Дамжуулагч дахь цахилгаан гүйдэл нь цахилгаан орны нөлөөн дор үүсч, чөлөөт цэнэгтэй бөөмсийг чиглэсэн хөдөлгөөнд оруулахыг албаддаг. Бөөмийн гүйдэл үүсгэх нь ноцтой асуудал юм. Талбайн боломжит зөрүүг нэг төлөвт удаан хадгалах ийм төхөөрөмжийг бүтээх нь хүн төрөлхтний 18-р зууны эцэс гэхэд л шийдэж чадах ажил юм.
Анхны оролдлого
Цахилгааныг судлах, ашиглах зорилгоор "цахилгаан эрчим хүчийг хуримтлуулах" анхны оролдлогуудыг Голландад хийсэн. Лейден хотод судалгаа хийсэн Германы Эвальд Юрген фон Клейст, Голландын Петер ван Мушенбрук нар дэлхийн анхны конденсаторыг бүтээж, хожим нь "Лейден сав" гэж нэрлэв.
Цахилгаан цэнэгийн хуримтлал механик үрэлтийн нөлөөн дор аль хэдийн явагдсан. Кондуктороор дамждаг цэнэгийг тодорхой богино хугацаанд ашиглах боломжтой байсан.
Цахилгаан гэх мэт түр зуурын бодисыг хүний оюун санааны ялалт нь хувьсгалт шинж чанартай болсон.
Харамсалтай нь цэнэггүйдэл (конденсатораас үүссэн цахилгаан гүйдэл)маш богино хугацаанд үргэлжилсэн тул шууд гүйдэл үүсгэж чадахгүй байв. Үүнээс гадна конденсатороор тэжээгддэг хүчдэл аажмаар буурч, тасралтгүй гүйдэл хүлээн авах боломжгүй болно.
Би өөр арга хайх ёстой байсан.
Анхны эх сурвалж
Итали Галванигийн "амьтны цахилгаан" туршилтууд нь байгаль дээрх гүйдлийн байгалийн эх үүсвэрийг олох анхны оролдлого байв. Төмөр торны төмөр дэгээнд задалсан мэлхийн хөлийг өлгөхдөө тэрээр мэдрэлийн төгсгөлийн онцлог урвалд анхаарлаа хандуулав.
Гэсэн хэдий ч өөр нэг Итали Алессандро Вольта Галванигийн дүгнэлтийг үгүйсгэв. Амьтны организмаас цахилгаан эрчим хүч гаргаж авах боломжийг сонирхож, мэлхийнүүдтэй хэд хэдэн туршилт хийжээ. Гэвч түүний дүгнэлт өмнөх таамаглалаас тэс эсрэг байсан.
Вольта амьд организм бол зөвхөн цахилгаан гүйдлийн үзүүлэлт гэдгийг онцлон тэмдэглэв. Гүйдэл өнгөрөхөд хөлний булчингууд агшиж, боломжит зөрүүг илтгэнэ. Цахилгаан талбайн эх үүсвэр нь өөр өөр металлуудын холбоо байв. Тэдгээр нь хэд хэдэн химийн элементүүдэд хэдий чинээ хол байна, төдий чинээ их нөлөө үзүүлнэ.
Электролитийн уусмалд дэвтээсэн цаасан дискээр хийсэн ижил төстэй металлын хавтангууд нь удаан хугацааны туршид шаардлагатай боломжит зөрүүг үүсгэсэн. Энэ нь бага (1.1 В) байх ёстой, гэхдээ цахилгаан гүйдлийг удаан хугацаанд шалгаж болно. Хамгийн гол нь хүчдэл яг тэр хугацаанд өөрчлөгдөөгүй.
Юу болоод байна
"Галваник эс" гэж нэрлэгддэг эх сурвалжууд яагаад ийм нөлөө үзүүлдэг вэ?
Диэлектрикт байрлуулсан хоёр металл электрод өөр өөр үүрэг гүйцэтгэдэг. Нэг нь электрон нийлүүлдэг, нөгөө нь хүлээн авдаг. Редокс урвалын процесс нь сөрөг туйл гэж нэрлэгддэг нэг электрод дээр илүүдэл электронууд гарч ирэхэд хүргэдэг бөгөөд хоёр дахь нь дутагдалтай байвал бид үүнийг эх үүсвэрийн эерэг туйл гэж тэмдэглэнэ.
Хамгийн энгийн гальваник эсүүдэд нэг электрод дээр исэлдэлтийн урвал, нөгөө талд нь бууралтын урвал явагдана. Электронууд нь хэлхээний гадна талаас электродуудад ирдэг. Электролит нь эх үүсвэрийн доторх ионуудын гүйдэл дамжуулагч юм. Эсэргүүцлийн хүч нь үйл явцын үргэлжлэх хугацааг зохицуулдаг.
Зэс-цайрын элемент
Галваник эсийн үйл ажиллагааны зарчмыг цайр, зэсийн сульфатын энергитэй холбоотой зэс-цайрын гальваник эсийн жишээн дээр авч үзэх нь сонирхолтой юм. Энэ эх үүсвэрт зэс хавтанг зэсийн сульфатын уусмалд хийж, цайрын электродыг цайрын сульфатын уусмалд дүрнэ. Уусмалыг холихоос сэргийлэхийн тулд сүвэрхэг зайгаар тусгаарладаг, гэхдээ хоорондоо холбоотой байх ёстой.
Хэлхээ хаагдсан бол цайрын гадаргуугийн давхарга исэлддэг. Шингэнтэй харилцан үйлчлэх явцад цайрын атомууд ион болж хувирч уусмалд гарч ирдэг. Электродууд гүйдэл үүсгэхэд оролцох боломжтой электронууд ялгардаг.
Зэс электрод руу очиход электронууд нь багасгах урвалд оролцдог. -аасуусмалд зэсийн ионууд гадаргуугийн давхаргад орж, ангижрах явцад зэсийн атом болж хувирч, зэс хавтан дээр тогтоно.
Юу болж байгааг дүгнэвэл: гальваник эсийн үйл явц нь хэлхээний гаднах хэсгийн дагуу ангижруулагчаас исэлдүүлэгч бодис руу электрон шилжүүлэх замаар явагддаг. Хоёр электрод дээр урвал явагдана. Эх үүсвэр дотор ионы гүйдэл урсдаг.
Хэрэглэхэд хүндрэлтэй
Зарчмын хувьд аль ч боломжит исэлдэлтийн урвалыг батерейнд ашиглаж болно. Гэхдээ техникийн үнэ цэнэтэй элементүүдэд ажиллах чадвартай бодис тийм ч олон байдаггүй. Түүнчлэн, олон урвалд үнэтэй бодис шаардагддаг.
Орчин үеийн батерейнууд илүү энгийн бүтэцтэй. Нэг электролитэд байрлуулсан хоёр электрод савыг дүүргэдэг - зайны хайрцаг. Ийм дизайны онцлог нь бүтцийг хялбарчилж, батерейны зардлыг бууруулдаг.
Ямар ч гальван элемент нь шууд гүйдэл үүсгэх чадвартай.
Гүйдлийн эсэргүүцэл нь бүх ионууд электродууд дээр нэгэн зэрэг байхыг зөвшөөрдөггүй тул элемент удаан хугацаанд ажилладаг. Ион үүсэх химийн урвал эрт орой хэзээ нэгэн цагт зогсоход элемент ялгардаг.
Гүйдлийн эх үүсвэрийн дотоод эсэргүүцэл чухал.
Эсэргүүцлийн талаар бага зэрэг
Цахилгаан гүйдлийг ашиглах нь шинжлэх ухаан, технологийн дэвшлийг шинэ шатанд гаргаж, түүнд асар их түлхэц өгсөн нь эргэлзээгүй. Гэвч гүйдлийн урсгалыг эсэргүүцэх хүч нь ийм хөгжилд саад болдог.
Цахилгаан гүйдэл нь нэг талаас өдөр тутмын амьдрал, технологид хэрэглэгддэг үнэлж баршгүй шинж чанартай байдаг бол нөгөө талаас ихээхэн эсэргүүцэлтэй байдаг. Физик нь байгалийн шинжлэх ухааны хувьд тэнцвэрт байдлыг бий болгож, эдгээр нөхцөл байдлыг зохицуулахыг хичээдэг.
Цахилгаан цэнэгтэй бөөмс хөдөлж буй бодистой харилцан үйлчилснээр одоогийн эсэргүүцэл үүсдэг. Температурын хэвийн нөхцөлд энэ үйл явцыг үгүйсгэх боломжгүй.
Эсэргүүцэл
Гүйдлийн эх үүсвэрийн дотоод эсэргүүцэл ба хэлхээний гадаад хэсгийн эсэргүүцэл нь арай өөр шинж чанартай боловч эдгээр процессуудад цэнэгийг хөдөлгөх ажил ижил байна.
Ажил нь зөвхөн эх үүсвэрийн шинж чанар, түүний агууламжаас хамаарна: электрод ба электролитийн чанар, түүнчлэн хэлхээний гаднах хэсгүүдийн эсэргүүцэл нь геометрийн параметрүүд болон химийн бодисоос хамаарна. материалын шинж чанар. Жишээлбэл, металл утасны эсэргүүцэл нь урт нь нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, хөндлөн огтлолын хэмжээ нэмэгдэх тусам буурдаг. Эсэргүүцлийг хэрхэн бууруулах асуудлыг шийдэхдээ физик нь тусгай материал ашиглахыг зөвлөж байна.
Ажлын одоогийн
Жоуль-Ленцийн хуулийн дагуу дамжуулагчийн дулааны хэмжээ эсэргүүцэлтэй пропорциональ байна. Хэрэв бид дулааны хэмжээг Qint., гүйдлийн I хүч, түүний урсах хугацаа t гэж зааж өгвөл бид: болно.
Qint=I2 · r t,
Энд r нь эх үүсвэрийн дотоод эсэргүүцэлодоогийн.
Бүхэл бүтэн хэлхээнд түүний дотор болон гадна хэсгүүдэд дулааны нийт хэмжээ ялгарах бөгөөд томъёо нь:
Qfull=I2 · r t + I 2 R t=I2 (r +R) t,
Физикт эсэргүүцлийг хэрхэн тэмдэглэдэг нь мэдэгдэж байна: гадаад хэлхээнд (эх үүсвэрээс бусад бүх элементүүд) эсэргүүцэл R байна.
Бүрэн хэлхээний Ом-ын хууль
Гүйдлийн эх үүсвэрийн доторх гадны хүчин гол ажлыг гүйцэтгэдэг гэдгийг анхаарна уу. Үүний утга нь талбайн зөөвөрлөх цэнэгийн үржвэр ба эх үүсвэрийн цахилгаан хөдөлгөгч хүчний үржвэртэй тэнцүү байна:
q E=I2 (r + R) t.
цэнэг нь одоогийн хүч ба түүний урсах хугацааны үржвэртэй тэнцүү гэдгийг ойлгосноор бид:
E=I (r + R)
Шалтгаан-үр дагаврын хамаарлын дагуу Ом-ын хууль дараах хэлбэртэй байна:
I=E: (r + R)
Хаалттай хэлхээний гүйдэл нь гүйдлийн эх үүсвэрийн EMF-тэй шууд пропорциональ ба хэлхээний нийт (нийт) эсэргүүцэлтэй урвуу пропорциональ байна.
Энэ загварт үндэслэн одоогийн эх үүсвэрийн дотоод эсэргүүцлийг тодорхойлох боломжтой.
Эх үүсвэрийн цэнэгийн хүчин чадал
Цутгах хүчин чадлыг мөн эх үүсвэрүүдийн үндсэн шинж чанаруудтай холбож үзэж болно. Тодорхой нөхцөлд ажиллах үед авч болох цахилгааны дээд хэмжээ нь гадагшлуулах гүйдлийн хүчнээс хамаарна.
Тохиромжтой тохиолдолд тодорхой ойролцоолсон үед цэнэгийн цэнэгийг тогтмол гэж үзэж болно.
КЖишээлбэл, 1.5 В-ын боломжит зөрүүтэй стандарт зай нь 0.5 Ah цэнэгийн цэнэгтэй байдаг. Хэрэв цэнэгийн гүйдэл 100 мА бол 5 цаг ажиллана.
Батерейг цэнэглэх аргууд
Батерейг ашиглах нь цэнэггүй болоход хүргэдэг. Батерейг сэргээх, жижиг эсүүдийг цэнэглэх нь хүч чадлын утга нь эх үүсвэрийн хүчин чадлын аравны нэгээс хэтрэхгүй гүйдлийг ашиглан хийгддэг.
Дараах цэнэглэх аргууд боломжтой:
- тогтмол гүйдлийг тодорхой хугацаанд ашиглах (ойролцоогоор 16 цагийн гүйдэл 0.1 зайны багтаамж);
- урьдчилан тогтоосон боломжит зөрүүний утга хүртэл бууруулах гүйдэлээр цэнэглэх;
- тэнцвэргүй гүйдэл ашиглах;
- эхнийх нь хугацаа нь хоёр дахь үеэс хэтэрсэн богино импульсийг цэнэглэх болон цэнэггүй болгох.
Практик ажил
Даалгаврыг санал болгож байна: одоогийн эх үүсвэр ба EMF-ийн дотоод эсэргүүцлийг тодорхойлох.
Үүнийг гүйцэтгэхийн тулд та гүйдлийн эх үүсвэр, амперметр, вольтметр, гулсагч реостат, түлхүүр, дамжуулагчийн багцыг нөөцлөх хэрэгтэй.
Битүү хэлхээнд Ом-ын хуулийг ашигласнаар гүйдлийн эх үүсвэрийн дотоод эсэргүүцлийг тодорхойлно. Үүнийг хийхийн тулд та түүний EMF буюу реостатын эсэргүүцлийн утгыг мэдэх хэрэгтэй.
Хэлхээний гадна хэсгийн гүйдлийн эсэргүүцлийн тооцооны томьёог хэлхээний хэсгийн Ом-ын хуулиар тодорхойлж болно:
I=U: R,
энд I нь амперметрээр хэмжсэн хэлхээний гадна хэсгийн гүйдлийн хүч; U - гаднах хүчдэлэсэргүүцэл.
Нарийвчлалыг сайжруулахын тулд хэмжилтийг дор хаяж 5 удаа хийдэг. Энэ юунд зориулагдсан бэ? Туршилтын явцад хэмжсэн хүчдэл, эсэргүүцэл, гүйдэл (эсвэл гүйдлийн хүчийг) доор ашигласан болно.
Гүйдлийн эх үүсвэрийн EMF-ийг тодорхойлохын тулд бид түлхүүрийг онгойлгох үед терминалуудын хүчдэл нь EMF-тэй бараг тэнцүү байгааг ашигладаг.
Батарей, реостат, амперметр, цувралаар холбогдсон түлхүүрээс хэлхээ угсарцгаая. Бид вольтметрийг одоогийн эх үүсвэрийн терминалуудад холбодог. Түлхүүрийг нээгээд бид түүний заалтыг авдаг.
Бүрэн хэлхээний хувьд Ом-ын хуулиас томъёог гаргаж авсан дотоод эсэргүүцлийг математик тооцоогоор тодорхойлно:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Хэмжилтээс харахад дотоод эсэргүүцэл нь гадныхаас хамаагүй бага байна.
Цэнэглэдэг батерей болон батерейны практик функцийг өргөнөөр ашигладаг. Цахилгаан моторын байгаль орчны аюулгүй байдал нь эргэлзээгүй боловч багтаамжтай, эргономик батерейг бий болгох нь орчин үеийн физикийн асуудал юм. Үүний шийдэл нь автомашины технологийн хөгжилд шинэ шатанд хүргэнэ.
Жижиг, хөнгөн, өндөр хүчин чадалтай батерей нь хөдөлгөөнт электрон төхөөрөмжүүдэд зайлшгүй шаардлагатай. Тэдгээрт зарцуулсан эрчим хүчний хэмжээ нь төхөөрөмжийн гүйцэтгэлээс шууд хамаардаг.
