Өткөргүчтөгү электр тогу электр талаасынын таасири астында пайда болуп, эркин заряддуу бөлүкчөлөрдү багытталган кыймылга мажбурлайт. Бөлүкчөлөрдүн агымын түзүү олуттуу көйгөй болуп саналат. Талаанын потенциалдуу айырмасын бир штатта узак убакытка сактай турган мындай түзүлүштү куруу адамзат 18-кылымдын аягында гана чече алган милдет.
Биринчи аракет
Электр энергиясын андан ары изилдөө жана колдонуу үчүн «топтоого» алгачкы аракеттер Голландияда жасалган. Немис Эвальд Юрген фон Клейст жана голландиялык Питер ван Мушенбрук, Лейден шаарында изилдөө жүргүзүп, кийинчерээк "Лейден банкасы" деп аталган дүйнөдөгү биринчи конденсаторду жаратышкан.
Электр зарядынын топтолушу механикалык сүрүлүүнүн таасири астында ишке ашкан. Өткөргүч аркылуу разрядды белгилүү, кыска мөөнөткө колдонууга мүмкүн болгон.
Адамдын акыл-эсинин электр энергиясы сыяктуу убактылуу затты жеңүүсү революциялык болуп чыкты.
Тилекке каршы, разряд (конденсатор тарабынан түзүлгөн электр тогу)ушунчалык кыска убакытка созулгандыктан, ал туруктуу токту жарата алган эмес. Мындан тышкары, конденсатор берген чыңалуу акырындык менен төмөндөйт, бул үзгүлтүксүз токту алуу мүмкүн эмес.
Башка жол издешим керек болчу.
Биринчи булак
Италиялык Галванинин "жаныбарлардын электр энергиясы" эксперименттери жаратылыштагы токтун табигый булагын табууга болгон оригиналдуу аракет болгон. Бөлүнгөн бакалардын буттарын темир тордун металл илгичтерине илип, ал нерв учтарынын мүнөздүү реакциясына көңүл бурду.
Бирок, дагы бир италиялык Алессандро Вольта Галванинин корутундусун жокко чыгарды. Жаныбарлардын организмдеринен электр энергиясын алуу мүмкүнчүлүгүнө кызыгып, ал бакалар менен бир катар эксперименттерди жүргүзгөн. Бирок анын корутундусу мурунку гипотезаларга таптакыр карама-каршы болуп чыкты.
Volta тирүү организм электрдик разряддын көрсөткүчү гана экендигине көңүл бурду. Ток өткөндө буттун булчуңдары жыйрылып, потенциалдуу айырманы көрсөтөт. Электр талаасынын булагы окшош эмес металлдардын контакты болгон. Алар химиялык элементтердин сериясында канчалык алыс болсо, эффект ошончолук чоң болот.
Электролиттик эритмеге чыланган кагаз дисктер менен төшөлгөн окшош эмес металлдардан жасалган плиталар узак убакыт бою керектүү потенциалдар айырмасын жараткан. Ал эми аз болсун (1,1 В), бирок электр тогун көпкө чейин изилдесе болот. Эң негизгиси, чыңалуу ушунча убакытка чейин өзгөрүүсүз калды.
Эмне болуп жатат
Эмне үчүн "гальваникалык элементтер" деп аталган булактар мындай таасирге алып келет?
Диэлектрикке жайгаштырылган эки металл электрод ар кандай роль ойнойт. Бири электрондорду берет, экинчиси аларды кабыл алат. Редокс реакциясы процесси бир электроддо ашыкча электрондордун пайда болушуна алып келет, ал терс уюл деп аталат, ал эми экинчисинде жетишсиздик болсо, биз аны булактын оң уюлу деп белгилейбиз.
Эң жөнөкөй гальваникалык элементтерде бир электроддо кычкылдануу реакциялары, экинчисинде калыбына келтирүү реакциялары жүрөт. Электрондор чынжырдын сыртынан электроддорго келет. Электролит булактын ичиндеги иондордун ток өткөргүчү болуп саналат. Каршылыктын күчү процесстин узактыгын башкарат.
Жез-цинк элемент
Гальваникалык элементтердин иштөө принцибин жез-цинк гальваникалык элементтин мисалында карап көрүү кызыктуу, анын аракети цинк менен жез сульфатынын энергиясы менен шартталган. Бул булакта жез пластина жез сульфатынын эритмесинде, ал эми цинк электрод цинк сульфатынын эритмесине батырылган. Эритмелер аралашып кетпеш үчүн тешикче менен бөлүнгөн, бирок контактта болушу керек.
Эгер схема жабык болсо, цинктин беттик катмары кычкылданат. Суюктук менен өз ара аракеттенүү процессинде эритмеде ионго айланган цинк атомдору пайда болот. Электроддо токтун генерациясына катыша турган электрондор чыгарылат.
Жез электродуна жеткенде электрондор калыбына келтирүү реакциясына катышат. Fromэритмеде, жез иондору беттик катмарга кирет, калыбына келтирүү процессинде алар жездин атомдоруна айланып, жез пластинкасына түшөт.
Болуп жаткан нерсени кыскача айта кетели: гальваникалык элементтин иштөө процесси чынжырдын сырткы бөлүгү боюнча калыбына келтирүүчү заттан кычкылдандыргычка электрондордун өтүшү менен коштолот. Реакциялар эки электроддо ишке ашат. Иондук ток булактын ичинде агат.
Колдонуунун кыйынчылыгы
Негизинен, мүмкүн болгон редокс реакцияларынын баарын батарейкаларда колдонсо болот. Бирок техникалык баалуу элементтерде иштөөгө жөндөмдүү заттар анчалык көп эмес. Анын үстүнө көптөгөн реакциялар кымбат заттарды талап кылат.
Заманбап батареялар жөнөкөй түзүлүшкө ээ. Бир электролитке орнотулган эки электрод идишти - батареянын корпусун толтурат. Мындай дизайн өзгөчөлүктөрү структураны жөнөкөйлөтүп, батарейкалардын баасын төмөндөтөт.
Кандай гана гальваникалык элемент түз токту чыгара алат.
Токтун каршылыгы бардык иондордун бир убакта электроддордо болушуна жол бербейт, ошондуктан элемент көпкө иштейт. Иондун пайда болушунун химиялык реакциялары эртеби-кечпи токтойт, элемент разрядга айланат.
Ток булагынын ички каршылыгы маанилүү.
Каршылык жөнүндө бир аз
Электр тогунун колдонулушу, албетте, илимий-техникалык прогрессти жацы децгээлге алып чыкты, ага зор дем берди. Бирок токтун агымына каршылык көрсөтүү күчү мындай өнүгүүгө жолтоо болот.
Бир жагынан электр тогу күнүмдүк турмушта жана технологияда колдонулуучу баа жеткис касиеттерге ээ болсо, экинчи жагынан олуттуу каршылыктар бар. Физика табият илими катары тең салмактуулукту сактоого, бул жагдайларды туура келтирүүгө аракет кылат.
Токтун каршылыгы электрдик заряддуу бөлүкчөлөрдүн алар аркылуу өтүүчү зат менен өз ара аракеттешүүсүнөн келип чыгат. Кадимки температура шарттарында бул процессти жокко чыгаруу мүмкүн эмес.
Каршылык
Ток булагынын ички каршылыгы менен чынжырдын тышкы бөлүгүнүн каршылыгы бир аз башкача мүнөзгө ээ, бирок бул процесстерде зарядды жылдыруу үчүн аткарылган жумуш бирдей.
Жумуштун өзү булактын касиеттерине жана анын мазмунуна: электроддор менен электролиттердин сапаттарына, ошондой эле схеманын тышкы бөлүктөрүнө, каршылыгы геометриялык параметрлерге жана химиялык заттарга көз каранды. материалдын өзгөчөлүктөрү. Мисалы, металл зымдын каршылыгы анын узундугу чоңойгон сайын көбөйөт жана туурасынан кесилишинин аянты кеңейген сайын азаят. Каршылыкты кантип азайтуу маселесин чечүүдө физика адистештирилген материалдарды колдонууну сунуштайт.
Жумуш учурдагы
Джоуль-Ленц мыйзамына ылайык өткөргүчтөрдөгү жылуулуктун көлөмү каршылыкка пропорционалдуу. Эгерде жылуулуктун көлөмүн Qint., токтун I күчү, анын агымынын убактысы t деп белгилесек, анда биз: алабыз.
Qint=I2 · r t,
бул жерде r - булактын ички каршылыгыучурдагы.
Бардык схемада, анын ичинде ички жана тышкы бөлүктөрүндө жылуулуктун жалпы көлөмү бөлүнүп чыгат, анын формуласы:
Qfull=I2 · r t + I 2 R t=I2 (r +R) t,
Каршылыктын физикада кандайча белгиленири белгилүү: тышкы чынжыр (булактан башка бардык элементтер) R каршылыкка ээ.
Толук чынжыр үчүн Ом мыйзамы
Негизги ишти ток булагынын ичиндеги тышкы күчтөр аткарарын эске алыңыз. Анын мааниси талаа алып келген заряддын жана булактын электр кыймылдаткыч күчүнүн көбөйтүндүсүнө барабар:
q E=I2 (r + R) t.
заряд учурдагы күч менен анын агымынын убактысынын көбөйтүндүсүнө барабар экенин түшүнүп, бизде:
E=I (r + R)
Себеп-натыйжа байланыштарына ылайык Ом мыйзамы төмөнкүдөй формага ээ:
I=E: (r + R)
Жабык чынжырдагы ток ток булагынын EMFине түз пропорционал жана чынжырдын жалпы (жалпы) каршылыгына тескери пропорционал.
Бул схеманын негизинде ток булагынын ички каршылыгын аныктоого болот.
Булактын разряд сыйымдуулугу
Чыгуу кубаттуулугун булактардын негизги мүнөздөмөлөрү менен да байланыштырууга болот. Белгилүү шарттарда иштегенде алынуучу электр энергиясынын максималдуу көлөмү разряддык токтун күчүнө жараша болот.
Идеалдуу учурда, белгилүү бир жакындатуулар жасалганда, разряддын кубаттуулугун туруктуу деп эсептөөгө болот.
КМисалы, потенциалдуу айырмасы 1,5 В болгон стандарттуу аккумулятордун разряд кубаттуулугу 0,5 Ah. Эгерде разряд агымы 100мА болсо, анда ал 5 саат иштейт.
Батареяларды заряддоо ыкмалары
Батареяларды эксплуатациялоо алардын зарядсызданышына алып келет. Батареяларды калыбына келтирүү, кичинекей клеткаларды заряддоо кубаттуулугу булактын кубаттуулугунун ондон биринен ашпаган токтун жардамы менен ишке ашырылат.
Төмөнкү кубаттоо ыкмалары бар:
- белгиленген убакытка туруктуу токту колдонуу (болжол менен 16 саат учурдагы 0,1 батареянын сыйымдуулугу);
- алдын ала аныкталган потенциалдык айырма маанисине чейин төмөндөтүүчү ток менен кубаттоо;
- балансланбаган токторду колдонуу;
- заряддоонун жана разряддоонун кыска импульстарын ырааттуу колдонуу, мында биринчинин убактысы экинчисинин убактысынан ашат.
Практикалык иш
Тапшырма сунушталат: ток булагынын жана ЭЭМдин ички каршылыгын аныктоо.
Аны аткаруу үчүн сиз ток булагына, амперметрге, вольтметрге, слайдер реостатына, ачкычка, өткөргүчтөрдүн топтомун камдашыңыз керек.
Ом мыйзамын жабык чынжыр үчүн колдонуу ток булагынын ички каршылыгын аныктайт. Бул үчүн анын EMF, реостаттын каршылыгынын маанисин билүү керек.
Схеманын сырткы бөлүгүндөгү токтун каршылыгын эсептөө формуласын чынжыр бөлүгү үчүн Ом мыйзамынан аныктоого болот:
I=U: R,
мында I - амперметр менен өлчөнгөн чынжырдын тышкы бөлүгүндөгү ток күчү; U - тышкы чыңалуукаршылык.
Тактыгын жогорулатуу үчүн өлчөөлөр 5 жолудан кем эмес жүргүзүлөт. Бул эмне үчүн? Төмөндө эксперимент учурунда өлчөнгөн чыңалуу, каршылык, ток (тагыраак айтканда, ток күчү) колдонулат.
Ток булагынын EMFин аныктоо үчүн биз ачкыч ачык болгон анын терминалдарындагы чыңалуу EMFге дээрлик барабар экендигин колдонобуз.
Келгиле, батареядан, реостаттан, амперметрден, катар менен туташтырылган ачкычтан схема чогулталы. Биз вольтметрди ток булагынын терминалдарына туташтырабыз. Ачкычты ачып, анын көрсөткүчтөрүн алабыз.
Ички каршылык, анын формуласы толук чынжыр үчүн Ом мыйзамынан алынган, математикалык эсептөөлөр менен аныкталат:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Өлчөөлөр көрсөткөндөй, ички каршылык тышкы каршылыкка караганда бир топ азыраак.
Зарядталуучу батареялардын жана батарейкалардын практикалык функциясы кеңири колдонулат. Электр кыймылдаткычтарынын талашсыз экологиялык коопсуздугу шексиз, бирок кубаттуу, эргономикалык аккумуляторду түзүү заманбап физиканын көйгөйү болуп саналат. Анын чечими автомобиль технологиясын өнүктүрүүнүн жаңы айлампасына алып келет.
Кичинекей, жеңил, сыйымдуулугу жогору батарейкалар мобилдик электрондук түзмөктөрдө да абдан маанилүү. Аларда колдонулган энергиянын көлөмү түзмөктөрдүн иштешине түздөн-түз байланыштуу.
