वीज पुरवठ्याच्या अंतर्गत प्रतिकाराची गणना कशी करावी

कंडक्टरच्या शेवटी, आणि म्हणून विद्युत् प्रवाह, नॉन-इलेक्ट्रिकल स्वरूपाच्या बाह्य शक्तींची उपस्थिती आवश्यक आहे, ज्याच्या मदतीने विद्युत शुल्काचे पृथक्करण होते.

बाहेरच्या शक्तींनीइलेक्ट्रोस्टॅटिक (म्हणजे कौलॉम्ब) अपवाद वगळता सर्किटमधील विद्युत चार्ज केलेल्या कणांवर कार्य करणारी कोणतीही शक्ती आहे.

थर्ड-पार्टी फोर्सने सर्व वर्तमान स्त्रोतांमध्ये चार्ज केलेले कण गतीमध्ये सेट केले आहेत: जनरेटर, पॉवर प्लांट्स, गॅल्व्हनिक सेल, बॅटरी इ.

जेव्हा सर्किट बंद होते, तेव्हा सर्किटच्या सर्व कंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रिक फील्ड तयार होते. वर्तमान स्त्रोताच्या आत, कुलॉम्ब शक्तींविरूद्ध बाह्य शक्तींच्या प्रभावाखाली शुल्क हलते (इलेक्ट्रॉन सकारात्मक चार्ज केलेल्या इलेक्ट्रोडपासून नकारात्मककडे जातात), आणि उर्वरित सर्किटमध्ये ते विद्युत क्षेत्राद्वारे चालवले जातात (वरील आकृती पहा).

वर्तमान स्त्रोतांमध्ये, चार्ज केलेले कण वेगळे करण्याच्या प्रक्रियेत, विविध प्रकारच्या उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर होते. रूपांतरित ऊर्जेच्या प्रकारावर आधारित, खालील प्रकारचे इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स वेगळे केले जातात:

- इलेक्ट्रोस्टॅटिक- इलेक्ट्रोफोर मशीनमध्ये, ज्यामध्ये यांत्रिक ऊर्जा घर्षणाने विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होते;

- थर्मोइलेक्ट्रिक- थर्मोएलमेंटमध्ये - वेगवेगळ्या धातूंनी बनवलेल्या दोन तारांच्या तापलेल्या जंक्शनची अंतर्गत ऊर्जा विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होते;

- फोटोव्होल्टेइक- फोटोसेलमध्ये. येथे प्रकाश उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर होते: जेव्हा काही पदार्थ प्रकाशित होतात, उदाहरणार्थ, सेलेनियम, तांबे (I) ऑक्साईड, सिलिकॉन, तेव्हा नकारात्मक विद्युत शुल्क कमी होते;

- रासायनिक- गॅल्व्हॅनिक पेशी, बॅटरी आणि इतर स्त्रोतांमध्ये ज्यामध्ये रासायनिक उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर होते.

इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स (EMF)- वर्तमान स्त्रोतांची वैशिष्ट्ये. EMF ची संकल्पना G. Ohm ने 1827 मध्ये डायरेक्ट करंट सर्किट्ससाठी मांडली होती. 1857 मध्ये, किर्चहॉफने बंद सर्किटसह युनिट इलेक्ट्रिक चार्ज स्थानांतरित करताना बाह्य शक्तींचे कार्य म्हणून ईएमएफची व्याख्या केली:

ɛ = A st /q,

कुठे ɛ - वर्तमान स्त्रोताचा EMF, एक सेंट- बाह्य शक्तींचे कार्य, q- हस्तांतरित शुल्काची रक्कम.

इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स व्होल्टमध्ये व्यक्त केले जाते.

आम्ही सर्किटच्या कोणत्याही भागावर इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सबद्दल बोलू शकतो. हे बाह्य शक्तींचे विशिष्ट कार्य आहे (एकल चार्ज हलवण्याचे कार्य) संपूर्ण सर्किटमध्ये नाही, परंतु केवळ दिलेल्या क्षेत्रामध्ये.

वर्तमान स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार.

एक साधे क्लोज सर्किट असू द्या ज्यामध्ये वर्तमान स्त्रोत (उदाहरणार्थ, गॅल्व्हॅनिक सेल, बॅटरी किंवा जनरेटर) आणि एक प्रतिरोधक रोधक असू द्या. आर. बंद सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह कुठेही व्यत्यय आणत नाही, म्हणून, ते वर्तमान स्त्रोताच्या आत देखील अस्तित्वात आहे. कोणताही स्त्रोत विद्युत् प्रवाहासाठी काही प्रतिकार दर्शवतो. त्याला म्हणतात वर्तमान स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकारआणि पत्राद्वारे नियुक्त केले आहे आर.

जनरेटर मध्ये आर- हा वळणाचा प्रतिकार आहे, गॅल्व्हनिक सेलमध्ये - इलेक्ट्रोलाइट सोल्यूशन आणि इलेक्ट्रोडचा प्रतिकार.

अशा प्रकारे, वर्तमान स्त्रोत ईएमएफ आणि अंतर्गत प्रतिकारांच्या मूल्यांद्वारे दर्शविले जाते, जे त्याची गुणवत्ता निर्धारित करतात. उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रोस्टॅटिक मशीन्समध्ये खूप उच्च ईएमएफ (दहा हजार व्होल्टपर्यंत) असते, परंतु त्याच वेळी त्यांचा अंतर्गत प्रतिकार प्रचंड असतो (शेकडो मेगाहॅमपर्यंत). म्हणून, ते उच्च प्रवाह निर्माण करण्यासाठी अयोग्य आहेत. गॅल्व्हॅनिक पेशींमध्ये फक्त अंदाजे 1 V चा EMF असतो, परंतु अंतर्गत प्रतिकार देखील कमी असतो (अंदाजे 1 Ohm किंवा त्याहून कमी). हे त्यांना अँपिअरमध्ये मोजलेले प्रवाह प्राप्त करण्यास अनुमती देते.

कंडक्टरमधील विद्युत प्रवाह विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली उद्भवतो, ज्यामुळे मुक्त चार्ज केलेले कण एका दिशेने फिरतात. कण विद्युत प्रवाह निर्माण करणे ही एक गंभीर समस्या आहे. असे उपकरण तयार करणे जे एका राज्यात दीर्घकाळ फील्ड संभाव्य फरक राखेल हे एक कार्य आहे जे केवळ 18 व्या शतकाच्या अखेरीस सोडवणे मानवतेसाठी शक्य होते.

पहिले प्रयत्न

त्याच्या पुढील संशोधनासाठी आणि वापरासाठी "वीज साठवण्याचा" पहिला प्रयत्न हॉलंडमध्ये झाला. जर्मन Ewald Jürgen von Kleist आणि Dutchman Pieter van Musschenbroek, ज्यांनी Leiden शहरात त्यांचे संशोधन केले, त्यांनी जगातील पहिले कॅपेसिटर तयार केले, ज्याला नंतर “Leyden jar” असे म्हणतात.

यांत्रिक घर्षणाच्या प्रभावाखाली इलेक्ट्रिक चार्जचे संचय आधीच झाले आहे. ठराविक, अगदी कमी कालावधीसाठी कंडक्टरद्वारे डिस्चार्ज वापरणे शक्य होते.

विजेसारख्या तात्कालिक पदार्थावर मानवी मनाचा विजय क्रांतिकारक ठरला.

दुर्दैवाने, डिस्चार्ज (कॅपॅसिटरद्वारे तयार केलेला विद्युत प्रवाह) इतका कमी काळ टिकला की तो तयार होऊ शकला नाही. याव्यतिरिक्त, कॅपेसिटरद्वारे पुरवलेले व्होल्टेज हळूहळू कमी होते, ज्यामुळे दीर्घकालीन प्रवाह प्राप्त होण्याची शक्यता नसते.

दुसरा मार्ग शोधणे आवश्यक होते.

पहिला स्रोत

इटालियन गॅल्वानीचे "प्राणी वीज" वरील प्रयोग हे निसर्गातील विद्युत प्रवाहाचा नैसर्गिक स्रोत शोधण्याचा मूळ प्रयत्न होता. विच्छेदित बेडकांचे पाय लोखंडी ग्रिडच्या धातूच्या हुकवर टांगून, त्याने मज्जातंतूंच्या शेवटच्या वैशिष्ट्यपूर्ण प्रतिक्रियेकडे लक्ष वेधले.

तथापि, गॅल्वानीचे निष्कर्ष दुसऱ्या इटालियन, अलेस्सांद्रो व्होल्टाने नाकारले. प्राण्यांच्या जीवांपासून वीज मिळवण्याच्या शक्यतेमध्ये स्वारस्य असलेल्या, त्याने बेडकांवर अनेक प्रयोग केले. परंतु त्याचा निष्कर्ष मागील गृहितकांच्या पूर्ण विरुद्ध निघाला.

व्होल्टाच्या लक्षात आले की सजीव हा केवळ विद्युत स्त्रावचा सूचक आहे. जेव्हा विद्युत प्रवाह जातो तेव्हा पंजाचे स्नायू संकुचित होतात, संभाव्य फरक दर्शवितात. विद्युत क्षेत्राचा स्त्रोत भिन्न धातूंचा संपर्क असल्याचे दिसून आले. रासायनिक घटकांच्या मालिकेत ते जितके दूर असतील तितका प्रभाव अधिक लक्षणीय असेल.

इलेक्ट्रोलाइट सोल्युशनमध्ये भिजलेल्या कागदाच्या डिस्कसह भिन्न धातूंच्या प्लेट्सने दीर्घकाळ आवश्यक संभाव्य फरक निर्माण केला. आणि जरी तो कमी (1.1 V) असला तरीही, विद्युत प्रवाहाचा बराच काळ अभ्यास केला जाऊ शकतो. मुख्य म्हणजे तणाव तेवढाच काळ कायम राहिला.

काय चाललंय

हा परिणाम "गॅल्व्हॅनिक पेशी" नावाच्या स्त्रोतांमध्ये का होतो?

डायलेक्ट्रिकमध्ये ठेवलेले दोन धातूचे इलेक्ट्रोड वेगवेगळ्या भूमिका बजावतात. एक इलेक्ट्रॉन पुरवतो, दुसरा स्वीकारतो. रेडॉक्स प्रतिक्रियेच्या प्रक्रियेमुळे एका इलेक्ट्रोडवर जास्त प्रमाणात इलेक्ट्रॉन दिसतात, ज्याला नकारात्मक ध्रुव म्हणतात आणि दुसऱ्यावर कमतरता असते, ज्याला आपण स्त्रोताचा सकारात्मक ध्रुव म्हणून नियुक्त करू.

सर्वात सोप्या गॅल्व्हॅनिक पेशींमध्ये, एका इलेक्ट्रोडवर ऑक्सिडेशन प्रतिक्रिया होतात, दुसऱ्यावर घट प्रतिक्रिया होतात. इलेक्ट्रॉन्स सर्किटच्या बाहेरील भागातून इलेक्ट्रोड्सवर येतात. इलेक्ट्रोलाइट हा स्त्रोताच्या आत आयन करंटचा वाहक आहे. प्रतिकार शक्ती प्रक्रियेचा कालावधी नियंत्रित करते.

तांबे-जस्त घटक

तांबे-जस्त गॅल्व्हॅनिक सेलचे उदाहरण वापरून गॅल्व्हॅनिक पेशींच्या ऑपरेशनच्या तत्त्वावर विचार करणे मनोरंजक आहे, ज्याची क्रिया जस्त आणि तांबे सल्फेटच्या उर्जेपासून येते. या स्त्रोतामध्ये, एक तांबे प्लेट एका द्रावणात ठेवली जाते आणि झिंक इलेक्ट्रोड झिंक सल्फेटच्या द्रावणात बुडवले जाते. मिश्रण टाळण्यासाठी छिद्रयुक्त स्पेसरद्वारे द्रावण वेगळे केले जातात, परंतु ते संपर्कात आले पाहिजेत.

जर सर्किट बंद असेल तर, जस्तच्या पृष्ठभागाचा थर ऑक्सिडाइझ केला जातो. द्रवाशी परस्परसंवादाच्या प्रक्रियेत, जस्त अणू, आयनमध्ये बदलतात, द्रावणात दिसतात. इलेक्ट्रोडवर इलेक्ट्रॉन सोडले जातात, जे विद्युत् प्रवाहाच्या निर्मितीमध्ये भाग घेऊ शकतात.

एकदा तांबे इलेक्ट्रोडवर, इलेक्ट्रॉन घट प्रतिक्रिया मध्ये भाग घेतात. तांबे आयन सोल्युशनमधून पृष्ठभागाच्या थरावर येतात, ते तांब्याच्या अणूंमध्ये बदलतात, तांब्याच्या प्लेटवर जमा होतात.

काय घडत आहे ते सारांशित करूया: गॅल्व्हॅनिक सेलच्या ऑपरेशनची प्रक्रिया सर्किटच्या बाह्य भागासह रिड्यूसिंग एजंटपासून ऑक्सिडायझिंग एजंटमध्ये इलेक्ट्रॉनच्या संक्रमणासह असते. दोन्ही इलेक्ट्रोड्सवर प्रतिक्रिया घडतात. स्त्रोताच्या आत आयन प्रवाह वाहतो.

वापरण्यात अडचण

तत्वतः, संभाव्य रेडॉक्स प्रतिक्रियांपैकी कोणतीही बॅटरीमध्ये वापरली जाऊ शकते. परंतु तांत्रिकदृष्ट्या मौल्यवान घटकांमध्ये कार्य करण्यास सक्षम इतके पदार्थ नाहीत. शिवाय, अनेक प्रतिक्रियांना महागड्या पदार्थांची आवश्यकता असते.

आधुनिक बॅटरीची रचना सोपी असते. एका इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ठेवलेले दोन इलेक्ट्रोड जहाज भरतात - बॅटरी बॉडी. अशा डिझाइन वैशिष्ट्ये संरचना सुलभ करतात आणि बॅटरीची किंमत कमी करतात.

कोणतीही गॅल्व्हॅनिक सेल थेट प्रवाह निर्माण करण्यास सक्षम आहे.

वर्तमान प्रतिकार सर्व आयन एकाच वेळी इलेक्ट्रोडवर दिसण्याची परवानगी देत ​​नाही, म्हणून घटक बराच काळ कार्य करतो. आयन निर्मितीच्या रासायनिक अभिक्रिया लवकर किंवा नंतर थांबतात आणि घटक सोडला जातो.

सध्याचा स्त्रोत खूप महत्वाचा आहे.

प्रतिकाराबद्दल थोडेसे

विद्युत प्रवाहाच्या वापराने, निःसंशयपणे, वैज्ञानिक आणि तांत्रिक प्रगती एका नवीन स्तरावर आणली आणि त्याला एक प्रचंड प्रेरणा दिली. परंतु विद्युतप्रवाहाच्या प्रतिकारशक्तीमुळे अशा विकासाच्या मार्गात अडथळा येतो.

एकीकडे, विद्युत प्रवाहात दैनंदिन जीवनात आणि तंत्रज्ञानामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या अमूल्य गुणधर्म आहेत, दुसरीकडे, लक्षणीय प्रतिकार आहे. भौतिकशास्त्र, निसर्गाचे विज्ञान म्हणून, समतोल प्रस्थापित करण्याचा आणि या परिस्थितींमध्ये आणण्याचा प्रयत्न करते.

विद्युतभारित कण ज्या पदार्थाद्वारे ते हलतात त्याच्या परस्परसंवादामुळे वर्तमान प्रतिकार निर्माण होतो. सामान्य तापमानाच्या परिस्थितीत ही प्रक्रिया वगळणे अशक्य आहे.

प्रतिकार

वर्तमान स्त्रोत आणि सर्किटच्या बाह्य भागाचा प्रतिकार थोडा वेगळा आहे, परंतु या प्रक्रियांमध्ये चार्ज हलवण्याचे काम समान आहे.

कार्य स्वतःच स्त्रोताच्या गुणधर्मांवर आणि त्याच्या भरण्यावर अवलंबून असते: इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइटचे गुण तसेच सर्किटच्या बाह्य भागांसाठी, ज्याचा प्रतिकार सामग्रीच्या भौमितिक मापदंडांवर आणि रासायनिक वैशिष्ट्यांवर अवलंबून असतो. उदाहरणार्थ, धातूच्या वायरचा प्रतिकार त्याच्या लांबीसह वाढतो आणि क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र वाढल्याने कमी होतो. प्रतिकार कसा कमी करायचा या समस्येचे निराकरण करताना, भौतिकशास्त्र विशेष सामग्री वापरण्याची शिफारस करते.

चालू काम

जौल-लेन्झ कायद्यानुसार, प्रतिरोधकतेच्या प्रमाणात कंडक्टरमध्ये उष्णता सोडली जाते. जर उष्णतेचे प्रमाण Q int ने दर्शविले असेल. , वर्तमान सामर्थ्य I, त्याचा प्रवाह वेळ t, नंतर आपल्याला मिळेल:

• Q अंतर्गत = I 2 r t,

जेथे r हा वर्तमान स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार आहे.

संपूर्ण साखळीमध्ये, त्याच्या अंतर्गत आणि बाह्य दोन्ही भागांसह, एकूण उष्णता सोडली जाईल, ज्याचे सूत्र आहे:

• Q एकूण = I 2 r t + I 2 R t = I 2 (r +R) t,

हे ज्ञात आहे की भौतिकशास्त्रात प्रतिकार कसा नियुक्त केला जातो: बाह्य सर्किट (स्रोत वगळता सर्व घटक) मध्ये प्रतिरोधक R असतो.

संपूर्ण सर्किटसाठी ओमचा नियम

चला हे लक्षात घेऊया की मुख्य कार्य वर्तमान स्त्रोताच्या अंतर्गत बाह्य शक्तींद्वारे केले जाते. त्याचे मूल्य फील्डद्वारे हस्तांतरित केलेल्या शुल्काच्या उत्पादनाच्या आणि स्त्रोताच्या इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सच्या बरोबरीचे आहे:

• q · E = I 2 · (r + R) · t.

प्रभार वर्तमान सामर्थ्याच्या गुणाकाराच्या आणि तो प्रवाहित होण्याच्या वेळेच्या समान आहे हे समजून घेणे, आमच्याकडे आहे:

• E = I (r + R).

कारण-आणि-परिणाम संबंधांनुसार, ओमच्या कायद्याचे स्वरूप आहे:

• I = E: (r + R).

बंद सर्किटमध्ये, वर्तमान स्त्रोताचा EMF थेट आनुपातिक असतो आणि सर्किटच्या एकूण (प्रभाव) प्रतिकाराच्या व्यस्त प्रमाणात असतो.

या पॅटर्नच्या आधारे, वर्तमान स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार निर्धारित करणे शक्य आहे.

स्त्रोत डिस्चार्ज क्षमता

स्त्रोतांच्या मुख्य वैशिष्ट्यांमध्ये डिस्चार्ज क्षमता समाविष्ट आहे. काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये ऑपरेशन दरम्यान जास्तीत जास्त वीज मिळणे हे डिस्चार्ज करंटच्या ताकदीवर अवलंबून असते.

आदर्श बाबतीत, जेव्हा काही अंदाजे केले जातात, तेव्हा डिस्चार्ज क्षमता स्थिर मानली जाऊ शकते.

उदाहरणार्थ, 1.5 V च्या संभाव्य फरकासह मानक बॅटरीची डिस्चार्ज क्षमता 0.5 Ah आहे. जर डिस्चार्ज करंट 100 एमए असेल तर ते 5 तास काम करते.

बॅटरी चार्ज करण्याच्या पद्धती

बॅटरी वापरल्याने ते डिस्चार्ज होतील. लहान-आकाराच्या घटकांचे चार्जिंग करंट वापरून केले जाते ज्याची शक्ती स्त्रोत क्षमतेच्या एक दशांशपेक्षा जास्त नाही.

खालील चार्जिंग पद्धती उपलब्ध आहेत:

• दिलेल्या वेळेसाठी स्थिर प्रवाह वापरणे (0.1 बॅटरी क्षमतेच्या विद्युत् प्रवाहासह सुमारे 16 तास);
• दिलेल्या संभाव्य फरकासाठी कमी होत असलेल्या प्रवाहासह चार्ज करणे;
• असममित प्रवाहांचा वापर;
• चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगच्या लहान डाळींचा अनुक्रमिक वापर, ज्यामध्ये पहिल्याचा वेळ दुसऱ्याच्या वेळेपेक्षा जास्त असतो.

व्यावहारिक काम

एक कार्य प्रस्तावित आहे: वर्तमान स्त्रोत आणि ईएमएफचा अंतर्गत प्रतिकार निर्धारित करा.

ते करण्यासाठी, तुम्हाला वर्तमान स्त्रोत, एक अँमीटर, एक व्होल्टमीटर, एक स्लाइडर रिओस्टॅट, एक की आणि कंडक्टरचा एक संच यावर स्टॉक करणे आवश्यक आहे.

वापरामुळे आपल्याला वर्तमान स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार निर्धारित करण्यास अनुमती मिळेल. हे करण्यासाठी, आपल्याला त्याचे EMF आणि रियोस्टॅट प्रतिरोधनाचे मूल्य माहित असणे आवश्यक आहे.

सर्किटच्या बाह्य भागामध्ये वर्तमान प्रतिकारासाठी गणना सूत्र सर्किट विभागासाठी ओमच्या नियमावरून निर्धारित केले जाऊ शकते:

• I=U:R,

जेथे मी सर्किटच्या बाह्य भागामध्ये वर्तमान ताकद आहे, ज्याला अँमीटरने मोजले जाते; U हा बाह्य प्रतिकारामधील व्होल्टेज आहे.

अचूकता वाढविण्यासाठी, मोजमाप किमान 5 वेळा घेतले जातात. हे कशासाठी आहे? प्रयोगादरम्यान मोजले जाणारे व्होल्टेज, प्रतिकार, विद्युत् प्रवाह (किंवा त्याऐवजी, वर्तमान ताकद) पुढील वापरले जातात.

वर्तमान स्त्रोताचे ईएमएफ निश्चित करण्यासाठी, आम्ही या वस्तुस्थितीचा फायदा घेतो की जेव्हा स्विच उघडला जातो तेव्हा त्याच्या टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज जवळजवळ ईएमएफच्या समान असते.

चला बॅटरीचे सर्किट, रिओस्टॅट, अँमीटर आणि मालिकेत जोडलेली की एकत्र करू. आम्ही व्होल्टमीटरला वर्तमान स्त्रोताच्या टर्मिनल्सशी जोडतो. की उघडल्यानंतर, आम्ही त्याचे वाचन घेतो.

अंतर्गत प्रतिकार, ज्याचे सूत्र संपूर्ण सर्किटसाठी ओमच्या नियमातून प्राप्त केले जाते, गणितीय गणनेद्वारे निर्धारित केले जाते:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

मोजमाप दर्शविते की अंतर्गत प्रतिकार बाह्य प्रतिकारापेक्षा लक्षणीय कमी आहे.

संचयक आणि बॅटरीचे व्यावहारिक कार्य मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. इलेक्ट्रिक मोटर्सची निर्विवाद पर्यावरणीय सुरक्षितता संशयाच्या पलीकडे आहे, परंतु क्षमतायुक्त, एर्गोनॉमिक बॅटरी तयार करणे ही आधुनिक भौतिकशास्त्राची समस्या आहे. त्याच्या समाधानामुळे ऑटोमोटिव्ह तंत्रज्ञानाच्या विकासाची नवीन फेरी होईल.

लहान, हलक्या वजनाच्या, उच्च क्षमतेच्या रिचार्ज करण्यायोग्य बॅटरी मोबाईल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये देखील आवश्यक आहेत. त्यांच्यामध्ये वापरल्या जाणार्या ऊर्जेचे प्रमाण थेट उपकरणांच्या कार्यप्रदर्शनाशी संबंधित आहे.

समजा एक साधा इलेक्ट्रिकल क्लोज सर्किट आहे ज्यामध्ये विद्युत् स्त्रोताचा समावेश आहे, उदाहरणार्थ जनरेटर, गॅल्व्हॅनिक सेल किंवा बॅटरी, आणि प्रतिरोधक R असलेला रेझिस्टर. सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह कुठेही व्यत्यय आणत नसल्यामुळे, तो स्त्रोताच्या आत वाहतो.

अशा परिस्थितीत, आपण असे म्हणू शकतो की कोणत्याही स्त्रोतामध्ये काही आंतरिक प्रतिकार असतो ज्यामुळे विद्युत प्रवाह रोखतो. हे अंतर्गत प्रतिकार वर्तमान स्त्रोताचे वैशिष्ट्य दर्शविते आणि r अक्षराने नियुक्त केले आहे. बॅटरीसाठी, अंतर्गत प्रतिकार म्हणजे इलेक्ट्रोलाइट सोल्यूशन आणि इलेक्ट्रोड्सचा प्रतिकार, हे स्टेटर विंडिंग्स इ.

अशाप्रकारे, वर्तमान स्त्रोत EMF च्या परिमाण आणि त्याच्या स्वतःच्या अंतर्गत प्रतिकार r चे मूल्य या दोन्ही द्वारे दर्शविले जाते - ही दोन्ही वैशिष्ट्ये स्त्रोताची गुणवत्ता दर्शवतात.

इलेक्ट्रोस्टॅटिक हाय-व्होल्टेज जनरेटर (जसे की व्हॅन डी ग्राफ जनरेटर किंवा विमहर्स्ट जनरेटर), उदाहरणार्थ, लाखो व्होल्ट्समध्ये मोजल्या जाणाऱ्या मोठ्या EMF द्वारे ओळखले जातात, तर त्यांचा अंतर्गत प्रतिकार शेकडो मेगाओममध्ये मोजला जातो, म्हणूनच ते अनुपयुक्त असतात. मोठे प्रवाह निर्माण करण्यासाठी.

गॅल्व्हॅनिक घटक (जसे की बॅटरी), याउलट, 1 व्होल्टच्या ऑर्डरचा EMF असतो, जरी त्यांचा अंतर्गत प्रतिकार अपूर्णांकांच्या क्रमाने किंवा जास्तीत जास्त दहा ओहमचा असतो आणि त्यामुळे एककांचे प्रवाह आणि दहापट गॅल्व्हॅनिक घटकांपासून अँपिअर मिळवता येतात.

हे आकृती संलग्न लोडसह वास्तविक स्त्रोत दर्शवते. त्याचा अंतर्गत प्रतिकार, तसेच लोड प्रतिरोध, येथे दर्शविला आहे. त्यानुसार, या सर्किटमधील वर्तमान समान असेल:

बाह्य परिपथाचा विभाग एकसंध असल्याने, ओमच्या नियमावरून लोडवरील व्होल्टेज शोधता येते:

पहिल्या समीकरणातून लोड रेझिस्टन्स व्यक्त करून आणि त्याचे मूल्य दुसऱ्या समीकरणात बदलून, आम्ही बंद सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहावरील लोड व्होल्टेजचे अवलंबन प्राप्त करतो:

बंद लूपमध्ये, EMF बाह्य सर्किटच्या घटकांवरील व्होल्टेज थेंबांच्या बेरीज आणि स्त्रोताच्या स्वतःच्या अंतर्गत प्रतिकारांच्या समान आहे. लोड करंटवर लोड व्होल्टेजचे अवलंबन आदर्शपणे रेषीय आहे.

आलेख हे दर्शवितो, परंतु वास्तविक रोधकावरील प्रायोगिक डेटा (ग्राफजवळील क्रॉस) नेहमी आदर्शापेक्षा भिन्न असतो:

प्रयोग आणि तर्क दर्शविते की शून्य लोड करंटवर, बाह्य सर्किटवरील व्होल्टेज स्त्रोत ईएमएफच्या बरोबरीचे असते आणि शून्य लोड व्होल्टेजवर, सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह समान असतो. रिअल सर्किट्सचा हा गुणधर्म प्रायोगिकरित्या वास्तविक स्त्रोतांचा emf आणि अंतर्गत प्रतिकार शोधण्यात मदत करतो.

अंतर्गत प्रतिकारांचे प्रायोगिक निर्धारण

ही वैशिष्ट्ये प्रायोगिकरित्या निर्धारित करण्यासाठी, वर्तमान मूल्यावरील लोडवरील व्होल्टेजचे अवलंबित्व प्लॉट करा, नंतर त्यास अक्षांसह छेदनबिंदूवर एक्सट्रापोलेट करा.

व्होल्टेज अक्षासह आलेखाच्या छेदनबिंदूवर स्त्रोत ईएमएफचे मूल्य आहे आणि वर्तमान अक्षासह छेदनबिंदूच्या बिंदूवर शॉर्ट सर्किट करंटचे मूल्य आहे. परिणामी, अंतर्गत प्रतिकार सूत्राद्वारे आढळतो:

स्त्रोताद्वारे विकसित केलेली उपयुक्त शक्ती लोडवर सोडली जाते. लोड प्रतिरोधनावर या शक्तीचे अवलंबन आकृतीमध्ये दर्शविले आहे. हे वक्र शून्य बिंदूवर समन्वय अक्षांच्या छेदनबिंदूपासून सुरू होते, नंतर कमाल शक्ती मूल्यापर्यंत वाढते, त्यानंतर लोड प्रतिरोध अनंताच्या बरोबरीने शून्यावर घसरतो.

दिलेल्या स्त्रोतावर जास्तीत जास्त लोड रेझिस्टन्स ज्यावर जास्तीत जास्त पॉवर सैद्धांतिकदृष्ट्या विकसित होईल हे शोधण्यासाठी, R च्या संदर्भात पॉवर फॉर्म्युलाचे व्युत्पन्न घेतले जाते आणि शून्यावर सेट केले जाते. जेव्हा बाह्य सर्किट प्रतिरोध स्त्रोताच्या अंतर्गत प्रतिकाराइतका असेल तेव्हा जास्तीत जास्त शक्ती विकसित होईल:

R = r वरील कमाल शक्तीबद्दलची ही तरतूद भार प्रतिरोधाच्या मूल्यावर लोडवर सोडलेल्या शक्तीचे अवलंबित्व प्लॉट करून प्रायोगिकपणे स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार शोधण्याची परवानगी देते. वास्तविक, सैद्धांतिक ऐवजी, जास्तीत जास्त शक्ती प्रदान करणारा लोड प्रतिरोधक शोधल्यानंतर, वीज पुरवठ्याचा वास्तविक अंतर्गत प्रतिकार निर्धारित केला जातो.

वर्तमान स्त्रोताची कार्यक्षमता लोडवर सोडलेल्या कमाल उर्जेचे सध्या विकसित होत असलेल्या एकूण उर्जेचे गुणोत्तर दर्शवते

एक विशिष्ट उदाहरण वापरून या समस्येचे निराकरण करण्याचा प्रयत्न करूया. उर्जा स्त्रोताचे इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स 4.5 V आहे. एक भार त्याच्याशी जोडला गेला होता आणि त्यातून 0.26 A च्या बरोबरीचा विद्युत् प्रवाह 3.7 V इतका झाला. सर्वप्रथम, कल्पना करा की एक आदर्श सर्किट आहे. 4.5 V चा व्होल्टेज स्त्रोत, ज्याचा अंतर्गत प्रतिकार शून्य आहे, तसेच एक प्रतिरोधक आहे, ज्याचे मूल्य शोधणे आवश्यक आहे. हे स्पष्ट आहे की प्रत्यक्षात असे नाही, परंतु गणनेसाठी समानता अगदी योग्य आहे.

पायरी 2

लक्षात ठेवा की U अक्षर फक्त लोड अंतर्गत व्होल्टेज दर्शवते. इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स नियुक्त करण्यासाठी, दुसरे पत्र आरक्षित केले आहे - ई. ते पूर्णपणे अचूकपणे मोजणे अशक्य आहे, कारण तुम्हाला अनंत इनपुट प्रतिरोधासह व्होल्टमीटरची आवश्यकता असेल. इलेक्ट्रोस्टॅटिक व्होल्टमीटर (इलेक्ट्रोमीटर) सह देखील, ते प्रचंड आहे, परंतु अमर्याद नाही. पण एक गोष्ट पूर्णपणे अचूक असणे आणि दुसरी म्हणजे व्यवहारात स्वीकार्य अचूकता असणे. दुसरा अगदी व्यवहार्य आहे: व्होल्टमीटरच्या अंतर्गत प्रतिकाराच्या तुलनेत स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार नगण्य असणे आवश्यक आहे. यादरम्यान, स्त्रोताच्या EMF आणि 260 mA चा विद्युत् प्रवाह वापरणाऱ्या लोड अंतर्गत त्याच्या व्होल्टेजमधील फरकाची गणना करूया. E-U = 4.5-3.7 = 0.8. हे त्या "व्हर्च्युअल रेझिस्टर" वर व्होल्टेज ड्रॉप असेल.

पायरी 3

बरं, मग सर्व काही सोपे आहे, कारण शास्त्रीय ओमचा नियम लागू होतो. आम्ही लक्षात ठेवतो की लोड आणि "व्हर्च्युअल रेझिस्टर" द्वारे प्रवाह समान आहे, कारण ते मालिकेत जोडलेले आहेत. नंतरचे (0.8 V) व्होल्टेज ड्रॉप वर्तमान (0.26 A) ने विभाजित केले आहे आणि आम्हाला 3.08 Ohms मिळते. हे आहे उत्तर! लोडवर किती उर्जा विसर्जित होते आणि स्त्रोतावर किती निरुपयोगी आहे हे देखील आपण मोजू शकता. लोडवर विसर्जन: 3.7*0.26=0.962 W. स्त्रोतावर: 0.8*0.26=0.208 W. त्यांच्यातील टक्केवारी गुणोत्तर स्वतः मोजा. परंतु स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार शोधण्याचा हा एकमेव प्रकार नाही. असे देखील आहेत ज्यात वर्तमान सामर्थ्याऐवजी लोड प्रतिरोध दर्शविला जातो आणि उर्वरित प्रारंभिक डेटा समान आहे. मग आपल्याला प्रथम आणखी एक गणना करणे आवश्यक आहे. स्थितीत दिलेला लोड अंतर्गत व्होल्टेज (ईएमएफ नाही!) लोड प्रतिकाराने विभाजित केला जातो. आणि तुम्हाला सर्किटमध्ये वर्तमान ताकद मिळते. त्यानंतर, भौतिकशास्त्रज्ञांनी म्हटल्याप्रमाणे, "समस्या मागील एकापर्यंत कमी झाली आहे"! अशी समस्या निर्माण करून ती सोडवण्याचा प्रयत्न करा.

कामाचा उद्देश: एम्मीटर आणि व्होल्टमीटर वापरून ईएमएफ आणि वर्तमान स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार मोजण्याच्या पद्धतीचा अभ्यास करा.

उपकरणे: मेटल टॅब्लेट, वर्तमान स्रोत, अँमीटर, व्होल्टमीटर, रेझिस्टर, की, क्लॅम्प्स, कनेक्टिंग वायर्स.

वर्तमान स्त्रोताचा ईएमएफ आणि अंतर्गत प्रतिकार मोजण्यासाठी, एक इलेक्ट्रिकल सर्किट एकत्र केले जाते, ज्याचा आकृती आकृती 1 मध्ये दर्शविला आहे.

एक ammeter, एक resistance आणि मालिकेत जोडलेले स्विच वर्तमान स्त्रोताशी जोडलेले आहेत. याव्यतिरिक्त, व्होल्टमीटर देखील स्त्रोताच्या आउटपुट जॅकशी थेट जोडलेले आहे.

EMF हे स्विच उघडलेले व्होल्टमीटर वाचून मोजले जाते. ईएमएफ निर्धारित करण्याची ही पद्धत संपूर्ण सर्किटसाठी ओहमच्या नियमाच्या परिणामावर आधारित आहे, त्यानुसार, बाह्य सर्किटच्या असीम मोठ्या प्रतिकारासह, स्त्रोत टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज त्याच्या ईएमएफच्या बरोबरीचे आहे. (भौतिकशास्त्र 10 पाठ्यपुस्तकातील "पूर्ण सर्किटसाठी ओमचा नियम" हा परिच्छेद पहा).

स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार निर्धारित करण्यासाठी, की के बंद आहे या प्रकरणात, सर्किटमध्ये दोन विभाग पारंपारिकपणे ओळखले जाऊ शकतात: बाह्य (जो स्त्रोताशी जोडलेला आहे) आणि अंतर्गत (जो विद्युत् प्रवाहाच्या आत स्थित आहे. स्रोत). स्रोत ईएमएफ सर्किटच्या अंतर्गत आणि बाह्य विभागांमधील व्होल्टेज थेंबांच्या बेरीजच्या बरोबरीचा असल्याने:

ε = यूआर+Uआर, तेयूआर = ε -यूआर (1)

U r = I या साखळीच्या एका विभागासाठी ओमच्या नियमानुसार · r(2). समानता (2) च्या जागी (1) आम्हाला मिळते:

आय· आर = ε - यूआर , कुठून आर = (ε - यूआर)/ जे

म्हणून, वर्तमान स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार शोधण्यासाठी, प्रथम त्याचे EMF निर्धारित करणे आवश्यक आहे, नंतर स्विच बंद करा आणि बाह्य प्रतिकारांवरील व्होल्टेज ड्रॉप तसेच त्यातील वर्तमान ताकद मोजणे आवश्यक आहे.

कामात प्रगती

1. मोजमाप आणि गणनेचे परिणाम रेकॉर्ड करण्यासाठी टेबल तयार करा:

स्रोताचा ईएमएफ आणि अंतर्गत प्रतिकार मोजण्यासाठी तुमच्या नोटबुकमध्ये एक आकृती काढा.

सर्किट तपासल्यानंतर, इलेक्ट्रिकल सर्किट एकत्र करा. चावी अनलॉक करा.

स्रोत emf च्या विशालता मोजा.

की बंद करा आणि ammeter आणि voltmeter चे रीडिंग निश्चित करा.

स्त्रोताच्या अंतर्गत प्रतिकाराची गणना करा.

1. ग्राफिकल पद्धतीने वर्तमान स्रोताचा ईएमएफ आणि अंतर्गत प्रतिकार निश्चित करणे

कामाचा उद्देश: सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहावरील स्त्रोताच्या आउटपुटवर व्होल्टेजच्या अवलंबित्वाच्या आलेखाच्या विश्लेषणावर आधारित ईएमएफ, अंतर्गत प्रतिकार आणि वर्तमान स्त्रोताच्या शॉर्ट सर्किट करंटचा अभ्यास करा.

उपकरणे: गॅल्व्हॅनिक सेल, ammeter, voltmeter, resistor आर 1 , व्हेरिएबल रेझिस्टर, की, क्लॅम्प्स, मेटल टॅब्लेट, कनेक्टिंग वायर्स.

संपूर्ण सर्किटसाठी ओमच्या नियमावरून असे दिसून येते की वर्तमान स्त्रोताच्या आउटपुटवरील व्होल्टेज सर्किटमधील करंटच्या थेट प्रमाणात अवलंबून असते:

I =E/(R+r), नंतर IR + Ir = E, पण IR = U, कुठून U + Ir = E किंवा U = E – Ir (1).

जर तुम्ही I वर U चे अवलंबित्व प्लॉट केले, तर त्याच्या समन्वय अक्षांच्या छेदनबिंदूंवरून तुम्ही E, I K.Z निर्धारित करू शकता.

- शॉर्ट सर्किट करंटची ताकद (बाह्य रेझिस्टन्स R शून्य झाल्यावर स्त्रोत सर्किटमध्ये प्रवाहित होणारा प्रवाह).

शॉर्ट सर्किट करंटची ताकद वर्तमान अक्षासह आलेखाच्या छेदनबिंदूद्वारे निर्धारित केली जाते. या प्रकरणात, बाह्य प्रतिकार R = 0 आणि, म्हणून, स्रोत आउटपुट U = 0 वर व्होल्टेज.

स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार वर्तमान अक्षाच्या सापेक्ष आलेखाच्या झुकाव कोनाच्या स्पर्शिकेद्वारे आढळतो. (सूत्र (1) ची Y = AX + B फॉर्मच्या गणितीय कार्याशी तुलना करा आणि X साठी गुणांकाचा अर्थ लक्षात ठेवा).

कामात प्रगती

मापन परिणाम रेकॉर्ड करण्यासाठी, एक टेबल तयार करा:

1. शिक्षकाने सर्किट तपासल्यानंतर, इलेक्ट्रिकल सर्किट एकत्र करा. व्हेरिएबल रेझिस्टर स्लाइडरला त्या स्थितीवर सेट करा ज्यावर वर्तमान स्त्रोताशी जोडलेल्या सर्किटचा प्रतिकार जास्तीत जास्त आहे.

सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह आणि व्हेरिएबल रेझिस्टरच्या कमाल प्रतिरोध मूल्यावर स्त्रोत टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज निश्चित करा. टेबलमध्ये मापन डेटा प्रविष्ट करा.

वर्तमान आणि व्होल्टेज मोजमाप अनेक वेळा पुनरावृत्ती करा, प्रत्येक वेळी व्हेरिएबल रेझिस्टन्सचे मूल्य कमी करा जेणेकरून स्त्रोत टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज 0.1V ने कमी होईल. जेव्हा सर्किटमधील वर्तमान 1A पर्यंत पोहोचते तेव्हा मोजमाप थांबवा.

प्रयोगात मिळालेले गुण आलेखावर काढा. उभ्या अक्षासह प्लॉट व्होल्टेज, आणि क्षैतिज अक्षासह प्रवाह. बिंदूंमधून एक सरळ रेषा काढा.

तो कोऑर्डिनेट अक्षांना छेदत नाही तोपर्यंत आलेख सुरू ठेवा आणि E आणि I K.Z ची मूल्ये निर्धारित करा.

व्होल्टमीटरला त्याच्या टर्मिनल्सला बाह्य सर्किट ओपनसह जोडून स्त्रोताचा EMF मोजा. दोन पद्धतींनी मिळवलेल्या EMF मूल्यांची तुलना करा आणि परिणामांमधील संभाव्य विसंगतीचे कारण सूचित करा.

वर्तमान स्त्रोताचा अंतर्गत प्रतिकार निश्चित करा. हे करण्यासाठी, वर्तमान अक्षावर तयार केलेल्या आलेखाच्या झुकाव कोनाच्या स्पर्शिकेची गणना करा. काटकोन त्रिकोणातील कोनाची स्पर्शिका विरुद्ध बाजू आणि समीप बाजूच्या गुणोत्तराइतकी असल्याने, हे व्यावहारिकपणे E/I K.Z गुणोत्तर शोधून करता येते.