elektrisk ström i en ledare uppstår under påverkan av ett elektriskt fält orsakar att partiklarna lossna laddas i körriktningen.Skapa en partikelström - ett allvarligt problem.Att bygga en sådan anordning, som kommer att bibehålla potentialskillnad på fältet under en längre tid i samma skick - en uppgift som visade kraften av mänskligheten fram till slutet av XVIII-talet.
första försök
första försök att "spara el" för att främja sin forskning och användning gjordes i Nederländerna.Tyska Ewald Jurgen von Kleist och holländaren Pieter van Musschenbroek som genomförde sin forskning i staden Leiden, skapade världens första kondensator, senare kallad "Leyden burk".
ackumulering av elektrisk laddning har passerat under påverkan av mekanisk friktion.Använd urladdning genom ledaren kan vara under en tillräckligt kort tidsperiod.
seger mänsklig intelligens på en sådan efemära substans, såsom el, visade revolutionerande.
Tyvärr ansvarsfrihet (elektrisk ström genereras av en kondensator) varade så kort som skapar en DC kunde inte.Dessutom är den stress ges av kondensatorn minskas gradvis och lämnar ingen möjlighet att få kontinuerlig ström.
Vi var tvungna att hitta ett annat sätt.
första källa
italienska Galvani experiment för att studera "djur el" var en ursprunglig försök att hitta en naturlig kraftkälla i naturen.De framställda grodlår hänger på metall krokar järnstänger, drog han uppmärksamheten på typiska reaktion nervändarna.
Men slutsatserna Galvani motbevisade en annan italiensk - Alessandro Volta.Fascinerad av möjligheten att generera elektricitet från djuret, dirigerade han en serie experiment med grodor.Men slutsatsen var raka motsatsen till hans tidigare hypoteser.
Volta märkt att en levande organism är endast en indikator på den elektriska urladdningen.När de nuvarande ben musklerna minskar, pekar på potentialskillnaden.Källan för det elektriska fältet som visade sig vara kontakten mellan olika metaller.Ju längre ifrån varandra de är inom området av kemiska element, desto större blir effekten.
plattor av olika metaller som pappersskivor impregnerade med elektrolytlösningen, vilket skapar en lång tid som behövs potentialskillnad.Och låt det var låg (1,1 V), men en elektrisk ström kan undersökas under en lång tid.Huvudsaken är att spänningen oförändrad så länge.
Vad händer
Varför källor, som kallas "elektrokemiska celler", kallas denna effekt?
Två metallelektrod placeras i isolatorn, spela olika roller.Man levererar elektronerna, den andra tar dem.Processen för oxidations-reduktionsreaktion leder till ett överskott av elektroner vid en elektrod, som kallas den negativa polen, och avsaknaden av en andra, betecknar vi den som en positiv pol av källan.
I de mest enkla galvanisk cell oxidationsreaktioner inträffar vid en elektrod, restaurering - vid den andra.Elektronerna kommer till elektroderna från den yttre delen av kedjan.Elektrolyten är en ledare av joner inuti strömkällan.Styrkan av motståndet leds av en långdragen process.
koppar-zinkelementet
Principen för drift av elektrokemiska celler är intressant att betrakta exemplet med en koppar-zink galvanisk cell, vars effekt går till energin av zink och kopparsulfat.Denna källa till kopparplattan placeras i en kopparsulfatlösning och en zinkelektrod nedsänkt i zinksulfatlösning.Lösningen separerades porösa beklädnaden att undvika blandning, men alltid rörande.
Om kretsen är sluten, är ytskiktet av zink oxideras.Under samspelet med flytande zinkatomer, blir joner förekommer i lösningen.På elektroden elektroner frigörs, vilket kan ta del i bildandet av den nuvarande.
Komma på kopparelektrod, elektronerna deltar i reduktionsreaktioner.Från lösningen på ytskiktet kommer kopparjoner i återhämtningsprocessen, de omvandlas till atomer av koppar avsatta på kopparplåt.
sammanfattar vad som händer: arbetsprocessen hos cellen åtföljs av en överföring av elektroner till oxidationsmedlet av ett reduktionsmedel på den yttre delen av kedjan.Reaktioner sker vid de två elektroderna.Initierad källa jonström flyter.
komplexitet med användning
I princip kan vilken som helst av de möjliga redoxreaktioner användas i batterier.Men substanser med förmåga att arbeta i värdepapper i tekniska element, inte så mycket.Dessutom har många reaktioner kräver dyra materialkostnader.
moderna batterier har en enkel struktur.Två elektroder är placerade i en elektrolyt, är kärlet fyllt - ett batterihölje.Sådana konstruktionsegenskaper förenkla strukturen och minska priset på batterier.
Alla elektrokemiska cellen har förmåga att producera en konstant ström.
nuvarande motståndet tillåter inte alla jonerna slå samtidigt på elektroderna, så att enheten fungerar under en lång tid.Den kemiska reaktionen för bildning av joner så småningom upphör, elementet utmatas.
inre motstånd hos kraftkällan är av stor betydelse.
lite motstånd
Använda elektrisk ström, utan tvekan, har fört vetenskapliga och tekniska framsteg till en ny nivå, gav honom ett enormt lyft.Men styrkan i motståndet mot strömflöde kommer i vägen för denna utveckling.
Å ena sidan, har den elektriska strömmen ovärderliga egenskaper som används i det dagliga livet och teknik, å andra sidan - det finns en betydande motstånd.Fysiken som vetenskap av naturen försöker hitta en balans, att harmonisera dessa omständigheter.
nuvarande motstånd uppstår interaktionen av elektriskt laddade partiklar med materia, genom vilken de rör sig.För att utesluta denna process vid normala temperaturer är omöjligt.
Resistance
inre motstånd av strömkällan och motståndet mot den yttre delen av kedjan har flera olika karaktär, men lika i dessa processer är kommissionen för förflyttning av avgiften.
själva arbetet beror endast på egenskaperna hos källan och dess innehåll: en elektrod och elektrolyt, samt för de externa kretsdelar vars motstånd beror på geometrin och kemiska egenskaper hos materialet.Exempelvis ökar motståndet hos metalltråden med sin längd och minskar med expanderande tvärsektionsarea.När du ska lösa problemet med hur man kan minska motståndet rekommenderar fysik med hjälp av särskilda material.
nuvarande jobb
I enlighet med lagen i Joule i ledare tilldelade mängd värme proportionell mot resistansen.. Om mängden värme för att utse Qvnut, Strömstyrkan jag, under hans lopp t, får vi:
- Qvnut.= I2 · r · t,
där r - det inre motståndet i strömförsörjningen.
i hela kedjan inklusive både inre och yttre delar, väljer den totala mängden värme, har formeln formen:
- Qpolnoe = I2 · r · t + I2 · R · t = I2 · (r + R)· t,
känd som indikeras av motståndet i fysik: den yttre kretsen (alla delar utom källan) har ett motstånd R.
Ohms lag för hela kedjan
Vi anser att det grundläggande arbetet görs yttre krafter inuti nätaggregatet.Dess värde är produkten av laddning som bärs av fältet, och elektromotorisk kraft källa:
- q · E = I2 · (r + R) · t.
inse att avgiften är lika med produkten av strömmen vid tidpunkten för dess förekomst, vi har:
- E = I · (r + R).
I enlighet med orsak och verkan relationer, är Ohms lag ges av:
- I = E: (r + R).
Strömmen i den slutna kretsen EMF är direkt proportionell mot strömkällan och omvänt proportionell till den allmänna (totalt) resistansen hos kretsen.
Baserat på detta mönster, är det möjligt att bestämma det inre motståndet i strömförsörjningen.
urladdningskapacitet källa
De viktigaste egenskaperna hos källorna kan hänföras till kapaciteten ansvarsfrihet.Den maximala mängden el som anskaffats vid arbete under vissa villkor, beroende på urladdningsströmmen.
Helst när viss approximation, den urladdningskapaciteten kan anses konstant.
Till exempel har den standardbatteri potentialskillnad på 1,5 V en urladdningskapacitet på 0,5 Ah.Om urladdningsströmmen av 100 mA, som drivs sedan under 5 timmar.
metoder laddning
batteritid leder till deras utsläpp.Återhämtning batteriladdning små element utförs med hjälp av ett aktuellt värde av kraften inte överstiger en tiondel av kapaciteten hos källan.
Följande laddningsmetoder:
- användning av konstant ström under en förutbestämd tid (ca 16 timmar efter den nuvarande 0,1 kapacitet batteri);
- sänka laddningsström till ett förutbestämt värde på potentialskillnaden;
- användning av asymmetriska strömmar;
- konsekvent tillämpning av korta pulser av laddning och urladdning, där den första är större än den andra.
Lab
föreslagna uppgiften: att bestämma den interna motståndet hos strömkällan och EMF.
för dess genomförande måste reserveras av strömkällan, en amperemeter, voltmeter, en bild reostat, en viktig uppsättning ledare.
använda Ohms lag för sluten krets kommer att bestämma den inre resistansen i strömförsörjningen.För att göra detta, måste du känna till EMF, motståndsvärde reostaten.
resistens beräkningsformel ström i den yttre delen av kretsen kan bestämmas från Ohms lag för delkretsen:
- I = U: R,
där jag - ström i den yttre kretsen, mäts med en amperemeter;U - spänningen vid det externa motståndet.
att förbättra noggrannheten i mätningarna görs minst 5 gånger.Vad är det?Mätt i experimentet, spänning, resistans, ström (eller snarare, den nuvarande) används vidare.
att bestämma EMF strömkällan, utnyttja det faktum att spänningen över dess anslutningar vid den öppna nyckeln är nästan lika med EMF.
sätta en kedja av seriekopplade batterier, reostat, amperemeter, nyckel.Terminalerna på strömkällan ansluta en voltmeter.Öppna nyckeln, ta bort hans vittnesmål.
inre motstånd, formeln för vilka härrör från Ohms lag för hela kedjan, definierar matematiska beräkningar:
- I = E: (r + R).
- r = E: I - U: I.
mätningar visar att den inre resistansen är betydligt mindre än den externa.
praktisk funktion av batterier och används flitigt.Den obestridda ekologiska säkerhet elmotorer kan inte råda något tvivel, men att skapa en rymlig batteri, ergonomisk - problemet med den moderna fysiken.Dess beslut kommer att leda till en ny omgång av utvecklingen av fordonstekniken.
Compact, är lätta, batterier med hög kapacitet också ett trängande behov i mobila elektroniska apparater.Beståndet av energi som används i dem har direkt samband med driften av enheten.
