Thực đơn
trang chủChương trình

Điện trở trong bằng điện trở ngoài. Dòng điện không đổi. EMF của nguồn hiện tại và điện trở trong của nguồn hiện tại

Dòng điện trong dây dẫn xuất hiện dưới tác dụng của điện trường làm cho các hạt mang điện tự do chuyển động có hướng. Tạo ra dòng điện hạt là một vấn đề nghiêm trọng. Việc chế tạo một thiết bị như vậy có thể duy trì sự chênh lệch điện thế trường trong thời gian dài ở một trạng thái là một nhiệm vụ mà chỉ nhân loại mới có thể giải quyết được vào cuối thế kỷ 18.

Những lần thử đầu tiên

Những nỗ lực đầu tiên nhằm “lưu trữ điện” để nghiên cứu và sử dụng tiếp theo được thực hiện ở Hà Lan. Ewald Jürgen von Kleist người Đức và Pieter van Musschenbroek người Hà Lan, người đã thực hiện nghiên cứu của họ tại thị trấn Leiden, đã tạo ra tụ điện đầu tiên trên thế giới, sau này được gọi là “bình Leyden”.

Sự tích tụ điện tích đã diễn ra dưới tác động của ma sát cơ học. Có thể sử dụng sự phóng điện qua dây dẫn trong một khoảng thời gian khá ngắn nhất định.

Chiến thắng của trí tuệ con người trước một chất liệu phù du như điện hóa ra lại mang tính cách mạng.

Thật không may, sự phóng điện (dòng điện do tụ điện tạo ra) kéo dài quá ngắn nên không thể tạo ra được. Ngoài ra, điện áp do tụ điện cung cấp giảm dần khiến không có khả năng nhận được dòng điện dài hạn.

Nó là cần thiết để tìm kiếm một cách khác.

Nguồn đầu tiên

Các thí nghiệm của Galvani người Ý về “điện động vật” là một nỗ lực ban đầu nhằm tìm ra nguồn dòng điện tự nhiên trong tự nhiên. Treo chân của những con ếch đã được mổ xẻ trên móc kim loại của lưới sắt, ông thu hút sự chú ý đến phản ứng đặc trưng của các đầu dây thần kinh.

Tuy nhiên, kết luận của Galvani đã bị một người Ý khác là Alessandro Volta bác bỏ. Quan tâm đến khả năng thu được điện từ các sinh vật động vật, ông đã tiến hành một loạt thí nghiệm với ếch. Nhưng kết luận của ông hóa ra lại hoàn toàn trái ngược với những giả thuyết trước đó.

Volta nhận thấy rằng một sinh vật sống chỉ là dấu hiệu của sự phóng điện. Khi dòng điện đi qua, các cơ ở bàn chân co lại, biểu thị sự chênh lệch điện thế. Nguồn của điện trường hóa ra là sự tiếp xúc của các kim loại khác nhau. Chúng càng cách xa nhau trong chuỗi các nguyên tố hóa học thì tác dụng càng rõ rệt.

Các tấm kim loại khác nhau, được lót bằng các đĩa giấy ngâm trong dung dịch điện phân, đã tạo ra hiệu điện thế cần thiết trong một thời gian dài. Và dù ở mức thấp (1,1 V), dòng điện vẫn có thể được nghiên cứu trong thời gian dài. Điều quan trọng là sự căng thẳng vẫn không thay đổi trong thời gian dài.

Chuyện gì đang xảy ra vậy

Tại sao hiệu ứng này xảy ra trong các nguồn gọi là “tế bào điện”?

Hai điện cực kim loại đặt trong một chất điện môi có vai trò khác nhau. Một cái cung cấp điện tử, cái kia chấp nhận chúng. Quá trình phản ứng oxi hóa khử dẫn đến sự xuất hiện của sự dư thừa electron trên một điện cực, được gọi là cực âm và sự thiếu hụt ở điện cực thứ hai, mà chúng ta sẽ gọi là cực dương của nguồn.

Trong các pin điện đơn giản nhất, phản ứng oxy hóa xảy ra trên một điện cực, phản ứng khử xảy ra trên điện cực kia. Các electron đến các điện cực từ phần bên ngoài của mạch điện. Chất điện phân là chất dẫn dòng ion bên trong nguồn. Lực kháng cự kiểm soát thời gian của quá trình.

Nguyên tố đồng-kẽm

Thật thú vị khi xem xét nguyên lý hoạt động của pin điện bằng ví dụ về pin điện đồng-kẽm, hoạt động của nó đến từ năng lượng của kẽm và đồng sunfat. Ở nguồn này, một tấm đồng được đặt trong dung dịch và điện cực kẽm được ngâm trong dung dịch kẽm sunfat. Các dung dịch được ngăn cách bằng miếng đệm xốp để tránh trộn lẫn nhưng phải tiếp xúc với nhau.

Nếu mạch kín, lớp kẽm bề mặt bị oxy hóa. Trong quá trình tương tác với chất lỏng, các nguyên tử kẽm biến thành ion xuất hiện trong dung dịch. Các electron được giải phóng ở điện cực, có thể tham gia vào sự hình thành dòng điện.

Khi ở trên điện cực đồng, các electron tham gia phản ứng khử. Các ion đồng từ dung dịch đi lên lớp bề mặt, trong quá trình khử chúng biến thành các nguyên tử đồng, lắng đọng trên tấm đồng.

Hãy tóm tắt những gì đang xảy ra: quá trình hoạt động của tế bào điện đi kèm với sự chuyển electron từ chất khử sang chất oxy hóa dọc theo phần bên ngoài của mạch điện. Phản ứng xảy ra trên cả hai điện cực. Dòng ion chạy trong nguồn.

Khó khăn khi sử dụng

Về nguyên tắc, bất kỳ phản ứng oxi hóa khử nào đều có thể được sử dụng trong pin. Nhưng không có nhiều chất có khả năng hoạt động trong các nguyên tố có giá trị kỹ thuật. Hơn nữa, nhiều phản ứng đòi hỏi những chất đắt tiền.

Pin hiện đại có cấu trúc đơn giản hơn. Hai điện cực được đặt trong một chất điện phân lấp đầy bình - thân pin. Các tính năng thiết kế như vậy giúp đơn giản hóa cấu trúc và giảm chi phí pin.

Bất kỳ tế bào điện nào cũng có khả năng tạo ra dòng điện một chiều.

Điện trở dòng điện không cho phép tất cả các ion xuất hiện trên các điện cực cùng một lúc nên phần tử hoạt động trong thời gian dài. Các phản ứng hóa học hình thành ion sớm hay muộn đều dừng lại và nguyên tố này bị thải ra ngoài.

Nguồn hiện tại có tầm quan trọng lớn.

Một chút về sức đề kháng

Việc sử dụng dòng điện chắc chắn đã đưa tiến bộ khoa học và công nghệ lên một tầm cao mới và tạo cho nó một động lực to lớn. Nhưng lực cản trở của dòng điện đã cản trở sự phát triển đó.

Một mặt, dòng điện có những đặc tính vô giá được ứng dụng trong đời sống và công nghệ hàng ngày, mặt khác lại có điện trở đáng kể. Vật lý, với tư cách là một môn khoa học về tự nhiên, cố gắng thiết lập sự cân bằng và điều chỉnh những hoàn cảnh này.

Điện trở hiện tại phát sinh do sự tương tác của các hạt tích điện với chất mà chúng di chuyển qua. Không thể loại trừ quá trình này trong điều kiện nhiệt độ bình thường.

Sức chống cự

Nguồn dòng và điện trở của phần bên ngoài của mạch có bản chất hơi khác nhau, nhưng công thực hiện để di chuyển điện tích trong các quá trình này giống nhau.

Bản thân công việc chỉ phụ thuộc vào tính chất của nguồn và chất làm đầy của nó: chất lượng của điện cực và chất điện phân, cũng như các bộ phận bên ngoài của mạch điện, điện trở của chúng phụ thuộc vào các thông số hình học và đặc tính hóa học của vật liệu. Ví dụ, điện trở của dây kim loại tăng theo chiều dài của nó và giảm khi tăng tiết diện. Khi giải bài toán làm thế nào để giảm lực cản, vật lý khuyến cáo nên sử dụng những vật liệu chuyên dụng.

Công việc hiện tại

Theo định luật Joule-Lenz, một lượng nhiệt được giải phóng trong dây dẫn tỉ lệ với điện trở. Nếu lượng nhiệt được ký hiệu là Q int. , cường độ dòng điện I, thời gian chảy t, khi đó ta có:

  • Q nội bộ = Tôi 2 r t,

trong đó r là điện trở trong của nguồn hiện tại.

Trong toàn bộ dây chuyền, bao gồm cả phần bên trong và bên ngoài, tổng lượng nhiệt sẽ được giải phóng, công thức là:

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

Người ta đã biết điện trở được biểu thị như thế nào trong vật lý: mạch ngoài (tất cả các phần tử ngoại trừ nguồn) có điện trở R.

Định luật Ohm cho mạch điện hoàn chỉnh

Chúng ta hãy tính đến việc công chính được thực hiện bởi các ngoại lực bên trong nguồn hiện tại. Giá trị của nó bằng tích của điện tích do trường truyền và suất điện động của nguồn:

  • q · E = I 2 · (r + R) · t.

Hiểu rằng điện tích bằng tích của cường độ dòng điện và thời gian nó chạy qua, chúng ta có:

  • E = Tôi (r + R).

Theo mối quan hệ nhân quả, định luật Ohm có dạng:

  • Tôi = E: (r + R).

Trong một mạch kín, EMF của nguồn hiện tại tỷ lệ thuận và tỷ lệ nghịch với tổng điện trở (tác động) của mạch.

Dựa trên mẫu này, có thể xác định điện trở trong của nguồn hiện tại.

Công suất xả nguồn

Các đặc điểm chính của nguồn bao gồm khả năng xả. Lượng điện tối đa thu được trong quá trình vận hành trong những điều kiện nhất định phụ thuộc vào cường độ dòng phóng điện.

Trong trường hợp lý tưởng, khi thực hiện một số giá trị gần đúng nhất định thì công suất phóng điện có thể được coi là không đổi.

Ví dụ: một pin tiêu chuẩn có hiệu điện thế 1,5 V có khả năng phóng điện là 0,5 Ah. Nếu dòng phóng là 100 mA thì nó hoạt động được trong 5 giờ.

Các phương pháp sạc pin

Việc sử dụng pin sẽ khiến chúng bị xả điện. Việc sạc các phần tử có kích thước nhỏ được thực hiện bằng dòng điện có cường độ không vượt quá 1/10 công suất nguồn.

Có các phương pháp sạc sau:

  • sử dụng dòng điện không đổi trong một thời gian nhất định (khoảng 16 giờ với dòng điện bằng 0,1 dung lượng pin);
  • sạc với dòng điện giảm đến một hiệu điện thế nhất định;
  • sử dụng dòng điện không đối xứng;
  • áp dụng tuần tự các xung sạc và xả ngắn, trong đó thời gian của xung đầu tiên vượt quá thời gian của xung thứ hai.

Công việc thực tế

Một nhiệm vụ được đề xuất: xác định điện trở trong của nguồn hiện tại và emf.

Để thực hiện nó, bạn cần dự trữ một nguồn dòng điện, một ampe kế, một vôn kế, một biến trở trượt, một chiếc chìa khóa và một bộ dây dẫn.

Việc sử dụng sẽ cho phép bạn xác định điện trở trong của nguồn hiện tại. Để làm điều này, bạn cần biết EMF của nó và giá trị của điện trở biến trở.

Công thức tính điện trở dòng điện ở phần bên ngoài của mạch có thể được xác định từ định luật Ohm cho phần mạch:

  • Tôi=U:R,

trong đó I là cường độ dòng điện ở phần bên ngoài của mạch điện, được đo bằng ampe kế; U là điện áp trên điện trở ngoài.

Để tăng độ chính xác, phép đo được thực hiện ít nhất 5 lần. Nó dùng để làm gì? Điện áp, điện trở, dòng điện (hay đúng hơn là cường độ dòng điện) đo được trong quá trình thử nghiệm sẽ được sử dụng thêm.

Để xác định EMF của nguồn hiện tại, chúng tôi lợi dụng thực tế là điện áp tại các cực của nó khi công tắc mở gần như bằng EMF.

Hãy lắp ráp một mạch gồm pin, biến trở, ampe kế và chìa khóa mắc nối tiếp. Chúng tôi kết nối một vôn kế với các cực của nguồn hiện tại. Sau khi mở chìa khóa, chúng tôi lấy số đọc của nó.

Điện trở trong, công thức lấy từ định luật Ohm cho toàn bộ mạch, được xác định bằng các phép tính toán học:

  • Tôi = E: (r + R).
  • r = E: Tôi - U: Tôi.

Các phép đo cho thấy điện trở trong nhỏ hơn đáng kể so với điện trở bên ngoài.

Chức năng thực tế của ắc quy và pin được sử dụng rộng rãi. Sự an toàn môi trường không thể chối cãi của động cơ điện là điều không thể nghi ngờ, nhưng việc tạo ra một loại pin có dung lượng lớn, tiện dụng là một vấn đề của vật lý hiện đại. Giải pháp của nó sẽ dẫn đến một giai đoạn phát triển mới của công nghệ ô tô.

Pin sạc nhỏ, nhẹ, dung lượng cao cũng rất cần thiết trong các thiết bị điện tử di động. Lượng năng lượng được sử dụng trong chúng liên quan trực tiếp đến hiệu suất của thiết bị.

Sự cần thiết phải giới thiệu thuật ngữ này có thể được minh họa bằng ví dụ sau. Hãy so sánh hai nguồn DC hóa học có cùng điện áp:

  • Ắc quy axit chì ô tô có điện áp 12 volt, dung lượng 55 Ah
  • Tám pin AA được mắc nối tiếp. Tổng điện áp của pin như vậy cũng là 12 volt, công suất nhỏ hơn nhiều - khoảng 1 Ah

Mặc dù có cùng điện áp nhưng các nguồn này khác nhau đáng kể khi hoạt động ở cùng một tải. Do đó, ắc quy ô tô có khả năng cung cấp dòng điện lớn đến tải (động cơ ô tô khởi động từ ắc quy, trong khi bộ khởi động tiêu thụ dòng điện 250 ampe), nhưng bộ khởi động hoàn toàn không quay từ chuỗi ắc quy. Dung lượng tương đối nhỏ của pin không phải là lý do: một amp-giờ trong pin sẽ đủ để quay bộ khởi động trong 14 giây (ở dòng điện 250 amps).

Vì vậy, đối với mạng hai đầu cuối chứa nguồn (tức là máy phát điện áp và máy phát dòng điện) cần nói cụ thể về nội bộđiện trở (hoặc trở kháng). Nếu mạng hai đầu cuối không chứa nguồn thì “ nội bộđiện trở" đối với mạng hai đầu cuối như vậy có nghĩa giống như Chỉ"sức chống cự".

Điều khoản liên quan

Nếu trong bất kỳ hệ thống nào có thể phân biệt được đầu vào và/hoặc đầu ra thì các thuật ngữ sau thường được sử dụng:

Nguyên tắc vật lý

Mặc dù thực tế là trong mạch tương đương, điện trở trong được biểu thị dưới dạng một phần tử thụ động (và điện trở chủ động, nghĩa là nhất thiết phải có một điện trở trong nó), điện trở trong không tập trung ở bất kỳ phần tử nào. Mạng hai thiết bị đầu cuối chỉ ở bên ngoài cư xử như thể nó có trở kháng bên trong tập trung và một máy phát điện áp. Trong thực tế, điện trở trong là biểu hiện bên ngoài của một tập hợp các tác dụng vật lý:

  • Nếu trong mạng hai đầu cuối chỉ có nguồn năng lượng không có bất kỳ mạch điện nào (ví dụ, một tế bào điện), thì điện trở trong gần như hoàn toàn hoạt động (trừ khi chúng ta đang nói về tần số rất cao), đó là do các hiệu ứng vật lý không cho phép năng lượng do nguồn này cung cấp cho tải vượt quá một giới hạn nhất định. Ví dụ đơn giản nhất về hiệu ứng này là điện trở khác 0 của dây dẫn trong mạch điện. Nhưng, như một quy luật, đóng góp lớn nhất vào việc hạn chế quyền lực lại xuất phát từ những tác động không dùng điện thiên nhiên. Vì vậy, ví dụ, về công suất, nó có thể bị giới hạn bởi diện tích tiếp xúc của các chất tham gia phản ứng, trong máy phát điện của nhà máy thủy điện - bởi áp suất nước hạn chế, v.v.
  • Trong trường hợp mạng hai đầu cuối chứa bên trong sơ đồ mạch điện, điện trở trong bị “phân tán” trong các phần tử mạch (ngoài các cơ chế được liệt kê ở trên trong nguồn).

Điều này cũng hàm ý một số tính chất của điện trở trong:

Ảnh hưởng của điện trở trong đến các tính chất của mạng hai cực

Ảnh hưởng của điện trở trong là một đặc tính không thể thiếu của bất kỳ mạng hai cực đang hoạt động nào. Kết quả chính của sự hiện diện của điện trở trong là hạn chế công suất điện có thể thu được trong tải được cung cấp từ mạng hai cực này.

Giả sử có một mạng hai đầu cuối, có thể được mô tả bằng mạch tương đương ở trên. Mạng hai đầu cuối có hai tham số chưa biết cần tìm:

  • Máy phát điện áp EMF bạn
  • Kháng nội bộ r

Nói chung, để xác định hai ẩn số, cần thực hiện hai phép đo: đo điện áp ở đầu ra của mạng hai cực (tức là hiệu điện thế). U ra = φ 2 − φ 1) ở hai dòng tải khác nhau. Khi đó các tham số chưa biết có thể tìm được từ hệ phương trình:

(Điện áp)

Ở đâu bạn out1 tôi 1, uout2- điện áp đầu ra hiện tại tôi 2. Giải hệ phương trình ta tìm được ẩn số:

Thông thường, một kỹ thuật đơn giản hơn được sử dụng để tính điện trở trong: điện áp ở chế độ không tải và dòng điện ở chế độ ngắn mạch của mạng hai cực được tìm thấy. Trong trường hợp này, system() được viết như sau:

Ở đâu bạn oc- điện áp đầu ra ở chế độ không tải (eng. hở mạch), nghĩa là ở dòng tải bằng không; Là C- dòng tải ở chế độ ngắn mạch (eng. ngắn mạch), nghĩa là dưới một tải có điện trở bằng không. Ở đây cần tính đến rằng dòng điện đầu ra ở chế độ không tải và điện áp đầu ra ở chế độ ngắn mạch bằng 0. Từ phương trình cuối cùng ta có ngay:

(Sức đề kháng nội bộ)

Đo đạc

Ý tưởng đo đạcáp dụng cho thiết bị thực (nhưng không áp dụng cho mạch). Không thể đo trực tiếp bằng ôm kế vì không thể kết nối đầu dò của thiết bị với các cực điện trở bên trong. Do đó, phép đo gián tiếp là cần thiết, về cơ bản không khác với tính toán - điện áp trên tải cũng được yêu cầu ở hai giá trị dòng điện khác nhau. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể sử dụng công thức đơn giản hóa (2), vì không phải mạng hai cực thực sự nào cũng cho phép hoạt động ở chế độ ngắn mạch.

Đôi khi phương pháp đo đơn giản sau đây được sử dụng mà không cần tính toán:

  • Điện áp mạch hở được đo
  • Một điện trở thay đổi được kết nối như một tải và điện trở của nó được chọn sao cho điện áp trên nó bằng một nửa điện áp mạch hở.

Sau các quy trình được mô tả, điện trở của điện trở tải phải được đo bằng ôm kế - nó sẽ bằng điện trở trong của mạng hai cực.

Dù sử dụng phương pháp đo nào, người ta cũng nên cảnh giác với việc làm quá tải mạng hai đầu cuối với dòng điện quá mức, nghĩa là dòng điện không được vượt quá giá trị tối đa cho phép đối với mạng hai đầu cuối nhất định.

Kháng nội bộ phản ứng

Nếu mạch tương đương của mạng hai cực chứa các phần tử phản kháng - tụ điện và/hoặc cuộn cảm, thì phép tínhĐiện trở trong phản ứng được thực hiện theo cách tương tự như điện trở hoạt động, nhưng thay vì điện trở điện trở, các trở kháng phức tạp của các phần tử có trong mạch được lấy, và thay vì điện áp và dòng điện, biên độ phức tạp của chúng được lấy, nghĩa là tính toán được thực hiện bằng phương pháp biên độ phức tạp.

Đo đạc phản ứng có một số tính năng đặc biệt vì nó là hàm có giá trị phức chứ không phải là giá trị vô hướng:

  • Bạn có thể tìm kiếm các tham số khác nhau của một giá trị phức: mô đun, đối số, chỉ phần thực hoặc phần ảo, cũng như toàn bộ số phức. Theo đó, kỹ thuật đo lường sẽ phụ thuộc vào những gì chúng ta muốn đạt được.
  • Bất kỳ tham số nào được liệt kê đều phụ thuộc vào tần số. Về mặt lý thuyết, để có được thông tin đầy đủ về điện trở phản kháng bên trong bằng phép đo cần phải loại bỏ nghiện về tần số, nghĩa là thực hiện các phép đo ở mọi người tần số mà nguồn của mạng hai đầu cuối nhất định có thể tạo ra.

Ứng dụng

Trong hầu hết các trường hợp, chúng ta không nên nói về ứng dụng sức đề kháng nội bộ, và về kế toán tác động tiêu cực của nó, vì sức đề kháng bên trong là một tác động tiêu cực. Tuy nhiên, trong một số hệ thống, điện trở trong danh nghĩa là cần thiết.

Đơn giản hóa các mạch tương đương

Việc biểu diễn mạng hai đầu cuối dưới dạng kết hợp giữa máy phát điện áp và điện trở trong là mạch tương đương đơn giản nhất và được sử dụng thường xuyên nhất của mạng hai đầu cuối.

Khớp nguồn-tải

Phù hợp nguồn và tải là việc lựa chọn tỷ lệ giữa điện trở tải và điện trở trong của nguồn để đạt được các đặc tính đã chỉ định của hệ thống thu được (theo quy định, họ cố gắng đạt được giá trị tối đa của bất kỳ tham số nào cho một nguồn nhất định). Các kiểu so khớp được sử dụng phổ biến nhất là:

Nên sử dụng kết hợp dòng điện và công suất một cách thận trọng vì có nguy cơ gây quá tải nguồn.

Giảm điện áp cao

Đôi khi một điện trở lớn được thêm vào nguồn một cách giả tạo (nó được thêm vào điện trở trong của nguồn) để giảm đáng kể điện áp nhận được từ nó. Tuy nhiên, việc thêm một điện trở làm điện trở bổ sung (còn gọi là điện trở dập tắt) sẽ dẫn đến việc phân bổ nguồn điện vô ích cho nó. Để tránh lãng phí năng lượng, hệ thống AC sử dụng trở kháng giảm chấn phản kháng, thường là tụ điện. Đây là cách cung cấp năng lượng tụ điện được xây dựng. Tương tự, bằng cách sử dụng một vòi điện dung từ đường dây điện cao thế, bạn có thể thu được điện áp nhỏ để cấp nguồn cho bất kỳ thiết bị tự động nào.

Giảm thiểu tiếng ồn

Khi khuếch đại các tín hiệu yếu, nhiệm vụ thường đặt ra là giảm thiểu nhiễu do bộ khuếch đại đưa vào tín hiệu. Đối với mục đích này đặc biệt bộ khuếch đại tiếng ồn thấp tuy nhiên, chúng được thiết kế sao cho chỉ số nhiễu thấp nhất có thể đạt được trong một phạm vi nhất định của trở kháng đầu ra của nguồn tín hiệu. Ví dụ: bộ khuếch đại tiếng ồn thấp chỉ cung cấp tiếng ồn tối thiểu trong phạm vi trở kháng đầu ra nguồn từ 1 kΩ đến 10 kΩ; nếu nguồn tín hiệu có trở kháng đầu ra thấp hơn (ví dụ: micrô có trở kháng đầu ra là 30 Ohms), thì nên sử dụng máy biến áp tăng áp giữa nguồn và bộ khuếch đại, điều này sẽ làm tăng trở kháng đầu ra (cũng như điện áp tín hiệu) đến giá trị yêu cầu.

Những hạn chế

Khái niệm điện trở trong được đưa ra thông qua mạch tương đương, do đó, các hạn chế tương tự cũng được áp dụng như đối với khả năng ứng dụng của mạch tương đương.

Ví dụ

Các giá trị điện trở bên trong là tương đối: ví dụ, cái được coi là nhỏ đối với tế bào điện, lại rất lớn đối với pin mạnh. Dưới đây là ví dụ về mạng hai đầu cuối và giá trị điện trở trong của chúng r. Các trường hợp tầm thường của mạng hai thiết bị đầu cuối không có nguồnđược nêu cụ thể.

Điện trở trong thấp

Sức đề kháng nội bộ cao

Điện trở trong âm

Có những mạng hai đầu cuối có điện trở trong có tiêu cực nghĩa. Bình thường tích cựcđiện trở, sự tiêu tán năng lượng xảy ra ở hồi đáp nhanh Trong điện trở, năng lượng được lưu trữ và sau đó giải phóng trở lại nguồn. Điểm đặc biệt của sự phản kháng tiêu cực là bản thân nó là một nguồn năng lượng. Do đó, điện trở âm không xảy ra ở dạng nguyên chất mà chỉ có thể được mô phỏng bằng một mạch điện tử nhất thiết phải chứa nguồn năng lượng. Điện trở trong âm có thể đạt được trong mạch bằng cách sử dụng:

  • các phần tử có điện trở chênh lệch âm, chẳng hạn như điốt đường hầm

Các hệ thống có điện trở âm có khả năng không ổn định và do đó có thể được sử dụng để chế tạo các bộ tự dao động.

Xem thêm

Liên kết

Văn học

  • Zernov N.V., Karpov V.G. Lý thuyết mạch kỹ thuật vô tuyến. - M. - L.: Năng lượng, 1965. - 892 tr.
  • Jones M.H.Điện tử - khóa học thực hành. - M.: Tekhnosphere, 2006. - 512 tr. ISBN 5-94836-086-5

Ghi chú


Quỹ Wikimedia. 2010.

  • Từ điển giải thích thuật ngữ bách khoa

Trong thời đại điện, có lẽ không có người nào là không biết đến sự tồn tại của dòng điện. Nhưng ít người nhớ được nhiều điều từ một khóa học vật lý ở trường hơn là tên của các đại lượng: dòng điện, điện áp, điện trở, định luật Ohm. Và chỉ rất ít người nhớ được ý nghĩa của những từ này là gì.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về cách dòng điện xuất hiện, cách nó truyền qua mạch điện và cách sử dụng đại lượng này trong tính toán. Nhưng trước khi chuyển sang phần chính, chúng ta hãy quay lại lịch sử phát hiện ra dòng điện và nguồn của nó, cũng như định nghĩa lực điện động là gì.

Câu chuyện

Điện như một nguồn năng lượng đã được biết đến từ thời cổ đại, bởi vì chính thiên nhiên đã tạo ra nó với khối lượng khổng lồ. Một ví dụ nổi bật là tia sét hoặc đường dốc điện. Bất chấp sự gần gũi với con người như vậy, người ta chỉ có thể hạn chế năng lượng này vào giữa thế kỷ XVII: Otto von Guericke, burgomaster đến từ Magdeburg, đã tạo ra một cỗ máy cho phép tạo ra điện tích. Vào giữa thế kỷ 18, Peter von Muschenbroek, một nhà khoa học đến từ Hà Lan, đã tạo ra tụ điện đầu tiên trên thế giới, đặt tên là bình Leyden để vinh danh trường đại học nơi ông làm việc.

Có lẽ, kỷ nguyên của những khám phá thực sự dành riêng cho điện bắt đầu với công trình của Luigi Galvani và Alessandro Volta, những người lần lượt nghiên cứu dòng điện trong cơ và sự xuất hiện của dòng điện trong cái gọi là tế bào điện. Nghiên cứu sâu hơn đã mở mang tầm mắt của chúng tôi về mối liên hệ giữa điện và từ, cũng như một số hiện tượng rất hữu ích (chẳng hạn như cảm ứng điện từ), nếu không có hiện tượng này thì không thể tưởng tượng được cuộc sống của chúng ta ngày nay.

Nhưng chúng ta sẽ không đi sâu vào hiện tượng từ tính mà sẽ chỉ tập trung vào hiện tượng điện. Vì vậy, chúng ta hãy xem điện phát sinh như thế nào trong các tế bào điện và nó có ý nghĩa gì.

Một tế bào điện là gì?

Có thể nói rằng nó tạo ra điện do các phản ứng hóa học xảy ra giữa các bộ phận của nó. Pin điện đơn giản nhất được phát minh bởi Alessandro Volta và được đặt theo tên ông là cột điện. Nó bao gồm nhiều lớp, xen kẽ với nhau: một tấm đồng, một miếng đệm dẫn điện (trong phiên bản thiết kế gia đình, bông gòn được làm ẩm bằng nước muối được sử dụng) và một tấm kẽm.

Những phản ứng nào xảy ra trong đó?

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các quy trình cho phép chúng ta tạo ra điện bằng cách sử dụng tế bào điện. Chỉ có hai sự biến đổi như vậy: quá trình oxy hóa và khử. Khi một nguyên tố, chất khử, bị oxy hóa, nó sẽ nhường electron cho nguyên tố khác, chất oxy hóa. Đến lượt chất oxi hóa bị khử bằng cách nhận electron. Bằng cách này, các hạt tích điện di chuyển từ tấm này sang tấm khác và điều này, như đã biết, được gọi là dòng điện.

Và bây giờ chúng ta hãy chuyển sang chủ đề chính của bài viết này - EMF của nguồn hiện tại. Và trước tiên, chúng ta hãy xem sức điện động (EMF) này là gì.

EMF là gì?

Đại lượng này có thể được biểu diễn dưới dạng công của các lực (cụ thể là “công”) được thực hiện khi một điện tích di chuyển dọc theo một mạch điện kín. Họ cũng thường xuyên giải thích rằng điện tích nhất thiết phải dương và bằng đơn vị. Và đây là một sự bổ sung cần thiết, vì chỉ trong những điều kiện này, suất điện động mới có thể được coi là một đại lượng có thể đo được chính xác. Nhân tiện, nó được đo bằng đơn vị giống như điện áp: vôn (V).

EMF của nguồn hiện tại

Như các bạn đã biết, mỗi cục pin hay cục pin đều có một giá trị điện trở riêng mà nó có thể tạo ra. Giá trị này, emf của nguồn hiện tại, cho biết lực bên ngoài thực hiện bao nhiêu công để di chuyển điện tích dọc theo mạch mà pin hoặc ắc quy được kết nối.

Cũng cần làm rõ loại dòng điện mà nguồn tạo ra: không đổi, xoay chiều hoặc xung. Các tế bào điện, bao gồm cả ắc quy và pin, luôn chỉ tạo ra dòng điện một chiều. EMF của nguồn hiện tại trong trường hợp này sẽ có độ lớn bằng điện áp đầu ra tại các tiếp điểm của nguồn.

Bây giờ là lúc tìm hiểu tại sao nói chung lại cần một đại lượng như EMF và cách sử dụng nó khi tính toán các đại lượng khác của mạch điện.

công thức EMF

Chúng tôi đã phát hiện ra rằng EMF của nguồn hiện tại bằng công của các ngoại lực để di chuyển điện tích. Để rõ ràng hơn, chúng tôi quyết định viết công thức cho đại lượng này: E = A ngoại lực / q, trong đó A là công, và q là điện tích thực hiện công. Xin lưu ý rằng tổng phí được tính chứ không phải phí đơn vị. Điều này thực hiện được vì chúng ta xét công của các lực làm di chuyển mọi điện tích trong một dây dẫn. Và tỷ số giữa công và điện tích này sẽ luôn không đổi đối với một nguồn nhất định, vì cho dù bạn lấy bao nhiêu hạt tích điện thì lượng công cụ thể của mỗi hạt sẽ như nhau.

Như bạn có thể thấy, công thức tính suất điện động không quá phức tạp và chỉ bao gồm hai đại lượng. Đã đến lúc chuyển sang một trong những câu hỏi chính nảy sinh từ bài viết này.

Tại sao cần có EMF?

Người ta đã nói rằng EMF và điện áp thực sự có cùng đại lượng. Nếu chúng ta biết các giá trị của EMF và điện trở trong của nguồn hiện tại thì sẽ không khó để thay thế chúng theo định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh, trông như sau: I=e/(R+r) , trong đó I là cường độ dòng điện, e là EMF, R là điện trở mạch, r - điện trở trong của nguồn dòng. Từ đây chúng ta có thể tìm thấy hai đặc điểm của mạch điện: I và R. Cần lưu ý rằng tất cả các đối số và công thức này chỉ có giá trị đối với mạch điện một chiều. Trong trường hợp một biến, các công thức sẽ hoàn toàn khác vì nó tuân theo các quy luật dao động của chính nó.

Nhưng vẫn chưa rõ ứng dụng EMF của nguồn hiện tại là gì. Trong một mạch điện, theo quy luật, có rất nhiều phần tử thực hiện chức năng của chúng. Trong bất kỳ chiếc điện thoại nào cũng có một bảng mạch, bảng mạch này cũng không gì khác hơn là một mạch điện. Và mỗi mạch như vậy cần có một nguồn dòng để hoạt động. Và điều rất quan trọng là EMF của nó phù hợp với các tham số cho tất cả các phần tử của mạch. Nếu không, mạch sẽ ngừng hoạt động hoặc cháy do điện áp cao bên trong nó.

Phần kết luận

Chúng tôi nghĩ rằng bài viết này hữu ích cho nhiều người. Thật vậy, trong thế giới hiện đại, điều rất quan trọng là phải biết càng nhiều càng tốt về những gì xung quanh chúng ta. Bao gồm những kiến ​​thức cần thiết về bản chất của dòng điện và hoạt động của nó bên trong mạch điện. Và nếu bạn nghĩ rằng những thứ như mạch điện chỉ được sử dụng trong phòng thí nghiệm và bạn còn xa nó, thì bạn đã nhầm to: tất cả các thiết bị tiêu thụ điện thực sự đều bao gồm các mạch điện. Và mỗi người trong số họ có nguồn hiện tại riêng, tạo ra EMF.

Hãy thử giải quyết vấn đề này bằng một ví dụ cụ thể. suất điện động của nguồn điện là 4,5 V. Một tải được nối vào nó và một dòng điện bằng 0,26 A chạy qua nó. Khi đó điện áp bằng 3,7 V. Trước hết, hãy tưởng tượng rằng một mạch nối tiếp lý tưởng nguồn điện áp 4,5 V, điện trở trong bằng 0, cũng như một điện trở, giá trị của nó cần được tìm thấy. Rõ ràng là trên thực tế không phải như vậy, nhưng để tính toán thì sự tương tự là khá phù hợp.

Bước 2

Hãy nhớ rằng chữ U chỉ biểu thị điện áp khi có tải. Để biểu thị suất điện động, một chữ cái khác được dành riêng - E. Không thể đo nó một cách chính xác tuyệt đối, bởi vì bạn sẽ cần một vôn kế có điện trở đầu vào vô hạn. Ngay cả với một vôn kế tĩnh điện (điện kế), nó rất lớn nhưng không phải là vô hạn. Nhưng có một điều là phải chính xác tuyệt đối, còn một điều nữa là có độ chính xác có thể chấp nhận được trong thực tế. Cách thứ hai khá khả thi: chỉ cần điện trở trong của nguồn không đáng kể so với điện trở trong của vôn kế. Trong lúc chờ đợi, hãy tính toán sự khác biệt giữa EMF của nguồn và điện áp của nó dưới tải tiêu thụ dòng điện 260 mA. EU = 4,5-3,7 = 0,8. Đây sẽ là sự sụt giảm điện áp trên “điện trở ảo” đó.

Bước 3

Chà, mọi thứ đều đơn giản, vì định luật Ohm cổ điển phát huy tác dụng. Chúng ta nhớ rằng dòng điện qua tải và “điện trở ảo” là như nhau, vì chúng được mắc nối tiếp. Điện áp rơi trên thiết bị sau (0,8 V) được chia cho dòng điện (0,26 A) và chúng ta nhận được 3,08 Ohms. Đây là câu trả lời! Bạn cũng có thể tính toán lượng điện năng tiêu tán ở tải và lượng điện năng vô dụng ở nguồn. Tản nhiệt khi tải: 3,7*0,26=0,962 W. Tại nguồn: 0,8*0,26=0,208 W. Hãy tự tính toán tỷ lệ phần trăm giữa chúng. Nhưng đây không phải là loại bài toán duy nhất tìm ra điện trở trong của một nguồn. Ngoài ra còn có những loại trong đó điện trở tải được biểu thị thay vì cường độ hiện tại và phần còn lại của dữ liệu ban đầu là như nhau. Sau đó, bạn cần thực hiện thêm một phép tính nữa. Điện áp dưới tải (không phải EMF!) được đưa ra trong điều kiện được chia cho điện trở tải. Và bạn có được cường độ hiện tại trong mạch. Sau đó, như các nhà vật lý nói, “vấn đề được giảm xuống vấn đề trước đó”! Hãy cố gắng tạo ra một vấn đề như vậy và giải quyết nó.

Ở các đầu của dây dẫn, và do đó có dòng điện, cần có sự hiện diện của các ngoại lực không có tính chất điện, nhờ đó xảy ra sự phân tách các điện tích.

Bởi thế lực bên ngoài là bất kỳ lực nào tác dụng lên các hạt tích điện trong mạch điện, ngoại trừ lực tĩnh điện (tức là Coulomb).

Các lực của bên thứ ba làm chuyển động các hạt tích điện bên trong tất cả các nguồn hiện tại: trong máy phát điện, nhà máy điện, tế bào điện, pin, v.v.

Khi mạch điện đóng, một điện trường được tạo ra trong tất cả các dây dẫn của mạch điện. Bên trong nguồn dòng điện, các điện tích chuyển động dưới tác dụng của ngoại lực chống lại lực Coulomb (các electron chuyển từ điện cực tích điện dương sang điện cực âm) và trong suốt phần còn lại của mạch điện, chúng được điều khiển bởi một điện trường (xem hình trên).

Trong các nguồn dòng điện, trong quá trình tách các hạt tích điện, các loại năng lượng khác nhau được chuyển hóa thành năng lượng điện. Dựa vào dạng năng lượng chuyển hóa, người ta phân biệt các loại suất điện động sau:

- tĩnh điện- trong máy điện di, trong đó năng lượng cơ học được chuyển đổi thành năng lượng điện bằng ma sát;

- nhiệt điện- trong một nhiệt kế - năng lượng bên trong của điểm nối được làm nóng của hai dây làm bằng các kim loại khác nhau được chuyển thành năng lượng điện;

- quang điện- trong một tế bào quang điện. Ở đây xảy ra quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện: khi chiếu sáng một số chất, ví dụ như selen, đồng (I), oxit, silicon, người ta quan sát thấy sự mất điện tích âm;

- hóa chất- trong pin điện, pin và các nguồn khác trong đó năng lượng hóa học được chuyển đổi thành năng lượng điện.

Sức điện động (EMF)- đặc điểm của nguồn dòng điện. Khái niệm EMF được G. Ohm đưa ra vào năm 1827 cho các mạch điện một chiều. Năm 1857, Kirchhoff định nghĩa EMF là công của các ngoại lực trong quá trình truyền một đơn vị điện tích dọc theo một mạch kín:

ɛ = Một st /q,

Ở đâu ɛ - EMF của nguồn hiện tại, Một st- hoạt động của các thế lực bên ngoài, q- số tiền chuyển khoản.

Sức điện động được biểu thị bằng vôn.

Chúng ta có thể nói về suất điện động ở bất kỳ phần nào của mạch điện. Đây là công cụ thể của các ngoại lực (công làm di chuyển một điện tích) không xuyên suốt toàn bộ mạch điện mà chỉ trong một diện tích nhất định.

Điện trở trong của nguồn hiện tại.

Giả sử có một mạch kín đơn giản bao gồm một nguồn dòng điện (ví dụ, pin điện, pin hoặc máy phát điện) và một điện trở có điện trở R. Dòng điện trong mạch kín không bị gián đoạn ở bất cứ đâu nên nó cũng tồn tại bên trong nguồn dòng điện. Bất kỳ nguồn nào cũng thể hiện một số điện trở đối với dòng điện. Nó được gọi là điện trở trong của nguồn dòng và được chỉ định bởi chữ cái r.

Trong máy phát điện r- đây là điện trở cuộn dây, trong tế bào điện - điện trở của dung dịch điện phân và các điện cực.

Do đó, nguồn hiện tại được đặc trưng bởi các giá trị EMF và điện trở trong, những yếu tố quyết định chất lượng của nó. Ví dụ, máy tĩnh điện có EMF rất cao (lên đến hàng chục nghìn volt), nhưng đồng thời điện trở trong của chúng rất lớn (lên đến hàng trăm megohm). Vì vậy, chúng không thích hợp để tạo ra dòng điện cao. Các tế bào Galvanic có EMF chỉ xấp xỉ 1 V, nhưng điện trở trong cũng thấp (khoảng 1 Ohm trở xuống). Điều này cho phép họ thu được dòng điện đo bằng ampe.