elektr dvigatellarining shubhasiz ekologik xavfsizligi shubhasizdir, ammo sig'imli, ergonomik batareyani yaratish zamonaviy fizikaning muammosidir. Uning yechimi avtomobilsozlik texnologiyasini rivojlantirishda yangi bosqichga olib keladi.
Kichik, engil va yuqori quvvatli batareyalar mobil elektron qurilmalarda ham zarur. Ularda ishlatiladigan energiya miqdori bevosita qurilmalarning ishlashiga bog'liq.
