Site Loader

Содержание

определите ЭДС источника тока ,если сторонняя сила в источнике тока совершает работу по

Пожалуйста, решите подробно, а не как в интернете одним действием Плоская рамка площадью 4 • 10-4 м2 расположена в магнитном поле так, что нормаль к р … амке составляет с направлением поля угол 60°. Индукция магнитного поля, пронизывающего рамку, изменяется по закону В = 0,05t (Тл). По истечении 4 с определите ЭДС индукции, возникающей в рамке, и разность потенциалов между двумя произвольными точками рамки.​

Стационарный теплоход смог разогнаться до 0,1 м / с2 и увеличить скорость до 18 км / ч. Сколько времени потребовалось для достижения этой скорости?​

помогите!! 50 баллов даю

С высоты Н на наклонную плоскость, образующую с горизонтом угол о. = 45°, свободно падает мяч и упруго отражается с той же скоростью. Найти расстояние … от места первого удара до второго, затем от второго до третьего и т. д. Решить задачу в общем виде (для любого угла а) Даю много баллов !!! Помогите пожалуйста

Помогите решить задачу ​

9. Бір астрономиялық бірлік (а.б.) 149 597 868 километрге тең. Марстан Күнге дейінгі арақашықтық 1,5 а. б-ке тең. Осы санды үш таңбалы цифрлар дәлдігі … мен километрмен және метрмен көрсетіңдер.​

Укажіть полюси постійного магніту, в магнітному полі якого металева рамка зі струмом повертається у напрямку, який вказано на малюнку 66.помогите, пож … алуйста​

Человек выходит из дома со скоростью 2 м / с на 2 минуты на север, затем со скоростью 1 м / с на 4 минуты на запад. Определите маршрут и перемещение. … Адам үйден шығып 2 м / с жылдамдықпен 2 минут солтүстікке қарай , кейін 1 м / с жылдамдықпен 4 минут батысқа қарай жүреді . Жүрген жол мен орын ауыстыруды анықтаңыз

Любитель прогулок прошел 3км на юг ещё на 12км в восток, чему равен модуль совершенного им перемещения?

У якому напрямку повертатиметься металева рамка зі струмом у магнітному полі постійного магніту (мал. 65, с.42)? Як спрямована сила Ампера, що діє на … нижню частину рамки між точками 3 і 4? помогите, пожалуйста, очень срочно​

Опорный конспект по физике на тему «Электродвижущая сила источника тока»

Э

22

лектродвижущая сила источника тока

Элементы ЭЦ: источник, потребитель

провода, выключатель

Сторонние силы: генераторы – Fмагн.

гальванические элементы – Fхимич.

ЭДС

Закон Ома для полной цепи

ЭДС при разомкнутой цепи

Измеряют

Uвнеш. при замкнутой цепи

Короткое замыкание при R 0 — резко возрастает

Дома: [1, § 10.6, 10.7], повторить конспект 8.

Физические величины Единицы измерения


Аст – работа сторонних сил джоуль

ε- электродвижущая сила источника (ЭДС) вольт

r — сопротивление источника (внутреннее сопротивление) ом

R — сопротивление цепи (внешнее сопротивление) ом

Контрольные вопросы

  1. Полная электрическая цепь.

  2. Сторонние силы.

  3. Источник тока.

  4. ЭДС.

  5. Внутренний участок цепи,

  6. Внешний участок цепи.

  7. Закон Ома для полной цепи.

  8. Короткое замыкание.

Источник тока (генератор) – устройство, которое превращает один из видов энергии в электрическую.

ЭДС (электродвижущая сила источника тока) равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда внутри источника тока.

Сторонние силы — силы неэлектрической природы (магнитные, химические), действующие внутри источника тока.

Полная электрическая цепь – замкнутая цепь с источником тока.

Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Короткое замыкание — замыкание полюсов источника проводником с малым сопротивлением.

Постоянный электрический ток. ЭДС источника тока и внутреннее сопротивление источника тока. Закон ома для полной цепи

Двухполюсник и его эквивалентная схема

Вну́треннее сопротивле́ние двухполюсника — импеданс в эквивалентной схеме двухполюсника, состоящей из последовательно включенных генератора напряжения и импеданса (см. рисунок). Понятие применяется в теории цепей при замене реального источника идеальными элементами, то есть при переходе к эквивалентной схеме.

Введение

Рассмотрим пример. В легковом автомобиле запитаем бортовую сеть не от штатного свинцово-кислотного аккумулятора напряжением 12 вольт и ёмкостью 55 А·ч, а от последовательно соединённых восьми батареек (например, типоразмера АА, ёмкостью около 1 А·ч). Попробуем завести двигатель. Опыт показывает, что при питании от батареек вал стартера не повернётся ни на градус. Более того, не сработает даже втягивающее реле.

Интуитивно понятно, что батарейка «недостаточно мощная» для подобного применения, однако рассмотрение её заявленных электрических характеристик — напряжения и заряда (ёмкости) — не даёт количественного описания данного явления. Напряжение в обоих случаях одинаково:

Аккумулятор: 12 вольт

Гальванические элементы: 8·1,5 вольт = 12 вольт

Ёмкости также вполне достаточно: одного ампер·часа в батарейке должно хватить, чтобы вращать стартер в течение 14 секунд (при токе 250 ампер).

Казалось бы, в соответствии с законом Ома ток в одинаковой нагрузке при электрически одинаковых источниках также должен быть одинаковым. Однако в действительности это не совсем так. Источники вели бы себя одинаково, если бы были идеальными генераторами напряжения. Для описания степени отличия реальных источников от идеальных генераторов и применяется понятие внутреннее сопротивление.

Сопротивление и внутреннее сопротивление

Основной характеристикой двухполюсника является его сопротивление (или импеданс). Однако характеризовать двухполюсник одним только сопротивлением не всегда возможно. Дело в том, что термин сопротивление примени́м только для чисто пассивных элементов, то есть не содержащих в себе источников энергии. Если двухполюсник содержит источник энергии, то понятие «сопротивление» к нему просто не применимо, поскольку закон Ома в формулировке U=Ir не выполняется.

Таким образом, для двухполюсников, содержащих источники (то есть генераторы напряжения и генераторы тока) необходимо говорить именно о внутреннем сопротивлении (или импедансе). Если же двухполюсник не содержит источников, то «внутреннее сопротивление» для такого двухполюсника означает то же самое, что и просто «сопротивление».

Родственные термины

Если в какой-либо системе можно выделить вход и/или выход, то часто употребляются следующие термины:

Входное сопротивление — внутреннее сопротивление двухполюсника, которым является вход системы.

Выходное сопротивление — внутреннее сопротивление двухполюсника, которым является выход системы.

Физические принципы

Несмотря на то, что на эквивалентной схеме внутреннее сопротивление представлено как один пассивный элемент (причем активное сопротивление, то есть резистор в нем присутствует обязательно), внутреннее сопротивление не сосредоточено в каком-либо одном элементе. Двухполюсник лишь внешне ведет себя так, словно в нем имеется сосредоточенный внутренний импеданс и генератор напряжения. В действительности внутреннее сопротивление является внешним проявлением совокупности физических эффектов:

Если в двухполюснике имеется только источник энергии без какой-либо электрической схемы (например, гальванический элемент), то внутреннее сопротивление чисто активное, оно обусловлено физическими эффектами, которые не позволяют мощности, отдаваемой этим источником в нагрузку, превысить определенный предел. Наиболее простой пример такого эффекта — ненулевое сопротивление проводников электрической цепи. Но, как правило, наибольший вклад в ограничение мощности вносят эффекты неэлектрической природы. Так, например, в химическом источнике мощность может быть ограничена площадью соприкосновения участвующих в реакции веществ, в генераторе гидроэлектростанции — ограниченным напором воды и т. д.

В случае двухполюсника, содержащего внутри электрическую схему, внутреннее сопротивление «рассредоточено» в элементах схемы (в дополнение к перечисленным выше механизмам в источнике).

Отсюда также следуют некоторые особенности внутреннего сопротивления:

Внутреннее сопротивление невозможно убрать из двухполюсника

Внутреннее сопротивление не является стабильной величиной: оно может изменяться при изменении каких-либо внешних условий.

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Эффект внутреннего сопротивления является неотъемлемым свойством любого двухполюсника. Основной результат наличия внутреннего сопротивления — это ограничение электрической мощности, которую можно получить в нагрузке, питаемой от этого двухполюсника.

Если к источнику с ЭДС генератора напряжения E и активным внутренним сопротивлением r подключена нагрузка с сопротивлением R, то ток, напряжение и мощность в нагрузке выражаются следующим образом.

Расчёт

Понятие расчёт применимо к схеме (но не к реальному устройству). Расчёт приведён для случая чисто активного внутреннего сопротивления (отличия реактивного сопротивления будут рассмотрены далее).

Пусть, имеется двухполюсник, который может быть описан приведенной выше эквивалентной схемой. Двухполюсник обладает двумя неизвестными параметрами, которые необходимо найти:

ЭДС генератора напряжения U

Внутреннее сопротивление r

В общем случае, для определения двух неизвестных необходимо сделать два измерения: измерить напряжение на выходе двухполюсника (то есть разность потенциалов Uout = φ2 − φ1) при двух различных токах нагрузки. Тогда неизвестные параметры можно найти из системы уравнений:

где Uout1 — выходное напряжение при токе I1, Uout2 — выходное напряжение при токе I2. Решая систему уравнений, находим искомые неизвестные:

Обычно для вычисления внутреннего сопротивления используется более простая методика: находится напряжение в режиме холостого хода и ток в режиме короткого замыкания двухполюсника. В этом случае система (1) записывается следующим образом:

где Uoc — выходное напряжение в режиме холостого хода (англ. open circuit), то есть при нулевом токе нагрузки; Isc — ток нагрузки в режиме короткого замыкания (англ. short circuit), то есть при нагрузке с нулевым сопротивлением. Здесь учтено, что выходной ток в режиме холостого хода и выходное напряжение в режиме короткого замыкания равны нулю. Из последних уравнений сразу же получаем:

Измерение

Понятие измерение применимо к реальному устройству (но не к схеме). Непосредственное измерение омметром невозможно, поскольку нельзя подключить щупы прибора к выводам внутреннего сопротивления. Поэтому необходимо косвенное измерение, которое принципиально не отличается от расчета — также необходимы напряжения на нагрузке при двух различных значениях тока. Однако воспользоваться упрощенной формулой (2) не всегда возможно, поскольку не каждый реальный двухполюсник допускает работу в режиме короткого замыкания.

Часто применяется следующий простой способ измерения, не требующий вычислений:

Измеряется напряжение холостого хода

В качестве нагрузки подключается переменный резистор и его сопротивление подбирается таким образом, чтобы напряжение на нем составило половину от напряжения холостого хода.

После описанных процедур сопротивление резистора нагрузки необходимо измерить омметром — оно будет равно внутреннему сопротивлению двухполюсника.

Какой бы способ измерения ни использовался, следует опасаться перегрузки двухполюсника чрезмерным током, то есть ток не должен превышать максимально допустимого значениях для данного двухполюсника.

Реактивное внутреннее сопротивление

Если эквивалентная схема двухполюсника содержит реактивные элементы — конденсаторы и/или катушки индуктивности, то расчет реактивного внутреннего сопротивления выполняется также, как и активного, но вместо сопротивлений резисторов берутся комплексные импедансы элементов, входящих в схему, а вместо напряжений и токов — их комплексные амплитуды, то есть расчет производится методом комплексных амплитуд.

Измерение реактивного внутреннего сопротивления имеет некоторые особенности, поскольку оно является комплекснозначной функцией, а не скалярным значением:

Можно искать различные параметры комплексного значения: модуль, аргумент, только вещественную или мнимую часть, а также комплексное число полностью. Соответственно, методика измерений будет зависеть от того, что хотим получить.

Закон Ома для полной цепи, определение которого касается значения электрического тока в реальных цепях, находится в зависимости от источника тока и от сопротивления нагрузки. Этот закон носит и другое название — закон Ома для замкнутых цепей. Принцип действия данного закона заключается в следующем.

В качестве самого простого примера, электрическая лампа, являющаяся потребителем электрического тока, совместно с источником тока есть не что иное, как замкнутая . Данная электрическая цепь наглядно показана на рисунке.

Электроток, проходя через лампочку, также проходит и через сам источник тока. Таким образом, во время прохождения по цепи, ток испытает сопротивление не только проводника, но и сопротивление, непосредственно, самого источника тока. В источнике сопротивление создается электролитом, находящимся между пластинами и пограничными слоями пластин и электролита. Отсюда следует, что в замкнутой цепи, ее общее сопротивление будет состоять из суммы сопротивлений лампочки и источника тока.

Внешнее и внутреннее сопротивление

Сопротивление нагрузки, в данном случае лампочки, соединенной с источником тока, носит название внешнего сопротивления. Непосредственное сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением. Для более наглядного изображения процесса, все значения необходимо условно обозначить. I — , R — внешнее сопротивление, r — внутреннее сопротивление. Когда по электрической цепи протекает ток, то для того, чтобы поддерживать его, между концами внешней цепи должна присутствовать разность потенциалов, которая имеет значение IхR. Однако, протекание тока наблюдается и во внутренней цепи. Значит, для того, чтобы поддержать электроток во внутренней цепи, также необходима разность потенциалов на концах сопротивления r. Значение этой разности потенциалов равно Iхr.

Электродвижущая сила аккумулятора

Аккумулятор должен иметь следующее значение электродвижущей силы, способной поддерживать необходимый ток в цепи: Е=IхR+Iхr . Из формулы видно, что электродвижущая сила аккумулятора составляет сумму внешнего и внутреннего . Значение тока нужно вынести за скобки: Е=I(r+R) . Иначе можно представить: I=Е/(r+R) . Двумя последними формулами выражается закон Ома для полной цепи, определение которого звучит следующим образом: в замкнутой цепи сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сумме сопротивлений этой цепи.

Допустим, есть простейшая электрическая замкнутая цепь, включающая в себя источник тока, например генератор, гальванический элемент или аккумулятор, и резистор, обладающий сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, то и внутри источника он течет.

В такой ситуации можно сказать, что любой источник обладает некоторым внутренним сопротивлением, препятствующим току. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r. Для или аккумулятора внутреннее сопротивление — это сопротивление раствора электролита и электродов, для генератора — сопротивление обмоток статора и т. д.

Таким образом, источник тока характеризуется как величиной ЭДС, так и величиной собственного внутреннего сопротивления r – обе эти характеристики свидетельствуют о качестве источника.

Электростатические высоковольтные генераторы (как генератор Ван де Граафа или генератор Уимшурста), к примеру, отличаются огромной ЭДС измеряемой миллионами вольт, при этом их внутреннее сопротивление измеряется сотнями мегаом, потому они и непригодны для получения больших токов.

Гальванические элементы (такие как батарейка) — напротив — имеют ЭДС порядка 1 вольта, хотя внутреннее сопротивление у них порядка долей или максимум — десятка Ом, и от гальванических элементов поэтому можно получать токи в единицы и десятки ампер.

На данной схеме показан реальный источник с присоединенной нагрузкой. Здесь обозначены , его внутреннее сопротивление, а также сопротивление нагрузки. Согласно , ток в данной цепи будет равен:

Поскольку участок внешней цепи однороден, то из закона Ома можно найти напряжение на нагрузке:

Выразив из первого уравнения сопротивление нагрузки, и подставив его значение во второе уравнение, получим зависимость напряжения на нагрузке от тока в замкнутой цепи:

В замкнутом контуре ЭДС равна сумме падений напряжений на элементах внешней цепи и на внутреннем сопротивлении самого источника. Зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки в идеальном случае линейна.

График это показывает, но экспериментальные данные на реальном резисторе (крестики возле графика) всегда отличаются от идеала:

Эксперименты и логика показывают, что при нулевом токе нагрузки напряжение на внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении на нагрузке ток в цепи равен . Это свойство реальных цепей помогает экспериментально находить ЭДС и внутреннее сопротивление реальных источников.

Экспериментальное нахождение внутреннего сопротивления

Чтобы экспериментально определить данные характеристики, строят график зависимости напряжения на нагрузке от величины тока, затем экстраполируют его до пересечения с осями.

В точке пересечения графика с остью напряжения находится значение ЭДС источника, а в точке пересечения с осью тока находится величина тока короткого замыкания. В итоге внутреннее сопротивление находится по формуле:

Развиваемая источником полезная мощность выделяется на нагрузке. График зависимости этой мощности от сопротивления нагрузки приведен на рисунке. Эта кривая начинается от пересечения осей координат в нулевой точке, затем возрастает до максимального значения мощности, после чего спадает до нуля при сопротивлении нагрузки равном бесконечности.

Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически разовьется максимальная мощность при данном источнике, берется производная от формулы мощности по R и приравнивается к нулю. Максимальная мощность разовьется при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Это положение о максимальной мощности при R = r, позволяет экспериментально найти внутреннее сопротивление источника, построив зависимость мощности, выделяемой на нагрузке, от величины сопротивления нагрузки. Найдя реальное, а не теоретическое, сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную мощность, определяют реальное внутреннее сопротивление источника питания.

КПД источника тока показывает отношение максимальной выделяемой на нагрузке мощности к полной мощности, которую в данный момент развивает

Попробуем решить эту задачу на конкретном примере. Электродвижущая сила источника питания составляет 4,5 В. К нему подключили нагрузку, и через неё потёк ток, равный 0,26 А. Напряжение при этом стало равным 3,7 В. Первым делом, представим себе, что внутри источника спрятана последовательная цепь из идеального источника напряжения в 4,5 В, внутреннее сопротивление которого равно нулю, а также резистора, номинал которого и требуется найти. Понятно, что на самом деле это не так, но для расчётов аналогия вполне сойдёт.

2 шаг

Запомните, что буквой U обозначают только напряжение под нагрузкой. Для обозначения же электродвижущей силы зарезервирована другая буква – E. Абсолютно точно её измерить невозможно, потому что потребуется вольтметр с бесконечным входным сопротивлением. Даже у электростатического вольтметра (электрометра) оно огромно, но не бесконечно. Но одно дело – абсолютно точно, а другое – с точностью, приемлемой на практике. Второе вполне осуществимо: нужно лишь, чтобы внутреннее сопротивление источника было пренебрежимо мало по сравнению с внутренним сопротивлением вольтметра. А пока суть да дело, посчитаем разницу между ЭДС источника и его напряжением под нагрузкой, потребляющей ток в 260 мА. E-U = 4,5-3,7 = 0,8. Это и будет падение напряжения на том “виртуальном резисторе”.

3 шаг

Ну а дальше всё просто, ибо в дело вступает классический закон Ома. Помним, что ток через нагрузку и “виртуальный резистор” одинаков, ведь они соединены последовательно. Падение напряжения на последнем (0,8 В) делим на силу тока (0,26 А) и получаем 3,08 Ома. Вот и готов ответ! Можно ещё посчитать, какая мощность рассеивается на нагрузке, а какая – бесполезно на источнике. На нагрузке рассеивается: 3,7*0,26=0,962 Вт. На источнике: 0,8*0,26=0,208 Вт. Процентное соотношение между ними вычислите самостоятельно. Но эта не единственный вид задач на нахождение внутреннего сопротивления источника. Есть и такие, в которых вместо силы тока указано сопротивление нагрузки, а остальные исходные данные такие же. Тогда надо вначале проделать ещё одно вычисление. Приведённое в условии напряжение под нагрузкой (не ЭДС!) поделить на сопротивление нагрузки. И получится сила тока в цепи. После чего, как говорят физики, “задача сведена к предыдущей”! Попробуйте составить такую задачу и решить её.

Необходимость введения термина можно проиллюстрировать следующим примером. Сравним два химических источника постоянного тока с одинаковым напряжением:

  • Автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор напряжением 12 вольт и ёмкостью 55 А·ч
  • Восемь батареек типоразмера АА, соединенных последовательно. Суммарное напряжение такой батареи также 12 вольт, ёмкость значительно меньше — примерно 1 А·ч

Несмотря на одинаковое напряжение, эти источники значительно отличаются при работе на одинаковую нагрузку. Так, автомобильный аккумулятор способен отдать в нагрузку большой ток (от аккумулятора заводится двигатель автомобиля, при этом стартер потребляет ток 250 ампер), а от цепочки батареек стартер вообще не вращается. Относительно небольшая емкость батареек не является причиной: одного ампер-часа в батарейках хватило бы для того, чтобы вращать стартер в течение 14 секунд (при токе 250 ампер).

Таким образом, для двухполюсников, содержащих источники (то есть генераторы напряжения и генераторы тока) необходимо говорить именно о внутреннем сопротивлении (или импедансе). Если же двухполюсник не содержит источников, то «внутреннее сопротивление» для такого двухполюсника означает то же самое, что и просто «сопротивление».

Родственные термины

Если в какой-либо системе можно выделить вход и/или выход, то часто употребляются следующие термины:

Физические принципы

Несмотря на то, что на эквивалентной схеме внутреннее сопротивление представлено как один пассивный элемент (причём активное сопротивление , то есть резистор в нём присутствует обязательно), внутреннее сопротивление не сосредоточено в каком-либо одном элементе. Двухполюсник лишь внешне ведёт себя так, словно в нём имеется сосредоточенный внутренний импеданс и генератор напряжения. В действительности внутреннее сопротивление является внешним проявлением совокупности физических эффектов:

  • Если в двухполюснике имеется только источник энергии без какой-либо электрической схемы (например, гальванический элемент), то внутреннее сопротивление практически чисто активное (если только речь не идет об очень высоких частотах), оно обусловлено физическими эффектами, которые не позволяют мощности , отдаваемой этим источником в нагрузку, превысить определённый предел. Наиболее простой пример такого эффекта — ненулевое сопротивление проводников электрической цепи. Но, как правило, наибольший вклад в ограничение мощности вносят эффекты неэлектрической природы. Так, например, в мощность может быть ограничена площадью соприкосновения участвующих в реакции веществ, в генераторе гидроэлектростанции — ограниченным напором воды и т. д.
  • В случае двухполюсника, содержащего внутри электрическую схему , внутреннее сопротивление «рассредоточено» в элементах схемы (в дополнение к перечисленным выше механизмам в источнике).

Отсюда также следуют некоторые особенности внутреннего сопротивления:

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Эффект внутреннего сопротивления является неотъемлемым свойством любого активного двухполюсника. Основной результат наличия внутреннего сопротивления — это ограничение электрической мощности, которую можно получить в нагрузке, питаемой от этого двухполюсника.

Пусть, имеется двухполюсник, который может быть описан приведённой выше эквивалентной схемой. Двухполюсник обладает двумя неизвестными параметрами, которые необходимо найти:

  • ЭДС генератора напряжения U
  • Внутреннее сопротивление r

В общем случае, для определения двух неизвестных необходимо сделать два измерения: измерить напряжение на выходе двухполюсника (то есть разность потенциалов U out = φ 2 − φ 1 ) при двух различных токах нагрузки. Тогда неизвестные параметры можно найти из системы уравнений:

где U out1 I 1 , U out2 — выходное напряжение при токе I 2 . Решая систему уравнений, находим искомые неизвестные:

Обычно для вычисления внутреннего сопротивления используется более простая методика: находится напряжение в режиме холостого хода и ток в режиме короткого замыкания двухполюсника. В этом случае система () записывается следующим образом:

где U oc — выходное напряжение в режиме холостого хода (англ. open circuit ), то есть при нулевом токе нагрузки; I sc — ток нагрузки в режиме короткого замыкания (англ. short circuit ), то есть при нагрузке с нулевым сопротивлением. Здесь учтено, что выходной ток в режиме холостого хода и выходное напряжение в режиме короткого замыкания равны нулю. Из последних уравнений сразу же получаем:

Измерение

Понятие измерение применимо к реальному устройству (но не к схеме). Непосредственное измерение омметром невозможно, поскольку нельзя подключить щупы прибора к выводам внутреннего сопротивления. Поэтому необходимо косвенное измерение , которое принципиально не отличается от расчёта — также необходимы напряжения на нагрузке при двух различных значениях тока. Однако воспользоваться упрощённой формулой (2) не всегда возможно, поскольку не каждый реальный двухполюсник допускает работу в режиме короткого замыкания.

Иногда применяется следующий простой способ измерения, не требующий вычислений:

  • Измеряется напряжение холостого хода
  • В качестве нагрузки подключается переменный резистор и его сопротивление подбирается таким образом, чтобы напряжение на нём составило половину от напряжения холостого хода.

После описанных процедур сопротивление резистора нагрузки необходимо измерить омметром — оно будет равно внутреннему сопротивлению двухполюсника.

Какой бы способ измерения ни использовался, следует опасаться перегрузки двухполюсника чрезмерным током, то есть ток не должен превышать максимально допустимого значениях для данного двухполюсника.

Реактивное внутреннее сопротивление

Если эквивалентная схема двухполюсника содержит реактивные элементы — конденсаторы и/или катушки индуктивности , то расчет реактивного внутреннего сопротивления выполняется также, как и активного, но вместо сопротивлений резисторов берутся комплексные импедансы элементов, входящих в схему, а вместо напряжений и токов — их комплексные амплитуды , то есть расчет производится методом комплексных амплитуд .

Измерение реактивного внутреннего сопротивления имеет некоторые особенности, поскольку оно является комплекснозначной функцией , а не скалярным значением:

  • Можно искать различные параметры комплексного значения: модуль , аргумент , только вещественную или мнимую часть, а также комплексное число полностью. Соответственно, методика измерений будет зависеть от того, что хотим получить.
  • Любой из перечисленных параметров зависит от частоты. Теоретически, чтобы получить путем измерения полную информацию о реактивном внутреннем сопротивлении, необходимо снять зависимость от частоты, то есть провести измерения на всех частотах, которые может генерировать источник данного двухполюсника.

Применение

В большинстве случаев следует говорить не о применении внутреннего сопротивления, а об учете его негативного влияния, поскольку внутреннее сопротивление является скорее негативным эффектом. Тем не менее, в некоторых системах наличие внутреннего сопротивления с номинальным значением является просто необходимым.

Упрощение эквивалентных схем

Представление двухполюсника как совокупность генератора напряжения и внутреннего сопротивления является наиболее простой и часто используемой эквивалентной схемой двухполюсника.

Согласование источника и нагрузки

Согласование источника и нагрузки — это выбор соотношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника с целью достижения заданных свойств полученной системы (как правило, стараются достичь максимального значения какого-либо параметра для данного источника). Наиболее часто используются следующие типы согласования:

Согласование по току и мощности следует использовать с осторожностью, так как есть опасность перегрузить источник.

Понижение высоких напряжений

Иногда к источнику искусственно добавляют большое сопротивление (оно добавляется к внутреннему сопротивлению источника) для того, чтобы значительно понизить получаемое от него напряжение. Однако добавление резистора в качестве дополнительного сопротивления (так называемый гасящий резистор) ведёт к бесполезному выделению мощности на нём. Чтобы не расходовать энергию впустую, в системах переменного тока используют реактивные гасящие импедансы, чаще всего конденсаторы . Таким образом строятся конденсаторные блоки питания. Аналогично, при помощи ёмкостного отвода от высоковольтной ЛЭП можно получить небольшие напряжения для питания каких-либо автономных устройств.

Минимизация шума

При усилении слабых сигналов часто возникает задача минимизации шума, вносимого усилителем в сигнал. Для этого используются специальные малошумящие усилители , однако они спроектированы таким образом, что наименьший коэффициент шума достигается лишь в определенном диапазоне выходного сопротивления источника сигнала. Например, малошумящий усилитель обеспечивает минимальный шум только в диапазоне выходных сопротивлений источника от 1 кОм до 10 кОм; если источник сигнала обладает меньшим выходным сопротивлением (например, микрофон с выходным сопротивлением 30 Ом), то следует применить между источником и усилителем повышающий трансформатор , который повысит выходное сопротивление (а также напряжение сигнала) до необходимого значения.

Ограничения

Понятие внутреннего сопротивления вводится через эквивалентную схему, поэтому имеют силу те же ограничения , что и для применимости эквивалентных схем.

Примеры

Значения внутреннего сопротивления относительны: то, что считается малым, например, для гальванического элемента, является очень большим для мощного аккумулятора. Ниже приведены примеры двухполюсников и значения их внутреннего сопротивления r . Тривиальные случаи двухполюсников без источников оговорены особо.

Малое внутреннее сопротивление

Большое внутреннее сопротивление

Отрицательное внутреннее сопротивление

Существуют двухполюсники, внутреннее сопротивление которых имеет отрицательное значение. В обычном активном сопротивлении происходит диссипация энергии, в реактивном сопротивлении энергия запасается, а затем выделяется обратно в источник. Особенность отрицательного сопротивления в том, что оно само является источником энергии. Поэтому отрицательное сопротивление в чистом виде не встречается, оно может быть только имитировано электронной схемой, которая обязательно содержит источник энергии. Отрицательное внутреннее сопротивление может быть получено в схемах путём использования:

  • элементов с отрицательным дифференциальным сопротивлением , например, туннельных диодов

Системы с отрицательным сопротивлением потенциально неустойчивы и поэтому могут быть использованы для построения автогенераторов .

См. также

Ссылки

Литература

  • Зернов Н. В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. — М. — Л.: Энергия, 1965. — 892 с.
  • Джонс М. Х. Электроника — практический курс. — М.: Техносфера, 2006. — 512 с. ISBN 5-94836-086-5

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Политехнический терминологический толковый словарь

На рисунке 13.15 показана схема, содержащая два источника ЭДС, каждый со своим внутренним сопротивлением. Определите ток в каждой ветви сети, используя теорему суперпозиции.

\ textbf {Процедура:}

1 Перерисуйте исходную схему с удаленным источником E_ {2}, заменив его только на r_ {2}, как показано на рис. 13.16 (a)

2 Обозначьте токи в каждой ветви и их направления, как показано на рис. 13.16 (a), и определяют
их значений. (Обратите внимание, что выбор направления тока зависит от полярности батареи, которая, согласно соглашению
, считается исходящей от положительной клеммы батареи
, как показано)
R параллельно с r_ {2} дает эквивалентное сопротивление
из (4 \ умножить на 1) / (4 + 1) = 0.8 \, \ Omega
Из эквивалентной схемы рис. 13.16 (b),

I_ {1} = \ frac {E_ {1}} {r_ {1} + 0.8} = \ frac {4} {2 + 0.8}
= 1.429 \, A

Из рис. 11.16 (a),

I_ {2} = (\ frac {1} {4 + 1}) \, I_ {1} = \ frac {1} {5 } (1.429) = 0,286 \, A

и I_ {3} = (\ frac {4} {4 + 1}) \, I_ {1} = \ frac {4} {5} (1.429) = 1.143 \, A
по текущему делению

3 Перерисуйте исходную схему с удаленным источником E_ {1}, заменив его только на r_ {1}, как показано на рис. 13.17 (a)

4 Обозначьте токи в каждой ветви и их направления, как показано на рис.13.17 (а) и определите их значения.
r_ {1} параллельно R дает эквивалентное сопротивление (2 \ times 4) / (2 + 4) = 8/6 = 1,333 \, \ Omega

Из эквивалентной схемы на рис. 13.17 (b)

I_ {4} = \ frac {E_ {2}} {1.333 + r_ {2}} = \ frac {2} {1.333 + 1} = 0.857 \, A

Из рис. 13.17 (a),
I_ {5 } = (\ frac {2} {2 + 4}) \, I_ {4} = \ frac {2} {6} (0,857) = 0,286 \, A

I_ {6} = (\ frac {4} { 2 + 4}) \, I_ {4} = \ frac {4} {6} (0.857) = 0.571 \, A

5 Наложите Рис. 13.17 (a) на Рис. 13.16 (a), как показано на Рис.13.18

6 Определите алгебраическую сумму токов, протекающих в каждой ветви.

Результирующий ток, протекающий через источник 1, т.е.
I_ {1} \, — \, I_ {6} = 1,429 \, — \, 0,571
= \ textbf {0,858 A (разрядка)}

Результирующий ток, протекающий через источник 2, т.е.
I_ {4} \, — \, I_ {3} = 0.857 \, — \, 1.143
= \ textbf {-0.286 A (зарядка)}

Результирующий ток, протекающий через резистор R, т.е.
I_ { 2} + I_ {5} = 0,286 + 0,286
= 0,572 \, A

Результирующие токи с их направлениями показаны на рис.13,19

Электрические и магнитные поля от линий электропередачи

Электрические и магнитные поля — часть нашей повседневной жизни

Электрические и магнитные поля (ЭМП) присутствуют везде, где течет электричество как внутри, так и за пределами вашего дома. Источники этих полей включают в себя бытовую технику, такую ​​как духовка и холодильник, и электронные устройства, такие как телевизоры, видеомагнитофоны и ваш мобильный телефон. Их также испускают линии электропередач и подстанции.

Хотя их часто называют вместе, электрическое и магнитное поля на самом деле являются двумя отдельными компонентами электричества.

Электрические поля: создаваемые напряжением

  • Электрические поля создаются напряжением в проводе.
  • Напряженность электрических полей остается довольно постоянной, даже когда электричество не используется.
  • Это означает, что электрическая проводка в вашем доме постоянно создает электрическое поле, даже когда вы не пользуетесь приборами.

Электрические поля от линий передачи и распределения изменяются очень мало из-за стабильного напряжения в линии и могут быть легко экранированы. Деревья, заборы и здания естественным образом снижают напряженность электрического поля, а стены и крыша вашего дома еще больше уменьшают напряженность электрического поля от оборудования за пределами вашего дома.

Магнитные поля: создаваемые электрическим током

  • Магнитные поля образуются при протекании электричества, поэтому они присутствуют только при включении электроприбора.
  • По мере увеличения потока электричества (известного как ток) магнитные поля увеличиваются.
  • Магнитные поля могут проходить через большинство объектов и не блокируются так же легко, как электрические поля.

Важно отметить, что сила как электрического, так и магнитного полей быстро уменьшается с удалением от источника.

Типичные уровни магнитного поля вблизи линий электропередач

Уровни на этой диаграмме основаны на типичных уровнях поля, которые вы можете найти в большинстве наших коридоров линий электропередач в каждом классе напряжения.

Они рассчитываются с использованием среднего линейного тока и типичной высоты линии. Эти уровни предназначены только для общей информации и отличаются от уровней в профилях EMF, созданных специально для новых проектов. Как правило, профиль ЭДС для конкретного проекта показывает максимально возможные уровни магнитного поля в течение срока службы конкретной линии, что редко встречается и используется при проектировании линии.

Магнитные поля от бытовых приборов могут быть выше, чем от линий электропередач

Так же, как и в бытовой технике в вашем доме, уровни магнитного поля от линий электропередачи различаются в зависимости от того, сколько электроэнергии используется в данный момент, тока, протекающего в линии, конфигурации проводки и вашего расстояния от линии. .В Британской Колумбии изменения тока следуют довольно типичной схеме с пиками утром и вечером и более высоким потреблением электроэнергии зимой, чем летом.

Стандартный переменный ток (AC) линий электропередач в Северной Америке составляет 60 Гц. Это означает, что ток переключается назад и вперед 60 раз в секунду. ЭДС, создаваемая линией электропередачи, имеет ту же частоту 60 Гц, что позволяет классифицировать ЭДС линий электропередач как чрезвычайно низкую частоту.

7.Чрезвычайно низкочастотные поля, такие как поля от линий электропередач и бытовых приборов

7. Чрезвычайно низкочастотные поля, такие как поля от линий электропередач и бытовых приборов
  • 7.1 Каковы источники чрезвычайно низкочастотных полей (полей СНЧ)?
  • 7.2 Каков уровень воздействия полей КНЧ?
  • 7.3 Могут ли поля снч увеличить риск лейкемии у детей и других видов рака?
  • 7.4 Может ли воздействие СНЧ вызвать головные боли или другие последствия для здоровья?
  • 7.5 Что можно сделать по поводу полей ELF?
7.1 Каковы источники чрезвычайно низкочастотных полей (полей СНЧ)?

Линии электропередач генерируют поля КНЧ.
Предоставлено: Мигель Сааведра

. В этой оценке поля сверхнизкой частоты (КНЧ) обозначают электромагнитные поля с частотами ниже 300 Гц, которые ниже промежуточных частот.

Большая часть электроэнергии, передаваемой по линиям электропередачи, электропроводке и бытовым приборам, представляет собой переменный ток (АС).Переменный ток (AC) движется вперед и назад циклами 50 или 60 раз в секунду, то есть с частотой 50 Гц и 60 Гц (последнее преимущественно в США). Такие электромагнитные поля классифицируются как сверхнизкочастотные (ELF) поля , так как их частота ниже 300 Гц.

Помимо линий электропередач и бытовой техники, важными источниками полей с чрезвычайно низкой частотой являются электростанции и подстанции, сварочные аппараты, индукционные нагреватели, а также железные дороги, трамвайные пути и системы метро.

Чрезвычайно низкочастотные поля имеют электрическую и магнитную составляющие:

  • Электрическое поле — это сила, создаваемая притяжением и отталкиванием электрических зарядов (причина электрического потока), и измеряется в вольтах на метр (В / м). ).
  • Магнитное поле — это сила, возникающая в результате движения зарядов (потока электричества). Величина (напряженность) магнитного поля обычно измеряется в теслах (Тл).

Напряженность электрического и магнитного полей уменьшается с удалением от источника поля.

ELF электрические поля имеют тенденцию быть самыми сильными вблизи высоковольтных линий электропередачи (до 5 кВ / м, а в некоторых случаях и больше), а магнитные поля ELF особенно сильны вблизи индукционных печей и сварочных аппаратов (до несколько мТл).

Чтобы определить соблюдение пределов воздействия, необходимо измерить максимально возможное воздействие рядом с источником. Максимальное воздействие часто намного выше среднего воздействия. Это верно не только для тех, кто живет и работает вдали от источника.Можно ожидать, что даже линейный монтажник, который устанавливает или ремонтирует линии электропередач, будет иметь среднюю степень воздействия порядка 10 раз ниже максимальной. Для населения в целом можно ожидать, что средняя экспозиция будет в сотни или тысячи раз ниже.

Для оценки соблюдения пределов воздействия необходимо измерить максимально возможное воздействие рядом с устройствами. Однако максимально возможное облучение рядом с конкретным источником часто в десятки, сотни или тысячи раз превышает среднее индивидуальное облучение человека.

Например, для линейного монтажника, который устанавливает или ремонтирует электрические линии, среднее воздействие магнитных полей может быть более чем в десять раз ниже, чем максимальное воздействие вблизи линии передачи. Для населения в целом, которое живет и работает дальше от источника, можно ожидать, что разница между максимальным и средним уровнем воздействия будет еще больше. Подробнее …

Типичные частоты для устройств, генерирующих чрезвычайно низкие частотные поля

7.2 Каков уровень воздействия полей КНЧ?

для широкой публики может подвергаться воздействию полей крайне низкой частоты (СНЧ) от различных фиксированных источников, которые используются в нашей среде, например, линий электропередач.

Когда люди проходят непосредственно под высоковольтной линией электропередачи , они могут подвергаться воздействию электрического поля от 2 до 5 кВ / м и магнитных полей менее 40 мкТл. Сила электрического и магнитного полей быстро уменьшается с увеличением расстояния до линии.

Низковольтные линии электропередач вызывают гораздо меньшее воздействие (100–400 В / м и 0,5–3 мкТл), а подземные кабели практически не вызывают. Электростанции и распределительные станции недоступны для большинства людей и поэтому не считаются источником воздействия на население. То же самое и с установками электроснабжения железных дорог. Уровни воздействия в местах, доступных для населения, ниже установленных лимитов.

Дома магнитные поля, как правило, наиболее сильные вблизи определенных бытовых приборов, содержащих двигатели, трансформаторы и обогреватели, и поля быстро уменьшаются с расстоянием.Например, магнитное поле вблизи пылесоса в 200 раз слабее на расстоянии 1 м, чем на расстоянии 5 см (до 40 мкТл).

Рабочие в электроэнергетике могут подвергаться воздействию высоких уровней электромагнитных полей на работе. Чрезвычайно низкочастотные поля достигают или превышают рекомендуемые пределы (директива 2004/40 / EC). На некоторых участках электростанций и распределительных станций необходимы соответствующие меры безопасности. Поля крайне низкой частоты (а также поля промежуточной частоты) также генерируются индукционными и дуговыми печами и сварочными устройствами, и облучение рабочих для таких устройств должно контролироваться.Для некоторых сварочных устройств возможна напряженность магнитного поля до нескольких сотен мкТл.

Некоторые медицинские приложения , которые используют электромагнитные поля в чрезвычайно низком частотном диапазоне, включают: стимуляцию роста костей для ускорения заживления переломов, транскраниальную магнитную стимуляцию для активации мозговой активности или лечения определенных заболеваний, заживление ран и лечение боли. КНЧ также можно использовать для обнаружения рака с помощью измерений биоимпеданса, неинтрузивного метода диагностики.Подробнее …

7.3 Могут ли поля снч повышать риск лейкемии у детей и других видов рака?

7.3.1 В 2002 году Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицировало ELF магнитные поля как «возможно канцерогенные для человека» (Группа 2B). ((Набор инструментов поясняет категории IARC)) Это было основано на статистических исследованиях, показывающих, что дети с большей вероятностью заболеют лейкемией, если их воздействие чрезвычайно низкочастотных магнитных полей превышает 0,3-0,4 мкТл, что было бы относительно сильным.Экспериментальные исследования на животных не подтвердили эти выводы.

Кроме того, согласно заключению МАИР, нет никаких доказательств связи между магнитными полями КНЧ и любым другим типом рака.

Что касается электрических полей КНЧ , то IARC классифицировал их как «неклассифицируемые с точки зрения канцерогенности для человека». ((Набор инструментов объяснит категории IARC))

Несколько исследований, проведенных с тех пор, пролили немного света на эту тему. Лабораторные исследования не подтверждают связь между детской лейкемией и чрезвычайно низкочастотными магнитными полями, и остается неизвестным, как эти поля могут вызывать детский лейкоз.Это подчеркивает необходимость дополнительных исследований для согласования результатов.

В 2004 году была выдвинута возможная гипотеза, объясняющая обнаружение лейкемии у детей. Одно недавнее исследование показало снижение выживаемости у детей с лейкемией, подвергшихся воздействию средних магнитных полей СНЧ выше 0,3 мкТл, но прежде чем делать выводы, необходимо дождаться подтверждающих исследований.

Большинство новых эпидемиологических исследований изучали риск рака груди или опухоли головного мозга. Рак груди вызвал особый интерес из-за экспериментальных результатов, предполагающих, что синтез мелатонина связан с воздействием поля СНЧ, и потому, что мелатонин может играть роль в развитии рака груди.Гипотеза о связи между воздействием поля снч и риском рака молочной железы была по существу отвергнута после крупных и хорошо контролируемых исследований. Хотя появились некоторые новые данные об опухолях головного мозга, однозначных выводов сделать пока нельзя. Подробнее …

7.3.2 Исследования на лабораторных животных показали мало доказательств того, что воздействие магнитных полей снч само по себе может вызвать любой тип рака или повлиять на существующие опухоли. Имеются некоторые противоречивые данные о том, что магнитные поля снч около 100 мкТл могут усиливать развитие опухолей, вызванных другими известными канцерогенами, но большинство исследований, оценивающих такие комбинированные эффекты, не обнаружили такой связи.Результаты недавних исследований потенциально полезны для объяснения механизмов и несоответствий предыдущих результатов, но им не хватает подтверждения в независимых экспериментах, и их недостаточно, чтобы оспорить оценку IARC о том, что экспериментальные доказательства канцерогенности магнитных полей СНЧ неадекватны. Это означает, что экспериментальные исследования нельзя интерпретировать как показывающие наличие или отсутствие канцерогенного эффекта из-за серьезных качественных или количественных ограничений.Подробнее …

7.3.3 Лабораторные исследования изолированных клеток и тканей (исследования in vitro) могут предоставить информацию о механизмах повреждения клеток. На данном этапе опубликованные исследования in vitro не могут объяснить эпидемиологические данные, но и не противоречат им. Они продемонстрировали множество эффектов полей СНЧ, и большое количество клеточных компонентов, клеточных процессов и клеточных систем предположительно может быть затронуто воздействием ЭМП. Поскольку данные теоретических и экспериментальных исследований предполагают, что поля СНЧ вряд ли напрямую повредят генетический материал, в большинстве исследований изучались возможные воздействия на клеточную мембрану, экспрессию генов и передачу сигналов клеткой.Кроме того, было проведено большое количество исследований для изучения возможных воздействий на такие процессы, как пролиферация клеток, регуляция клеточного цикла, дифференцировка клеток, метаболизм и различные физиологические характеристики клеток. Существует необходимость в независимом воспроизведении некоторых исследований, предполагающих генотоксические эффекты, и в исследованиях с улучшенным дизайном. Также необходимо лучшее понимание возможных комбинированных эффектов, воздействий СНЧ на регуляцию клеток, а также ингибирования лечения рака груди.Подробнее …

7.4 Может ли воздействие СНЧ вызывать головные боли или другие последствия для здоровья?

Было высказано предположение, что воздействие поля СНЧ вызывает различные симптомы: покраснение, покалывание и жжение кожи, а также усталость, головную боль, трудности с концентрацией внимания, тошноту и учащенное сердцебиение. Термин «электромагнитная гиперчувствительность» (EHS) получил широкое распространение на основании сообщений пострадавших людей о том, что электрические и / или магнитные поля СНЧ или близость к активированному электрическому оборудованию вызывают симптомы.Связь между воздействием поля КНЧ и этими симптомами не была показана в научных исследованиях, и кажется очевидным, что воздействие поля КНЧ не является ни необходимым, ни достаточным фактором, чтобы вызвать жалобы на здоровье у людей, сообщающих о симптомах. Остается определить, могут ли поля ELF быть фактором, способствующим при определенных условиях.

После первоначального эпидемиологического исследования рака у детей было изучено большое количество других заболеваний в связи с полями СНЧ, но не было найдено убедительных доказательств связи между полями с чрезвычайно низкой частотой и этими заболеваниями.Тем не менее, некоторые заболевания, поражающие клетки головного и спинного мозга, все еще считаются заслуживающими изучения в этом отношении, и это, в частности, относится к БАС (боковой амиотрофический склероз) и болезни Альцгеймера.

Хотя некоторые экспериментальные исследования на лабораторных животных описали влияние магнитного поля СНЧ на нервную систему, развитие животных и выработку мелатонина, доказательства таких эффектов являются слабыми и неоднозначными. Из этих данных нельзя сделать никаких выводов о возможных рисках для здоровья человека.

Исследования изолированных клеток и тканей (исследования in vitro) довольно скудны, когда речь идет о полях снч и их возможной роли в других заболеваниях, помимо рака. Были проведены базовые исследования для понимания различных механизмов взаимодействия, но на данном этапе данных недостаточно для экстраполяции на конкретные симптомы или состояния. Подробнее …

7.5 Что можно сделать по ELF-полям?

Магнитные поля СНЧ классифицированы Международным агентством по изучению рака (IARC) как потенциально канцерогенные.Этот вывод в основном основан на эпидемиологических исследованиях, показывающих, что воздействие относительно сильных магнитных полей СНЧ может быть причиной лейкемии у детей. Теперь эти результаты должны быть согласованы с экспериментальными исследованиями, которые до сих пор мало поддерживали. Остается большой вопрос: как именно поля могут вызывать лейкемию?

Для некоторых других заболеваний, особенно рака груди и сердечно-сосудистых заболеваний, недавние исследования показывают, что связь с чрезвычайно низкочастотными полями маловероятна.Для некоторых других заболеваний, например, поражающих головной и спинной мозг, вопрос о связи с полями снч остается открытым, и требуются дополнительные исследования.

До сих пор не было продемонстрировано никакой взаимосвязи между полями крайне низкой частоты и симптомами, о которых сообщают сами пациенты, такими как усталость, головная боль и трудности с концентрацией внимания.

Необходимо лучшее понимание недавно опубликованных результатов генотоксичности, включая результаты исследования REFLEX. Подробнее …

PHYS345 Настоящие батареи и тестеры батарей

PHYS345 Настоящие батареи и тестеры батарей

PHYS345 Электричество и электроника

Настоящие аккумуляторы и тестеры аккумуляторов

Ранее мы рассматривали источник питания для схемы как чистую ЭДС.Настоящие батареи лучше моделировать как ЭДС, включенную последовательно с внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление r включено для учета рассеиваемой мощности, которая не восстанавливается в батарее при протекании тока.
Поскольку внутреннее сопротивление батареи последовательно с нагрузкой, Эквивалентное сопротивление цепи составляет R экв = R + R .Таким образом, ток уменьшается из-за внутреннего сопротивления, i = ЭДС / ( r + R ), от того, что было бы в его отсутствие.

Разность потенциалов на нагрузке, эквивалентная разнице потенциалов на батарее, меньше полной ЭДС аккумулятора из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении.

ЭДС = iR + ir
Нагрузка V = iR = ЭДС ir
Так называемое напряжение на клеммах батареи ниже, чем ЭДС при ее разряде. из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении.Если, с другой стороны, аккумулятор заряжается от внешнего источника, например в качестве зарядного устройства ток будет проходить через батарею в обратном направлении; тогда напряжение на клеммах будет выше, чем ЭДС на величину разности напряжений. через его внутреннее сопротивление.
Тестеры батарей
Таким образом, если через батарею не течет ток, ее напряжение на клеммах в этом случае будет идентично ее ЭДС.Хорошие вольтметры имеют чрезвычайно высокое сопротивление; входное сопротивление современных мультиметров обычно превышает 10 МОм (10 x 10 6 Ом). Таким образом, ток в цепи, показанной слева, будет намного меньше микроампера. Поскольку внутреннее сопротивление свежей батареи обычно составляет 1 Ом или меньше, падение напряжения на внутреннем сопротивлении будет незначительным, когда клемма напряжение измеряется хорошим вольтметром.
Чтобы правильно проверить влияние внутреннего сопротивления в батарее, необходимо добавить нагрузку, чтобы что через батарею будет протекать ток.Если нет токов, нет информации о внутреннем сопротивлении можно узнать. В идеале добавленная нагрузка будет представлять условия, при которых батарея будет фактически использоваться. После того, как нагрузка добавлена ​​к на тестируемой батарее напряжение на клеммах батареи измеряется вольтметром как показано слева. Таким образом, тестер аккумуляторов — это вольтметр, подключенный параллельно нагрузочному резистору, оба подключены к проверяемой батарее.
Старение батареи
Одним из важных видов отказа батареи является то, что внутреннее сопротивление r увеличивается с возрастом.Внутреннее сопротивление батареи также может резко возрасти. если сделана попытка слишком быстро извлечь энергию из батареи с помощью больших токов.

В таблице ниже показаны измерения напряжения на клеммах двух щелочных батареек AA, одной новой и одной. один б / у, сделанный с вольтметром и тестером аккумулятора с сопротивлением нагрузки 15,6 Ом.

С
Аккумулятор
Состояние
Измеренная
ЭДС
Измерено
напряжение клеммы
Рассчитано
текущих
Напряжение
на r
Расчетное
внутреннее
сопротивление
просто
вольтметр
аккумулятор
тестер
по
15.Нагрузка 6 Ом
новый 1,53 В 1,49 В 96 мА 0,04 В 0,4 Ом
старые 1,25 В 1,00 В 64 мА 0,25 В 3,9 Ом

Некоторые характеристики батареи

Типы первичных батарей

Другие ресурсы по аккумуляторным батареям в Интернете


Начало страницы; Возврат на домашнюю страницу PHYS345.
Комментарии, предложения или запросы к [email protected]

«http://www.physics.udel.edu/~watson/phys345/class/04-battery-testers.html»
Последнее обновление: 27 сентября 1999 г.
Авторское право Джорджа Уотсона, Univ. Делавэра, 1999.

Определение ЭДС батареи простыми словами

Educate EMF поддерживается считывателем. Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию бесплатно для вас.

ЭМП может означать одно из двух, в зависимости от контекста, в котором он используется.При обсуждении излучение всего, ЭДС означает электромагнитное поле. Но когда вы сталкиваетесь с этим термином в контексте батарей и клетки, это означает электродвигатель сила.

Невозможно представить жизнь без батареек. В конце концов, эти простые устройства — это то, что питает ваш мобильный телефон, ноутбук, планшет, карманный калькулятор, фонарик, практически все существующие мобильные устройства.

Сам по себе аккумулятор выглядит самой тупой вещью, с которой вы когда-либо сталкивались. Но как только вы подключаете его к чему-то вроде смартфона, этот маленький блок превращается в вашу портативную электростанцию ​​и оживляет ваше устройство.Без лишних слов, давайте погрузимся в определение ЭДС батареи простыми словами.

Краткое примечание! Если вам интересно узнать больше об электромагнитном излучении, можно прочитать книгу Ника Пино «Руководство по электромагнитным помехам без фольги». В книге объясняется электромагнитное излучение, и это занимательно. Это стоит несколько долларов, но я очень рекомендую!

Размер батареи имеет значение

Что произойдет, если разрядится батарея в вашем пульте дистанционного управления или фонарике? Вы ходите по магазинам, чтобы купить новый, верно? Когда вы делаете это, вы обычно убедитесь, что покупаете тот, который того же размера, что и старые, чтобы они могли поместиться внутри корпуса.

Подумайте о батарейки как ящики. Так же, как большая коробка упаковывает больше вещей, точно так же и большая коробка аккумулятор хранит больше электроэнергии, чем меньший. Это потому, что они укрывают больше химических электролитов и электроды большего размера, которые позволяют им выделять больше энергии. Вот вам небольшой урок химии.

Электролиты жидкости, содержащие ионы. Ион — это молекула или атом, несущий электрический заряд из-за потери или увеличения одного или нескольких электронов. Ионы несут чистый положительный заряд или чистый отрицательный заряд в зависимости от того, набрали ли они или потерянные электроны.Электрод — это проводник, погруженный в электролит. Он пропускает электрический ток.

Таким образом, вполне логично, что большие батареи имеют большую емкость для хранения большего количества электролитов, что, в свою очередь, приравнивается к большему количеству ионов (или носителей заряда). Учитывая это увеличенное количество ионов, это означает, что эти батареи могут генерировать больше электроэнергии.

Питание от аккумулятора

Одно дело вы заметите, что батареи с маркировкой AAA, AA, C или D имеют тот же «1.Индикация 5V ”, несмотря на то, что все они разного размера. Причина этому будет подробно обсуждаться в разделе о внутреннем сопротивлении далее в этом разделе. статья.

Если вы хотите узнать, какое количество электроэнергии держит аккумулятор, вам нужно посмотреть на измерение мАч. Это означает миллиампер-часы и является мерой заряда аккумулятора. Итак, если вам нужен смартфон, который может оставаться включенным в течение длительного времени, прежде чем вам нужно будет снова его перезарядить, вам нужно получить аккумулятор с высоким измерением мАч.Обычно это указывается на самой батарее. В батареях большего размера единицей измерения, используемой для обозначения того, сколько электроэнергии они хранят, является «ватт-часы».

Определение ЭДС батареи

Если вы когда-нибудь забываете выключить фары в машине, а они оставались включенными всю ночь, вы найти их тусклыми к утру. Они не мигают внезапно. Вместо этого их интенсивность постепенно уменьшается по мере разряда батареи. В Аккумулятор является источником напряжения для фар.

Проще говоря, вы можете думать о напряжении как о «толчке» зарядов (ионов) для их перемещения через электрический провод. Источники напряжения включают свинцово-кислотные и никель-гидридные. батареи, солнечные фермы, ветряные электростанции и плотины. Источники напряжения имеют потенциал для подачи тока, если они подключены к сопротивлению. Это называемый «разностью потенциалов», и он создает электрическое поле который воздействует на заряды, проталкивая их через проводник. Этот поток заряды — это то, что называется электрическим током.

Электродвижущая сила, сокращение E (ЭДС), с другой стороны, представляет собой особый вид разности потенциалов. Он измеряет силу, действующую на заряды при отсутствии тока. Короче говоря, ключевое различие между разностью потенциалов и ЭДС связано с тем, протекает ли ток через цепь. Если ток течет, то вы знаете, что имеете дело с разностью потенциалов, а если это не так, вы сразу знаете, что у вас на руках случай ЭДС.

Аналогия с водой

Отличный способ понять концепцию разности потенциалов, а ЭДС — думать о воде стекает по трубчатой ​​водной горке. Вода в данном случае представляет собой заряды, а водная горка представляет собой схему. Когда вода на самом верху слайда, он содержит определенное количество потенциальной энергии перед его запуском. течет вниз. Эта энергия постепенно уменьшается по мере приближения воды к дно.

Подумайте о потенциальной энергии таким образом.Если вы бросите двухфунтовый камень с верхнего этажа 20-этажного здания в машину, припаркованную на стороне блока ниже, это, вероятно, нанесет больше повреждений, чем если бы вы выбросили его со второго этажа того же здания. Это происходит из-за разницы в потенциальной энергии, которая намного выше, когда камень находится на двадцатом этаже, чем когда он находится на втором этаже.

Возвращаясь к аналогии, как только вода достигает дна горки, потенциальная энергия, которой она обладает, становится минимальной.Таким образом, необходимо проделать гораздо больше работы, чтобы снова отправить его обратно, чтобы достичь максимальной потенциальной энергии, прежде чем он снова сможет спуститься по горке.

Именно так электрическая цепь работает только в этом случае, энергия, необходимая для приведения зарядов к более высокой разности потенциалов, называется ЭДС. Единицы измерения ЭДС — вольт (В).

Связь между ЭДС и источником напряжения

Любое напряжение источник, такой как батарея, имеет ЭДС, непосредственно связанную с ним.Но, как вы Как видно из аналогии с водой выше, выходное напряжение устройства будет отличается от ЭДС, когда ток начинает течь по цепи.

Если вы затем измерили напряжение на клеммах аккумулятора, вы обнаружите, что по мере того, как он продолжает подавать ток, его напряжение снижается по мере того, как батарея разряжается. Но если вы измерили выходное напряжение устройства, не потребляя ток, то полученное значение будет равняться его ЭДС даже в тех случаях, когда батарея почти полностью разряжена.

Внутреннее сопротивление источника напряжения

Рассмотрим внутреннее сопротивление батареи. Внутреннее сопротивление в данном случае относится к собственной врожденной способности батареи препятствовать прохождению зарядов через проводящую цепь. Обычно оно исходит от изоляторов, таких как пластик, углерод или любой другой материал, который не является проводником, через который может течь электрический ток. .

Подумайте о состав батареи в виде двух колодцев, соединенных узкой трубкой в между ними.Каждый колодец содержит заряды, причем один из них имеет больший их объем больше, чем у аналога. Как и следовало ожидать, колодец с больший объем зарядов вытолкнет лишние через трубку в соседний колодец. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока в обеих скважинах не будет одинаковых объем начислений.

В идеале сценария, вы ожидаете, что полный перенос всех сверхнормативных сборов с один хорошо к другому. Однако на самом деле это далеко не так. Некоторые обвинения будут неизбежно теряются в процессе передачи.Следовательно, это невозможно для достижения верности в обеих скважинах.

В аккумуляторах эти потерянные заряды выделяются в виде тепловой (тепловой) энергии. Это объясняет, почему батареи часто нагреваются через некоторое время после их использования. Чем горячее он становится, тем труднее становится протекать ток через батарею. Это то, что вызывает внутреннее сопротивление батареи, а его внутреннее присутствие говорит о том, что ни один источник напряжения не идеален.

Законы термодинамики

Нет любая существующая батарея, которая полностью эффективно передает мощность на внешняя цепь.Часть его неизбежно рассеется. Эта концепция напоминают законы термодинамики, которые подчеркивают, что никакие механические машина может использовать и преобразовывать ввод в вывод без затрат минимального количества энергии на себя.

Это обычно выделяется в виде тепла. Законы термодинамики — одни из самых фундаментальные правила вселенной, независимо от того, применяются ли они к ревущему Lamborghini или литий-ионный аккумулятор в вашем смартфоне.

Связь между ЭДС и внутренним сопротивлением

Как уже упоминалось ранее вы заметите, что батареи с маркировкой AAA, AA, C или D имеют тот же «1.5V ”на каждом из них, несмотря на их разные размеры. В среднем щелочные батареи обычно содержат электролит хлорида цинка или аммония, в то время как Электроды состоят из цинкового анода и катода из диоксида марганца. An анод и катод относятся к положительно и отрицательно заряженному электроду соответственно.

Батареи C и D большего размера содержат больше заряда и энергии. Следовательно, они могут обеспечивать больший ток, чем их меньшие аналоги типа AAA и AA. Но, поскольку все они имеют одинаковый химический состав, имеет смысл, что все они будут иметь одинаковую ЭДС.Внутреннее сопротивление батареи в конечном итоге зависит от ее размера. Батареи большего размера имеют более низкое внутреннее сопротивление, чем батареи меньшего размера, внутреннее сопротивление которых намного выше по сравнению с ними.

Любое напряжение источник имеет ЭДС, которая напрямую коррелирует с его разностью потенциалов и внутреннее сопротивление. Чем ниже внутреннее сопротивление для конкретной ЭДС, тем большее количество тока и мощности может обеспечить данный источник напряжения. Выходная мощность батареи на ее выводах равна ЭДС, когда нет текущий течет.

Однако важно отметить, что внутреннее сопротивление батареи не остается постоянным. Он имеет тенденцию увеличиваться по мере разряда батареи. Он также увеличивается при повышении температуры батареи. Величина и направление тока, протекающего по цепи, также являются основным фактором, определяющим уровень внутреннего сопротивления батареи. Для аккумуляторов величина внутреннего сопротивления их элементов зависит от количества раз, а также от того, насколько глубоко батарея была разряжена.

Как работают батареи

Различные комбинации химических веществ, составляющих электролит в батарее, наряду с составом ее клемм, определяют ее ЭДС. Большинство аккумуляторов работают одинаково, но для этой иллюстрации будет использоваться автомобильный аккумулятор.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, изобретенные в 1859 году французским физиком Гастоном Плантом, являются основным источником напряжения для большинства автомобилей. Он также широко применяется в решениях для бесперебойного питания (ИБП), подводных лодках, лодках и почти во всех других приложениях, которые, как вы только можете себе представить, требуют недорогого перезаряжаемого источника энергии.

А типичный 12В Свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор состоит из шести свинцово-кислотных гальванических элементов. Каждый соединены последовательно друг с другом и размещены внутри батарейного отсека. Внутри каждого В ячейке используются два типа электродов — положительный катод из диоксида свинца и отрицательный анод из свинца. Поскольку чистый свинец довольно мягкий, он усилен такими добавками, как сурьма. или кальций, чтобы повысить его механическую прочность, а также его электрическую характеристики.

«Кислота» часть свинцово-кислотной батареи составляет электролит, который является разбавленным раствор серной кислоты.Концентрация этого раствора варьируется в зависимости от по конструкции аккумулятора. Однако обычно он составляет менее 40% от общий вес раствора. Раствор содержит положительно заряженный водород. ионы и отрицательно заряженные сульфат-ионы.

Некоторая батарея конструкции включают гелеобразователи, такие как кремнеземная пыль, для превращения электролита раствор в густой гель. Пожалуй, одна из сильных сторон свинцово-кислотного геля. батареи — это их неприхотливость в обслуживании и возможность установки в любом направлении, не мешая выходной мощности.

Свинцово-кальциевые, свинцово-сурьмянистые, свинцово-кислотные с регулируемым клапаном, свинцово-кислотные, свинцово-кислотные и многие другие — все эти аккумуляторы, которые вы, возможно, встречали, составляют семейство свинцово-кислотных аккумуляторов. .

Взаимосвязь между химическими реакциями в батарее и ее ЭДС

Химические реакции в батарее не могут происходить, если нет полной цепи, обеспечивающей подачу электронов на катод. В большинстве случаев анод будет подавать эти электроны, которые проходят через сопротивление, прежде чем они попадут на катод.Поскольку в химических реакциях, происходящих в батарее, участвуют элементы и соединения, обладающие некоторым уровнем сопротивления, ЭДС не может быть создана без внутреннего сопротивления.

Испускают ли батареи электромагнитное излучение?

Именно здесь вступает в игру другое определение ЭМП — излучение электромагнитного поля (ЭМП). Теперь, когда вы понимаете, как батареи производят энергию, возникает вопрос: излучают ли батареи излучение? Краткий ответ на это — нет.

Как вы Как видно, батареи используют химические реакции для генерации электрического тока, который, в свою очередь, питает электронное устройство. Этот тип химической реакции не создавайте электромагнитных полей вокруг аккумулятора. Хотя они могут и не быть сами являясь прямым источником излучения, они, безусловно, могут быть его причиной.

Например, если у вас есть пара щелочных батареек AA на кофейном столике в гостиной, вам не нужно беспокоиться о том, что они излучают вредные электромагнитные лучи.Однако, если вы поместите их в свой беспроводной телефон, сигналов для передачи голосовых данных, тогда вы рискуете подвергнуться радиационному облучению от свой телефон, но не от самих аккумуляторов.

Если у вас есть мобильный телефон, смартфон, планшет или ноутбук, тогда вы знаете, что все они полагаются на литий-ионные батареи для работы. Если вынуть литий-ионный аккумулятор устройства и поместите его отдельно на стол, вы не рискуете радиационное воздействие.

Если в вашем устройстве есть возможность подключиться к сотовой сети, Wi-Fi, Bluetooth или любой другой беспроводной сети, то вы, безусловно, получите определенный уровень радиационного облучения от устройства, но не от самого аккумулятора.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *