Курс физики (Грабовский Р.И.)

Курс физики (Грабовский Р.И.)

Грабовский Р.И. Курс физики. Учеб. пособие для с/х ин-тов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., «Высш. школа», 1974. — 552 с. Учебник составлен в соответствии с программой по физике для сельскохозяйственных институтов. В нем приводится достаточное количество примеров, связанных с агробиологическими науками и сельскохозяйственным производством. Настоящее издание (3-е вышло в 1970 г.) отличается от предыдущих некоторыми (небольшими по объему) дополнениями и изменениями, способствующими улучшению содержания. Предназначается для студентов неинженерных факультетов сельскохозяйственных вузов. Многие разделы учебника могут быть использованы и студентами инженерных факультетов. Оглавление Предисловие Введение § 1. Предмет физики. Связь физики с другими науками и производством § 2. О единицах измерения и размерности физических величин § 3. О некоторых математических понятиях и символах 1. Физические основы механики § 4. Общий случай криволинейного движения материальной точки; основные характеристики движения § 5. Прямолинейное движение материальной точки § 6. Движение материальной точки по окружности Глава II. Основные законы динамики § 7. Законы Ньютона. Масса и сила § 8. Закон изменения количества движения (импульса) § 9. Закон сохранения количества движения в изолированной системе § 10. Силы упругости § 11. Силы трения § 12. Силы тяготения (гравитационные силы) § 13. Центростремительная сила § 14. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Силы инерции § 15. Вес тел. Ускорение силы тяжести. Невесомость Глава III. Работа и энергия § 16. Работа и мощность § 17. Энергия § 18. Закон сохранения и превращения энергии § 19. О космических скоростях § 20. Границы применимости классической механики Глава IV. Вращательное движение твердого тела § 21. Основной закон динамики вращения § 22. Моменты инерции некоторых тел § 23. Закон сохранения момента количества движения. Кинетическая энергия вращающегося тела Глава V. Движение жидкости § 24. Основные определения. Уравнение неразрывности § 25. Уравнение Бернулли § 26. О некоторых приложениях уравнения Бернулли Глава VI. Колебания и волны § 27. Гармоническое колебание и его характеристики § 28. Сложение гармонических колебаний § 29. Динамика колебательного движения. Маятник § 30. О затухающих и вынужденных колебаниях § 31. Волновой процесс § 32. Уравнение волны. Интенсивность волны § 33. Интерференция волн. Стоячие волны § 34. Фронт волны. Принцип Гюйгенса-Френеля 2. Молекулярная физика и термодинамика § 35. Основные положения молекулярно-кинетической теории § 36. О некоторых явлениях, подтверждающих основные положения молекулярно-кинетической теории § 37. О теплоте и температуре § 38. О предмете и методах молекулярной физики Глава VIII. Газы § 39. Экспериментальные газовые законы: Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Дальтона, Авогадро. Абсолютная температура § 40. Уравнение Клапейрона — Менделеева. Универсальная газовая постоянная § 41. Основное уравнение кинетической теории идеального газа § 42. Средняя кинетическя энергия поступательного движения молекулы идеального газа § 43. О числе степеней свободы. Внутренняя энергия газа § 44. Теплоемкости газа. Физический смысл универсальной газовой постоянной § 45. Скорость поступательного движения молекул газа. Распределение числа молекул по скоростям § 46. Средняя длина свободного пробега молекул § 47. Явления переноса в газах. Уравнение переноса § 48. Диффузия § 49. Теплопроводность § 50. Внутреннее трение (вязкость) Глава IX. Жидкости и твердые тела § 51. Особенности строения жидкостей и твердых тел § 52. Деформация твердого тела § 53. Тепловое расширение твердых и жидких тел § 54. Теплоемкость твердых и жидких тел § 55. Диффузия в жидких и твердых телах § 56. Осмос § 57. Теплопроводность жидких и твердых тел § 58. Вязкость жидкости. Турбулентное движение жидкости § 59. Внутреннее давление в жидкости. Поверхностное натяжение и свободная энергия поверхности жидкости § 60. Дополнительное давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа § 61. Капиллярные явления; формула Жюрена Глава X. Изменение агрегатного состояния вещества (фазовые превращения) § 62. Понятие о фазовых превращениях и диаграмме состояний вещества § 63. Реальный газ. Уравнение Ван-дер-Ваальса § 64. Опыт Эндрюса. Критическая температура § 65. Сжижение газов. Эффект Джоуля-Томсона § 66. Испарение и конденсация. Кипение § 67. Упругость насыщенного пара над искривленной поверхностью жидкости и над раствором § 68. Плавление и затвердевание (кристаллизация). Возгонка Глава XI. Основы термодинамики § 69. О некоторых общих понятиях термодинамики. Первое начало термодинамики § 70. Работа, совершаемая при изменении объема газа. Адиабатические процессы § 71. Цикл Карно. Второе начало термодинамики § 72. Энтропия § 73. О статистическом смысле энтропии и второго начала термодинамики 3. Электричество и магнетизм § 74. Электризация тел. Электрический заряд § 75. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Электрическое поле и его напряженность § 76 Электрический диполь. Поле диполя § 77. Теорема Остроградского-Гаусса и ее приложения § 78. Работа перемещения заряда в электрическом поле. Потенциал § 79. О неустойчивости статических систем электрических зарядов § 80. Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Энергия заряженного проводника § 81. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков § 82. Электрическое поле в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость. Вектор электрической индукции § 83. Конденсатор. Энергия электрического поля Глава XIII. Постоянный электрический ток § 84. Электрический ток. Сила тока. Электродвижущая сила. Напряжение § 85. Ток в металлических проводниках. Сопротивление. Законы Ома. Работа и мощность тока § 86. Разветвленная электрическая цепь. Правила Кирхгофа § 87. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления § 88. Эмиссия электронов. Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы § 89. Ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости полупроводников § 90. Запирающий слой. Полупроводниковые выпрямители, усилители и термоэлектрические батареи § 91. Ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея § 92. Ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный газовые разряды § 93. Типы самостоятельного газового разряда Глава XIV. Электромагнетизм § 94. Постоянный магнит и круговой ток. Магнитные поля магнитов и токов § 95. Магнитное взаимодействие токов в вакууме; закон Ампера § 96. Напряженность магнитного поля. Формула Ампера. Закон Био-Савара-Лапласа § 97. Некоторые приложения закона Био-Савара-Лапласа § 98. Магнитные поля соленоида и тороида § 99. Диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные вещества. Магнитная проницаемость. Магнитная индукция. Поток магнитной индукции § 100. Действие магнитного поля на проводник с током. Определение ампера § 101. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Определение удельного заряда и массы электрона § 102. О некоторых приборах и установках, основанных на движении заряженных частиц в электрическом и магнитном полях Глава XV. Электромагнитная индукция и переменный ток § 103. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Токи Фуко § 104. Взаимная индукция и самоиндукция § 105. Энергия магнитного поля. Понятие об электромагнитной теории Максвелла § 106. Контур, вращающийся в магнитном поле. Синусоидальный переменный ток. Работа и мощность переменного тока § 107. Емкостное и индуктивное сопротивления § 108. Обобщенный закон Ома. Электрический резонанс. Коэффициент мощности электрической цепи § 109. Понятие о трехфазном токе Глава XVI. Электрические колебания и электромагнитные волны § 110. Электромагнитные волны § 111. Закрытый колебательный контур § 112. Вибратор Герца. Автоколебательный контур. О диапазоне частот электромагнитных волн § 113. Радиосвязь 4. Оптика и атомная физика § 114. Природа света § 115. Отражение и преломление света. Полное отражение § 116. Дисперсия света. Спектры § 117. Тонкие линзы. Микроскоп § 118. Глаз как оптическая система. Спектральная чувствительность глаза § 119. Основные фотометрические характеристики § 120. Поглощение света. О физиологическом действии света Глава XVIII. Волновые свойства света § 121. Интерференция света. Интерферометр § 122. Об интерференции света, отраженного от прозрачных пленок § 123. Дифракция света. Разрешающая способность оптических приборов § 124. Дифракция от щелей. Дифракционные спектры. Дифракционная решетка. О рассеянии света в мутной среде § 125. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-Брэггов § 126. О дифракции микрочастиц и волнах де-Бройля § 127. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света в турмалине. Поляроиды § 128. Двойное лучепреломление. Поляризация света в исландском шпате. Призма Николя 129. Вращение плоскости колебаний поляризованного света. Поляриметр Глава XIX. Квантовые свойства света и строение атома § 130. Тепловое лучеиспускание и лучепоглощение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа § 131. Законы излучения абсолютно черного тела. Квантовый характер излучения. Формула Планка § 132. Строение атома (ядерная модель). Дискретность энергетических состояний атома. Постулаты Бора § 133. Квантовая теория строения атома водорода (по Бору). Объяснение спектров излучения и поглощения водорода § 134. Понятие о строении многоэлектронных атомов и образовании оптических и рентгеновских (характеристических) спектров § 135. Люминесценция. Законы фотолюминесценции и некоторые ее практические применения § 136. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Фотоэлементы § 137. Масса и импульс фотона. Световое давление. Эффект Комптона. Флуктуации света Глава XX. Атомное ядро и внутриядерные процессы § 138. Общие сведения об атомных ядрах. Изотопы § 139. Естественная радиоактивность. Альфа-, бета- и гамма-лучи. Законы радиоактивного распада § 140. О методах наблюдения и регистрации микрочастиц § 141. Ядерные реакции. Искусственная радиоактивность § 142. Энергия связи и дефект массы атомного ядра § 143. Реакция деления. Цепная реакция. Ядерный реактор § 144. Реакция синтеза (термоядерная реакция). Энергия звезд § 145. Космические лучи. Элементарные частицы § 146. Об использовании ядерной энергии

Внутреннее сопротивление и ЭДС

Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление ведут нескончаемую битву внутри наших источников напряжения. Что стоит за этими концепциями? Каковы их отношения и каковы последствия их существования?

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила звучит как термин из учебника по физике, и мало кто даже из радиолюбителей точно знает, для чего она нужна и что это значит. В Википедии описание выглядит так:

Электродвижущая сила (ЭДС) – фактор, вызывающий протекание тока в электрической цепи, равный электрической энергии, полученной единичным зарядом, перемещаемым в устройстве (источнике) электрического тока в направлении, противоположном силе электрического поля, действующего на это обвинение.

Понять это с первого раза может далеко не каждый. Единственное, что стоит помнить из этого описания, – это тот факт, что электродвижущую силу часто сокращают как ЭДС – это просто короче и проще. В английском языке аббревиатура EMF, которая означает Electromotive Force.

Начнем с того, что электродвижущую силу очень часто путают с напряжением, наверное потому, что оба эти значения выражаются в вольтах. Но если посмотрим на определение напряжения, то можно увидеть что оно полностью отличается от описания ЭДС и намного короче:

Электрическое напряжение – разница электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи или электрического поля.

Так является ли ЭДС чем-то совершенно другим, чем напряжение? Не совсем. Фактически, ЭДС и напряжение – это одно и то же физическое понятие. Они оба вызывают протекание тока и оба говорят об энергии, которую несет электрический заряд. Что же делает их особенными?

Говоря проще – ЭДС это то что хотим, а напряжение – это то что получаем. Рассмотрим тему на примере водяной установки. В этом случае можно назвать электродвижущую силу номинальным давлением насоса, который достаем из коробки. Номинальный означает то, что насос теоретически способен производить. Другими словами, ЭДС описывает сколько «толкающей силы» источник может дать. Но действительно ли получим эту силу на практике?

Теперь переходим к напряжению, эквивалентом которого в водяной системе является фактическое давление воды, которое получаем после подключения нашего насоса. Конечно любые засоры в трубах или повреждение установки снижают это давление, так же как резистор вызывает падение напряжения в цепи. Но на интересует может ли насос протолкнуть воду с мощностью, обещанной производителем, и обычно это не так. Точно так же, если у нас есть аккумулятор с ЭДС 9 В, то после его подключения и измерения напряжения на клеммах может оказаться, что там всего 8,5 В. Почему? У каждого источника напряжения есть свои недостатки, которые нельзя преодолеть физически.

Таким образом, ЭДС – это виртуальная величина. Можем определить это как напряжение, которого достигли бы, если бы аккумулятор не имел дефектов и его эффективность составляла 100%. Электроника даже изобрела концепцию идеального источника напряжения, заключающуюся в том, что в определенных ситуациях человек закрывает глаза на недостатки источника и принимает рабочее напряжение, равное ЭДС (U = ЭДС). Но в действительности идеальных батарей, аккумуляторов и генераторов не существует, поэтому вырабатываемое во время работы напряжение всегда ниже значения ЭДС.

Эта потеря велика или нет? Чтобы проверить можно взять обычную батарею AA. На этикетке указано 1,5 В. Это значение производители называют номинальным напряжением. Так это имеется ввиду ЭДС или рабочее напряжение? Чтобы измерить ЭДС батареи, понадобится вольтметр. Важно чтобы измеряемая батарея была новой – надо видеть полный заряд, которым ее снабдил производитель, а не какое-либо остаточное напряжение в использованной батарее.

Можете измерить несколько батарей от разных производителей, и каждая из них даст разный результат. Один раз 1,60 В, в другой 1,65 В или 1,57 В. Почему же на каждой из этих батарей есть метка 1,5 В, хотя их ЭДС выше? Установите на них небольшой резистор, и результат колеблется между 1,55 В и 1,62 В, что все равно больше, чем предсказывал производитель. Что же тут происходит?

Если посмотрим в книги по электротехнике, те, которые касаются аккумуляторов, то там найдем определение до 10 различных типов напряжения! Вот несколько примеров:

1. Теоретическое напряжение (theoretical voltage) – величина энергии, возникающая от батарей в зависимости от материалов. Например использование цинка и меди в качестве электродов даст напряжение 1,1 В, в то время как самые современные литиевые батареи могут достигать даже 3,5 В.
2. Напряжение холостого хода (open-circuit voltage) – можем описать их как «напряжение батареи из коробки» или просто ЭДС. Это значение часто немного ниже теоретического напряжения, потому что конструкция батареи влечет за собой определенные ограничения.
3. Рабочее напряжение (closed-circuit voltage) – батареи под нагрузкой теряют часть ЭДС. Насколько велико падение зависит от нескольких вещей, о которых расскажем далее.
4. Номинальное напряжение – (nominal voltage) – ЭДС каждой батареи (угольной, щелочной или литиевой) может быть разным – иногда это 1,55 В, в другой раз, например, 1,62 В. Почему же тогда на каждой из них написано 1,5 В? Причина – стандартизация. Чтобы избежать путаницы и не заставлять потребителя задаваться вопросом, какое именно напряжение будет наилучшим в данном случае, было введено несколько стандартных напряжений, таких как 1,5 В, 3 В и 9 В, которым назначены ячейки. Во всех случаях ЭДС немного выше номинального напряжения, так что это «обман» в нашу пользу.
5. Напряжение отключения (cut-off voltage) – при разрядке источник теряет энергию и, таким образом, снижает значение его ЭДС и рабочего напряжения. Через некоторое время наступит момент, когда напряжение станет слишком низким для продолжения питания устройства и он будет считаться разряженным. Но эта граница довольно плавная и зависит от нагрузки. Разряженный аккумулятор может не питать фонарик, но если поместим его в электронные часы, он сможет запитывать его еще несколько дней.

Откуда же это несоответствие? Ответ на вопрос требует изучения внутреннего сопротивления.

Внутреннее сопротивление

Сопротивление – это явление, которое можно рассматривать как положительное и отрицательное (плохое). Оно препятствует прохождению тока, забирает энергию у электронов и вызывает падение напряжения. Когда эти явления хороши? Когда хотим преобразовать электричество в тепло или свет. Без него не работали бы такие устройства, как бойлер, тостер, сушилка или лампочка.

Отрицательной стороной сопротивления будет то, что все кабели, которые подают энергию в дом и питают устройства, также обременены им. Следовательно, они также потребляют, точнее тратят впустую некоторую энергию. К счастью, сопротивление медных проводов очень низкое, и почти не почувствуются эти потери в домашних условиях.

Но есть еще один момент отрицательного сопротивления. Оно называется внутренним сопротивлением и возникает там, где меньше всего этого ожидаем – внутри источников напряжения.

Внутреннее сопротивление можно назвать узким местом источников напряжения. Это причина того, что рабочее напряжение ниже электродвижущей силы. Другими словами, оно тратит энергию еще до того, как оставит батареи или генераторы на электростанции. В нормальных условиях невозможно избежать внутреннего сопротивления. Это естественный недостаток всех источников электроэнергии – батарей, аккумуляторов, солнечных панелей, ветряных турбин или любых трехфазных генераторов, которые снабжают энергией наши дома. Откуда же оно взялось?

Внутреннее сопротивление генераторов

Начнем с генераторов переменного напряжения, потому что в их случае дело обстоит проще. Генераторы переменного тока – это просто большие электродвигатели. Они используют принцип электромагнитной индукции, то есть магнит, движущийся рядом с проводом, генерирует в нем ток.

Проще говоря, если возьмете неодимовый магнит и начнете его раскачивать возле какого-то провода, то создадите в нем электричество. Правда этого тока недостаточно для питания даже самого маленького светодиода. Во-первых, для генерации сильного тока требуется магнит гораздо большего размера, а во-вторых, гораздо больше проводов. Вращающийся магнит генерирует ток в десятках метров витой проволоки, которая его окружает. Так можно вкратце описать основы работы генераторов, типов конечно много, но здесь не будем останавливаться на них. Важно то, что это огромное количество спиральной проволоки (иногда заменяемой стержнями или листами) является важным элементом любого генератора, обеспечивая нужное количество движущихся электронов, реагирующих на вращение магнита. Примерно так работает любой генератор переменного тока.

У каждого, даже самого лучшего проводника, есть сопротивление. Обмотки, без которых было бы невозможно производить электричество, в то же время являются слабым звеном каждого генератора. С одной стороны они позволяют току течь, с другой – нагреваются через существующее сопротивление, посылая часть энергии в воздух в виде тепла.

Как с этим справляется электроэнергетика? Во-первых, турбогенераторы вырабатывают очень высокое напряжение. Благодаря этому можно добиться такой же мощности при довольно низкой силе тока, и чем меньше ток – тем меньше потери из-за сопротивления. Также надо помнить, что электричество должно пройти сотни километров, прежде чем достигнет домов, поэтому стоит поддерживать высокое напряжение как можно дольше. На практике оно снижается до 220 В только на трансформаторных подстанциях, разбросанных в городах. Трансформатор – это тоже устройство, сделанное из большого количества проволоки, и на нем тоже происходит падение напряжения. Его величина зависит от нагрузки, поэтому чем больше подключено к сети оборудование, тем ниже измеряемое напряжение в розетке.

Внутреннее сопротивление батареи

Батарея или аккумулятор – это устройства, внутри которых нет проводов, но это не значит, что на них не распространяется внутреннее сопротивление. Ячейки по существу состоят из двух электродных материалов (положительного и отрицательного), которые погружены в электролит. Один из электродов, например, из цинка, отдает электроны, другой, например, из меди – принимает электроны. Соединение обоих электродов проводом позволяет возникнуть потоку электронов между ними. Поддержание обмена возможно благодаря электролиту, специальному раствору, обеспечивающему необходимые элементы химической реакции. Примерно так работают аккумуляторы.

Рассмотрим где в аккумуляторе скрывается внутреннее сопротивление. Ответ непрост, потому что в ячейке происходит множество процессов, каждый из которых добавляет свой вклад к сопротивлению. Основные из них:

1. Дефекты электродов – каждый материал имеет дефекты в виде поврежденной структуры или примесей. Это, в свою очередь, влияет на способность электродов отдавать и принимать электроны.
2. Ограниченная проводимость электролита – электролит заполнен ионами (положительно и отрицательно заряженными атомами), которые перемещаются между электродами, чтобы обеспечить баланс заряда и предотвратить его накопление (поляризацию). К сожалению, ионы являются частицами намного тяжелее и медленнее электронов, поэтому их поток характеризуется определенным естественным сопротивлением.
3. Коррозия электродов – продукты химических реакций, происходящих между электролитом и электродами, должны куда-то уходить. Иногда они создают газ, который выходит из батарей с помощью специальных микроскопических клапанов, иногда это твердое вещество, которое невозможно удалить наружу. К сожалению, в случае некоторых типов аккумуляторов эти отходы могут оседать на электродах, создавая на них своего рода покрытие, которое значительно мешает правильной работе аккумулятора.
4. Износ электродов – обмен электронами связан с изменением структуры электродов. Отрицательный электрод (например, цинк), отдавая электроны, буквально растворяется в электролите. Его уменьшающаяся поверхность означает, что он не может выпускать электроны с той же скоростью, что значительно снижает рабочие параметры батареи, особенно в более старом типе.

Приведенные выше примеры показывают, что сопротивление батареи намного более проблематично, чем сопротивление генератора, по крайней мере, по нескольким причинам:

• Чтобы производить батареи с низким внутренним сопротивлением, многие факторы должны быть идеально согласованы друг с другом, что непросто.
• Батареи работают на основе химических реакций, и они, естественно, чувствительны к температуре – слишком низкая или слишком высокая температура немедленно истощит элемент.
• Внутреннее сопротивление батареи переменное. Из-за разрушения электролита и электродов сопротивление батареи увеличивается по мере ее разряда. Только новейшие литий-ионные конструкции способны минимизировать эту проблему.

Как насчет того, чтобы попытаться устранить проблему внутреннего сопротивления, увеличивая напряжение ячеек? Здесь мы сталкиваемся с рядом ограничений. Во-первых, не выйдет получать более 3,5 В от химических реакций (по крайней мере в настоящее время). Вот почему батареи с напряжением 9 В строятся путем соединения обычно 6 ячеек по 1,5 В каждая. А аккумуляторы питающие электромобили Тесла, вырабатывают напряжение 400 В, весят более 500 кг и состоят из 8256 небольших литий-ионных элементов. Аккумуляторы Tesla занимают всю поверхность пола автомобиля.

Как рассчитать внутреннее сопротивление

Раз уж внутреннее сопротивление невозможно победить, стоит хотя бы выяснить, как его можно измерить и каких значений оно может достичь. Чтобы узнать это нужно будет сделать 3 измерения.

Каждый мультиметр имеет возможность измерять сопротивление. Но нельзя пытаться измерить внутреннее сопротивление любого источника напряжения Омметром. Попытка измерить внутреннее сопротивление трансформатора, вставив щупы измерителя в розетку, – одна из худших идей, которые можно придумать. Никогда не пытайтесь это сделать!

Как тогда правильно измерить внутреннее сопротивление АКБ? Есть два метода, и вот более простой. Сначала измерьте ЭДС аккумулятора. Установите мультиметр на измерение постоянного напряжения и приложите щупы к обоим полюсам батареи.

Затем нужно измерить рабочее напряжение АКБ. Лучше всего взять резистор с известным значением, приложить его концы к обоим полюсам и снова измерить напряжение, как это делали только что.

Как видите, разница между ЭДС и напряжением новой батареи очень мала – всего 0,013 В. Следовательно, чем лучше у вас прибор, тем больше вероятность, что вы сможете измерить его. Но и не забудьте еще измерить сопротивление резистора, который используете. Тот факт, что он 47 Ом, не означает, что у него такое сопротивление. В данном случае это 46,1 Ом.

Имея все измерения (ЭДС, рабочее напряжение, сопротивление резистора), достаточно запомнить Закон Ома, потому что именно по нему сделаем необходимые вычисления:

Теперь выполним 3 простых шага:

• Шаг 1 – Рассчитайте разницу между ЭДС и рабочим напряжением. Это значение, поглощаемое внутренним сопротивлением, или падение напряжения на внутреннем сопротивлении. В этом случае 1,595 В – 1,583 В = 0,013 В.
• Шаг 2 – Рассчитайте ток, протекающий в цепи во время работы. Для этого делим рабочее напряжение на сопротивление резистора. Получаем 1,583 В / 46,1 Ом = 0,034 А.
• Шаг 3 – Вычисляем внутреннее сопротивление батареи, разделив падение напряжения, вызванное протекающим через нее током. Для этого эксперимента это будет 0,013 В / 0,034 А = 0,382 Ом.

Это много или мало? Зависит от того, какие батареи хотим использовать. Для сравнения, внутреннее сопротивление типичных батареек АА в лет 30 назад составляло от 1 Ом до 3 Ом, что в несколько раз больше, чем сегодня. Конечно, в 1980-х щелочные батареи только выходили на рынок, и литиевые приходилось ждать до 1995 года. Это показывает насколько сильно изменилась технология производства аккумуляторов за последние годы. Снижение внутреннего сопротивления аккумулятора позволяет снизить потери энергии, а значит повысить его КПД. Сегодняшние батареи способны питать гораздо больше энергоемких устройств, чем раньше, без сильного нагрева и поддержания постоянного напряжения в течение гораздо более длительного времени. Вот в принципе и вся теория, надеемся с практикой теперь у вас проблемы не возникнут. А если что осталось неясным – добро пожаловать на форум!

ЭДС и напряжение

Есть несколько ключевых различий между ЭДС и напряжением, которые отличают одно понятие от другого. Существуют различия в их формулах, интенсивности, измерительной аппаратуре, силовом воздействии и источниках. ЭДС — это измерение разности потенциалов между двумя клеммами, когда через ячейку не протекает ток. Напряжение — это измерение разности потенциалов между двумя точками при протекании тока через ячейку. Интенсивность первого постоянна, а второго меняется. Солнечные элементы, электрические генераторы и электрохимические элементы генерируют ЭДС, а электрическое или магнитное поле генерирует напряжение. Из-за того, что они оба связаны с электрическими цепями и протеканием тока, они существенно различаются.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила — это сила в электромагнетизме и электронике. это вольты электрического действия, генерируемого неэлектрическим источником. Преобразователи преобразуют другие формы энергии в электрическую энергию, например, батареи (преобразующие химическую энергию) или генераторы для создания ЭДС (преобразующие механическую энергию). Электродвижущая сила иногда объясняется с помощью аналогии с давлением воды.

Электромагнитная работа, которую совершил бы электрический заряд (в данном случае электрон), если бы он прошел один раз по замкнутому контуру проводника, описывается как ЭДС в электромагнитной индукции. Скалярное поле электрического потенциала не определяется для изменяющегося во времени магнитного потока, соединяющего петлю из-за циркулирующего электрического векторного поля, но ЭДС совершает работу, которую можно количественно определить как виртуальный электрический потенциал вокруг петли.

Эквивалентная ЭДС может быть определена как разность потенциалов холостого хода или напряжение между двумя выводами в двухвыводном устройстве (включая гальванический элемент), описанном как эквивалентная схема Тевенина. Если к клеммам подключена внешняя цепь, разность потенциалов может генерировать электрический ток, и устройство становится источником напряжения для этой цепи.

Что такое ЭДС?

Электродвижущая сила — это движущая сила устройства, которое поддерживает постоянный поток зарядов в цепях. Другими словами, ЭДС создает и поддерживает напряжение в активной ячейке, а также обеспечивает энергией каждую единицу кулоновского заряда в виде джоулей. Оно обозначается символом ( или E) и измеряется в вольтах, как и напряжение.

E или ε=W/Q

Где:

Энергия электродвижущей силы в E или = вольтах

Вт = выполненная работа в джоулях

В Колумбусе, Q = заряд

ЭДС) равна конечной разности потенциалов. ЭДС и терминальная разность потенциалов (В) — это не одно и то же, даже если они оба измеряются в вольтах. ЭДС – это количество энергии (Е), которое батарея передает на каждый кулон заряда (Q), проходящего через нее ().

Как рассчитать ЭДС?

ЭДС может быть выражена через внутреннее сопротивление батареи (r), где: ε=I(R+r)

Затем мы можем реорганизовать это через терминальное сопротивление, используя закон Ома: ε=V+Ir

ЭДС элемента можно определить, контролируя напряжение на элементе с помощью вольтметра и ток в цепи с помощью амперметра для различных сопротивлений.

Что такое напряжение?

Напряжение – это количество энергии, удерживаемой зарядами вследствие разности потенциалов. Другими словами, напряжение — это разница между двумя электрическими потенциалами. Он обозначается заглавной «V» и измеряется в Вольтах, которые обозначаются буквой «V» и определяются с помощью вольтметра.

V=J/C=W/A

Где:

Напряжение (В) — единица измерения напряжения.

Дж = энергия в джоулях

C относится к заряду в Колумбусе.

Вт = Джоули выполненной работы

А = Амперы тока

Формула для расчета ЭДС

ε=E/Q

Где,

  – электродвижущая сила

E-0 Энергия в цепи — Заряд цепи

Мы можем рассчитать результирующую энергию и количество заряда, протекающего через ячейку, когда мы определяем результирующую энергию и количество заряда, прошедшего через ячейку. Это самый простой метод расчета ЭДС.

ε=I(R+r)

Теперь рассмотрим следующее:

ε=IR+Ir

ε=V+Ir

внутреннее сопротивление ячейки, мы можем вычислить ЭДС.

Зависимость между ЭДС и напряжением на клеммах

Всякий раз, когда цепь включена, напряжение на клеммах определяется как разность потенциалов на клеммах нагрузки, а ЭДС описывается как максимальная разность потенциалов, создаваемая батареей, если ток не течет. предоставлена.

Заключение

В электромагнетизме и электронике электродвижущая сила является силой. Неэлектрический источник генерирует вольты электрического действия. Преобразователи, в том числе батареи (которые преобразуют химическую энергию) или генераторы, преобразуют различные источники энергии в электрическую энергию для создания ЭДС (которая преобразует механическую энергию). Количество энергии, удерживаемой зарядами в результате разности потенциалов, известно как напряжение. Другими словами, напряжение — это разница между двумя электрическими потенциалами.

V=J/C=W/A

Научные данные противоречат выводам и предположениям Канадской группы безопасности 6: микроволны действуют посредством активации потенциалзависимых кальциевых каналов, вызывая биологические воздействия на нетепловых уровнях, поддерживая сдвиг парадигмы для микроволновых /действие низкочастотного электромагнитного поля

Обзор

. 2015;30(2):99-116.

doi: 10.1515/reveh-2015-0001.

Мартин Л. Палл

• PMID: 25879308
• DOI: 10.1515/ревех-2015-0001

Бесплатная статья

Обзор

Martin L Pall. Преподобный Environment Health. 2015.

Бесплатная статья

. 2015;30(2):99-116.

doi: 10.1515/reveh-2015-0001.

Автор

Мартин Л. Палл

• PMID: 25879308
• DOI: 10.1515/ревех-2015-0001

Абстрактный

В этом обзоре рассматривается сдвиг парадигмы действия микроволнового электромагнитного поля (ЭМП) от только тепловых эффектов к действию через активацию потенциалзависимых кальциевых каналов (VGCC). В двух дюжинах исследований было показано, что микроволновые / низкочастотные ЭМП действуют через активацию VGCC, потому что все изученные эффекты были заблокированы блокаторами кальциевых каналов. Этот способ действия был дополнительно подтвержден сотнями исследований, показывающих микроволновые изменения в потоках кальция и внутриклеточной передаче сигналов кальция [Ca2+]i. Биофизические свойства VGCC/подобных каналов делают их особенно чувствительными к низкоинтенсивным воздействиям нетепловых ЭМП. Нетепловые исследования показали, что в большинстве случаев импульсные поля более активны, чем неимпульсные поля, и что воздействие в пределах определенных окон интенсивности оказывает гораздо большее биологическое воздействие, чем воздействие как более низкой, так и более высокой интенсивности; оба они согласуются с ролью VGCC, но несовместимы только с ролью обогрева/тепло. Последующие эффекты активации VGCC включают передачу сигналов кальция, повышенный уровень оксида азота (NO), передачу сигналов NO, пероксинитрит, образование свободных радикалов и окислительный стресс. Нисходящие эффекты объясняют неоднократно сообщаемые биологические реакции на нетермические воздействия: окислительный стресс; одно- и двухцепочечные разрывы клеточной ДНК; рак; мужское и женское бесплодие; снижение мелатонина/нарушение сна; сердечные изменения, включая тахикардию, аритмию и внезапную сердечную смерть; различные нейропсихиатрические эффекты, включая депрессию; и лечебные эффекты. Могут возникать нетепловые механизмы, отличные от VGCC, но ни один из них не оказывает влияния на млекопитающих. Биологически значимые стандарты безопасности могут быть разработаны путем изучения клеточных линий/культур клеток с высоким уровнем различных VGCC, измерения их реакции на различные воздействия ЭМП. Канадский отчет группы экспертов за 2014 год признает тепловые эффекты только в отношении стандартов безопасности для воздействия неионизирующего излучения. Таким образом, его позиция противоречит каждому из приведенных выше замечаний. Отчет оценивается здесь несколькими способами, в том числе с помощью оценки силы доказательств, проведенной Карлом Поппером. Поппер утверждает, что самый сильный тип доказательств — это свидетельства, опровергающие теорию; вторым по силе является тест «рискованных прогнозов»; самый слабый подтверждает предсказание о том, что теория может быть правильной, но никоим образом не исключает альтернативных теорий. Все доказательства, подтверждающие вывод Отчета о том, что необходимо учитывать только тепловые эффекты, относятся к самому слабому типу, подтверждая предсказание, но не исключая альтернатив. Напротив, существуют тысячи исследований, явно фальсифицирующих их позицию. В отчете утверждается, что не существует биофизически жизнеспособных механизмов нетепловых эффектов (доказано, что это неверно, см. выше). В нем утверждается, что в литературе много «несоответствий», из-за которых они отбрасывают большое количество исследований; тем не менее, в той области, где он, по-видимому, документирует это утверждение, а именно в области генотоксичности, несоответствий нет; скорее это показывает, что различные типы ячеек, поля и конечные точки дают разные ответы, как и следовало ожидать. В отчете утверждается, что образование катаракты вызывается тепловыми эффектами, но игнорируются исследования, опровергающие это утверждение, а также исследования, показывающие роль [Ca2+]i и VGCC. Пришло время изменить парадигму от тепловых эффектов к активации VGCC и последующим эффектам.

Похожие статьи

• Электромагнитные поля низкой интенсивности действуют через активацию потенциалзависимых кальциевых каналов (VGCC), вызывая болезнь Альцгеймера с очень ранним началом: 18 различных типов доказательств.

  Палл МЛ. Палл мл. Curr Alzheimer Res. 2022;19(2):119-132. дои: 10.2174/1567205019666220202114510. Curr Alzheimer Res. 2022. PMID: 35114921 Бесплатная статья ЧВК.

• Электромагнитные поля (ЭМП) микроволновой частоты вызывают широко распространенные нейропсихиатрические эффекты, включая депрессию.

  Палл МЛ. Палл мл. J Chem Neuroanat. 2016 Сентябрь; 75 (Pt B): 43-51. doi: 10.1016/j.jchemneu.2015.08.001. Epub 2015 21 августа. J Chem Neuroanat. 2016. PMID: 26300312 Обзор.

• Электромагнитные поля действуют через активацию потенциалозависимых кальциевых каналов, вызывая положительные или отрицательные эффекты.

  Палл МЛ. Палл мл. J Cell Mol Med. 2013 авг; 17 (8): 958-65. doi: 10.1111/jcmm.12088. Epub 2013 26 июня. J Cell Mol Med. 2013. PMID: 23802593 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Wi-Fi представляет собой серьезную угрозу для здоровья человека.

  Палл МЛ. Палл мл. Окружающая среда Рез. 2018 июль; 164: 405-416. doi: 10.1016/j.envres.2018.01.035. Epub 2018 21 марта. Окружающая среда Рез. 2018. PMID: 29573716

• Миллиметровые (ММ) волны и микроволновое излучение оказывают глубоко проникающее воздействие: на биологию и физику.

  Палл МЛ. Палл мл. Преподобный Environment Health. 2021 26 мая; 37 (2): 247-258. doi: 10.1515/reveh-2020-0165. Печать 2022 27 июня. Преподобный Environment Health. 2021. PMID: 34043892 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Обязательно ознакомиться с протоколами измерения электромагнитного поля радиочастотного излучения окружающей среды и правилами воздействия: Авторская статья.

  Лопес И., Ривера М., Феликс Н., Маэсту К. Лопес I и др. Фронт общественного здравоохранения. 2022, 24 октября; 10:992645. doi: 10.3389/fpubh.2022.992645. Электронная коллекция 2022. Фронт общественного здравоохранения. 2022. PMID: 36353271 Бесплатная статья ЧВК. Аннотация недоступна.

• Электромагнитные поля низкой интенсивности действуют через активацию потенциалзависимых кальциевых каналов (VGCC), вызывая болезнь Альцгеймера с очень ранним началом: 18 различных типов доказательств.

  Палл МЛ. Палл мл. Curr Alzheimer Res. 2022;19(2):119-132. дои: 10.2174/1567205019666220202114510. Curr Alzheimer Res. 2022. PMID: 35114921 Бесплатная статья ЧВК.

• Окислительный стресс и НАДФН-оксидаза: связь электромагнитных полей, катионных каналов и биологических эффектов.

  Георгиу К.Д., Маргаритис Л.