فرمول برای یافتن مقاومت داخلی منبع جریان. جریان الکتریکی مستقیم

EMF و ولتاژ. مقاومت داخلی منابع تغذیه
برنامه آموزشی چنین برنامه آموزشی است!
قانون اهم. منظورم همین است.
قبلاً در مورد قانون اهم صحبت کرده ایم. بیایید دوباره صحبت کنیم - از زاویه کمی متفاوت. بدون پرداختن به جزئیات فیزیکی و صحبت به زبان ساده گربه، قانون اهم می گوید: هر چه emf بیشتر باشد. (نیروی محرکه الکتریکی)، هرچه جریان بیشتر باشد، مقاومت بیشتر، جریان کمتر است.
با ترجمه این طلسم به زبان فرمول های خشک دریافت می کنیم:

I=E/R

جایی که: I - قدرت جریان، E - E.M.F. - نیروی الکتروموتور R - مقاومت
جریان با آمپر، emf اندازه گیری می شود. - بر حسب ولت و مقاومت نام پرافتخار رفیق اهم را یدک می کشد. - این ویژگی یک ژنراتور ایده آل است که مقاومت داخلی آن بی نهایت کوچک در نظر گرفته می شود. در زندگی واقعی، این به ندرت اتفاق می افتد، بنابراین قانون اهم برای یک مدار سری (برای ما آشناتر) به اجرا در می آید:

I=U/R

جایی که: U ولتاژ منبع مستقیماً در پایانه های آن است.
بیایید به یک مثال ساده نگاه کنیم.
بیایید یک باتری معمولی را به شکل منبع emf تصور کنیم. و یک مقاومت خاص به صورت سری به آن متصل شده است که نشان دهنده مقاومت داخلی باتری خواهد بود. بیایید یک ولت متر را موازی با باتری وصل کنیم. مقاومت ورودی آن به طور قابل توجهی بیشتر از مقاومت داخلی باتری است، اما بی نهایت بزرگ نیست - یعنی جریان از آن عبور می کند. مقدار ولتاژی که ولت متر نشان می دهد کمتر از مقدار emf خواهد بود. فقط با مقدار افت ولتاژ در مقاومت فرضی داخلی در یک جریان معین، اما، با این حال، این مقدار است که به عنوان ولتاژ باتری در نظر گرفته می شود.
فرمول نهایی تنش به شکل زیر خواهد بود:

U(baht)=E-U(داخلی)

از آنجایی که مقاومت داخلی همه باتری ها با گذشت زمان افزایش می یابد، افت ولتاژ در مقاومت داخلی نیز افزایش می یابد. در این حالت، ولتاژ در پایانه های باتری کاهش می یابد. میو!
فهمیدم!
اگر آمپرمتر را به جای ولت متر به باتری وصل کنید چه اتفاقی می افتد؟ از آنجایی که مقاومت داخلی آمپرمتر به صفر میل می کند، در واقع جریان عبوری از مقاومت داخلی باتری را اندازه گیری می کنیم. از آنجایی که مقاومت داخلی منبع بسیار کوچک است، جریان اندازه گیری شده می تواند به چندین آمپر برسد.
با این حال، باید توجه داشت که مقاومت داخلی منبع همانند سایر عناصر مدار است. بنابراین، با افزایش جریان بار، افت ولتاژ در مقاومت داخلی نیز افزایش می‌یابد که منجر به کاهش ولتاژ در بار می‌شود. یا همانطور که ما گربه های رادیویی دوست داریم بگوییم - افت ولتاژ.
برای اینکه تغییرات بار تا حد امکان تاثیر کمتری بر ولتاژ خروجی منبع داشته باشد، سعی می کنند مقاومت داخلی آن را به حداقل برسانند.
شما می توانید عناصر یک مدار سری را به گونه ای انتخاب کنید که در هر یک از آنها ولتاژی دریافت کنید که نسبت به مدار اصلی به تعداد دفعات کاهش می یابد.

در عصر برق، احتمالاً چنین شخصی وجود ندارد که از وجود جریان الکتریکی خبر نداشته باشد. اما افراد کمی از یک درس فیزیک مدرسه بیشتر از نام کمیت ها به یاد می آورند: جریان، ولتاژ، مقاومت، قانون اهم. و تنها تعداد کمی از آنها به یاد می آورند که معنی این کلمات چیست.

در این مقاله به نحوه ایجاد جریان الکتریکی، نحوه انتقال آن از طریق مدار و نحوه استفاده از این مقدار در محاسبات خواهیم پرداخت. اما قبل از اینکه به قسمت اصلی بپردازیم، اجازه دهید به تاریخچه کشف جریان الکتریکی و منابع آن و همچنین تعریف نیروی محرکه الکتریکی بپردازیم.

داستان

الکتریسیته به عنوان منبع انرژی از زمان های قدیم شناخته شده است، زیرا خود طبیعت آن را در حجم عظیمی تولید می کند. یک مثال قابل توجه رعد و برق یا یک رمپ الکتریکی است. با وجود چنین نزدیکی به انسان، مهار این انرژی فقط در اواسط قرن هفدهم امکان پذیر بود: اتو فون گوریکه، شهردار ماگدبورگ، ماشینی را ایجاد کرد که امکان تولید بار الکترواستاتیک را فراهم می کند. در اواسط قرن هجدهم، پیتر فون موشنبروک، دانشمند هلندی، اولین خازن الکتریکی جهان را ساخت که به افتخار دانشگاهی که در آن کار می کرد، شیشه لیدن نام گرفت.

شاید دوران اکتشافات واقعی اختصاص داده شده به الکتریسیته با کار لوئیجی گالوانی و الساندرو ولتا آغاز شود که به ترتیب جریان های الکتریکی در ماهیچه ها و پیدایش جریان در سلول های به اصطلاح گالوانیکی را مطالعه کردند. تحقیقات بیشتر چشمان ما را به ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس و همچنین چندین پدیده بسیار مفید (مانند القای الکترومغناطیسی) باز کرد که بدون آنها تصور زندگی امروز ما غیرممکن است.

اما ما به پدیده های مغناطیسی نخواهیم پرداخت و فقط بر روی پدیده های الکتریکی تمرکز خواهیم کرد. بنابراین، بیایید ببینیم که الکتریسیته چگونه در سلول‌های گالوانیکی پدید می‌آید و درباره آن چیست.

سلول گالوانیکی چیست؟

می توان گفت که به دلیل واکنش های شیمیایی بین اجزای آن الکتریسیته تولید می کند. ساده ترین سلول گالوانیکی توسط الساندرو ولتا اختراع شد و به نام او به عنوان ستون ولتایی نامگذاری شد. این شامل چندین لایه است که با یکدیگر متناوب هستند: یک صفحه مسی، یک واشر رسانا (در نسخه خانگی طرح، از پشم پنبه مرطوب شده با آب نمک استفاده شده است) و یک صفحه روی.

چه واکنش هایی در آن رخ می دهد؟

بیایید نگاهی دقیق‌تر به فرآیندهایی بیندازیم که به ما اجازه می‌دهند با استفاده از سلول گالوانیکی برق تولید کنیم. تنها دو چنین تبدیل وجود دارد: اکسیداسیون و کاهش. هنگامی که یک عنصر، عامل کاهنده، اکسید می شود، الکترون ها را به عنصر دیگر، یعنی عامل اکسید کننده می دهد. عامل اکسید کننده نیز به نوبه خود با پذیرش الکترون ها کاهش می یابد. به این ترتیب ذرات باردار از صفحه ای به صفحه دیگر حرکت می کنند و همانطور که مشخص است به آن جریان الکتریکی می گویند.

و اکنون بیایید به آرامی به موضوع اصلی این مقاله برویم - EMF منبع فعلی. و ابتدا، بیایید ببینیم این نیروی الکتروموتور (EMF) چیست.

EMF چیست؟

این کمیت را می توان به عنوان کار نیروها (یعنی "کار") که هنگام حرکت بار در طول یک مدار الکتریکی بسته انجام می شود نشان داد. اغلب آنها همچنین توضیح می دهند که شارژ باید حتماً مثبت و واحد باشد. و این یک افزوده ضروری است، زیرا تنها تحت این شرایط می توان نیروی الکتروموتور را یک کمیت قابل اندازه گیری دقیق در نظر گرفت. به هر حال، در همان واحدهای ولتاژ اندازه گیری می شود: ولت (V).

EMF منبع فعلی

همانطور که می دانید هر باتری یا باتری مقدار مقاومت خاص خود را دارد که می تواند تولید کند. این مقدار، emf منبع جریان، نشان می دهد که چقدر کار توسط نیروهای خارجی برای جابجایی شارژ در طول مداری که باتری یا آکومولاتور در آن متصل است انجام می شود.

همچنین ارزش روشن کردن نوع جریانی که منبع تولید می کند: ثابت، متناوب یا پالسی است. سلول های گالوانیکی، از جمله انباشته ها و باتری ها، همیشه فقط جریان الکتریکی مستقیم تولید می کنند. EMF منبع جریان در این حالت از نظر اندازه برابر با ولتاژ خروجی در تماس های منبع خواهد بود.

اکنون زمان آن است که بفهمیم چرا به طور کلی به مقداری مانند EMF نیاز است و چگونه از آن هنگام محاسبه مقادیر دیگر مدار الکتریکی استفاده کنیم.

فرمول EMF

قبلاً متوجه شده ایم که EMF منبع جریان برابر با کار نیروهای خارجی برای حرکت بار است. برای وضوح بیشتر، تصمیم گرفتیم فرمول این کمیت را بنویسیم: E = A نیروهای خارجی / q، که در آن A کار است، و q باری است که کار بر روی آن انجام شده است. لطفاً توجه داشته باشید که شارژ کل گرفته می شود، نه شارژ واحد. این کار به این دلیل انجام می شود که ما کار انجام شده توسط نیروها را برای جابجایی همه بارها در یک هادی در نظر می گیریم. و این نسبت کار به شارژ همیشه برای یک منبع معین ثابت خواهد بود، زیرا مهم نیست که چند ذره باردار مصرف کنید، مقدار کار مشخص برای هر یک از آنها یکسان خواهد بود.

همانطور که می بینید، فرمول نیروی الکتروموتور چندان پیچیده نیست و فقط از دو کمیت تشکیل شده است. وقت آن است که به یکی از سؤالات اصلی ناشی از این مقاله بپردازیم.

چرا EMF مورد نیاز است؟

قبلاً گفته شد که EMF و ولتاژ در واقع مقادیر یکسانی هستند. اگر مقادیر EMF و مقاومت داخلی منبع جریان را بدانیم، جایگزین کردن آنها در قانون اهم برای یک مدار کامل که به این صورت است دشوار نخواهد بود: I=e/(R+r) ، جایی که I قدرت جریان است، e EMF است، R مقاومت مدار است، r - مقاومت داخلی منبع جریان است. از اینجا می توانیم دو ویژگی مدار پیدا کنیم: I و R. لازم به ذکر است که تمام این آرگومان ها و فرمول ها فقط برای یک مدار جریان مستقیم معتبر هستند. در مورد یک متغیر، فرمول ها کاملاً متفاوت خواهد بود، زیرا از قوانین نوسانی خود تبعیت می کند.

اما هنوز مشخص نیست که EMF منبع فعلی چه کاربردی دارد. در یک مدار، به عنوان یک قاعده، عناصر زیادی وجود دارد که عملکرد خود را انجام می دهند. در هر گوشی یک برد وجود دارد که آن نیز چیزی بیش از یک مدار الکتریکی نیست. و هر مداری برای کار کردن به یک منبع جریان نیاز دارد. و بسیار مهم است که EMF آن با پارامترهای تمام عناصر مدار مطابقت داشته باشد. در غیر این صورت مدار یا از کار می افتد یا به دلیل ولتاژ بالای داخل آن می سوزد.

نتیجه

ما فکر می کنیم این مقاله برای بسیاری مفید بود. در واقع، در دنیای مدرن بسیار مهم است که تا حد امکان درباره آنچه که ما را احاطه کرده است بدانیم. از جمله دانش ضروری در مورد ماهیت جریان الکتریکی و رفتار آن در داخل مدارها. و اگر فکر می کنید که چیزی به عنوان یک مدار الکتریکی فقط در آزمایشگاه ها استفاده می شود و از آن دور هستید، سخت در اشتباهید: همه دستگاه هایی که برق مصرف می کنند در واقع از مدار تشکیل شده اند. و هر یک از آنها منبع فعلی خود را دارند که یک EMF ایجاد می کند.

8.5. اثر حرارتی جریان

8.5.1. برق منبع فعلی

توان کل منبع فعلی:

P کل = P مفید + P ضرر،

که در آن P مفید - قدرت مفید، P مفید = I 2 R; تلفات P - تلفات توان، تلفات P = I 2 r; I - قدرت جریان در مدار؛ R - مقاومت بار (مدار خارجی)؛ r مقاومت داخلی منبع جریان است.

توان ظاهری را می توان با استفاده از یکی از سه فرمول محاسبه کرد:

P کامل = I 2 (R + r)، P کامل = ℰ 2 R + r، P کامل = I ℰ،

که در آن ℰ نیروی الکتروموتور (EMF) منبع جریان است.

قدرت خالص- این توانی است که در مدار خارجی آزاد می شود، یعنی. بر روی یک بار (مقاومت)، و می تواند برای برخی اهداف استفاده شود.

توان خالص را می توان با استفاده از یکی از سه فرمول محاسبه کرد:

P مفید = I 2 R، P مفید = U 2 R، P مفید = IU،

جایی که I قدرت جریان در مدار است. U ولتاژ در پایانه ها (گیره ها) منبع جریان است. R - مقاومت بار (مدار خارجی).

از دست دادن توان، توانی است که در منبع فعلی آزاد می شود، یعنی. در مدار داخلی، و صرف فرآیندهایی می شود که در خود منبع اتفاق می افتد. از اتلاف برق نمی توان برای اهداف دیگری استفاده کرد.

تلفات برق معمولاً با استفاده از فرمول محاسبه می شود

تلفات P = I 2 r،

جایی که I قدرت جریان در مدار است. r مقاومت داخلی منبع جریان است.

در طول یک اتصال کوتاه، توان مفید به صفر می رسد

P مفید = 0،

از آنجایی که در صورت اتصال کوتاه مقاومت بار وجود ندارد: R = 0.

مجموع توان در طول اتصال کوتاه منبع با تلفات قدرت منطبق است و با فرمول محاسبه می شود

P کامل = ℰ 2 r،

که در آن ℰ نیروی الکتروموتور (EMF) منبع جریان است. r مقاومت داخلی منبع جریان است.

قدرت مفید دارد حداکثر مقداردر صورتی که مقاومت بار R برابر با مقاومت داخلی r منبع جریان باشد:

R = r.

حداکثر توان مفید:

حداکثر P مفید = 0.5 P کامل،

که در آن ptot قدرت کل منبع فعلی است. P کامل = ℰ 2/2 r.

فرمول صریح برای محاسبه حداکثر قدرت مفیدبه شرح زیر است:

P حداکثر مفید = ℰ 2 4 r .

برای ساده کردن محاسبات، یادآوری دو نکته مفید است:

• اگر با دو مقاومت بار R 1 و R 2 همان توان مفید در مدار آزاد شود، آنگاه مقاومت داخلیمنبع جریان r با فرمول به مقاومت های نشان داده شده مربوط می شود

r = R 1 R 2 ;

• اگر حداکثر توان مفید در مدار آزاد شود، آنگاه قدرت جریان I * در مدار نصف قدرت جریان اتصال کوتاه i است:

I * = i 2 .

مثال 15. هنگامی که یک باتری از سلول ها به مقاومت 5.0 اهم اتصال کوتاه می کند، جریان 2.0 A تولید می کند. جریان اتصال کوتاه باتری 12 A است. حداکثر توان مفید باتری را محاسبه کنید.

راه حل . اجازه دهید وضعیت مشکل را تجزیه و تحلیل کنیم.

1. هنگامی که یک باتری به مقاومت R1 = 5.0 اهم متصل می شود، جریانی با قدرت I 1 = 2.0 A در مدار جریان می یابد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. a که توسط قانون اهم برای مدار کامل تعیین می شود:

I 1 = ℰ R 1 + r،

جایی که ℰ - EMF منبع فعلی؛ r مقاومت داخلی منبع جریان است.

2. همانطور که در شکل نشان داده شده است، هنگامی که باتری اتصال کوتاه می کند، جریان اتصال کوتاه در مدار جریان می یابد. ب جریان اتصال کوتاه با فرمول تعیین می شود

جایی که i جریان اتصال کوتاه است، i = 12 A.

3. هنگامی که یک باتری به مقاومت R 2 = r متصل می شود، جریان نیروی I 2 در مدار جریان می یابد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. در، توسط قانون اهم برای مدار کامل تعیین می شود:

I 2 = ℰ R 2 + r = ℰ 2 r;

در این حالت حداکثر توان مفید در مدار آزاد می شود:

P مفید حداکثر = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.

بنابراین، برای محاسبه حداکثر توان مفید، لازم است مقاومت داخلی منبع جریان r و قدرت جریان I 2 تعیین شود.

برای یافتن قدرت فعلی I 2، سیستم معادلات را می نویسیم:

i = ℰ r , I 2 = ℰ 2 r )

و معادلات را تقسیم کنید:

i I 2 = 2 .

این دلالت می کنه که:

I 2 = i 2 = 12 2 = 6.0 A.

برای یافتن مقاومت داخلی منبع r، سیستم معادلات را می نویسیم:

I 1 = ℰ R 1 + r، i = ℰ r)

و معادلات را تقسیم کنید:

I 1 i = r R 1 + r .

این دلالت می کنه که:

r = I 1 R 1 i - I 1 = 2.0 ⋅ 5.0 12 - 2.0 = 1.0 اهم.

بیایید حداکثر توان مفید را محاسبه کنیم:

P حداکثر مفید = I 2 2 r = 6.0 2 ⋅ 1.0 = 36 W.

بنابراین، حداکثر توان قابل استفاده باتری 36 وات است.

فرض کنید یک مدار بسته الکتریکی ساده وجود دارد که شامل یک منبع جریان است، به عنوان مثال یک ژنراتور، سلول گالوانیکی یا باتری، و یک مقاومت با مقاومت R. از آنجایی که جریان در مدار هیچ جا قطع نمی شود، در داخل منبع جریان می یابد.

در چنین شرایطی می توان گفت که هر منبعی دارای مقداری مقاومت داخلی است که از جریان جریان جلوگیری می کند. این مقاومت داخلی منبع جریان را مشخص می کند و با حرف r نشان داده می شود. برای یک باتری، مقاومت داخلی، مقاومت محلول الکترولیت و الکترودها برای یک ژنراتور، مقاومت سیم پیچ های استاتور و غیره است.

بنابراین، منبع فعلی با بزرگی EMF و مقدار مقاومت داخلی خود r مشخص می شود - هر دوی این ویژگی ها کیفیت منبع را نشان می دهد.

ژنراتورهای ولتاژ بالا الکترواستاتیک (مانند ژنراتور Van de Graaff یا ژنراتور Wimshurst)، برای مثال، با یک EMF عظیم که در میلیون‌ها ولت اندازه‌گیری می‌شود، متمایز می‌شوند، در حالی که مقاومت داخلی آنها در صدها مگا اهم اندازه‌گیری می‌شود، به همین دلیل نامناسب هستند. برای تولید جریان های بزرگ

عناصر گالوانیکی (مانند باتری)، برعکس، دارای EMF در حد 1 ولت هستند، اگرچه مقاومت داخلی آنها در حد کسری یا حداکثر ده‌ها اهم است و بنابراین جریان واحدها و ده‌ها ولت است. آمپر را می توان از عناصر گالوانیکی بدست آورد.

این نمودار یک منبع واقعی را با بار متصل نشان می دهد. مقاومت داخلی آن و همچنین مقاومت بار در اینجا نشان داده شده است. بر این اساس، جریان در این مدار برابر خواهد بود با:

از آنجایی که بخش مدار خارجی همگن است، ولتاژ دو سر بار را می توان از قانون اهم پیدا کرد:

با بیان مقاومت بار از معادله اول و جایگزینی مقدار آن به معادله دوم، وابستگی ولتاژ بار به جریان در مدار بسته را بدست می آوریم:

در یک حلقه بسته، EMF برابر است با مجموع افت ولتاژ در عناصر مدار خارجی و مقاومت داخلی خود منبع. وابستگی ولتاژ بار به جریان بار به طور ایده آل خطی است.

نمودار این را نشان می دهد، اما داده های تجربی روی یک مقاومت واقعی (تقاطع نزدیک نمودار) همیشه با ایده آل متفاوت است:

آزمایش ها و منطق نشان می دهد که در جریان بار صفر، ولتاژ مدار خارجی برابر با منبع emf است و در ولتاژ بار صفر، جریان در مدار برابر است. این ویژگی مدارهای واقعی به یافتن تجربی EMF و مقاومت داخلی منابع واقعی کمک می کند.

تعیین آزمایشی مقاومت داخلی

برای تعیین تجربی این ویژگی ها، وابستگی ولتاژ به بار را به مقدار جریان رسم کنید، سپس آن را به محل تقاطع با محورها برون یابی کنید.

در نقطه تقاطع نمودار با محور ولتاژ مقدار emf منبع و در نقطه تقاطع با محور جریان مقدار جریان اتصال کوتاه است. در نتیجه، مقاومت داخلی با فرمول پیدا می شود:

توان مفید توسعه یافته توسط منبع به بار آزاد می شود. وابستگی این توان به مقاومت بار در شکل نشان داده شده است. این منحنی از تقاطع محورهای مختصات در نقطه صفر شروع می شود، سپس به مقدار حداکثر توان افزایش می یابد و پس از آن زمانی که مقاومت بار برابر با بی نهایت باشد، به صفر می رسد.

برای یافتن حداکثر مقاومت بار که در آن حداکثر توان از نظر تئوری در یک منبع معین ایجاد می شود، مشتق فرمول توان با توجه به R گرفته شده و برابر با صفر قرار می گیرد. حداکثر توان زمانی ایجاد می شود که مقاومت مدار خارجی برابر با مقاومت داخلی منبع باشد:

این شرط در مورد حداکثر توان در R = r به ما این امکان را می دهد که به طور تجربی مقاومت داخلی منبع را با ترسیم وابستگی توان آزاد شده به بار به مقدار مقاومت بار پیدا کنیم. با یافتن مقاومت بار واقعی و نه تئوری که حداکثر توان را فراهم می کند، مقاومت داخلی واقعی منبع تغذیه تعیین می شود.

راندمان یک منبع جریان، نسبت حداکثر توان تخصیص یافته به بار را به کل توانی که در حال حاضر در حال توسعه است نشان می دهد.

هدف کار: روش اندازه گیری EMF و مقاومت داخلی منبع جریان را با استفاده از آمپرمتر و ولت متر مطالعه کنید.

تجهیزات: تبلت فلزی، منبع جریان، آمپرمتر، ولت متر، مقاومت، کلید، گیره، سیم های اتصال.

برای اندازه گیری EMF و مقاومت داخلی منبع جریان، یک مدار الکتریکی مونتاژ می شود که نمودار آن در شکل 1 نشان داده شده است.

یک آمپر متر، یک مقاومت و یک کلید متصل به صورت سری به منبع جریان متصل می شوند. علاوه بر این، یک ولت متر نیز مستقیماً به جک های خروجی منبع متصل می شود.

EMF با خواندن یک ولت متر با سوئیچ باز اندازه گیری می شود. این روش برای تعیین EMF بر اساس نتیجه ای از قانون اهم برای یک مدار کامل است که طبق آن، با مقاومت بی نهایت زیاد مدار خارجی، ولتاژ در پایانه های منبع برابر با EMF آن است. (به پاراگراف "قانون اهم برای یک مدار کامل" در کتاب درسی فیزیک 10 مراجعه کنید).

برای تعیین مقاومت داخلی منبع، کلید K بسته است در این مورد، دو بخش را می توان تقریباً در مدار تشخیص داد: خارجی (مقاومتی که به منبع متصل است) و داخلی (بخشی که در داخل جریان قرار دارد. منبع). از آنجایی که منبع EMF برابر است با مجموع افت ولتاژ در بخش های داخلی و خارجی مدار:

ε = Ur+Uآر، آنUr = ε -Uآر (1)

طبق قانون اهم برای بخشی از زنجیره U r = I · r(2). با جایگزینی برابری (2) به (1) دریافت می کنیم:

من· r = ε - Ur , از آنجا r = (ε - Uآر)/ جی

بنابراین، برای پی بردن به مقاومت داخلی یک منبع جریان، لازم است ابتدا EMF آن مشخص شود، سپس کلید بسته شود و افت ولتاژ در مقاومت خارجی و همچنین قدرت جریان در آن اندازه گیری شود.

پیش رفتن

1. جدولی برای ثبت نتایج اندازه گیری ها و محاسبات تهیه کنید:

برای اندازه گیری emf و مقاومت داخلی منبع، نموداری در دفترچه یادداشت خود بکشید.

پس از بررسی مدار، مدار الکتریکی را مونتاژ کنید. کلید را باز کنید.

بزرگی منبع emf را اندازه گیری کنید.

کلید را ببندید و قرائت آمپرمتر و ولت متر را تعیین کنید.

مقاومت داخلی منبع را محاسبه کنید.

1. تعیین emf و مقاومت داخلی یک منبع جریان به روش گرافیکی

هدف کار: بر اساس تجزیه و تحلیل نمودار وابستگی ولتاژ در خروجی منبع به جریان در مدار، اندازه گیری های emf، مقاومت داخلی و جریان اتصال کوتاه منبع جریان را مطالعه کنید.

تجهیزات: سلول گالوانیکی، آمپرمتر، ولت متر، مقاومت آر 1 , مقاومت متغیر، کلید، گیره، تبلت فلزی، سیم های اتصال.

از قانون اهم برای یک مدار کامل چنین استنباط می شود که ولتاژ در خروجی منبع جریان به نسبت مستقیم جریان در مدار بستگی دارد:

از آنجایی که I =E/(R+r)، سپس IR + Ir = E، اما IR = U، از آنجا U + Ir = E یا U = E – Ir (1).

اگر وابستگی U را به I رسم کنید، از نقاط تقاطع آن با محورهای مختصات می توانید E, I K.Z را تعیین کنید. - قدرت جریان اتصال کوتاه (جریانی که وقتی مقاومت خارجی R صفر شود در مدار منبع جریان می یابد).

EMF توسط نقطه تقاطع نمودار با محور ولتاژ تعیین می شود. این نقطه در نمودار مربوط به وضعیت مداری است که در آن جریانی وجود ندارد و بنابراین U = E است.

قدرت جریان اتصال کوتاه با نقطه تقاطع نمودار با محور جریان تعیین می شود. در این مورد، مقاومت خارجی R = 0 و بنابراین، ولتاژ در خروجی منبع U = 0.

مقاومت داخلی منبع با مماس زاویه شیب نمودار نسبت به محور جریان پیدا می شود. (فرمول (1) را با یک تابع ریاضی به شکل Y = AX + B مقایسه کنید و معنی ضریب X را به خاطر بسپارید).

پیش رفتن

برای ثبت نتایج اندازه گیری، جدولی را تهیه کنید:

1. بعد از اینکه معلم مدار را بررسی کرد، مدار الکتریکی را جمع کنید. نوار لغزنده مقاومت متغیر را در موقعیتی قرار دهید که در آن مقاومت مدار متصل به منبع جریان حداکثر است.

جریان مدار و ولتاژ پایانه های منبع را در حداکثر مقدار مقاومت مقاومت متغیر تعیین کنید. داده های اندازه گیری را در جدول وارد کنید.

اندازه گیری جریان و ولتاژ را چندین بار تکرار کنید و هر بار مقدار مقاومت متغیر را کاهش دهید تا ولتاژ در پایانه های منبع 0.1 ولت کاهش یابد. هنگامی که جریان در مدار به 1 آمپر رسید اندازه گیری را متوقف کنید.

نقاط به دست آمده در آزمایش را روی نمودار رسم کنید. ولتاژ را در امتداد محور عمودی و جریان را در امتداد محور افقی ترسیم کنید. از میان نقاط یک خط مستقیم بکشید.

نمودار را تا زمانی که با محورهای مختصات تلاقی کند ادامه دهید و مقادیر E و I K.Z را تعیین کنید.

EMF منبع را با اتصال یک ولت متر به پایانه های آن با مدار خارجی باز اندازه گیری کنید. مقادیر EMF به دست آمده توسط دو روش را مقایسه کنید و دلیل عدم تطابق احتمالی در نتایج را نشان دهید.

مقاومت داخلی منبع جریان را تعیین کنید. برای این کار مماس زاویه شیب نمودار ساخته شده بر محور جریان را محاسبه کنید. از آنجایی که مماس یک زاویه در یک مثلث قائم الزاویه برابر است با نسبت ضلع مقابل به ضلع مجاور، عملاً می توان با یافتن نسبت E / I K.Z این کار را انجام داد.