Rryma elektrike në përcjellës lind nën ndikimin e një fushe elektrike, duke i detyruar grimcat e lira të ngarkuara të vijnë në lëvizje të drejtuar. Krijimi i një rryme grimcash është një problem serioz. Të ndërtosh një pajisje të tillë që do të ruajë ndryshimin e mundshëm të fushës për një kohë të gjatë në një shtet është një detyrë që njerëzimi mund ta zgjidhte vetëm në fund të shekullit të 18-të.
Përpjekjet e para
Përpjekjet e para për të "akumuluar energjinë elektrike" për kërkimin dhe përdorimin e mëtejshëm të saj u bënë në Hollandë. Gjermani Ewald Jurgen von Kleist dhe holandezi Peter van Muschenbrook, të cilët kryen kërkimet e tyre në qytetin e Leiden, krijuan kondensatorin e parë në botë, të quajtur më vonë "kavanozi Leyden".
Akumulimi i ngarkesës elektrike tashmë ka ndodhur nën veprimin e fërkimit mekanik. Ishte e mundur të përdorej një shkarkim përmes një përcjellësi për një periudhë kohe të caktuar, mjaft të shkurtër.
Fitorja e mendjes njerëzore mbi një substancë të tillë kalimtare si elektriciteti doli të ishte revolucionare.
Fatkeqësisht, shkarkimi (rryma elektrike e krijuar nga një kondensator)zgjati aq pak sa nuk mund të krijonte një rrymë të drejtpërdrejtë. Përveç kësaj, tensioni i furnizuar nga kondensatori zvogëlohet gradualisht, gjë që e bën të pamundur marrjen e një rryme të vazhdueshme.
Duhet të kisha kërkuar një mënyrë tjetër.
Burimi i parë
Eksperimentet e "energjisë elektrike me kafshë" të italianit Galvani ishin një përpjekje origjinale për të gjetur një burim natyror të rrymës në natyrë. Duke i varur këmbët e bretkosave të prera në grepa metalikë të një grilë hekuri, ai tërhoqi vëmendjen te reagimi karakteristik i mbaresave nervore.
Megjithatë, një tjetër italian, Alessandro Volta, hodhi poshtë përfundimet e Galvanit. I interesuar për mundësinë e marrjes së energjisë elektrike nga organizmat e kafshëve, ai kreu një sërë eksperimentesh me bretkosat. Por përfundimi i tij doli të ishte krejtësisht i kundërt me hipotezat e mëparshme.
Volta tërhoqi vëmendjen për faktin se një organizëm i gjallë është vetëm një tregues i një shkarkimi elektrik. Kur rryma kalon, muskujt e këmbëve tkurren, duke treguar një ndryshim të mundshëm. Burimi i fushës elektrike ishte kontakti i metaleve të ndryshëm. Sa më larg të jenë në një sërë elementesh kimike, aq më i madh është efekti.
Pllakat e metaleve të ndryshme, të shtruara me disqe letre të njomur në një tretësirë elektroliti, krijuan diferencën e nevojshme potenciale për një kohë të gjatë. Dhe le të jetë e ulët (1.1 V), por rryma elektrike mund të hetohet për një kohë të gjatë. Gjëja kryesore është që voltazhi mbeti i pandryshuar për po aq kohë.
Çfarë po ndodh
Pse burimet e quajtura "qeliza galvanike" shkaktojnë një efekt të tillë?
Dy elektroda metalike të vendosura në një dielektrik luajnë role të ndryshme. Njëri furnizon elektrone, tjetri i pranon ato. Procesi i reaksionit redoks çon në shfaqjen e një tepricë të elektroneve në njërën elektrodë, e cila quhet pol negativ, dhe një mangësi në të dytën, do ta shënojmë si poli pozitiv të burimit.
Në qelizat më të thjeshta galvanike, reaksionet oksiduese ndodhin në njërën elektrodë dhe reaksionet e reduktimit ndodhin në tjetrën. Elektronet vijnë në elektroda nga jashtë qarkut. Elektroliti është përcjellësi aktual i joneve brenda burimit. Forca e rezistencës rregullon kohëzgjatjen e procesit.
Element bakër-zink
Parimi i funksionimit të qelizave galvanike është interesant të merret në konsideratë duke përdorur shembullin e një qelize galvanike bakër-zink, veprimi i së cilës është për shkak të energjisë së zinkut dhe sulfatit të bakrit. Në këtë burim, një pllakë bakri vendoset në një zgjidhje të sulfatit të bakrit, dhe një elektrodë zinku është zhytur në një zgjidhje të sulfatit të zinkut. Tretësirat ndahen nga një ndarës poroz për të parandaluar përzierjen, por duhet të jenë në kontakt.
Nëse qarku është i mbyllur, shtresa sipërfaqësore e zinkut oksidohet. Në procesin e ndërveprimit me lëngun, atomet e zinkut, të kthyer në jone, shfaqen në tretësirë. Në elektrodë lëshohen elektrone, të cilat mund të marrin pjesë në gjenerimin e rrymës.
Duke arritur te elektroda e bakrit, elektronet marrin pjesë në reaksionin e reduktimit. Ngatretësirë, jonet e bakrit hyjnë në shtresën sipërfaqësore, në procesin e reduktimit ato kthehen në atome bakri, duke depozituar në pllakën e bakrit.
Për të përmbledhur atë që po ndodh: procesi i funksionimit të një qelize galvanike shoqërohet me transferimin e elektroneve nga agjenti reduktues në agjentin oksidues përgjatë pjesës së jashtme të qarkut. Reaksionet zhvillohen në të dy elektrodat. Një rrymë jonike rrjedh brenda burimit.
Vështirësi në përdorim
Në parim, çdo reaksion i mundshëm redoks mund të përdoret në bateri. Por nuk ka aq shumë substanca të afta për të punuar në elementë teknikisht të vlefshëm. Për më tepër, shumë reagime kërkojnë substanca të shtrenjta.
Bateritë moderne kanë një strukturë më të thjeshtë. Dy elektroda të vendosura në një elektrolit mbushin enën - kutinë e baterisë. Karakteristikat e tilla të projektimit thjeshtojnë strukturën dhe ulin koston e baterive.
Çdo qelizë galvanike është në gjendje të prodhojë rrymë direkte.
Rezistenca e rrymës nuk lejon që të gjithë jonet të jenë në elektroda në të njëjtën kohë, kështu që elementi funksionon për një kohë të gjatë. Reaksionet kimike të formimit të joneve ndalojnë herët a vonë, elementi shkarkohet.
Rezistenca e brendshme e një burimi aktual është e rëndësishme.
Pak për rezistencën
Përdorimi i rrymës elektrike, pa dyshim, solli përparimin shkencor dhe teknologjik në një nivel të ri, i dha atij një shtysë gjigante. Por forca e rezistencës ndaj rrjedhës së rrymës pengon një zhvillim të tillë.
Nga njëra anë, rryma elektrike ka veti të paçmueshme që përdoren në jetën e përditshme dhe teknologjinë, nga ana tjetër, ka kundërshtime të konsiderueshme. Fizika, si shkencë e natyrës, përpiqet të vendosë një ekuilibër, t'i sjellë këto rrethana në përputhje.
Rezistenca aktuale lind për shkak të ndërveprimit të grimcave të ngarkuara elektrikisht me substancën përmes së cilës ato lëvizin. Është e pamundur të përjashtohet ky proces në kushte normale të temperaturës.
Rezistencë
Rezistenca e brendshme e burimit aktual dhe rezistenca e pjesës së jashtme të qarkut janë të një natyre paksa të ndryshme, por e njëjta në këto procese është puna e bërë për të lëvizur ngarkesën.
Vetë puna varet vetëm nga vetitë e burimit dhe nga përmbajtja e tij: cilësitë e elektrodave dhe elektrolitit, si dhe për pjesët e jashtme të qarkut, rezistenca e të cilave varet nga parametrat gjeometrikë dhe kimikatet. karakteristikat e materialit. Për shembull, rezistenca e një teli metalik rritet me një rritje në gjatësinë e tij dhe zvogëlohet me një zgjerim të zonës së prerjes kryq. Kur zgjidhet problemi se si të zvogëlohet rezistenca, fizika rekomandon përdorimin e materialeve të specializuara.
Rrjeti i punës
Në përputhje me ligjin Joule-Lenz, sasia e nxehtësisë së çliruar në përcjellës është në proporcion me rezistencën. Nëse caktojmë sasinë e nxehtësisë si Qint., forca e rrymës I, koha e rrjedhës së saj t, atëherë marrim:
Qint=I2 · r t,
ku r është rezistenca e brendshme e burimitaktuale.
Në të gjithë qarkun, duke përfshirë të dy pjesët e tij të brendshme dhe të jashtme, sasia totale e nxehtësisë do të çlirohet, formula e së cilës është:
Qplot=I2 · r t + I 2 R t=I2 (r +R) t,
Dihet se si shënohet rezistenca në fizikë: një qark i jashtëm (të gjithë elementët përveç burimit) ka rezistencë R.
Ligji i Ohmit për një qark të plotë
Merrni parasysh se puna kryesore kryhet nga forca të jashtme brenda burimit aktual. Vlera e tij është e barabartë me produktin e ngarkesës së bartur nga fusha dhe forcën elektromotore të burimit:
q E=I2 (r + R) t.
duke kuptuar se ngarkesa është e barabartë me produktin e fuqisë aktuale dhe kohën e rrjedhës së saj, kemi:
E=I (r + R)
Sipas marrëdhënieve shkak-pasojë, ligji i Ohm-it ka formën:
I=E: (r + R)
Rryma në një qark të mbyllur është drejtpërdrejt proporcionale me EMF-në e burimit aktual dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën totale (të përgjithshme) të qarkut.
Bazuar në këtë model, është e mundur të përcaktohet rezistenca e brendshme e burimit aktual.
Kapaciteti i shkarkimit të burimit
Kapaciteti i shkarkimit mund t'i atribuohet gjithashtu karakteristikave kryesore të burimeve. Sasia maksimale e energjisë elektrike që mund të merret kur funksionon në kushte të caktuara varet nga forca e rrymës së shkarkimit.
Në rastin ideal, kur bëhen përafrime të caktuara, kapaciteti i shkarkimit mund të konsiderohet konstant.
KPër shembull, një bateri standarde me një ndryshim potencial prej 1.5 V ka një kapacitet shkarkimi prej 0.5 Ah. Nëse rryma e shkarkimit është 100 mA, atëherë funksionon për 5 orë.
Metodat për karikimin e baterive
Shfrytëzimi i baterive çon në shkarkimin e tyre. Restaurimi i baterive, karikimi i qelizave të vogla kryhet duke përdorur një rrymë, vlera e forcës së së cilës nuk kalon një të dhjetën e kapacitetit të burimit.
Metodat e mëposhtme të tarifimit janë të disponueshme:
- duke përdorur rrymë konstante për një kohë të caktuar (rreth 16 orë kapacitet aktual 0,1 bateri);
- karikimi me një rrymë zvogëluese në një vlerë të diferencës së mundshme të paracaktuar;
- përdorimi i rrymave të pabalancuara;
- aplikim i njëpasnjëshëm i pulseve të shkurtra të karikimit dhe shkarkimit, në të cilat koha e të parit tejkalon kohën e të dytit.
Punë praktike
Propozohet detyra: të përcaktohet rezistenca e brendshme e burimit aktual dhe EMF.
Për ta kryer atë, duhet të rezervoni një burim rrymë, një ampermetër, një voltmetër, një reostat rrëshqitës, një çelës, një grup përcjellësish.
Përdorimi i ligjit të Ohm-it për një qark të mbyllur do të përcaktojë rezistencën e brendshme të burimit aktual. Për ta bërë këtë, duhet të dini EMF-në e tij, vlerën e rezistencës së reostatit.
Formula e llogaritjes për rezistencën aktuale në pjesën e jashtme të qarkut mund të përcaktohet nga ligji i Ohmit për seksionin e qarkut:
I=U: R,
ku I është forca aktuale në pjesën e jashtme të qarkut, e matur me një ampermetër; U - tension në pjesën e jashtmerezistencë.
Për të përmirësuar saktësinë, matjet bëhen të paktën 5 herë. Për çfarë është? Tensioni, rezistenca, rryma (ose më mirë forca e rrymës) të matura gjatë eksperimentit përdoren më poshtë.
Për të përcaktuar EMF-në e burimit aktual, ne përdorim faktin që tensioni në terminalet e tij me çelësin e hapur është pothuajse i barabartë me EMF.
Le të montojmë një qark nga një bateri, një reostat, një ampermetër, një çelës i lidhur në seri. Ne lidhim një voltmetër me terminalet e burimit aktual. Pasi kemi hapur çelësin, marrim leximet e tij.
Rezistenca e brendshme, formula e së cilës është marrë nga ligji i Ohmit për një qark të plotë, përcaktohet nga llogaritjet matematikore:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Masjet tregojnë se rezistenca e brendshme është shumë më e vogël se ajo e jashtme.
Funksioni praktik i baterive dhe baterive të rikarikueshme përdoret gjerësisht. Siguria e padiskutueshme mjedisore e motorëve elektrikë është e padiskutueshme, por krijimi i një baterie të madhe dhe ergonomike është një problem i fizikës moderne. Zgjidhja e saj do të çojë në një raund të ri në zhvillimin e teknologjisë së automobilave.
Bateritë e vogla, të lehta dhe me kapacitet të lartë janë gjithashtu thelbësore në pajisjet elektronike të lëvizshme. Sasia e energjisë së përdorur në to lidhet drejtpërdrejt me performancën e pajisjeve.
