Ce este rezistența internă și externă a unui circuit. Comunicare radio. Potrivire sursă-încărcare

EMF și tensiune. Rezistență internă surse de alimentare.
Programul educațional este un astfel de program educațional!
Legea lui Ohm. Asta voiam sa spun.
Am vorbit deja despre legea lui Ohm. Să vorbim din nou - dintr-un unghi ușor diferit. Fără a intra în detalii fizice și vorbind într-un limbaj simplu de pisică, legea lui Ohm spune: cu cât emf este mai mare. (forța electromotoare), cel mai actuale, cu cât rezistența este mai mare, cu atât curentul este mai mic.
Traducând această vrajă în limbajul formulelor uscate obținem:

I=E/R

unde: eu - curent, E- E.D.S. - forta electromotoare R - rezistenta
Curentul se măsoară în amperi, fem. - in volti, iar rezistenta poarta numele mandru de tovarase Ohm.E.m.f. - aceasta este o caracteristică a unui generator ideal, a cărui rezistență internă este considerată a fi infinitezimală. ÎN viata reala Acest lucru se întâmplă rar, așa că legea lui Ohm pentru un circuit în serie (mai familiară nouă) intră în vigoare:

I=U/R

unde: U este tensiunea sursei direct la bornele acesteia.
Să ne uităm la un exemplu simplu.
Să ne imaginăm baterie obișnuită sub forma unei surse EMF. și un anumit rezistor conectat în serie cu acesta, care va reprezenta rezistența internă a bateriei. Să conectăm un voltmetru în paralel cu bateria. Rezistența sa de intrare este semnificativ mai mare decât rezistența internă a bateriei, dar nu infinit de mare - adică curentul va curge prin ea. Valoarea tensiunii pe care o arată voltmetrul va fi mai mică decât valoarea emf. doar prin cantitatea de cădere de tensiune pe rezistorul imaginar intern la un curent dat.Dar, cu toate acestea, tocmai această valoare este luată ca tensiunea bateriei.
Formula tensiunii finale va avea următoarea formă:

U(baht)=E-U(intern)

Deoarece rezistența internă a tuturor bateriilor crește în timp, crește și căderea de tensiune pe rezistența internă. În acest caz, tensiunea la bornele bateriei scade. Miau!
Am înțeles!
Ce se întâmplă dacă conectați un ampermetru la o baterie în loc de un voltmetru? Deoarece rezistența internă a ampermetrului tinde spre zero, de fapt vom măsura curentul care curge prin rezistența internă a bateriei. Deoarece rezistența internă a sursei este foarte mică, curentul măsurat în acest caz poate atinge câțiva amperi.
Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că rezistența internă a sursei este același element al circuitului ca toate celelalte. Prin urmare, pe măsură ce curentul de sarcină crește, va crește și scăderea de tensiune pe rezistența internă, ceea ce duce la o scădere a tensiunii pe sarcină. Sau, așa cum ne place nouă, pisicile radio, o cădere de tensiune.
Deci modificările de încărcare au un efect cât mai mic asupra tensiune de ieșire sursă, ei încearcă să minimizeze rezistența sa internă.
Puteți selecta elementele unui circuit în serie în așa fel încât la oricare dintre ele să obțineți o tensiune care este redusă, în comparație cu originalul, de orice număr de ori.

Să încercăm să rezolvăm această problemă exemplu concret. Forța electromotoare a sursei de alimentare este de 4,5 V. O sarcină a fost conectată la ea și a trecut prin ea un curent egal cu 0,26 A. Tensiunea a devenit apoi egală cu 3,7 V. În primul rând, să ne imaginăm că există un curent ascuns. circuit în serie de la o sursă de tensiune ideală de 4,5 V, a cărei rezistență internă este zero, precum și un rezistor, a cărui valoare trebuie găsită. Este clar că în realitate nu este cazul, dar pentru calcule analogia este destul de potrivită.

Pasul 2

Amintiți-vă că litera U indică doar tensiunea sub sarcină. Pentru a indica la fel forta electromotoare o altă literă este rezervată - E. Este imposibil să o măsurați absolut exact, deoarece veți avea nevoie de un voltmetru cu rezistență infinită de intrare. Chiar și cu un voltmetru electrostatic (electrometru), este uriaș, dar nu infinit. Dar una este să fii absolut exact și alta este să ai o precizie acceptabilă în practică. Al doilea este destul de fezabil: este necesar doar ca rezistența internă a sursei să fie neglijabilă în comparație cu rezistența internă a voltmetrului. Între timp, să calculăm diferența dintre Sursa EMFși tensiunea acestuia sub o sarcină consumând un curent de 260 mA. E-U = 4,5-3,7 = 0,8. Aceasta va fi căderea de tensiune pe acel „rezistor virtual”.

Pasul 3

Ei bine, atunci totul este simplu, pentru că intră în joc legea clasică a lui Ohm. Ne amintim că curentul prin sarcină și „rezistorul virtual” este același, deoarece sunt conectate în serie. Căderea de tensiune pe acesta din urmă (0,8 V) este împărțită la curent (0,26 A) și obținem 3,08 ohmi. Iată răspunsul! De asemenea, puteți calcula cât de multă putere este disipată la sarcină și cât este inutilă la sursă. Disiparea la sarcină: 3,7*0,26=0,962 W. La sursă: 0,8*0,26=0,208 W. Procent Calculați singur între ei. Dar acesta nu este singurul tip de problemă pentru a găsi rezistența internă a unei surse. Există și acelea în care rezistența la sarcină este indicată în loc de puterea curentului, iar restul datelor inițiale sunt aceleași. Apoi mai întâi trebuie să mai faci un calcul. Tensiunea sub sarcină (nu EMF!) dată în condiție este împărțită la rezistența de sarcină. Și obțineți puterea curentului în circuit. După care, după cum spun fizicienii, „problema se reduce la cea anterioară”! Încercați să creați o astfel de problemă și să o rezolvați.

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. Îl vom alimenta într-o mașină de pasageri 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 o 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 intuitiv clar că bateria „nu este suficient de puternică” pentru o astfel de aplicație, totuși, luând în considerare caracteristici electrice- tensiune și sarcină (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 surse reale de la generatoare ideale și 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 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 de centrală hidroelectrică - prin presiunea limitată a apei etc.

În cazul unei rețele cu două terminale care conține în interior schema electrica, 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 putere electrica, care poate fi obținut într-o sarcină alimentată de la 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 interna r

ÎN caz general, pentru a determina două necunoscute, este necesar să se facă două măsurători: se măsoară tensiunea la ieșirea rețelei 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:

De obicei, mai mult de tehnică simplă: tensiunea este în modul inactiv și curentul este în modul scurt circuit rețea bipolară. 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 (ing. scurt circuit), adică sub 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, ar trebui să fiți atenți la supraîncărcarea rețelei cu două terminale curent excesiv, adică curentul nu trebuie să depășească valorile maxime admise 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 valoare complexă: modul, argument, doar partea reală sau imaginară, precum și un număr complet 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”.

Acumulare incarcare electrica a trecut 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 ( electricitate, creat de condensator) a durat atât de scurt încât nu a putut fi creat. 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 pentru o lungă perioadă de 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.

Modern baterii reîncărcabile 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. Eliminați acest proces în mod normal conditii de temperatura imposibil.

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. Suma maximă electricitatea 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

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

A oferit următoarele metode incarcare:

utilizarea curentului constant pentru un timp dat (aproximativ 16 ore cu un curent de 0,1 capacitate a bateriei);
încărcare cu curent redus până la valoarea stabilită diferenta potentiala;
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 de curent 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 derivată din legea lui Ohm pentru lanț complet, determinăm 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 reîncărcabile de dimensiuni mici, ușoare și de mare capacitate sunt, de asemenea, extrem de necesare în dispozitivele mobile. dispozitive electronice. Cantitatea de energie utilizată în ele este direct legată de performanța dispozitivelor.

Necesitatea introducerii termenului poate fi ilustrată prin exemplul următor. Să comparăm două surse chimice curent continuu cu aceeasi tensiune:

Baterie auto plumb-acid cu o tensiune de 12 volți și o capacitate de 55 Ah
Opt baterii AA conectate în serie. Tensiunea totală a unei astfel de baterii este de asemenea de 12 volți, capacitatea este mult mai mică - aproximativ 1 Ah

În ciuda aceleiași tensiuni, aceste surse diferă semnificativ atunci când funcționează la aceeași sarcină. Asa de, baterie auto este capabil să furnizeze un curent mare la sarcină (motorul mașinii pornește de la baterie, în timp ce demarorul consumă un curent de 250 de amperi), iar demarorul nu se rotește deloc dintr-un lanț de baterii. Capacitatea relativ mică a bateriilor nu este motivul: un amperi-oră în baterii ar fi suficient pentru a roti demarorul timp de 14 secunde (la un curent de 250 de amperi).

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 intern rezistență (sau impedanță). Dacă rețeaua cu două terminale nu conține surse, atunci „ intern rezistență” pentru o astfel de rețea cu două terminale înseamnă același lucru ca Doar"rezistenţă".

Termeni înrudiți

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

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. Rețea cu două terminale numai extern se comportă de parcă 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 sursa de energie fără nici un circuit electric (de exemplu, o celulă galvanică), atunci rezistența internă este aproape pur activă (cu excepția cazului în care vorbim despre foarte frecvente inalte), se datorează unor efecte fizice care nu permit ca puterea furnizată de această sursă sarcinii 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 efecte neelectrice natură. Deci, de exemplu, în putere poate fi limitată de zona de contact a substanțelor care participă la reacție, într-un generator de centrală hidroelectrică - prin presiunea limitată a apei etc.
În cazul unei rețele cu două terminale care conține în interior schema electrica, 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:

Influența rezistenței interne asupra proprietăților unei rețele cu două terminale

Efectul rezistenței interne este o proprietate integrală a oricărei rețele active 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.

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
Rezistență internă r

În general, pentru a determina două necunoscute, este necesar să se facă două măsurători: se măsoară tensiunea la ieșirea rețelei cu două terminale (adică diferența de potențial U out = φ 2 − φ 1) la doi curenți de sarcină diferiți. Atunci parametrii necunoscuți pot fi găsiți din sistemul de ecuații:

(tensiuni)

Unde U out1 eu 1, Uout2- tensiune de iesire la curent eu 2. 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 () se scrie după cum urmează:

Unde U oc- tensiune de ieșire în modul inactiv (ing. circuit deschis), adică la curent de sarcină zero; Este c- curent de sarcină în regim de scurtcircuit (ing. scurt circuit), adică sub 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:

(Rezistență internă)

Măsurare

Concept măsurare aplicabil dispozitivului real (dar nu și circuitului). Măsurarea directă cu un ohmmetru este imposibilă, deoarece este imposibil să conectați sondele dispozitivului la bornele rezistenței interne. Prin urmare, este necesară măsurarea 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.

Uneori se folosește următoarea metodă simplă de măsurare, care nu necesită calcule:

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 calcul Rezistența internă reactivă se realizează în același mod ca și rezistența activă, dar în locul rezistențelor de rezistență se iau impedanțele complexe ale elementelor incluse în circuit și, în loc de tensiuni și curenți, se iau amplitudinile lor complexe, adică calculul se face prin metoda amplitudinii complexe.

Măsurare reactanța are unele caracteristici speciale, deoarece este mai degrabă o funcție cu valori complexe 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.
Oricare dintre parametrii enumerați depinde de frecvență. Teoretic, să se obțină prin măsurare informatii complete despre rezistența reactivă internă, este necesar să se elimine dependenta pe frecvență, adică efectuați măsurători la toata lumea frecvențele pe care le poate genera sursa unei rețele date cu două terminale.

Aplicație

În cele mai multe cazuri, nu ar trebui să vorbim despre aplicarea rezistență internă și aproximativ contabilitate impactul său negativ, deoarece rezistența internă este mai probabilă efect negativ. Cu toate acestea, în unele sisteme o rezistență internă nominală este esențială.

Simplificarea circuitelor echivalente

Reprezentarea unei rețele cu două terminale ca o combinație a unui generator de tensiune și rezistență internă este cel mai simplu și cel mai frecvent utilizat circuit echivalent al unei rețele cu două terminale.

Potrivire sursă-încărcare

Potrivirea sursei și a sarcinii este alegerea raportului dintre rezistența de sarcină și rezistența internă a sursei pentru a atinge proprietățile specificate ale sistemului rezultat (de regulă, ei încearcă să atingă valoarea maximă a oricărui parametru pentru această sursă). Cel mai des folosit următoarele tipuri aprobări:

Potrivirea curentului și a puterii trebuie utilizată cu prudență, deoarece există riscul de supraîncărcare a sursei.

Reducere de înaltă tensiune

Uneori, la sursă se adaugă artificial o rezistență mare (se adaugă rezistenței interne a sursei) pentru a reduce semnificativ tensiunea primită de la aceasta. Cu toate acestea, adăugarea unui rezistor ca rezistență suplimentară (așa-numitul rezistor de stingere) duce la alocarea de putere inutilă acestuia. Pentru a evita risipa de energie, sistemele AC folosesc impedanțe de amortizare reactive, cel mai adesea condensatoare. Acesta este modul în care sunt construite sursele de alimentare cu condensatoare. În mod similar, folosind un robinet capacitiv de la o linie de înaltă tensiune, puteți obține tensiuni mici pentru a alimenta orice dispozitive autonome.

Minimizarea zgomotului

Când este amplificată semnale slabe Adesea apare problema minimizării zgomotului introdus de amplificator în semnal. În acest scop special amplificatoare cu zgomot redus, cu toate acestea, ele sunt proiectate în așa fel încât cea mai mică cifră de zgomot să fie obținută numai într-un anumit interval al impedanței de ieșire a sursei de semnal. De exemplu, un amplificator cu zgomot redus furnizează zgomot minim numai pe domeniul de impedanță de ieșire a sursei de la 1 kΩ la 10 kΩ; dacă sursa de semnal are o impedanță de ieșire mai mică (de exemplu, un microfon cu o impedanță de ieșire de 30 ohmi), atunci trebuie utilizat un transformator de creștere între sursă și amplificator, care va crește impedanța de ieșire (precum și tensiunea semnalului) la valoarea cerută.

Restricții

Conceptul de rezistență internă este introdus prin circuit echivalent, prin urmare, se aplică aceleași restricții ca și pentru aplicabilitatea circuitelor echivalente.

Exemple

Valorile rezistenței interne sunt relative: ceea ce este considerat mic, de exemplu, pentru o celulă galvanică, este foarte mare pentru baterie puternica. Mai jos sunt exemple de rețele cu două terminale și valorile rezistenței lor interne r. Cazuri banale de rețele cu două terminale fara surse sunt precizate în mod expres.

Rezistență internă scăzută

Rezistență internă ridicată

Rezistență internă negativă

Există rețele cu două terminale a căror rezistență internă are negativ sens. In normal activ rezistență, are loc disiparea energiei, în reactivÎn rezistență, energia este stocată și apoi eliberată înapoi la sursă. Particularitatea rezistenței negative este că ea însăși este o sursă de energie. Prin urmare, rezistența negativă în formă pură nu apare, poate fi doar imitată circuit electronic, care contine neaparat o sursa de energie. Rezistența internă negativă poate fi obținută în circuite folosind:

elemente cu rezistență diferențială negativă, cum ar fi diode tunel

Sisteme cu rezistență negativă potențial instabil și, prin urmare, poate fi folosit pentru a construi auto-oscilatoare.

Vezi si

Legături

Literatură

Zernov N.V., Karpov V.G. Teorie circuite radio. - M. - L.: Energie, 1965. - 892 p.
Jones M.H. Electronică - curs practic. - M.: Tehnosfera, 2006. - 512 p. ISBN 5-94836-086-5

Note

Fundația Wikimedia. 2010.

Dicționar terminologic explicativ politehnic