Elektriese stroom in die geleier ontstaan onder die invloed van 'n elektriese veld, wat vrygelaaide deeltjies dwing om in gerigte beweging te kom. Die skep van 'n deeltjiestroom is 'n ernstige probleem. Om so 'n toestel te bou wat die potensiële verskil van die veld vir 'n lang tyd in een staat sal handhaaf, is 'n taak wat die mensdom eers teen die einde van die 18de eeu kon oplos.
Eerste pogings
Die eerste pogings om "elektrisiteit op te bou" vir die verdere navorsing en gebruik daarvan is in Holland aangewend. Die Duitser Ewald Jurgen von Kleist en die Nederlander Peter van Muschenbrook, wat hul navorsing in die dorp Leiden gedoen het, het die wêreld se eerste kapasitor geskep, wat later die "Leyden jar" genoem is.
Die ophoping van elektriese lading het reeds plaasgevind onder die werking van meganiese wrywing. Dit was moontlik om 'n ontlading deur 'n geleier vir 'n sekere, taamlik kort tydperk te gebruik.
Die oorwinning van die menslike verstand oor so 'n kortstondige stof soos elektrisiteit het geblyk revolusionêr te wees.
Ongelukkig ontlaai (elektriese stroom wat deur 'n kapasitor gegenereer word)so kort geduur dat dit nie 'n gelykstroom kon skep nie. Boonop word die spanning wat deur die kapasitor voorsien word geleidelik verminder, wat dit onmoontlik maak om 'n aaneenlopende stroom te ontvang.
Ek moes vir 'n ander manier gesoek het.
Eerste bron
Italian Galvani se "dierlike elektrisiteit"-eksperimente was 'n oorspronklike poging om 'n natuurlike bron van stroom in die natuur te vind. Hy het die bene van gedissekteerde paddas aan metaalhake van 'n ysterrooster gehang en die aandag gevestig op die kenmerkende reaksie van senuwee-eindpunte.
'n Ander Italianer, Alessandro Volta, het egter Galvani se gevolgtrekkings weerlê. Geïnteresseerd in die moontlikheid om elektrisiteit van dierlike organismes te verkry, het hy 'n reeks eksperimente met paddas uitgevoer. Maar sy gevolgtrekking blyk heeltemal die teenoorgestelde van die vorige hipoteses te wees.
Volta het die aandag gevestig op die feit dat 'n lewende organisme slegs 'n aanduiding van 'n elektriese ontlading is. Wanneer die stroom verbygaan, trek die spiere van die bene saam, wat 'n potensiële verskil aandui. Die bron van die elektriese veld was die kontak van verskillende metale. Hoe verder uitmekaar hulle in 'n reeks chemiese elemente is, hoe groter is die effek.
Plate van verskillende metale, gelê met papierskyfies wat in 'n elektrolietoplossing geweek is, het die nodige potensiaalverskil vir 'n lang tyd geskep. En laat dit laag wees (1,1 V), maar die elektriese stroom kan nog lank ondersoek word. Die belangrikste ding is dat die spanning net so lank onveranderd gebly het.
Wat gaan aan
Waarom veroorsaak bronne wat "galvaniese selle" genoem word so 'n effek?
Twee metaalelektrodes wat in 'n diëlektrikum geplaas is, speel verskillende rolle. Die een verskaf elektrone, die ander aanvaar dit. Die redoksreaksieproses lei tot die verskyning van 'n oormaat elektrone op een elektrode, wat die negatiewe pool genoem word, en 'n tekort op die tweede, ons sal dit as die positiewe pool van die bron aandui.
In die eenvoudigste galvaniese selle vind oksidatiewe reaksies op een elektrode plaas, en reduksiereaksies op die ander. Elektrone kom van die buitekant van die stroombaan na die elektrodes. Die elektroliet is die stroomgeleier van die ione binne die bron. Die sterkte van weerstand bepaal die duur van die proses.
Koper-sinkelement
Die beginsel van werking van galvaniese selle is interessant om te oorweeg om die voorbeeld van 'n koper-sink galvaniese sel te gebruik, waarvan die werking te wyte is aan die energie van sink en kopersulfaat. In hierdie bron word 'n koperplaat in 'n kopersulfaatoplossing geplaas, en 'n sinkelektrode word in 'n sinksulfaatoplossing gedompel. Oplossings word geskei deur 'n poreuse spasieerder om vermenging te voorkom, maar moet in kontak wees.
As die stroombaan gesluit is, word die oppervlaklaag sink geoksideer. In die proses van interaksie met die vloeistof verskyn sinkatome, wat in ione verander het, in die oplossing. Elektrone word op die elektrode vrygestel, wat kan deelneem aan die opwekking van stroom.
Om by die koperelektrode te kom, neem die elektrone deel aan die reduksiereaksie. Vanoplossing, kom koperione die oppervlaklaag binne, in die proses van reduksie verander hulle in koperatome, wat op die koperplaat neerslaan.
Om op te som wat gebeur: die proses van werking van 'n galvaniese sel gaan gepaard met die oordrag van elektrone vanaf die reduseermiddel na die oksideermiddel langs die buitenste deel van die stroombaan. Reaksies vind op beide elektrodes plaas. 'n Ioonstroom vloei binne die bron.
Moeilik om te gebruik
In beginsel kan enige van die moontlike redoksreaksies in batterye gebruik word. Maar daar is nie soveel stowwe wat in tegnies waardevolle elemente kan werk nie. Boonop vereis baie reaksies duur stowwe.
Moderne batterye het 'n eenvoudiger struktuur. Twee elektrodes wat in een elektroliet geplaas is, vul die houer - die batterykas. Sulke ontwerpkenmerke vereenvoudig die struktuur en verminder die koste van batterye.
Enige galvaniese sel is in staat om gelykstroom te produseer.
Die weerstand van die stroom laat nie toe dat al die ione op dieselfde tyd op die elektrodes is nie, so die element werk vir 'n lang tyd. Chemiese reaksies van ioonvorming stop vroeër of later, die element word ontslaan.
Die interne weerstand van 'n huidige bron is belangrik.
'n Bietjie oor weerstand
Die gebruik van elektriese stroom het ongetwyfeld wetenskaplike en tegnologiese vooruitgang na 'n nuwe vlak gebring, hom 'n reuse-hupstoot gegee. Maar die krag van weerstand teen die vloei van stroom staan in die pad van sulke ontwikkeling.
Aan die een kant het elektriese stroom waardevolle eienskappe wat in die alledaagse lewe en tegnologie gebruik word, aan die ander kant is daar aansienlike teenkanting. Fisika, as 'n natuurwetenskap, probeer om 'n balans te vind, om hierdie omstandighede in lyn te bring.
Stroomweerstand ontstaan as gevolg van die interaksie van elektries gelaaide deeltjies met die stof waardeur hulle beweeg. Dit is onmoontlik om hierdie proses onder normale temperatuurtoestande uit te sluit.
Weerstand
Die interne weerstand van die stroombron en die weerstand van die eksterne deel van die stroombaan is van 'n effens verskillende aard, maar dieselfde in hierdie prosesse is die werk wat gedoen word om die lading te beweeg.
Die werk self hang slegs af van die eienskappe van die bron en die inhoud daarvan: die eienskappe van die elektrodes en elektroliet, sowel as vir die eksterne dele van die stroombaan, waarvan die weerstand afhang van die geometriese parameters en chemiese eienskappe van die materiaal. Byvoorbeeld, die weerstand van 'n metaaldraad neem toe met 'n toename in sy lengte en neem af met 'n uitbreiding van die deursnee-area. Wanneer die probleem opgelos word oor hoe om weerstand te verminder, beveel fisika aan om gespesialiseerde materiale te gebruik.
Werk tans
In ooreenstemming met die Joule-Lenz-wet is die hoeveelheid hitte wat in geleiers vrygestel word eweredig aan die weerstand. As ons die hoeveelheid hitte aanwys as Qint., die sterkte van die stroom I, die tyd van sy vloei t, dan kry ons:
Qint=I2 · r t,
waar r die interne weerstand van die bron ishuidige.
In die hele stroombaan, insluitend beide sy interne en eksterne dele, sal die totale hoeveelheid hitte vrygestel word, waarvan die formule is:
Qfull=I2 · r t + I 2 R t=I2 (r +R) t,
Dit is bekend hoe weerstand in fisika aangedui word: 'n eksterne stroombaan (alle elemente behalwe die bron) het weerstand R.
Ohm se wet vir 'n volledige stroombaan
Neem in ag dat die hoofwerk deur eksterne kragte binne die huidige bron gedoen word. Die waarde daarvan is gelyk aan die produk van die lading wat deur die veld gedra word en die elektromotoriese krag van die bron:
q E=I2 (r + R) t.
besef dat die lading gelyk is aan die produk van die stroomsterkte en die tyd van sy vloei, het ons:
E=I (r + R)
Volgens oorsaak-en-gevolg verhoudings het Ohm se wet die vorm:
I=E: (r + R)
Die stroom in 'n geslote stroombaan is direk eweredig aan die EMK van die stroombron en omgekeerd eweredig aan die totale (totale) weerstand van die stroombaan.
Op grond van hierdie patroon is dit moontlik om die interne weerstand van die huidige bron te bepaal.
Bronontladingskapasiteit
Ontladingskapasiteit kan ook aan die hoofkenmerke van die bronne toegeskryf word. Die maksimum hoeveelheid elektrisiteit wat verkry kan word wanneer onder sekere toestande bedryf word, hang af van die sterkte van die ontladingsstroom.
In die ideale geval, wanneer sekere benaderings gemaak word, kan die ontladingskapasiteit as konstant beskou word.
KByvoorbeeld, 'n standaardbattery met 'n potensiaalverskil van 1,5 V het 'n ontladingskapasiteit van 0,5 Ah. As die ontladingsstroom 100mA is, werk dit vir 5 uur.
Metodes om batterye te laai
Uitbuiting van batterye lei tot hul ontlading. Herstel van batterye, laai van klein selle word uitgevoer met behulp van 'n stroom waarvan die sterktewaarde nie een tiende van die bronkapasiteit oorskry nie.
Die volgende laaimetodes is beskikbaar:
- gebruik konstante stroom vir 'n gespesifiseerde tyd (ongeveer 16 uur huidige 0.1 batterykapasiteit);
- laai met 'n afstapstroom tot 'n voorafbepaalde potensiaalverskilwaarde;
- gebruik van ongebalanseerde strome;
- opeenvolgende toepassing van kort pulse van laai en ontlading, waarin die tyd van die eerste die tyd van die tweede oorskry.
Praktiese werk
Die taak word voorgestel: om die interne weerstand van die huidige bron en EMF te bepaal.
Om dit uit te voer, moet jy 'n stroombron, 'n ammeter, 'n voltmeter, 'n skuifreostaat, 'n sleutel, 'n stel geleiers aanvul.
Die gebruik van Ohm se wet vir 'n geslote stroombaan sal die interne weerstand van die stroombron bepaal. Om dit te doen, moet jy sy EMF ken, die waarde van die weerstand van die reostaat.
Die berekeningsformule vir die stroomweerstand in die buitenste deel van die stroombaan kan uit Ohm se wet vir die stroombaangedeelte bepaal word:
I=U: R,
waar I die stroomsterkte in die buitenste deel van die stroombaan is, gemeet met 'n ammeter; U - spanning op die eksterneweerstand.
Om die akkuraatheid te verbeter, word metings ten minste 5 keer geneem. Waarvoor is dit? Die spanning, weerstand, stroom (of eerder, stroomsterkte) wat tydens die eksperiment gemeet is, word hieronder gebruik.
Om die EMK van die stroombron te bepaal, gebruik ons die feit dat die spanning by sy terminale met die sleutel oop amper gelyk is aan die EMF.
Kom ons stel 'n stroombaan saam van 'n battery, 'n reostaat, 'n ammeter, 'n sleutel wat in serie gekoppel is. Ons koppel 'n voltmeter aan die terminale van die stroombron. Nadat ons die sleutel oopgemaak het, neem ons sy lesings.
Interne weerstand, waarvan die formule uit Ohm se wet vir 'n volledige stroombaan verkry word, word deur wiskundige berekeninge bepaal:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Metings toon dat die interne weerstand baie minder is as die eksterne een.
Die praktiese funksie van herlaaibare batterye en batterye word wyd gebruik. Die onbetwisbare omgewingsveiligheid van elektriese motors is ongetwyfeld, maar die skep van 'n ruim, ergonomiese battery is 'n probleem van moderne fisika. Die oplossing daarvan sal lei tot 'n nuwe rondte in die ontwikkeling van motortegnologie.
Klein, liggewig, hoë-kapasiteit batterye is ook noodsaaklik in mobiele elektroniese toestelle. Die hoeveelheid energie wat daarin gebruik word, hou direk verband met die werkverrigting van die toestelle.
