Mkondo wa umeme katika kondakta hutokea kwa kuathiriwa na sehemu ya umeme, na hivyo kulazimisha chembe zinazochajiwa bila malipo kuingia katika mwendo unaoelekezwa. Kuunda mkondo wa chembe ni shida kubwa. Kuunda kifaa kama hicho kitakachodumisha tofauti inayoweza kutokea ya uwanja kwa muda mrefu katika hali moja ni kazi ambayo mwanadamu angeweza kutatua hadi mwisho wa karne ya 18.
Majaribio ya kwanza
Majaribio ya kwanza ya "kukusanya umeme" kwa ajili ya utafiti na matumizi yake zaidi yalifanywa nchini Uholanzi. Mjerumani Ewald Jurgen von Kleist na Mholanzi Peter van Muschenbrook, ambao walifanya utafiti wao katika mji wa Leiden, waliunda capacitor ya kwanza duniani, ambayo baadaye iliitwa "Leyden jar".
Mlundikano wa chaji ya umeme tayari umefanyika chini ya msuguano wa mitambo. Iliwezekana kutumia utiririshaji kupitia kondakta kwa muda fulani, badala mfupi, wa muda.
Ushindi wa akili ya mwanadamu juu ya dutu ya ephemeral kama vile umeme uligeuka kuwa wa mapinduzi.
Kwa bahati mbaya, chaji (mkondo wa umeme unaotengenezwa na capacitor)ilidumu kwa muda mfupi sana kwamba haikuweza kuunda mkondo wa moja kwa moja. Kwa kuongeza, voltage inayotolewa na capacitor inapunguzwa hatua kwa hatua, ambayo inafanya kuwa haiwezekani kupokea sasa inayoendelea.
Nilipaswa kutafuta njia nyingine.
Chanzo cha kwanza
Majaribio ya Galvani ya Italia ya "umeme wa wanyama" yalikuwa jaribio la awali la kutafuta chanzo asili cha asili ya sasa. Akining'iniza miguu ya vyura waliopasuliwa kwenye ndoano za chuma za kimiani ya chuma, alielekeza umakini kwenye tabia ya miisho ya neva.
Hata hivyo, Mwitaliano mwingine, Alessandro Volta, alikanusha hitimisho la Galvani. Alivutiwa na uwezekano wa kupata umeme kutoka kwa viumbe vya wanyama, alifanya mfululizo wa majaribio na vyura. Lakini hitimisho lake liligeuka kuwa kinyume kabisa cha nadharia zilizotangulia.
Volta iliangazia ukweli kwamba kiumbe hai ni kiashirio tu cha kutokwa kwa umeme. Wakati sasa inapita, misuli ya miguu inapunguza, ikionyesha tofauti inayowezekana. Chanzo cha uwanja wa umeme kilikuwa mawasiliano ya metali tofauti. Kadiri zinavyotengana katika mfululizo wa vipengele vya kemikali, ndivyo athari inavyokuwa kubwa zaidi.
Sahani za metali zisizofanana, zilizowekwa kwa diski za karatasi zilizolowekwa kwenye myeyusho wa elektroliti, ziliunda tofauti inayoweza kutokea kwa muda mrefu. Na basi iwe chini (1.1 V), lakini sasa ya umeme inaweza kuchunguzwa kwa muda mrefu. Jambo kuu ni kwamba voltage ilibaki bila kubadilika kwa muda mrefu tu.
Nini kinaendelea
Kwa nini vyanzo vinavyoitwa "seli za galvanic" husababisha athari kama hiyo?
Elektrodi mbili za chuma zilizowekwa kwenye dielectri hucheza majukumu tofauti. Mmoja hutoa elektroni, mwingine anakubali. Mchakato wa mmenyuko wa redoksi husababisha kuonekana kwa ziada ya elektroni kwenye elektrodi moja, ambayo inaitwa nguzo hasi, na upungufu kwenye pili, tutaiashiria kama nguzo chanya ya chanzo.
Katika seli rahisi zaidi za galvani, miitikio ya oksidi hutokea kwenye elektrodi moja, na athari za kupunguza hutokea kwa upande mwingine. Elektroni huja kwa elektroni kutoka nje ya mzunguko. Electrolyte ni kondakta wa sasa wa ions ndani ya chanzo. Nguvu ya ukinzani hutawala muda wa mchakato.
Kipengee cha zinki ya shaba
Kanuni ya uendeshaji wa seli za galvanic inavutia kuzingatia kwa kutumia mfano wa seli ya galvanic ya shaba-zinki, ambayo hatua yake ni kutokana na nishati ya zinki na sulfate ya shaba. Katika chanzo hiki, sahani ya shaba huwekwa kwenye suluhisho la sulfate ya shaba, na electrode ya zinki inaingizwa katika suluhisho la sulfate ya zinki. Suluhisho hutenganishwa na spacer yenye vinyweleo ili kuzuia kuchanganyika, lakini lazima igusane.
Ikiwa mzunguko umefungwa, safu ya uso ya zinki hutiwa oksidi. Katika mchakato wa kuingiliana na kioevu, atomi za zinki, baada ya kugeuka kuwa ions, huonekana katika suluhisho. Elektroni hutolewa kwenye elektrodi, ambayo inaweza kushiriki katika utengenezaji wa sasa.
Ikifika kwenye elektrodi ya shaba, elektroni hushiriki katika mmenyuko wa kupunguza. Kutokasuluhisho, ioni za shaba huingia kwenye safu ya uso, katika mchakato wa kupunguza hugeuka kuwa atomi za shaba, kuweka kwenye sahani ya shaba.
Kwa muhtasari wa kile kinachotokea: mchakato wa uendeshaji wa seli ya galvanic huambatana na uhamisho wa elektroni kutoka kwa wakala wa kupunguza hadi kwa wakala wa vioksidishaji kwenye sehemu ya nje ya mzunguko. Athari hufanyika kwenye elektroni zote mbili. Maji ya ioni hutiririka ndani ya chanzo.
Ugumu wa kutumia
Kimsingi, athari zozote zinazowezekana za redox zinaweza kutumika katika betri. Lakini hakuna vitu vingi vinavyoweza kufanya kazi katika vipengele vya thamani ya kiufundi. Zaidi ya hayo, majibu mengi yanahitaji vitu vya gharama kubwa.
Betri za kisasa zina muundo rahisi zaidi. Electrodes mbili zilizowekwa katika electrolyte moja kujaza chombo - kesi ya betri. Vipengele kama hivyo vya muundo hurahisisha muundo na kupunguza gharama ya betri.
Seli yoyote ya galvanic ina uwezo wa kutoa mkondo wa moja kwa moja.
Upinzani wa sasa hauruhusu ioni zote kuwa kwenye elektrodi kwa wakati mmoja, kwa hivyo kipengele hufanya kazi kwa muda mrefu. Athari za kikemikali za uundaji ioni punde au baadaye kusimamishwa, kipengele huondolewa.
Upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa ni muhimu.
Machache kuhusu upinzani
Matumizi ya mkondo wa umeme, bila shaka, yalileta maendeleo ya sayansi na teknolojia kwa kiwango kipya, yalimpa nguvu kubwa. Lakini nguvu ya upinzani dhidi ya mtiririko wa mkondo huingia katika njia ya maendeleo kama hayo.
Kwa upande mmoja, mkondo wa umeme una sifa muhimu sana zinazotumiwa katika maisha ya kila siku na teknolojia, kwa upande mwingine, kuna upinzani mkubwa. Fizikia, kama sayansi ya asili, hujaribu kuleta usawa, kuleta hali hizi kwenye mstari.
Upinzani wa sasa hutokana na mwingiliano wa chembe zenye chaji ya umeme na dutu ambayo husogea. Haiwezekani kuwatenga mchakato huu katika hali ya joto ya kawaida.
Upinzani
Upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa na ukinzani wa sehemu ya nje ya saketi ni wa asili tofauti kidogo, lakini sawa katika michakato hii ni kazi inayofanywa kusogeza chaji.
Kazi yenyewe inategemea tu mali ya chanzo na yaliyomo: sifa za elektroni na elektroliti, na vile vile kwa sehemu za nje za mzunguko, upinzani ambao unategemea vigezo vya kijiometri na kemikali. sifa za nyenzo. Kwa mfano, upinzani wa waya wa chuma huongezeka kwa ongezeko la urefu wake na hupungua kwa upanuzi wa eneo la sehemu ya msalaba. Wakati wa kutatua tatizo la jinsi ya kupunguza upinzani, fizikia inapendekeza kutumia nyenzo maalum.
Sasa ya kazi
Kwa mujibu wa sheria ya Joule-Lenz, kiasi cha joto kinachotolewa katika kondakta kinalingana na upinzani. Ikiwa tutateua kiasi cha joto kama Qint., nguvu ya mkondo wa I, wakati wa mtiririko wake t, basi tutapata:
Qint=Mimi2 · r t,
ambapo r ni upinzani wa ndani wa chanzoya sasa.
Katika sakiti nzima, ikijumuisha sehemu zake za ndani na nje, jumla ya kiasi cha joto kitatolewa, fomula yake ni:
Qkamili=Mimi2 · r t + I 2 R t=mimi2 (r +R) t,
Inajulikana jinsi upinzani unavyobainishwa katika fizikia: saketi ya nje (vipengee vyote isipokuwa chanzo) ina ukinzani R.
Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili
Zingatia kwamba kazi kuu inafanywa na nguvu za nje ndani ya chanzo cha sasa. Thamani yake ni sawa na bidhaa ya malipo inayobebwa na uwanja na nguvu ya kielektroniki ya chanzo:
q E=Mimi2 (r + R) t.
kwa kutambua kwamba malipo ni sawa na bidhaa ya nguvu ya sasa na wakati wa mtiririko wake, tuna:
E=mimi (r + R)
Kulingana na uhusiano wa sababu-na-athari, sheria ya Ohm ina fomu hii:
I=E: (r + R)
Mkondo katika mzunguko funge unalingana moja kwa moja na EMF ya chanzo cha sasa na inawiana kinyume na jumla (jumla) ya upinzani wa saketi.
Kulingana na muundo huu, inawezekana kubainisha upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.
Uwezo wa utiaji wa chanzo
Uwezo wa kutokwa pia unaweza kuhusishwa na sifa kuu za vyanzo. Kiwango cha juu cha umeme kinachoweza kupatikana wakati wa kufanya kazi chini ya hali fulani inategemea nguvu ya mkondo wa kutokwa.
Katika hali inayofaa, makadirio fulani yanapofanywa, uwezo wa kutokwa unaweza kuchukuliwa kuwa wa kudumu.
KKwa mfano, betri ya kawaida yenye tofauti inayowezekana ya 1.5 V ina uwezo wa kutokwa wa 0.5 Ah. Ikiwa mkondo wa kutokwa ni 100mA, basi itafanya kazi kwa saa 5.
Njia za kuchaji betri
Utumiaji mbaya wa betri hupelekea kutokeza kwao. Marejesho ya betri, malipo ya seli ndogo hufanywa kwa kutumia mkondo ambao thamani yake ya nguvu haizidi moja ya kumi ya uwezo wa chanzo.
Njia zifuatazo za kuchaji zinapatikana:
- kutumia mkondo usiobadilika kwa muda mahususi (takriban saa 16 sasa uwezo wa betri 0.1);
- kuchaji kwa mkondo wa kushuka hadi thamani iliyoamuliwa mapema ya tofauti;
- matumizi ya mikondo isiyosawazisha;
- utumiaji mfululizo wa mipigo mifupi ya kuchaji na kutoa, ambapo wakati wa kwanza unazidi wakati wa pili.
Kazi ya vitendo
Jukumu linapendekezwa: kubainisha upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa na EMF.
Ili kuitekeleza, unahitaji kuhifadhi kwenye chanzo cha sasa, ammita, voltmeter, rheostat ya kitelezi, ufunguo, seti ya vikondakta.
Kutumia sheria ya Ohm kwa saketi iliyofungwa kutabainisha ukinzani wa ndani wa chanzo cha sasa. Ili kufanya hivyo, unahitaji kujua EMF yake, thamani ya upinzani wa rheostat.
Fomula ya kukokotoa upinzani wa sasa katika sehemu ya nje ya saketi inaweza kubainishwa kutoka kwa sheria ya Ohm ya sehemu ya mzunguko:
I=U: R,
ambapo mimi ni nguvu ya sasa katika sehemu ya nje ya saketi, inayopimwa kwa ammita; U - voltage kwenye njeupinzani.
Ili kuboresha usahihi, vipimo huchukuliwa angalau mara 5. Ni ya nini? Voltage, upinzani, mkondo (au tuseme, nguvu ya sasa) iliyopimwa wakati wa jaribio hutumika hapa chini.
Ili kubainisha EMF ya chanzo cha sasa, tunatumia ukweli kwamba volteji kwenye vituo vyake na ufunguo wazi inakaribia kuwa sawa na EMF.
Hebu tukusanye saketi kutoka kwa betri, rheostat, ammita, ufunguo uliounganishwa kwa mfululizo. Tunaunganisha voltmeter kwenye vituo vya chanzo cha sasa. Baada ya kufungua ufunguo, tunachukua usomaji wake.
Upinzani wa ndani, fomula yake ambayo hupatikana kutoka kwa sheria ya Ohm kwa sakiti kamili, hubainishwa na hesabu za hisabati:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Vipimo vinaonyesha kuwa upinzani wa ndani ni mdogo sana kuliko ule wa nje.
Utendaji wa kiutendaji wa betri na betri zinazoweza kuchajiwa hutumika sana. Usalama wa mazingira usio na shaka wa motors za umeme ni zaidi ya shaka, lakini kuunda capacious, betri ya ergonomic ni tatizo la fizikia ya kisasa. Suluhisho lake litasababisha duru mpya katika ukuzaji wa teknolojia ya magari.
Betri ndogo, nyepesi na zenye uwezo wa juu pia ni muhimu katika vifaa vya mkononi vya kielektroniki. Kiasi cha nishati inayotumiwa ndani yake inahusiana moja kwa moja na utendakazi wa vifaa.
