Лабораторна робота «Вимір ЕРС та внутрішнього опору джерела струму» (11 клас). Внутрішній опір джерела струму

Припустимо, є найпростіший електричний замкнутий ланцюг, що включає джерело струму, наприклад генератор, гальванічний елемент або акумулятор, і резистор, що володіє опором R. Оскільки струм в ланцюгу ніде не переривається, то і всередині джерела він тече.

У такій ситуації можна сказати, що будь-яке джерело має деякий внутрішній опір, що перешкоджає струму. Цей внутрішній опір характеризує джерело струму та позначається буквою r. Для акумулятора або внутрішній опір - це опір розчину електроліту і електродів, для генератора - опір обмоток статора і т. д.

Отже, джерело струму характеризується як величиною ЕРС, і величиною власного внутрішнього опору r – обидві ці характеристики свідчать як джерела.

Електростатичні високовольтні генератори (як генератор Ван де Граафа або генератор Вімшурста), наприклад, відрізняються великою ЕРС вимірюваної мільйонами вольт, причому їх внутрішній опір вимірюється сотнями мегаом, тому вони і непридатні для отримання великих струмів.

Гальванічні елементи (такі як батарейка) - навпаки - мають ЕРС близько 1 вольта, хоча внутрішній опір у них порядку часток або максимум - десятка Ом, і від гальванічних елементів тому можна отримувати струми в одиниці та десятки ампер.

На цій схемі показано реальне джерело з приєднаним навантаженням. Тут позначено , його внутрішній опір, а також опір навантаження. Відповідно до , струм у цьому ланцюзі дорівнюватиме:

Оскільки ділянка зовнішнього ланцюга однорідна, то із закону Ома можна знайти напругу на навантаженні:

Виразивши з першого рівняння опір навантаження, і підставивши його значення на друге рівняння, отримаємо залежність напруги на навантаженні від струму в замкнутому ланцюгу:

У замкнутому контурі ЕРС дорівнює сумі падінь напруги на елементах зовнішнього ланцюга і на внутрішньому опорі самого джерела. Залежність напруги на навантаженні від струму навантаження в ідеальному випадку лінійна.

Графік це показує, але експериментальні дані на реальному резистори (хрестики біля графіка) завжди відрізняються від ідеалу:

Експерименти та логіка показують, що при нульовому струмі навантаження напруга на зовнішньому ланцюзі дорівнює ЕРС джерела, а при нульовому напрузі на навантаженні струм в ланцюзі дорівнює . Ця властивість реальних ланцюгів допомагає експериментально знаходити ЕРС та внутрішній опір реальних джерел.

Експериментальне знаходження внутрішнього опору

Щоб експериментально визначити дані характеристики, будують графік залежності напруги на навантаженні від величини струму, потім екстраполюють до перетину з осями.

У точці перетину графіка з остю напруги знаходиться значення ЕРС джерела, а в точці перетину з віссю струму знаходиться величина струму короткого замикання. У результаті внутрішній опір перебуває за такою формулою:

Корисна потужність, що розвивається джерелом, виділяється на навантаженні. Графік залежності цієї потужності від опору навантаження наведено малюнку. Ця крива починається від перетину осей координат в нульовій точці, потім зростає до максимального значення потужності, після чого спадає до нуля при опорі навантаження, що дорівнює нескінченності.

Щоб знайти максимальний опір навантаження, при якому теоретично розвинеться максимальна потужність при даному джерелі, похідна береться від формули потужності R і прирівнюється до нуля. Максимальна потужність розвинеться при опорі зовнішнього ланцюга, що дорівнює внутрішньому опору джерела:

Це положення про максимальну потужність при R = r дозволяє експериментально знайти внутрішній опір джерела, побудувавши залежність потужності, що виділяється на навантаженні, від величини опору навантаження. Знайшовши реальний, а не теоретичний опір навантаження, що забезпечує максимальну потужність, визначають реальний внутрішній опір джерела живлення.

ККД джерела струму показує відношення максимальної потужності, що виділяється на навантаженні, до повної потужності, яку в даний момент розвиває

Ми дійшли висновку, що для підтримки постійного струму в замкнутому ланцюзі, до нього необхідно включити джерело струму. Підкреслимо, що завдання джерела полягає не в тому, щоб постачати заряди в електричний ланцюг (у провідниках цих зарядів достатньо), а в тому, щоб змушувати їх рухатися, виконувати роботу з переміщення зарядів проти сил електричного поля. Основною характеристикою джерела є електрорушійна сила 1 (ЕРС) − робота, що здійснюється сторонніми силами по переміщенню одиничного позитивного заряду

Тому більшості людей потрібні асоціації чи критична маса у планетарному полі, щоб отримувати сигнали енергії та спогади про свідомість та мати можливість правильно сприймати сигнали. Тривимірна система управління не враховує симптоми піднесення, досвіду, пов'язаного зі свідомістю, або багато радикальних змін, які відбуваються у людей цієї Землі. Заземлення - це форма заземлення Землі і належить до прямому контакту тіла з елементами Землі. Це може бути корисним для багатьох людей, які відчувають нестачу заземлення та плотського дискомфорту під час планетарних змін.

Одиницею виміру ЕРС у системі одиниць СІ є Вольт. ЕРС джерела дорівнює 1 вольт, якщо він здійснює роботу 1 Джоуль при переміщенні заряду 1 Кулон

Для позначення джерел струму електричних схемах використовується спеціальне позначення (рис. 397).

Мал. 397
Електростатичне поле здійснює позитивну роботу з переміщення позитивного заряду у напрямку зменшення потенціалу поля. Джерело струму проводить поділ електричних зарядів – на одному полюсі накопичуються позитивні заряди, на іншому – негативний. Напруженість електричного поля в джерелі спрямована від позитивного полюса до негативного, тому робота електричного поля з переміщення позитивного заряду буде позитивною за його руху від «плюсу» до «мінуса». Робота сторонніх сил, навпаки, позитивна у разі, якщо позитивні заряди переміщаються від негативного полюса до позитивного, тобто від «мінуса» до «плюсу».
У цьому принципова відмінність понять різниці потенціалів та ЕРС, про яку завжди необхідно пам'ятати.
Таким чином, електрорушійну силу джерела можна вважати величиною алгебри, знак якої («плюс» або «мінус») залежить від напрямку струму. У схемі, що показана на рис. 398,

Мал. 398
поза джерелом (у зовнішньому ланцюзі) струм тече 2 від «плюсу» джерела до «мінуса», всередині джерела від «мінуса» до «плюсу». У цьому випадку, як сторонні сили джерела, так і електростатичні сили у зовнішньому ланцюзі виконують позитивну роботу.
Якщо на деякій ділянці електричного ланцюга, крім електростатичних, діють і сторонні сили, то над переміщенням зарядів «працюють» як електростатичні, так і сторонні сили. Сумарна робота електростатичних і сторонніх сил щодо переміщення одиничного позитивного заряду називається електричною напругою на ділянці ланцюга

У тому випадку, коли сторонніх сил немає, електрична напруга збігається з різницею потенціалів електричного поля.
Пояснимо визначення напруги та знака ЕРС на простому прикладі. Нехай на ділянці ланцюга, яким протікає електричний струм, є джерело сторонніх сил і резистор (рис. 399).

Мал. 399
Для певності вважатимемо, що φ o > φ 1тобто електричний струм спрямований від точки 0 до точки 1 . При підключенні джерела, як показано на рис. 399 а, Сторонні сили джерела виконують позитивну роботу, тому співвідношення (2) у цьому випадку може бути записане у вигляді

При зворотному включенні джерела (рис. 399 б) усередині нього заряди рухаються проти сторонніх сил, тому робота останніх є негативною. Фактично сили зовнішнього електричного поля долають сторонні сили. Отже, у цьому випадку аналізоване співвідношення (2) має вигляд

Для протікання електричного струму по ділянці ланцюга, що володіє електричним опором, необхідно виконувати роботу з подолання сил опору. Для одиничного позитивного заряду ця робота, згідно із законом Ома, дорівнює добутку IR = Uяке, звісно збігається з напругою цьому ділянці.
Заряджені частинки (як електрони, так і іони) всередині джерела рухаються в деякій , тому з боку середовище на них також діють сили, що гальмують, які також необхідно долати. Заряджені частинки долають сили опору завдяки дії сторонніх сил (якщо струм у джерелі спрямований від «плюсу» до «мінусу») або завдяки електростатичним силам (якщо струм спрямований від «мінуса» до «плюсу»). Вочевидь, робота з подолання цих сил залежить від напрямку руху, оскільки сили опору завжди спрямовані у бік, протилежну швидкості руху частинок. Оскільки сили опору пропорційні середньої швидкості руху частинок, робота з їх подолання пропорційна швидкості руху, отже, силі струму силі. Таким чином, ми можемо ввести ще характеристику джерела – його внутрішній опір r, аналогічно звичайному електричному опору. Робота з подолання сил опору під час переміщення одиничного позитивного заряду між полюсами джерела дорівнює A/q = Ir. Ще раз наголосимо, ця робота не залежить від напрямку струму в джерелі.

Якщо у вас немає доступу до природи, і ви хочете створити електричну схему із полем Землі, ви також можете використовувати праймер, який пов'язаний із людським тілом. Електричний потенціал ланцюга заземлення залежить від місця розташування, атмосферних умов, часу доби та ночі, а також від вологи, яка розташована на поверхні Землі. Інтуїтивні емпати та зоряні саджанці, які хочуть відновити енергетичне налаштування з тілом планети, повинні звернути увагу на їхні природні почуття, тому що вони повинні знати, чи мають бути вони заземлені чи ні.

1 Назва цієї фізичної величини невдала - так електрорушійна сила є роботою, а не силою у звичайному механічному розумінні. Але цей термін настільки витримався, що змінювати його не «в наших силах». До речі, сила струму те саме не є механічною силою! Не кажучи вже про такі поняття "сила духу", "сила волі", "божественна сила" і т.д.
2 Нагадаємо, за напрям руху електричного струму прийнято напрям руху позитивних зарядів.

У деяких випадках через неорганічні або зовнішні течії у певних областях ця практика може виявитися недоцільною. Для більшості людей, які посіяні Землею, на фазі духовної інтеграції обґрунтування позитивно відчуватиметься і буде дуже корисним для тіла, бо воно діятиме як нейромодулятор. Нейромодуляція – це процес, у якому активність нервової системи регулюється шляхом регулювання фізіологічних рівнів за допомогою стимуляції нейротрансмітерів. Таким чином, заземлення змінює щільність негативного заряду в галузі енергії людини та її нервової системи та безпосередньо впливає на фізіологічні процеси, такі як хімія мозку.

Лабораторна робота

«Вимір ЕРС та внутрішнього опору джерела струму»

Дисципліна Фізика

Викладач Виноградов О.Б.

Нижній Новгород

Мета роботи: сформувати вміння визначення ЕРС та внутрішнього опору джерела струму за допомогою амперметра та вольтметра.

Земля посилає електромагнітні сигнали для підтримки людських тіл при адаптації до її піднесення, і цей сигнал дозволяє людській нервовій системі краще адаптуватися до вимог, що висуваються до тіла та мозку під час інтенсивних змін свідомості. Коли ми хочемо відновити електричний баланс активності мозку, то може бути особливо корисно оточити природу, зосередитися на глибокому диханні та з'єднатися із Землею або з елементом води.

Нирки – це органи, які живлять енергію. В даний час населення людей переживає епідемію захворювань нирок, викликаних нездатністю органів швидко адаптуватися до нових обставин, поганого визнання подій, що змінюють життя, серцевих захворювань, навантаження токсичними хімічними речовинами та негативних емоцій. Метою нирок є видалення шкідливих метаболічних продуктів, що виділяються сечовим міхуром, та підтримання належної хімії крові та тиску, оскільки вони контролюють усі хімічні речовини, розчинені у кровотоку.

Обладнання: випрямляч ВУ-4М, амперметр, вольтметр, з'єднувальні дроти, елементи планшета №1: ключ, резистор R1.

Теоретичне зміст роботи.

Внутрішнє опір джерела струму.

При проходженні струму замкнутого ланцюга, електрично заряджені частинки переміщаються не тільки всередині провідників, що з'єднують полюси джерела струму, але і всередині джерела струму. Тому в замкнутому електричному ланцюзі розрізняють зовнішній і внутрішній ділянки ланцюга. Зовнішня ділянка ланцюгаскладає вся та сукупність провідників, яка приєднується до полюсів джерела струму. Внутрішня ділянка ланцюга- це саме джерело струму. Джерело струму, як і будь-який інший провідник, має опір. Таким чином, в електричному ланцюзі, що складається з джерела струму та провідників з електричним опором R , електричний струм здійснює роботу як на зовнішньому, а й у внутрішньому ділянці ланцюга. Наприклад, при підключенні лампи розжарювання до гальванічної батареї кишенькового ліхтаря електричним струмом нагріваються не тільки спіраль лампи та проводи, що підводять, але і сама батарея. Електричний опір джерела струму називається внутрішнім опором.В електромагнітному генераторі внутрішнім опором є електричний опір дроту обмотки генератора. На внутрішньому ділянці електричного ланцюга виділяється кількість теплоти, що дорівнює

Коли нирки ослаблені та перевантажені, у крові та тканинах накопичуються токсичні відходи, а також хімічні речовини, які неможливо фільтрувати належним чином. Ниркова недостатність збільшується у Сполучених Штатах на 5% на рік, при цьому як терапію використовують нирковий діаліз або трансплантацію. Десять відсотків населення мають деяку форму діабету та неврологічного дискомфорту, і це число, мабуть, неухильно зростає – у дорослих та у дітей. Що трапилося з нашими нирками?

Східна медична філософія знає, що нирки мають інші органи тіла. Вони діють як коріння життя, яке відповідає за захист організму та розподіл енергії у всіх органах, репродуктивних функціях і всього організму. Нирки - це органи взаємовідносин, тому вони страждають від проблем з міжособистісними та сексуальними відносинами, які можуть виникнути внаслідок відсутності підтримки в інших або відчуття нелюбимої або навіть через відсутність фізичної чутливості. Емоції циркулюють в особистій енергетичній галузі, і коли вона буде випущена, у вас може виникнути відчуття течії, завдяки якій ви відчуваєте емоції.

де r- Внутрішній опір джерела струму.

Повна кількість теплоти, що виділяється при протіканні постійного струму в замкнутому ланцюгу, зовнішня та внутрішні ділянки якої мають опори, відповідно рівні R і r, одно

Будь-який замкнутий ланцюг можна представити як два послідовно з'єднані резистори з еквівалентними опорами R і r. Тому опір повного ланцюга дорівнює сумі зовнішнього та внутрішнього опорів:

. Оскільки при послідовному з'єднанні сила струму на всіх ділянках ланцюга однакова, то через зовнішню та внутрішню ділянку ланцюга проходить однаковий за величиною струм. Тоді за законом Ома для ділянки ланцюга падіння напруги на її зовнішній і внутрішній ділянках будуть відповідно рівні:

Це дозволяє звільняти емоційний біль і страх і позбавляє вас від хронічних проблем з нирками, відкриваючи для себе більше емоційне і духовне розширення енергії. Коли це навпаки, коли серце закрите від болю та страху, що блокує емоції, воно впливає на функцію керування рідиною через нирки та порушує розподіл життєвої енергії, необхідної для заземленого, здорового та збалансованого розуму та тіла.

Більш того, коли наше серце зцілюється, усередині горить полум'я, яке також живиться життєвою енергією, що зберігається у нирках. Трикутний з'єднувач з'єднує серце з кожною ниркою, яка працює в тілі, що світиться, як електричний ланцюг. В основі цього трикутника ліворуч і праворуч знаходяться нирки, а верхня точка пов'язана з серцем. Коли серце зцілюється, полум'я у серці та нирках одночасно активує конфігурацію серця у внутрішньому подвійному полум'ї. Подвійне полум'я відповідає відновленому енергетичному балансу між енергією самця та жінки, тобто. структурою світла, створеного у комплексі серця.

і

(3)

Електрорушійна сила.

Повна робота сил електростатичного поля при русі зарядів по замкнутому ланцюзі постійного струму дорівнює нулю. Отже, вся робота електричного струму в замкнутому електричному ланцюзі виявляється досконалою за рахунок дії сторонніх сил, що викликають поділ зарядів усередині джерела та підтримують постійну напругу на виході джерела струму. Відношення роботи

, що здійснюється сторонніми силами щодо переміщення заряду q вздовж ланцюга, до значення цього заряду називається електрорушійною силою джерела(ЕРС) :

Тому, коли два вогні запалюються в серці, життєво важлива сутність, що зберігається в нирках, допомагає переносити чи полум'я по всьому фізичному тілу, щоб з'єднатися з духовним полум'ям монадичного тіла. Монада – це більше полум'я духу, а фізичне тіло – менше полум'я життєвої сутності чи життєвої сили. Коли ці два вогні запалюються і об'єднуються, полум'я вибухає від серця, яке посилає вогонь, щоб підтримати зростання сутності життя, яке створює нирки. В основному, нирки допомагають побудувати внутрішнє тіло, що світиться, необхідне для вбудовування монадичного тіла.

, (4)

- Заряд, що переноситься.

ЕРС виявляється у тих самих одиницях, як і напруга чи різницю потенціалів, т. е. у вольтах:

.

Закон Ома для повного кола.

Будь-які візуальні вправи, спрямовані на створення життєвої сили енергії в нижчих дієнах та викликають енергію для циркуляції біля підніжжя ніг, зміцнюють здатність нирок зберігати життєво важливу сутність, допомагають виправити механізм заземлення та виконувати функції фізичного очищення крові. Існують деякі потенціруючі агенти для нирок та трав, які є загальними для східної медицини та корисні для тонізування функції нирок, особливо якщо є проблема із заземленням або центруванням осердя.

Ниркова недостатність викликає вироблення надниркових залоз. Надниркові залози - це залози, які виробляють багато гормонів, і добре відомо, що під тиском вони перекачують кортизол в кровотік, що призводить до того, що людська нервова система переходить у стан боротьби або польоту. Адреналін зазвичай продукується як наднирковими залозами, так і деякими нейронами, які також можуть активуватися емоційними реакціями. Кожна емоційна реакція має поведінковий компонент, компонент вегетативної нервової системи, секрецію залози чи гормональний фактор.

Якщо в результаті проходження постійного струму в замкнутому електричному ланцюзі відбувається тільки нагрівання провідників, то за законом збереження енергії повна робота електричного струму в замкнутому ланцюзі, рівна роботі сторонніх сил джерела струму, дорівнює кількості теплоти, що виділилася на зовнішньому та внутрішньому ділянках ланцюга:

Гормональні фактори, пов'язані зі стресом та емоційним болем, включають вивільнення адреналіну та реакції надниркових залоз - у відповідь на почуття, засновані на страху, контрольовані симпатичною нервовою системою. Основна емоція, яка виділяє адреналін у кров, – це страх.

Крім того, надниркові залози відіграють важливу роль у реагуванні на боротьбу або втечу, збільшуючи приплив крові до м'язів і серцю, а потім учні розширюються і рівень цукру в крові збільшується. Адреналін закачується в кровотік, коли людина провокується на терористичні акти або страх, щоб зробити якнайбільше негативної емоційної енергії, що може бути основною причиною того, що надниркові залози повністю виснажені у більшості людей. Коли людина не виправляє цей стан і все ще накачує адреналін або інші гормони стресу в кровотік, нервова система замерзає, стан шоку та оніміння.

. (5)

З виразів (2), (4) та (5) отримуємо:

. (6)

, то

, (7)

У якийсь момент, коли ви відчуваєте постійний біль або страх, через надмірне навантаження адреналіну, тіло та нервова система потрапляють у стан оніміння, яке відключає емоційні реакції, закриваючи серце. Надниркові залози знаходяться у верхній частині кожної нирки, тому вони безпосередньо схильні до виснаження нирок, що, природно, призводить до виходу надниркових залоз. Якщо ми робимо щось справді нездорове для нашого духу, і наша повсякденна робота не відповідає тому, хто ми є, він також виснажує нирки, адреналін та життєву силу.

. (8)

Сила струму в електричному ланцюзі прямо пропорційна електрорушійній силі джерела струму і обернено пропорційна сумі електричних опорів зовнішньої та внутрішньої ділянок ланцюга. Вираз (8) називається законом Ома для повного кола.

Коли нам доводиться стикатися з важкими стресовими факторами на роботі, у відносинах або в інших ситуаціях, організм може зазнавати глибокого несвідомого емоційного стресу. Ми відчуваємо себе безпорадними та засмучені тим, що ми повинні просто працювати, щоб виконати фінансові зобов'язання чи вижити. Наше тіло дає нам повідомлення через надмірне виснаження, що ми вже не можемо жити так само, ми повинні вносити зміни, і перша зміна повинна полягати в тому, щоб здійснити свідомість через смерть его.

Таким чином, з погляду фізики Закон Ома виражає закон збереження енергії для замкнутого ланцюга постійного струму.

Порядок виконання роботи.

Підготовка до виконання роботи.

Перед вами на столах знаходиться мінілабораторія з електродинаміки. Її вид представлений у л. нар. № 9 малюнку 2.

Зліва знаходяться міліамперметр, випрямляч ВУ-4М, вольтметр, амперметр. Праворуч закріплений планшет № 1 (див. рис. 3 у к. р. № 9). У задній секції корпусу розміщуються сполучні дроти кольорові: червоний провід використовують для підключення ВУ-4М до гнізда «+» планшета; білий провід – для підключення ВУ-4М до гнізда «-»; жовті дроти - для підключення до елементів планшета вимірювальних приладів; сині – для з'єднання між собою елементів планшета. Секцію закрито відкидним майданчиком. У робочому положенні майданчик розташовується горизонтально і використовується як робоча поверхня при складанні експериментальних установок у дослідах.

Планетарний контроль за людськими нирками Чі. Ми повинні прагнути відновлення серцевого центру і перетворення нирок на вищу мету, пов'язану з піднесенням тіла. Існують оверлеї, що кодують людські тіла для поневолення, встановлені під час народження, запису послідовності трансдукції в тілі прояви ядра або в Древі Життя. Основний шаблон прояву сітки дерева має набір інструкцій для контролю функцій органів та залоз на рівні кожного виміру, оскільки залози виділяють речовини та гормони, які дозволяють людській свідомості рухатися швидше між вимірами.

2. Хід роботи.

У ході роботи ви освоїте метод вимірювання основних характеристик джерела струму, використовуючи закон Ома для повного ланцюга, який пов'язує силу струму Iв ланцюзі, ЕРС джерела струму , його внутрішній опір rта опір зовнішнього ланцюга Rспіввідношенням:

У землях Сполученого Королівства ключі від пробудження структур Альбіону приховані і є гігантськими сплячими істотами. Теги використовуються для керівництва людьми на Землі для майбутніх тимчасових ліній для роботи в рабських колоніях або різних галактичних місцях торгівлі людьми, які контролюються цими позаземними корумпованими конгломератами і групами драконів.

Групи Чорного Сонця Оріону залишали за собою право на деякі людські тіла, генетичний матеріал та людське Древо Життя, і саме тому вони контролюють його. Завдяки цьому їм легше контролювати та контролювати інформацію, пов'язану зі структурою душі та багатовимірною анатомією. Це драконівці, які крадуть із духовних частин тіла, а також із органів та залоз.

. (9)

1 спосіб.

З хема експериментальної установки показано малюнку 1.

Уважно вивчіть її. При розімкнутому ключі джерело замкнутий на вольтметр, опір якого набагато більше внутрішнього опору джерела (r R ). В цьому випадку струм у ланцюгу настільки малий, що можна знехтувати значенням падіння напруги на внутрішньому опорі джерела

, і ЕРС джерела з малою похибкою дорівнює напруги на його затисках , Вимірюється вольтметром, тобто.

. (10)

Таким чином, ЕРС джерела визначається за показаннями вольтметра при розімкнутому ключі Ст.

Якщо ключ замкнути, вольтметр покаже падіння напруги на резисторі R :

. (11)

Тоді на підставі рівностей (9), (10) та (11) можна стверджувати, що

(12)

З формули (12) видно, що для визначення внутрішнього опору джерела струму необхідно, крім його ЕРС, знати силу струму в ланцюзі та напругу на резисторі при замкнутому ключі.

Силу струму в ланцюзі можна виміряти за допомогою амперметра. Дротовий резистор виготовлений з ніхромового дроту і має опір 5 Ом.

Зберіть ланцюг за схемою, показаною малюнку 3.

Після того, як ланцюг буде зібрано, необхідно підняти руку, покликати вчителя, щоб він перевірив правильність складання електричного кола. І якщо ланцюг зібраний правильно, то приступайте до виконання роботи.

При розімкнутому ключі Зніміть показання вольтметра і занесіть значення напруги в таблицю 1. Потім замкніть ключ і знову зніміть показання вольтметра, але вже та показання амперметра. Занесіть значення напруги та сили струму до таблиці 1.

Сформулюйте закон Ома для повного кола.

Якби ми не знали значення опорів дротяних резисторів, то можна було б використати другий спосіб і що для цього треба зробити (може потрібно, наприклад, включити в ланцюг якийсь прилад)?

Вміти збирати електричні ланцюги, які у роботі.

Література

Кабардін О. Ф.. Справ. Матеріали: Навч. Посібник для учнів.-3-тє вид.-М.: Просвітництво, 1991.-с.: 150-151.

Довідник школяра. Фізика / Упоряд. Т. Фещенко, В. Вожегова.-М.: Філологічне товариство «СЛОВО», ТОВ «Фірма» «Видавництво АСТ», Центр гуманітарних наук при ф-ті журналу МДУ ім. М. В. Ломоносова, 1998. – с.: 124,500-501.

Самойленко П. І.. Фізика (для нетехнічних спеціальностей): Навч. для загальноосвіт. установ середовищ. Проф. Освіта/ П. І. Самойленко, А. В. Сергєєв.-2-е вид., стер.-М.: Видавничий центр «Академія», 2003-с.: 181-182.

Мета: експериментально обчислити ЕРС та внутрішній опір джерела струму.

Обладнання: джерело електричної енергії, амперметр, вольтметр, реостат (6 – 8 Ом), ключ, з'єднувальні дроти.

Величина, чисельно рівна роботі, яку здійснюють сторонні сили при переміщенні одиничного заряду всередині джерела струму, називається електрорушійною силою джерела струму ε, із закону Ома:

де I – сила струму, U – напруга.

У СІ ε виявляється у вольтах (В).

Електрорушійну силу та внутрішній опір джерела струму можна визначити експериментально.

Порядок виконання роботи

1.Визначити ціну поділу шкали вимірювальних приладів.

2. Скласти електричний ланцюг за схемою, зображеною на рис. 1

3.Після перевірки ланцюга викладачем замкнути ключ і, користуючись реостатом, встановити силу струму, що відповідає кільком розподілам шкали амперметра зняти показання вольтметра та амперметра.

4.Досвід повторити 2 рази, змінюючи силу струму ланцюга за допомогою реостата.

5. Отримані дані записати до таблиці 1.

Рисунок 4.10 – Експериментальна схема

Таблиця 1 - Експериментальні дані

1. Результати вимірювань підставити рівняння 1 і, вирішуючи системи рівнянь:

визначити внутрішній опір джерела за формулами:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Записати дані до таблиці 1.

5. Зробити висновок.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання

1. Якою є фізична суть електричного опору?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Яка роль джерела струму в електричному ланцюзі?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Який фізичний зміст ЕРС? Дати визначення вольту.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Від чого залежить напруга на затискачі джерела струму?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Користуючись результатами проведених вимірів, визначити опір зовнішнього ланцюга.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Звіт з лабораторної роботи №__________

студента групи__________________

ПІБ_______________________________________________________________________________

ТЕМА: ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ ЛАМПИ НАГОЛОВАННЯ ВІД НАПРУГИ

Мета: освоїти метод вимірювання потужності, що споживається електроприладом, заснований на вимірюванні сили струму та напруги; дослідити залежність потужності, що споживається лампочкою від напруги на її затисках; дослідити залежність опору провідника від температури.

Обладнання: електрична лампа, джерело постійної напруги та змінного, реостат повзунковий, амперметр; вольтметр, ключ, з'єднувальні дроти, міліметровий папір.

Короткі теоретичні відомості

Величина, що дорівнює відношенню роботи струму А до часу t, за яке вона відбувається, називається потужністю P:

Отже, (1)

Порядок виконання роботи

Експеримент №1

1. Скласти електричний ланцюг за схемою, зображеною на малюнку 1, для нульового досвіду дотримуючись полярності приладів

Рисунок 1 – Схема підключення

2.Визначити ціну поділу шкали вимірювальних приладів

_____________________________________________________________________________

3.Після перевірки схеми викладачем, зняти показання напруги U та сили струму I.

4. Дані приладів записати до таблиці 1.

Таблиця 1 - Експериментальні дані №1

Експеримент №2.

1.Зібрати схему по рис.2, де лампочка через реостат підключається до змінного струму.

Рисунок 4.12 – Схема підключення

2.Після перевірки схеми викладачем, зняти показання амперметра та вольтметра, змінюючи положення повзунка на реостаті 10 – 11 разів.

3. Дані приладів записати до таблиці 2.

Таблиця 2 - Експериментальні дані №2

Обробка результатів виміру

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.Знайти опір R 0для нульового досвіду:

(5)

де ΔТ 0 К – зміна абсолютної температури (у даному випадку дорівнює кімнатній температурі за шкалою Цельсія); α – коефіцієнт температурного опору для вольфраму (Додаток Б).

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Отримані дані занести до таблиці 1.

Експеримент №2

1.Для кожного досвіду визначити потужність Р, що споживається лампою за формулою:

Р = U max · I max (6)

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.Знайти температуру нитки розжарення лампи для кожного досвіду за формулою:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.Результати вимірювань та обчислень занести до таблиці 2.

5.На міліметровому папері побудуйте графіки: а) залежність потужності Р, що споживається лампою, від напруги U, на її затисках; б) залежність опору R від температури Т.

6. Зробіть висновок за результатами двох експериментів.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання

1. Який фізичний сенс напруги дільниці електричної ланцюга?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Як визначити потужність струму за допомогою амперметра та вольтметра?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Для яких цілей використовують ватметр. Як він включається до ланцюга?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Як зміниться опір металевого провідника зі збільшенням температури?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Чим спіраль 100 Вт лампи розжарювання відрізняється від спіралі лампи 25 – ватної?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Мета роботи: вивчити метод вимірювання ЕРС та внутрішнього опору джерела струму за допомогою амперметра та вольтметра.

Обладнання: металевий планшет, джерело струму, амперметр, вольтметр, резистор, ключ, затискачі, з'єднувальні дроти.

Для вимірювання ЕРС та внутрішнього опору джерела струму збирають електричний ланцюг, схема якого показана на малюнку 1.

До джерела струму підключають амперметр, опір та ключ, з'єднані послідовно. Крім того, безпосередньо до вихідних гнізд джерела підключають ще й вольтметр.

ЕРС вимірюють за показанням вольтметра при розімкнутому ключі. Цей прийом визначення ЕРС заснований на слідстві із закону Ома для повного ланцюга, згідно з яким при нескінченно великому опорі зовнішнього ланцюга напруга на затискачах джерела і його ЕРС. (Див. параграф "Закон Ома для повного ланцюга" підручника "Фізика 10").

Для визначення внутрішнього опору джерела замикають ключ К. При цьому в ланцюзі можна умовно виділити дві ділянки: зовнішній (той, що підключений до джерела) і внутрішній (той, що знаходиться всередині джерела струму). Оскільки ЕРС джерела дорівнює сумі падіння напруги на внутрішньому та зовнішньому ділянках ланцюга:

ε = Ur+UR, тоUr = ε -UR (1)

За законом Ома для ділянки ланцюга U r = I · r(2). Підставивши рівність (2) (1) отримують:

I· r = ε - Ur , звідки r = (ε - UR)/ J

Отже, щоб дізнатися внутрішній опір джерела струму, необхідно попередньо визначити його ЕРС, потім замкнути ключ та виміряти падіння напруги на зовнішньому опорі, а також силу струму в ньому.

Хід роботи

1. Підготуйте таблицю для запису результатів вимірювань та обчислень:

Накресліть у зошиті схему для вимірювання ЕРС та внутрішнього опору джерела.

Після перевірки схеми зберіть електричний ланцюг. Ключ розімкніть.

Виміряйте величину ЕРС джерела.

Замкніть ключ та визначте показання амперметра та вольтметра.

Обчисліть внутрішній опір джерела.

1. Визначення ЕДС та внутрішнього опору джерела струму графічним методом

Мета роботи: вивчити вимірювання ЕРС, внутрішнього опору та струму короткого замикання джерела струму, заснований на аналізі графіка залежності напруги на виході джерела від сили струму в ланцюзі.

Обладнання: гальванічний елемент, амперметр, вольтметр, резистор R 1 , змінний резистор, ключ, затискачі, металевий планшет, з'єднувальні дроти.

З закону Ома для повного ланцюга випливає, що напруга на виході джерела струму прямо пропорційно залежить від сили струму в ланцюгу:

оскільки I = E/(R+r), то IR + Ir = Е, але IR = U, звідки U + Ir = Е чи U = Е – Ir (1).

Якщо побудувати графік залежності U від I, то, за його точками перетину з осями координат, можна визначити Е, I К.З. - силу струму короткого замикання (струм, який потече в ланцюзі джерела, коли зовнішній опір R дорівнюватиме нулю).

ЕРС визначають за точкою перетину графіка з віссю напруги. Ця точка графіка відповідає стану ланцюга, у якому струм у ній відсутня і, отже, U = Е.

Силу струму короткого замикання визначають точкою перетину графіка з віссю струмів. У цьому випадку зовнішнє опір R = 0 і, отже, напруга на виході джерела U = 0.

Внутрішнє опір джерела знаходять по тангенсу кута нахилу графіка щодо осі струмів. (Порівняйте формулу (1) з математичною функцією виду У = АХ + В і згадайте значення коефіцієнта при X).

Хід роботи

Для запису результатів вимірів підготуйте таблицю:

1. Після перевірки схеми викладачем зберіть електричний ланцюг. Повзунок змінного резистора встановіть у положення, коли опір ланцюга, підключеного до джерела струму, буде максимальним.

Визначте значення сили струму в ланцюгу та напругу на затискачах джерела за максимальної величини опору змінного резистора. Дані вимірів занесіть у таблицю.

Повторіть кілька разів вимірювання сили струму і напруги, щоразу зменшуючи величину змінного опору так, щоб напруга на затискачах джерела зменшувалася на 0,1В. Вимірювання припиніть, коли сила струму в ланцюзі досягне значення 1А.

Нанесіть отримані в експерименті крапки на графік. Напруга відкладайте по вертикальній осі, а силу струму - по горизонтальній. Проведіть по точках пряму лінію.

Продовжіть графік до перетину з осями координат та визначте величини Е і I К.З.

Виміряйте ЕРС джерела, підключивши вольтметр до його висновків при розімкнутому зовнішньому ланцюзі. Зіставте значення ЕРС, отримані двома способами, та вкажіть причину можливого розбіжності результатів.

Визначте внутрішній опір джерела струму. Для цього обчисліть тангенс кута нахилу побудованого графіка до осі струмів. Так як тангенс кута в прямокутному трикутнику дорівнює відношенню протилежного катета до прилеглого, то практично це можна зробити, знайшовши відношення Е/І К.З.

Електричний струм у провіднику виникає під впливом електричного поля, що змушує вільні заряджені частинки приходити у спрямований рух. Створення струму частинок – серйозна проблема. Спорудити такий пристрій, який підтримуватиме різницю потенціалів поля тривалий час в одному стані - завдання, вирішення якого виявилося під силу людству лише до кінця XVIII століття.

Перші спроби

Перші спроби "накопичити електрику" для подальшого її дослідження та використання були здійснені в Голландії. Німець Евальд Юрген фон Клейст та голландець Пітер ван Мушенбрук, які проводили свої дослідження у містечку Лейден, створили перший у світі конденсатор, названий пізніше «лейденською банкою».

Накопичення електричного заряду вже проходило під впливом механічного тертя. Використовувати розряд через провідник можна було протягом деякого досить короткого проміжку часу.

Перемога людського розуму над такою ефемерною субстанцією, як електрика, виявилася революційною.

На жаль, розряд (електричний струм, який створюється конденсатором) тривав настільки коротко, що створити не міг. Крім того, напруга, що дається конденсатором, поступово знижується, що не залишає можливості отримувати тривалий струм.

Потрібно було шукати інший спосіб.

Перше джерело

Експерименти італійця Гальвані з дослідження «тварини електрики» були оригінальною спробою знайти природне джерело струму в природі. Розвішуючи лапки препарованих жаб на металевих гачках залізних ґрат, він звернув увагу на характерну реакцію нервових закінчень.

Проте висновки Гальвані спростував інший італієць Алессандро Вольта. Зацікавившись можливістю отримання електрики з організмів тварин, він провів серію експериментів із жабами. Але висновок його виявився повною протилежністю попереднім гіпотезам.

Вольта звернув увагу на те, що живий організм є лише індикатором електричного розряду. При проходженні струму м'язи лапок скорочуються, вказуючи на різницю потенціалів. Джерелом електричного поля виявився контакт різнорідних металів. Чим далі один від одного вони знаходяться у ряді хімічних елементів, тим значніший ефект.

Пластини з різнорідних металів, прокладені паперовими дисками, просоченими розчином електроліту, тривалий час створювали необхідну різницю потенціалів. І нехай вона була невисокою (1,1 В), але електричний струм можна було досліджувати довгий час. Головне, що напруга зберігалася незмінною так само довго.

Що відбувається

Чому в джерелах, що дістали назву «гальванічних елементів», викликається такий ефект?

Два металеві електроди, поміщені в діелектрик, відіграють різні ролі. Один постачає електрони, інший їх приймає. Процес окислювально-відновної реакції призводить до появи надлишку електронів на одному електроді, який називають негативним полюсом, та недоліку на другому, позначимо його як позитивний полюс джерела.

У найпростіших гальванічних елементах окислювальні реакції відбуваються одному електроді, відновлювальні - іншому. Електрони приходять на електроди із зовнішньої частини ланцюга. Електроліт є провідником струму іонів усередині джерела. Сила опору керує тривалістю процесу.

Мідно-цинковий елемент

Принцип дії гальванічних елементів цікаво розглянути на прикладі мідно-цинкового гальванічного елемента, дія якого йде за рахунок енергії цинку та сульфату міді. У цьому джерелі пластина з міді поміщена в розчин цинковий електрод занурений в розчин сульфату цинку. Розчини розділені пористою прокладкою, щоб уникнути змішування, але обов'язково стикаються.

Якщо ланцюг замкнутий, поверхневий шар цинку окислюється. У процесі взаємодії з рідиною атоми цинку, перетворившись на іони, з'являються у розчині. На електроді вивільняються електрони, які можуть брати участь в утворенні струму.

Потрапляючи на мідний електрод, електрони беруть участь у відновлювальній реакції. З розчину на поверхневий шар надходять іони міді, у процесі відновлення вони перетворюються на атоми міді, беручи в облогу на мідній пластині.

Підсумовуємо те, що відбувається: процес роботи гальванічного елемента супроводжується переходом електронів відновника до окислювача по зовнішній частині ланцюга. Реакції відбуваються на обох електродах. Усередині джерела протікає іонний струм.

Складності використання

В принципі, будь-яка з можливих окисно-відновних реакцій може бути використана в батареях. Але речовин, здатних працювати в цінних технічно елементах, не так уже й багато. Більше того, багато реакцій вимагають витрат дорогих речовин.

Сучасні акумуляторні батареї мають простішу будову. Два електроди, вміщені в один електроліт, заповнюють посудину - корпус батареї. Такі конструктивні особливості спрощують будову та здешевлюють акумулятори.

Будь-який гальванічний елемент здатний створювати постійний струм.

Опір струму дозволяє всім іонам одночасно опинитися на електродах, тому елемент працює досить довго. Хімічні реакції утворення іонів рано чи пізно припиняються, елемент розряджається.

Джерела струму має велике значення.

Трохи про опір

Використання електричного струму, безперечно, вивело науково-технічний прогрес на новий щабель, дало йому величезний поштовх. Але сила опору перебігу струму стає шляху такого розвитку.

З одного боку, електричний струм має безцінні властивості, що використовуються в побуті та техніці, з іншого - є значна протидія. Фізика як наука про природу намагається встановити баланс, привести у відповідність ці обставини.

Опір струму виникає внаслідок взаємодії електрично заряджених частинок з речовиною, якою вони рухаються. Виключити цей процес у нормальних температурних умовах неможливо.

Опір

Джерела струму та протидія зовнішньої частини ланцюга мають дещо різну природу, але однаковим у цих процесах є здійснення роботи з переміщення заряду.

Сама робота залежить тільки від властивостей джерела та його наповнення: якостей електродів та електроліту, так само як для зовнішніх частин ланцюга, опір яких залежить від геометричних параметрів та хімічних характеристик матеріалу. Наприклад, опір металевого дроту зростає зі збільшенням його довжини та зменшується при розширенні площі перерізу. При вирішенні завдання, як зменшити опір, фізика рекомендує використовувати спеціалізовані матеріали.

Робота струму

Відповідно до закону Джоуля-Ленца у провідниках виділяється кількість теплоти, пропорційна опору. Якщо кількість теплоти позначити Q внут. , силу струму I, час його перебігу t, то отримаємо:

• Q внут. = I 2 · r · t,

де r – внутрішній опір джерела струму.

У всьому ланцюгу, що включає як внутрішню, так і зовнішню її частини, виділиться повна кількість теплоти, формула якого має вигляд:

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

Відомо, як позначається опір у фізиці: зовнішній ланцюг (всі елементи, крім джерела) має опір R.

Закон Ома для повного ланцюга

Врахуємо, що основну роботу виконують сторонні сили всередині джерела струму. Її величина дорівнює добутку заряду, що переноситься полем, та електрорушійної сили джерела:

• q · E = I 2 · (r + R) · t.

розуміючи, що заряд дорівнює добутку сили струму на час його протікання, маємо:

• E = I · (r + R).

Відповідно до причинно-наслідкових зв'язків закон Ома має вигляд:

• I = E: (r + R).

У замкнутому ланцюгу прямо пропорційна ЕРС джерела струму і обернено пропорційна загальному (повному) опору ланцюга.

Спираючись на цю закономірність, можна визначити внутрішній опір джерела струму.

Розрядна ємність джерела

До основним характеристикам джерел можна віднести і розрядну ємність. Максимальна кількість електрики, яка отримується при експлуатації в певних умовах, залежить від сили струму розряду.

В ідеальному випадку, коли виконуються певні наближення, розрядну ємність вважатимуться постійною.

Наприклад, стандартна батарейка різниці потенціалів 1,5 В має розрядну ємність 0,5 А·год. Якщо струм розрядки 100 мА, працює протягом 5 годин.

Способи заряджання батарей

Експлуатація батарей призводить до їх розрядження. зарядка малогабаритних елементів здійснюється з допомогою струму, значення сили якого перевищує однієї десятої ємності джерела.

Пропонуються такі способи заряджання:

• використання постійного струму протягом заданого часу (близько 16 годин струмом 0,1 ємності акумулятора);
• заряджання знижувальним струмом до заданого значення різниці потенціалів;
• використання несиметричних струмів;
• послідовне застосування коротких імпульсів зарядки та розрядки, при яких час першої перевищує час другої.

Практична робота

Пропонується завдання: визначити внутрішній опір джерела струму та ЕРС.

Для його виконання необхідно запастись джерелом струму, амперметром, вольтметром, повзунковим реостатом, ключем, набором провідників.

Використання дозволить визначити внутрішній опір джерела струму. І тому необхідно знати його ЕРС, величину опору реостата.

Розрахункова формула опору струму у зовнішній частині ланцюга може бути визначена із закону Ома для ділянки ланцюга:

• I = U: R,

де I - сила струму у зовнішній частині ланцюга, вимірюється амперметром; U – напруга на зовнішньому опорі.

Для підвищення точності вимірювання робляться щонайменше 5 разів. Для чого це потрібно? Виміряні під час експерименту напруга, опір, струм (вірніше, сила струму) використовуються далі.

Щоб визначити ЕРС джерела струму, скористаємося тим, що напруга на його клемах при розімкнутому ключі практично дорівнює ЕРС.

Зберемо ланцюг із послідовно включених батареї, реостату, амперметра, ключа. До клем джерела струму підключаємо вольтметр. Розімкнувши ключ, знімаємо його показання.

Внутрішній опір, формула якого отримана із закону Ома для повного ланцюга, визначимо математичними розрахунками:

• I = E: (r + R).
• r = E: I - U: I.

Вимірювання показують, що внутрішній опір буває значно меншим за зовнішній.

Практична функція акумуляторів та батарей знаходить широке застосування. Безперечна екологічна безпека електродвигунів не підлягає сумніву, але створити ємний, ергономічний акумулятор – проблема сучасної фізики. Її рішення призведе до нового витоку розвитку автомобільної техніки.

Малогабаритні, легкі, ємні акумуляторні батареї також украй необхідні в мобільних електронних пристроях. Запас енергії, застосовуваної у яких, безпосередньо з працездатністю пристроїв.