مقاومت داخلی منبع تغذیه نحوه محاسبه مقاومت داخلی منبع تغذیه

EMF و ولتاژ. مقاومت داخلی منابع تغذیه
برنامه آموزشی پس برنامه آموزشی!
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 حرکت الکتریکی)، هر چه 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 فعلی، E - EDS. - نیروی الکتروموتور R - مقاومت
جریان بر حسب آمپر، emf اندازه گیری می شود. - بر حسب ولت، و مقاومت نام افتخار رفیق اهم را دارد. - 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 نگاهی بیندازیم.
بیایید یک باتری معمولی را به شکل منبع emf تصور کنیم. و یک مقاومت به صورت سری به آن متصل شده است که مقاومت داخلی باتری را نشان می دهد. یک ولت متر را موازی با باتری وصل می کنیم. مقاومت ورودی آن بسیار بیشتر از مقاومت داخلی باتری است، اما بی نهایت بزرگ نیست - یعنی جریان از آن عبور می کند. مقدار ولتاژ نشان داده شده توسط ولت متر کمتر از مقدار emf خواهد بود. فقط با مقدار افت ولتاژ در مقاومت فرضی داخلی در یک جریان معین، اما، با این وجود، این مقدار است که به عنوان ولتاژ باتری در نظر گرفته می شود.
در این حالت فرمول تنش نهایی به صورت زیر خواهد بود:

U (بات) = E-U (int)

از آنجایی که با گذشت زمان مقاومت داخلی همه باتری ها افزایش می یابد، افت ولتاژ در مقاومت داخلی نیز افزایش می یابد. در این حالت، ولتاژ در پایانه های باتری کاهش می یابد. میو!
مرتبش کرد!
اگر به جای ولت متر آمپرمتر را به باتری وصل کنید چه اتفاقی می افتد؟ از آنجایی که مقاومت ذاتی آمپرمتر به صفر تمایل دارد، 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 در این حالت می تواند به چندین آمپر برسد.
با این حال، باید توجه داشت که مقاومت داخلی منبع مانند سایر عناصر مدار است. بنابراین با افزایش جریان بار، افت ولتاژ در مقاومت داخلی نیز افزایش می‌یابد که منجر به کاهش ولتاژ دو سوی بار می‌شود. یا همانطور که ما، گربه‌های رادیویی، دوست داریم خودمان را بیان کنیم - به سمت پایین آمدن.
برای اینکه تغییر بار تا حد امکان بر ولتاژ خروجی منبع تأثیر بگذارد، سعی می شود مقاومت داخلی آن به حداقل برسد.
می توانید عناصر مدار سری را طوری انتخاب کنید که در هر یک از آنها هر چند بار که دوست دارید ولتاژی نسبت به مدار اصلی کاهش می یابد.

قانون اهم برای یک مدار کامل که تعریف آن به مقدار جریان الکتریکی در مدارهای واقعی اشاره دارد، به منبع جریان و مقاومت بار بستگی دارد. این قانون همچنین نام دیگری دارد - قانون اهم برای مدارهای بسته. اصل اجرای این قانون به شرح زیر است.

به عنوان ساده ترین مثال، یک لامپ الکتریکی که مصرف کننده جریان الکتریکی است، همراه با یک منبع جریان، چیزی بیش از یک منبع بسته نیست. این مدار الکتریکی به وضوح در شکل نشان داده شده است.

جریان الکتریکی که از لامپ عبور می کند، از خود منبع جریان نیز عبور می کند. بنابراین، جریان در طول عبور از مدار، مقاومت نه تنها هادی، بلکه مقاومت مستقیم خود منبع جریان را نیز تجربه می کند. در منبع، مقاومت توسط الکترولیت بین صفحات و لایه های مرزی صفحات و الکترولیت ایجاد می شود. نتیجه این است که در یک مدار بسته، مقاومت کل آن از مجموع مقاومت های لامپ و منبع جریان تشکیل می شود.

مقاومت بیرونی و داخلی

مقاومت بار، در این مورد لامپ متصل به منبع جریان، مقاومت خارجی نامیده می شود. مقاومت مستقیم منبع جریان را مقاومت داخلی می نامند. برای نمایش بصری بیشتر فرآیند، همه مقادیر باید به طور معمول تعیین شوند. I -، R - مقاومت خارجی، r - مقاومت داخلی. هنگامی که جریانی از مدار الکتریکی عبور می کند، برای حفظ آن، باید بین انتهای مدار خارجی اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد که مقدار IhR دارد. با این حال، جریان جریان در مدار داخلی نیز مشاهده می شود. به این معنی که برای حفظ جریان الکتریکی در مدار داخلی، اختلاف پتانسیل در انتهای مقاومت r نیز لازم است. مقدار این اختلاف پتانسیل Iхr است.

نیروی الکتروموتور باتری

باتری باید مقدار نیروی الکتروموتور زیر را داشته باشد که بتواند جریان مورد نیاز در مدار را پشتیبانی کند: E = IхR + Iхr. فرمول نشان می دهد که نیروی الکتروموتور باتری مجموع نیروی خارجی و داخلی است. مقدار فعلی باید از براکت ها خارج شود: E = I (r + R). در غیر این صورت، می توانید تصور کنید: I = E / (r + R). دو فرمول آخر قانون اهم را برای یک مدار کامل بیان می کند که تعریف آن به شرح زیر است: در مدار بسته، شدت جریان با نیروی الکتروموتور نسبت مستقیم و با مجموع مقاومت های این مدار نسبت معکوس دارد.

لزوم معرفی این اصطلاح را می توان با مثال زیر نشان داد. بیایید دو منبع جریان مستقیم شیمیایی با ولتاژ یکسان را با هم مقایسه کنیم:

• باتری سرب اسیدی خودرو با ولتاژ 12 ولت و ظرفیت 55 Ah
• هشت باتری AA به صورت سری متصل شده اند. ولتاژ کل چنین باتری نیز 12 ولت است، ظرفیت بسیار کمتر است - حدود 1 Ah

با وجود ولتاژ یکسان، این منابع هنگام کار با یک بار به طور قابل توجهی متفاوت هستند. بنابراین، باتری ماشین قادر است جریان زیادی را به بار برساند (موتور ماشین از باتری شروع می شود، در حالی که استارت جریان 250 آمپر مصرف می کند) و استارت به هیچ وجه از زنجیر باتری نمی چرخد. ظرفیت نسبتاً کم باتری ها دلیل نمی شود: یک آمپر ساعت در باتری ها برای چرخاندن استارت به مدت 14 ثانیه (در جریان 250 آمپر) کافی است.

بنابراین، برای شبکه های دو ترمینالی حاوی منابع (یعنی ژنراتورهای ولتاژ و ژنراتورهای جریان)، لازم است دقیقاً در مورد آن صحبت شود. درونی؛ داخلیمقاومت (یا امپدانس). اگر دستگاه دو ترمینال حاوی منابع نباشد، پس درونی؛ داخلیمقاومت "برای چنین شبکه دو ترمینالی به معنای همان است به سادگی"مقاومت".

اصطلاحات مرتبط

اگر ورودی و/یا خروجی را بتوان در هر سیستمی متمایز کرد، معمولاً از اصطلاحات زیر استفاده می شود:

اصول فیزیکی

با وجود این واقعیت که در مدار معادل، مقاومت داخلی به عنوان یک عنصر غیرفعال نشان داده می شود (علاوه بر این، یک مقاومت فعال وجود دارد، یعنی یک مقاومت همیشه در آن وجود دارد)، مقاومت داخلی در هیچ عنصری متمرکز نیست. دوقطبی فقط در خارج رفتار می کندانگار که دارای یک امپدانس داخلی و ژنراتور ولتاژ است. در حقیقت، مقاومت درونی تجلی بیرونی مجموعه ای از اثرات فیزیکی است:

• اگر دو ترمینال فقط داشته باشد منبع انرژیبدون هیچ گونه مدار الکتریکی (مثلاً یک سلول گالوانیکی)، پس مقاومت داخلی عملاً کاملاً فعال است (مگر اینکه در مورد فرکانس های بسیار بالا صحبت می کنیم)، به دلیل اثرات فیزیکی است که قدرت داده شده توسط این منبع را به منبع انرژی نمی دهد. بارگذاری از حد معینی تجاوز کند ... ساده ترین مثال از این اثر مقاومت غیر صفر رساناهای یک مدار الکتریکی است. اما، به عنوان یک قاعده، اثرات غیر برقیطبیعت بنابراین، به عنوان مثال، قدرت را می توان با ناحیه تماس مواد شرکت کننده در واکنش، در ژنراتور یک نیروگاه برق آبی - با فشار محدود آب و غیره محدود کرد.
• در مورد یک شبکه دو پورت حاوی داخل مدار الکتریکی، مقاومت داخلی در عناصر مدار "پراکنده" می شود (علاوه بر مکانیسم های ذکر شده در بالا در منبع).

برخی از ویژگی های مقاومت داخلی نیز از این نتیجه می شود:

تأثیر مقاومت داخلی بر ویژگی های یک شبکه دو ترمینالی

اثر مقاومت داخلی یک ویژگی ذاتی هر شبکه دو ترمینالی فعال است. نتیجه اصلی وجود مقاومت داخلی محدودیت توان الکتریکی است که می توان در بار تامین شده توسط این شبکه دو ترمینالی بدست آورد.

اجازه دهید، یک دو قطبی وجود دارد که می توان آن را با مدار معادل بالا توصیف کرد. شبکه دو ترمینالی دارای دو پارامتر ناشناخته است که باید پیدا شوند:

• ژنراتور ولتاژ EMF U
• مقاومت داخلی r

به طور کلی، برای تعیین دو مجهول، دو اندازه گیری باید انجام شود: اندازه گیری ولتاژ در خروجی دستگاه دو ترمینال (یعنی اختلاف پتانسیل U out = φ 2 - φ 1) در دو جریان بار متفاوت. سپس پارامترهای مجهول را می توان از سیستم معادلات پیدا کرد:

جایی که U out1 من 1, U out2- ولتاژ خروجی در جریان من 2... با حل سیستم معادلات مجهولات مجهول را پیدا می کنیم:

معمولاً برای محاسبه مقاومت داخلی از روش ساده تری استفاده می شود: ولتاژ در حالت باز و جریان در حالت اتصال کوتاه دو ترمینال است. در این حالت سیستم () به صورت زیر نوشته می شود:

جایی که U oc- ولتاژ خروجی در حالت بدون بار (eng. مدار باز، یعنی در جریان بار صفر؛ من اسکن می کنم- جریان بار در حالت اتصال کوتاه (eng. مدار کوتاه) یعنی با بار با مقاومت صفر. در نظر گرفته شده است که جریان خروجی در حالت بی باری و ولتاژ خروجی در حالت اتصال کوتاه برابر با صفر است. از آخرین معادلات بلافاصله به دست می آوریم:

اندازه گیری

مفهوم بعد، ابعاد، اندازهقابل استفاده برای دستگاه واقعی (اما نه برای مدار). اندازه گیری مستقیم با اهم متر غیرممکن است، زیرا اتصال سیم های تست دستگاه به پایانه های مقاومت داخلی غیرممکن است. بنابراین، یک اندازه گیری غیر مستقیم ضروری است، که اساساً با محاسبه تفاوت ندارد - ولتاژهای روی بار نیز در دو مقدار جریان مختلف مورد نیاز است. با این حال، همیشه نمی توان از فرمول ساده شده (2) استفاده کرد، زیرا هر شبکه دو ترمینالی واقعی اجازه عملکرد در حالت اتصال کوتاه را نمی دهد.

گاهی اوقات از روش اندازه گیری ساده زیر استفاده می شود که نیازی به محاسبات ندارد:

• ولتاژ مدار باز اندازه گیری می شود
• یک مقاومت متغیر به عنوان بار متصل می شود و مقاومت آن به گونه ای انتخاب می شود که ولتاژ دو طرف آن نصف ولتاژ مدار باز باشد.

پس از مراحل توصیف شده، مقاومت مقاومت بار باید با اهم متر اندازه گیری شود - برابر با مقاومت داخلی دو قطبی خواهد بود.

هر روش اندازه گیری استفاده شود، باید مراقب بارگذاری بیش از حد دو ترمینال با جریان بیش از حد بود، یعنی جریان نباید از حداکثر مقادیر مجاز برای این دو ترمینال تجاوز کند.

مقاومت داخلی واکنشی

اگر مدار معادل یک دستگاه دو ترمینال حاوی عناصر واکنشی - خازن و / یا سلف باشد، پس پرداختمقاومت داخلی راکتیو مانند اکتیو انجام می‌شود، اما به جای مقاومت‌های مقاومت‌ها، امپدانس‌های پیچیده عناصر موجود در مدار گرفته می‌شود و به جای ولتاژها و جریان‌ها، دامنه‌های پیچیده آنها، این است که محاسبه با روش دامنه های پیچیده انجام می شود.

اندازه گیریمقاومت واکنشی داخلی دارای برخی ویژگی‌ها است، زیرا یک تابع با ارزش پیچیده است و نه یک مقدار اسکالر:

• شما می توانید پارامترهای مختلف یک مقدار مختلط را جستجو کنید: مدول، آرگومان، فقط قسمت واقعی یا خیالی، و کل عدد مختلط. بر این اساس، تکنیک اندازه گیری به آنچه می خواهیم به دست آوریم بستگی دارد.
• هر یک از پارامترهای ذکر شده وابسته به فرکانس هستند. از نظر تئوری، برای به دست آوردن اطلاعات کامل در مورد راکتانس داخلی با اندازه گیری، باید حذف شود اعتیاداز فرکانس، یعنی اندازه گیری در از همهفرکانس هایی که می تواند توسط منبع این شبکه دو پورت تولید شود.

کاربرد

در بیشتر موارد، نباید در مورد آن صحبت کرد کاربردمقاومت داخلی و حدود حسابداریتأثیر منفی آن، زیرا مقاومت داخلی یک اثر منفی است. با این حال، در برخی از سیستم ها، یک مقاومت داخلی اسمی ضروری است.

ساده سازی مدارهای معادل

نمایش یک شبکه دو ترمینالی به عنوان ترکیبی از یک ژنراتور ولتاژ و یک مقاومت داخلی ساده ترین و پرکاربردترین مدار معادل یک شبکه دو ترمینالی است.

منبع و بار تطبیق

تطبیق منبع و بار عبارت است از انتخاب نسبت مقاومت بار و مقاومت داخلی منبع به منظور دستیابی به خواص مشخص شده سیستم حاصل (به عنوان یک قاعده، آنها سعی می کنند حداکثر مقدار هر پارامتر را برای یک پارامتر بدست آورند. منبع داده شده). رایج ترین انواع مذاکره عبارتند از:

تطبیق جریان و توان باید با احتیاط استفاده شود زیرا خطر بارگذاری بیش از حد منبع وجود دارد.

کاهش ولتاژ بالا

گاهی اوقات یک مقاومت بزرگ به طور مصنوعی به منبع اضافه می شود (به مقاومت داخلی منبع اضافه می شود) تا ولتاژ دریافتی از آن به میزان قابل توجهی کاهش یابد. با این حال، افزودن یک مقاومت به عنوان یک مقاومت اضافی (به نام مقاومت در حال سقوط) منجر به هدر رفتن توان در سراسر آن می شود. برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی، سیستم‌های AC از امپدانس‌های میرایی راکتیو، اغلب از خازن‌ها استفاده می‌کنند. به این ترتیب منابع تغذیه خازن ساخته می شود. به طور مشابه، با کمک یک شیر خازنی از یک خط برق با ولتاژ بالا، می توانید ولتاژهای کوچکی را برای تغذیه هر دستگاه مستقلی دریافت کنید.

به حداقل رساندن نویز

هنگام تقویت سیگنال های ضعیف، مشکل اغلب در به حداقل رساندن نویز وارد شده توسط تقویت کننده به سیگنال ایجاد می شود. برای این، ویژه تقویت کننده های کم نویزبا این حال، آنها طوری طراحی شده اند که کمترین میزان نویز فقط در محدوده خاصی از امپدانس خروجی منبع سیگنال به دست آید. به عنوان مثال، یک تقویت کننده با نویز کم، حداقل نویز را فقط در محدوده امپدانس منبع از 1 کیلو اهم تا 10 کیلو اهم ارائه می دهد. اگر منبع سیگنال دارای امپدانس خروجی کمتری باشد (به عنوان مثال، یک میکروفون با امپدانس خروجی 30 اهم)، باید یک ترانسفورماتور افزایش دهنده بین منبع و تقویت کننده اعمال شود که امپدانس خروجی را افزایش می دهد (و همچنین ولتاژ سیگنال) به مقدار لازم.

محدودیت های

مفهوم مقاومت داخلی از طریق یک مدار معادل معرفی می شود، بنابراین، همان محدودیت هایی که برای کاربرد مدارهای معادل اعمال می شود.

نمونه هایی از

مقادیر مقاومت داخلی نسبی است: آنچه کوچک در نظر گرفته می شود، به عنوان مثال، برای یک سلول گالوانیکی، برای یک باتری قدرتمند بسیار بزرگ است. در زیر نمونه هایی از شبکه های دو ترمینالی و مقادیر مقاومت داخلی آنها آورده شده است. r... موارد بی اهمیت شبکه های دو ترمینالی بدون منابعجداگانه مشخص شده است.

مقاومت داخلی کم

مقاومت داخلی بزرگ

مقاومت داخلی منفی

دستگاه های دو قطبی وجود دارد که مقاومت داخلی آن ها را دارد منفیمعنی در حد معمول فعالمقاومت، اتلاف انرژی رخ می دهد، در واکنش پذیرمقاومت، انرژی ذخیره می شود و سپس به منبع آزاد می شود. ویژگی مقاومت منفی این است که خود منبع انرژی است. بنابراین، مقاومت منفی در شکل خالص آن رخ نمی دهد، فقط می توان آن را توسط یک مدار الکترونیکی تقلید کرد، که لزوماً حاوی یک منبع انرژی است. مقاومت داخلی منفی را می توان در مدارها با استفاده از موارد زیر بدست آورد:

• عناصر با مقاومت دیفرانسیل منفی، مانند دیودهای تونلی

سیستم های با مقاومت منفی به طور بالقوه ناپایدار هستند و بنابراین می توان از آنها برای ساخت ژنراتورهای خودکار استفاده کرد.

را نیز ببینید

پیوندها

ادبیات

• Zernov N.V.، Karpov V.G.نظریه مدارهای مهندسی رادیو. - M. - L .: Energiya, 1965 .-- 892 p.
• جونز ام اچ.الکترونیک - یک دوره عملی. - M .: Technosphere, 2006 .-- 512 p. شابک 5-94836-086-5

یادداشت ها (ویرایش)

بنیاد ویکی مدیا 2010.

• فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پلی تکنیک
• 
  

در عصر برق، احتمالاً چنین شخصی وجود ندارد که از وجود جریان الکتریکی خبر نداشته باشد. اما تعداد کمی از مردم از درس فیزیک مدرسه بیش از نام کمیت ها را به یاد می آورند: قدرت جریان، ولتاژ، مقاومت، قانون اهم. و فقط تعداد بسیار کمی به یاد دارند که معنی این کلمات چیست.

در این مقاله به نحوه ظاهر شدن 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.

تاریخ

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 بارز رعد و برق یا پرتو الکتریکی است. با وجود این نزدیکی به انسان، مهار این انرژی تنها در اواسط قرن هفدهم ممکن بود: اتو فون گوریکه، شهردار ماگدبورگ، ماشینی را ایجاد کرد که می توانست بار الکترواستاتیکی ایجاد کند. در اواسط قرن هجدهم، دانشمند هلندی پیتر فون موشنبروک، اولین خازن الکتریکی جهان را ایجاد کرد که به افتخار دانشگاهی که در آن کار می کرد، بانک لیدن نام گرفت.

شاید، شمارش معکوس دوران اکتشافات واقعی اختصاص داده شده به الکتریسیته، مرسوم باشد که با کارهای لوئیجی گالوانی و الساندرو ولتا شروع شود، که به ترتیب جریان های الکتریکی در عضلات و وقوع 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 به پدیده های الکتریکی می پردازیم. بنابراین، بیایید نگاهی بیندازیم به اینکه الکتریسیته چگونه در سلول های گالوانیکی ظاهر می شود و در مورد آن چیست.

سلول گالوانیکی چیست؟

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

چه واکنش هایی در او رخ می دهد؟

بیایید نگاهی دقیق تر به فرآیندهایی بیندازیم که به ما امکان می دهد با استفاده از سلول گالوانیکی الکتریسیته به دست آوریم. تنها دو چنین تبدیل وجود دارد: اکسیداسیون و کاهش. هنگامی که یک عنصر، یک عامل کاهنده، اکسید می شود، الکترون ها را به عنصر دیگری می دهد - یک عامل اکسید کننده. اکسیدان نیز به نوبه خود با پذیرش الکترون کاهش می یابد. بنابراین، حرکت ذرات باردار از یک صفحه به صفحه دیگر رخ می دهد، و همانطور که می دانید، جریان الکتریکی نامیده می شود.

اکنون بیایید به آرامی به موضوع اصلی این مقاله برویم - EMF منبع فعلی. و ابتدا بیایید در نظر بگیریم که این نیروی الکتروموتور (EMF) چیست.

EMF چیست؟

این مقدار 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 اوقات آنها همچنین توضیح می دهند که اتهام لزوما باید مثبت و تک باشد. و این یک اضافه قابل توجه است، زیرا تنها تحت این شرایط می توان نیروی الکتروموتور را یک مقدار دقیق قابل اندازه گیری در نظر گرفت. به هر حال، در واحدهای مشابه ولتاژ اندازه گیری می شود: در ولت (V).

EMF منبع فعلی

همانطور که می دانید، هر باتری یا باتری مقدار مقاومت خاص خود را دارد که قادر به ارائه آن است. این مقدار، EMF منبع جریان، نشان می دهد که چه کاری توسط نیروهای خارجی برای جابجایی شارژ در طول مداری که باتری یا باتری در آن قرار دارد انجام می شود.

همچنین لازم است مشخص شود که منبع چه نوع جریانی تولید می کند: ثابت، متناوب یا پالسی. سلول های گالوانیکی، از جمله انباشته ها و باتری ها، همیشه فقط جریان الکتریکی ثابت 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 رسیده است که بفهمیم چرا به طور کلی به چنین مقداری مانند EMF نیاز است، نحوه استفاده از آن هنگام محاسبه سایر مقادیر مدار الکتریکی.

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 مقدار را بنویسیم: E = A نیروهای خارجی / q، که در آن A کار است، و q شارژی است که کار بر روی آن انجام شده است. لطفا توجه داشته باشید که کل شارژ گرفته می شود، نه یک بار. این کار به این دلیل انجام می شود که ما کار نیروها را برای جابجایی همه بارها در هادی در نظر می گیریم. و این نسبت کار به شارژ همیشه برای یک منبع مشخص 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 محرکه الکتریکی چندان پیچیده نیست و تنها از دو کمیت تشکیل شده است. وقت آن است که به یکی از سؤالات اصلی ناشی از این مقاله بپردازیم.

چرا به EMF نیاز دارید؟

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 آسان خواهد بود، که به نظر می رسد: I = e / (R + r) جایی که I قدرت جریان است، e EMF، R مقاومت مدار، 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 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 زنجیره، 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 نیاز به یک منبع جریان دارد. و بسیار مهم است که EMF آن از نظر پارامتر برای تمام عناصر مدار مناسب 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 که 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 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: تمام دستگاه هایی که برق مصرف می کنند در واقع از مدار تشکیل شده اند. و هر یک از آنها منبع جریان خود را دارد که یک EMF ایجاد می کند.

بیایید سعی کنیم با یک مثال خاص این مشکل را حل کنیم. نیروی الکتروموتور منبع تغذیه 4.5 ولت است. باری به آن وصل شد و جریانی معادل 0.26 A از آن عبور کرد و ولتاژ برابر با 3.7 ولت شد. اول از همه، اجازه دهید تصور کنیم که یک مدار سریال در داخل آن پنهان شده است. منبع یک منبع ولتاژ ایده آل 4.5 ولت است که مقاومت داخلی آن صفر است و همچنین یک مقاومت که باید مقدار آن را پیدا کرد. واضح است که در واقعیت اینطور نیست، اما برای محاسبات، قیاس به خوبی انجام خواهد شد.

گام 2

به یاد داشته باشید که حرف U فقط مخفف ولتاژ تحت بار است. برای تعیین همان نیروی الکتروموتور، حرف دیگری رزرو شده است - E. اندازه گیری دقیق آن کاملاً غیرممکن است، زیرا یک ولت متر با مقاومت ورودی نامحدود مورد نیاز است. حتی با یک ولت متر الکترواستاتیک (الکترومتر)، بزرگ است، اما بی نهایت نیست. اما یک چیز کاملاً دقیق است و یک چیز دیگر با دقت قابل قبول در عمل. مورد دوم کاملاً امکان پذیر است: فقط لازم است که مقاومت داخلی منبع در مقایسه با مقاومت داخلی ولت متر ناچیز باشد. در ضمن، نکته اصلی این است که بیایید تفاوت بین EMF منبع و ولتاژ آن را تحت باری که جریان 260 میلی آمپر مصرف می کند محاسبه کنیم. E-U = 4.5-3.7 = 0.8. این افت ولتاژ در آن "مقاومت مجازی" خواهد بود.

مرحله 3

خوب، پس همه چیز ساده است، زیرا قانون کلاسیک اهم وارد عمل می شود. به یاد داشته باشید که جریان عبوری از بار و "مقاومت مجازی" یکسان هستند، زیرا آنها به صورت سری به هم متصل هستند. افت ولتاژ در دومی (0.8 V) بر قدرت جریان (0.26 A) تقسیم می شود و 3.08 اهم به دست می آید. جواب اینجاست! همچنین می توانید محاسبه کنید که چه مقدار نیرو در بار تلف شده است و چه مقدار در منبع بی فایده است. بار از بین می رود: 3.7 * 0.26 = 0.962 W. در منبع: 0.8 * 0.26 = 0.208 W. درصد بین آنها را خودتان محاسبه کنید. اما این تنها نوع مشکل برای یافتن مقاومت داخلی منبع نیست. مواردی نیز وجود دارد که در آنها به جای قدرت جریان، مقاومت بار نشان داده شده است و بقیه داده های اولیه یکسان هستند. سپس ابتدا باید یک محاسبه دیگر انجام دهید. ولتاژ تحت بار را تقسیم کنید (نه EMF!) در شرایط با مقاومت بار. و جریان را در مدار دریافت می کنید. پس از آن، همانطور که فیزیکدانان می گویند، "مشکل به مشکل قبلی کاهش می یابد"! سعی کنید چنین مشکلی را بنویسید و آن را حل کنید.