Ang electric current sa conductor ay lumalabas sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field, na pumipilit sa mga free charged na particle na pumunta sa directed motion. Ang paglikha ng kasalukuyang particle ay isang seryosong problema. Ang pagbuo ng gayong aparato na magpapanatili ng potensyal na pagkakaiba ng larangan sa mahabang panahon sa isang estado ay isang gawain na malulutas lamang ng sangkatauhan sa pagtatapos ng ika-18 siglo.
Mga unang pagtatangka
Ang mga unang pagtatangka na "mag-ipon ng kuryente" para sa karagdagang pananaliksik at paggamit nito ay ginawa sa Holland. Ang German na si Ewald Jurgen von Kleist at ang Dutch na si Peter van Muschenbrook, na nagsagawa ng kanilang pananaliksik sa bayan ng Leiden, ay lumikha ng unang capacitor sa mundo, na kalaunan ay tinawag na "Leyden jar".
Ang akumulasyon ng electric charge ay naganap na sa ilalim ng pagkilos ng mechanical friction. Posibleng gumamit ng discharge sa pamamagitan ng konduktor para sa isang tiyak, medyo maikli, tagal ng panahon.
Ang tagumpay ng pag-iisip ng tao laban sa ephemeral substance gaya ng kuryente ay naging rebolusyonaryo.
Sa kasamaang palad, discharge (electrical current na nabuo ng isang capacitor)tumagal nang napakaikli na hindi ito makalikha ng direktang agos. Bilang karagdagan, ang boltahe na ibinibigay ng kapasitor ay unti-unting nababawasan, na ginagawang imposibleng makatanggap ng tuluy-tuloy na kasalukuyang.
Dapat naghanap ako ng ibang paraan.
Unang pinagmulan
Ang mga eksperimento ng "elektrisidad ng hayop" ng Italyano Galvani ay isang orihinal na pagtatangka na maghanap ng natural na pinagmumulan ng agos sa kalikasan. Isinabit niya ang mga binti ng mga dissected na palaka sa mga metal na kawit ng isang bakal na sala-sala, binigyan niya ng pansin ang katangiang reaksyon ng mga nerve endings.
Gayunpaman, pinabulaanan ng isa pang Italyano, si Alessandro Volta, ang mga konklusyon ni Galvani. Interesado sa posibilidad na makakuha ng kuryente mula sa mga organismo ng hayop, nagsagawa siya ng isang serye ng mga eksperimento sa mga palaka. Ngunit ang kanyang konklusyon ay naging ganap na kabaligtaran ng mga nakaraang hypotheses.
Ang Volta ay nagbigay-pansin sa katotohanan na ang isang buhay na organismo ay isang tagapagpahiwatig lamang ng isang paglabas ng kuryente. Kapag ang kasalukuyang pumasa, ang mga kalamnan ng mga binti ay nagkontrata, na nagpapahiwatig ng isang potensyal na pagkakaiba. Ang pinagmumulan ng electric field ay ang contact ng hindi magkatulad na mga metal. Kung mas malayo ang pagitan nila sa isang serye ng mga kemikal na elemento, mas malaki ang epekto.
Ang mga plato ng di-magkatulad na mga metal, na inilatag gamit ang mga papel na disc na ibinabad sa isang electrolyte solution, ay lumikha ng kinakailangang potensyal na pagkakaiba sa loob ng mahabang panahon. At hayaan itong maging mababa (1.1 V), ngunit ang electric current ay maaaring maimbestigahan nang mahabang panahon. Ang pangunahing bagay ay ang boltahe ay nanatiling hindi nagbabago nang kasingtagal.
Ano ang nangyayari
Bakit nagdudulot ng ganoong epekto ang mga source na tinatawag na "galvanic cells"?
Dalawang metal electrodes na inilagay sa isang dielectric ay gumaganap ng magkaibang tungkulin. Ang isa ay nagbibigay ng mga electron, ang isa ay tumatanggap sa kanila. Ang proseso ng reaksyon ng redox ay humahantong sa paglitaw ng labis na mga electron sa isang electrode, na tinatawag na negatibong pole, at isang kakulangan sa pangalawa, ituturing natin ito bilang positibong pole ng pinagmulan.
Sa pinakasimpleng galvanic cells, ang mga oxidative reaction ay nangyayari sa isang electrode, at ang reduction reactions ay nangyayari sa isa. Ang mga electron ay dumarating sa mga electrodes mula sa labas ng circuit. Ang electrolyte ay ang kasalukuyang conductor ng mga ions sa loob ng pinagmulan. Ang lakas ng paglaban ay namamahala sa tagal ng proseso.
Elemento ng tanso-sinc
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga galvanic cell ay kagiliw-giliw na isaalang-alang ang paggamit ng halimbawa ng isang copper-zinc galvanic cell, ang pagkilos nito ay dahil sa enerhiya ng zinc at copper sulfate. Sa pinagmulang ito, ang isang tansong plato ay inilalagay sa isang solusyon ng tansong sulpate, at ang isang zinc electrode ay nahuhulog sa isang solusyon ng zinc sulfate. Ang mga solusyon ay pinaghihiwalay ng isang porous na spacer upang maiwasan ang paghahalo, ngunit dapat ay nasa contact.
Kung ang circuit ay sarado, ang ibabaw na layer ng zinc ay na-oxidized. Sa proseso ng pakikipag-ugnayan sa likido, ang mga atomo ng zinc, na naging mga ion, ay lumilitaw sa solusyon. Ang mga electron ay inilalabas sa electrode, na maaaring makilahok sa pagbuo ng kasalukuyang.
Pagpunta sa copper electrode, ang mga electron ay nakikibahagi sa reduction reaction. Mula sasolusyon, ang mga ion ng tanso ay pumapasok sa ibabaw na layer, sa proseso ng pagbabawas sila ay nagiging mga atomo ng tanso, na nagdedeposito sa copper plate.
Upang ibuod kung ano ang nangyayari: ang proseso ng pagpapatakbo ng isang galvanic cell ay sinamahan ng paglipat ng mga electron mula sa reducing agent patungo sa oxidizing agent kasama ang panlabas na bahagi ng circuit. Nagaganap ang mga reaksyon sa parehong mga electrodes. Isang ion current ang dumadaloy sa loob ng source.
Hirap sa paggamit
Sa prinsipyo, ang alinman sa mga posibleng redox na reaksyon ay maaaring gamitin sa mga baterya. Ngunit walang napakaraming mga sangkap na may kakayahang magtrabaho sa mga teknikal na mahalagang elemento. Bukod dito, maraming reaksyon ang nangangailangan ng mamahaling substance.
Ang mga modernong baterya ay may mas simpleng istraktura. Dalawang electrodes na inilagay sa isang electrolyte ang punan ang sisidlan - ang kaso ng baterya. Pinapasimple ng gayong mga feature ng disenyo ang istraktura at binabawasan ang halaga ng mga baterya.
Anumang galvanic cell ay may kakayahang gumawa ng direktang kasalukuyang.
Hindi pinapayagan ng resistensya ng kasalukuyang ang lahat ng mga ion na nasa mga electrodes nang sabay, kaya ang elemento ay gumagana nang mahabang panahon. Maaga o huli, humihinto ang mga kemikal na reaksyon ng pagbuo ng ion, madidiskarga ang elemento.
Ang panloob na pagtutol ng kasalukuyang pinagmumulan ay mahalaga.
Kaunti tungkol sa paglaban
Ang paggamit ng electric current, walang alinlangan, ay nagdala ng siyentipiko at teknolohikal na pag-unlad sa isang bagong antas, nagbigay sa kanya ng malaking tulong. Ngunit ang puwersa ng paglaban sa daloy ng agos ay humahadlang sa naturang pag-unlad.
Sa isang banda, ang electric current ay may napakahalagang katangian na ginagamit sa pang-araw-araw na buhay at teknolohiya, sa kabilang banda, may malaking pagsalungat. Ang pisika, bilang isang agham ng kalikasan, ay sumusubok na magkaroon ng balanse, upang maiayon ang mga pangyayaring ito.
Ang kasalukuyang resistensya ay lumalabas dahil sa interaksyon ng mga particle na may kuryente sa substance kung saan gumagalaw ang mga ito. Imposibleng ibukod ang prosesong ito sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng temperatura.
Paglaban
Ang panloob na resistensya ng kasalukuyang pinagmumulan at ang resistensya ng panlabas na bahagi ng circuit ay may bahagyang magkakaibang kalikasan, ngunit pareho sa mga prosesong ito ay ang gawaing ginawa upang ilipat ang singil.
Ang gawain mismo ay nakasalalay lamang sa mga katangian ng pinagmulan at nilalaman nito: ang mga katangian ng mga electrodes at electrolyte, pati na rin para sa mga panlabas na bahagi ng circuit, ang paglaban nito ay nakasalalay sa mga geometric na parameter at kemikal katangian ng materyal. Halimbawa, ang paglaban ng isang metal wire ay tumataas sa pagtaas ng haba nito at bumababa sa pagpapalawak ng cross-sectional area. Kapag nilulutas ang problema kung paano bawasan ang resistensya, inirerekomenda ng physics ang paggamit ng mga espesyal na materyales.
Kasalukuyang trabaho
Alinsunod sa batas ng Joule-Lenz, ang dami ng init na inilabas sa mga konduktor ay proporsyonal sa paglaban. Kung itinalaga natin ang dami ng init bilang Qint., ang lakas ng kasalukuyang I, ang oras ng daloy nito t, pagkatapos ay makukuha natin ang:
Qint=I2 · r t,
kung saan ang r ay ang panloob na pagtutol ng pinagmulankasalukuyan.
Sa buong circuit, kasama ang parehong panloob at panlabas na mga bahagi nito, ang kabuuang halaga ng init ay ilalabas, ang formula nito ay:
Qfull=I2 · r t + I 2 R t=I2 (r +R) t,
Alam kung paano tinutukoy ang paglaban sa pisika: ang panlabas na circuit (lahat ng elemento maliban sa pinagmulan) ay may resistensya R.
Ohm's law para sa isang kumpletong circuit
Isaalang-alang na ang pangunahing gawain ay ginagawa ng mga panlabas na puwersa sa loob ng kasalukuyang pinagmulan. Ang halaga nito ay katumbas ng produkto ng singil na dala ng field at ang electromotive force ng source:
q E=I2 (r + R) t.
napagtatanto na ang singil ay katumbas ng produkto ng kasalukuyang lakas at ang oras ng daloy nito, mayroon tayong:
E=I (r + R)
Ayon sa mga ugnayang sanhi-at-bunga, ang batas ng Ohm ay may anyo:
I=E: (r + R)
Ang kasalukuyang nasa closed circuit ay direktang proporsyonal sa EMF ng kasalukuyang pinagmumulan at inversely proportional sa kabuuang (kabuuang) resistance ng circuit.
Batay sa pattern na ito, posibleng matukoy ang internal resistance ng kasalukuyang source.
Source discharge capacity
Ang kapasidad ng paglabas ay maaari ding maiugnay sa mga pangunahing katangian ng mga pinagmumulan. Ang maximum na dami ng kuryente na maaaring makuha kapag gumagana sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon ay depende sa lakas ng discharge current.
Sa pinakamainam na kaso, kapag ang ilang mga pagtatantya ay ginawa, ang kapasidad ng paglabas ay maaaring ituring na pare-pareho.
KHalimbawa, ang isang karaniwang baterya na may potensyal na pagkakaiba na 1.5 V ay may kapasidad sa paglabas na 0.5 Ah. Kung ang kasalukuyang naglalabas ay 100mA, gagana ito nang 5 oras.
Mga paraan para sa pag-charge ng mga baterya
Ang pagsasamantala sa mga baterya ay humahantong sa kanilang paglabas. Ang pagpapanumbalik ng mga baterya, ang pag-charge ng maliliit na cell ay isinasagawa gamit ang isang kasalukuyang na ang halaga ng lakas ay hindi lalampas sa ikasampung bahagi ng pinagmumulan na kapasidad.
Available ang mga sumusunod na paraan ng pagsingil:
- paggamit ng pare-parehong kasalukuyang para sa isang tinukoy na oras (mga 16 na oras kasalukuyang 0.1 kapasidad ng baterya);
- nagcha-charge gamit ang isang step-down na kasalukuyang sa isang paunang natukoy na potensyal na halaga ng pagkakaiba;
- paggamit ng hindi balanseng agos;
- sunud-sunod na paggamit ng maiikling pulso ng pag-charge at pag-discharge, kung saan ang oras ng una ay lumampas sa oras ng pangalawa.
Praktikal na gawain
Ang gawain ay iminungkahi: upang matukoy ang panloob na pagtutol ng kasalukuyang pinagmulan at EMF.
Upang maisagawa ito, kailangan mong mag-stock ng kasalukuyang source, ammeter, voltmeter, slider rheostat, key, set ng conductor.
Paggamit ng batas ng Ohm para sa isang closed circuit ay tutukuyin ang panloob na resistensya ng kasalukuyang pinagmulan. Para magawa ito, kailangan mong malaman ang EMF nito, ang halaga ng resistensya ng rheostat.
Ang formula ng pagkalkula para sa kasalukuyang resistensya sa panlabas na bahagi ng circuit ay maaaring matukoy mula sa batas ng Ohm para sa seksyon ng circuit:
I=U: R,
kung saan ako ang kasalukuyang lakas sa panlabas na bahagi ng circuit, na sinusukat gamit ang ammeter; U - boltahe sa panlabaspaglaban.
Upang mapabuti ang katumpakan, ang mga pagsukat ay kinukuha nang hindi bababa sa 5 beses. Para saan ito? Ang boltahe, resistensya, kasalukuyang (o sa halip, kasalukuyang lakas) na sinusukat sa panahon ng eksperimento ay ginagamit sa ibaba.
Upang matukoy ang EMF ng kasalukuyang pinagmumulan, ginagamit namin ang katotohanan na ang boltahe sa mga terminal nito na nakabukas ang key ay halos katumbas ng EMF.
Mag-assemble tayo ng circuit mula sa isang baterya, isang rheostat, isang ammeter, isang key na konektado sa serye. Ikinonekta namin ang isang voltmeter sa mga terminal ng kasalukuyang pinagmulan. Pagkabukas ng susi, kinukuha namin ang mga pagbasa nito.
Internal resistance, ang formula kung saan nakuha mula sa batas ng Ohm para sa isang kumpletong circuit, ay tinutukoy ng mga kalkulasyon ng matematika:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Ang mga sukat ay nagpapakita na ang panloob na pagtutol ay mas mababa kaysa sa panlabas.
Ang praktikal na paggana ng mga rechargeable na baterya at baterya ay malawakang ginagamit. Ang hindi mapag-aalinlanganang kaligtasan sa kapaligiran ng mga de-koryenteng motor ay walang pag-aalinlangan, ngunit ang paglikha ng isang malawak, ergonomic na baterya ay isang problema ng modernong pisika. Ang solusyon nito ay hahantong sa isang bagong yugto sa pagbuo ng teknolohiyang automotive.
Maliliit, magaan, at may mataas na kapasidad na baterya ay mahalaga din sa mga mobile electronic device. Ang dami ng enerhiya na ginagamit sa mga ito ay direktang nauugnay sa performance ng mga device.
