Какой процесс происходит внутри источника тока
Перейти к содержимому

Какой процесс происходит внутри источника тока

  • автор:

Электродвижущая сила. Внутреннее сопротивление источника тока.

Сторонние силы. Для поддержания постоянной разности потенциалов на концах проводника, а значит, и тока необходимо наличие сторонних сил неэлектрической природы, с помощью которых происходит разделение электрических зарядов.

Электродвижущая сила Внутреннее сопротивление источника тока

Сторонними силами называются любые силы, действующие на электрически заряженные частицы в цепи, за исключением электростатических (т. е. кулоновских).

Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внут­ри всех источников тока: в генераторах, на электростанциях, в гальванических элементах, аккумуляторах и т. д.

При замыкании цепи создается электрическое поле во всех про­водниках цепи. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны движут­ся от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во всей остальной цепи их приводит а движение электрическое поле (см. рис. выше).

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение разных видов энергии в электричес­кую. По типу преобразованной энергии различают следующие виды электродвижущей силы:

— электростатическая — в электрофорной машине, в которой происходит превращение механической энергии при трении в электрическую;

— термоэлектрическая — в термоэлементе — внутренняя энергия нагретого спая двух проволок, изготовленных из разных металлов, превращается в электрическую;

— фотоэлектрическая — в фотоэлементе. Здесь происходит превращение энергии света в элек­трическую: при освещении некоторых веществ, например, селена, оксида меди (I), кремния наблюдается потеря отрицательного электрического заряда;

— химическая — в гальванических элементах, аккумуляторах и др. источниках, в которых происходит превращение химической энергии в электрическую.

Электродвижущая сила (ЭДС) — характеристика источников тока. Понятие ЭДС было введено Г. Омом в 1827 г. для цепей постоянного тока. В 1857 г. Кирхгофф определил ЭДС как работу сторонних сил при переносе единичного электрического заряда вдоль замкнутого контура:

Электродвижущую силу выражают в вольтах.

Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил (работа по перемещению единичного заряда) не во всем контуре, а только на данном участке.

Внутреннее сопротивление источника тока .

Пусть имеется простая замкнутая цепь, состоящая из источника тока (например, гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора с сопротивлением R. Ток в замкну­той цепи не прерывается нигде, следовательно, oн существует и внутри источника тока. Любой источник представляет собой некоторое сопротивление дли тока. Оно называется внутренним сопротивлением источника тока и обозначается буквой r.

В генераторе r — это сопротивление обмотки, в гальваническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов.

Таким образом, источник тока характеризуется величинами ЭДС и внутреннего сопротивлении, которые определяют его качество. Например, электростатические машины имеют очень большую ЭДС (до десятков тысяч вольт), но при этом их внутреннее сопротивление огромно (до со­тни Мом). Поэтому они непригодны для получения сильных токов. У гальванических элементов ЭДС всего лишь приблизительно 1 В, но зато и внутреннее сопротивление мало (приблизительно 1 Ом и меньше). Это позволяет с их помощью получать токи, измеряемые амперами.

Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?

Превращения энергий, которые происходят внутри источника тока?

Определим, что такое ток

Можно дать определение понятия «электрического тока» — это организованное перемещение заряженных частиц под действием электрического поля. Примером зараженных частиц могут быть: электроны, протоны, ионы. Заряд электрона в целом отрицательный, так как частицы, из которых он состоит, имеют положительный заряд (протон), и нейтральный (нейтрон).

Что такое источник тока (ИТ)

ИТ является такой прибор, в котором возникает изменение любого вида энергии в электрическую. В любом ИТ происходит разделение положительных и отрицательных частиц, увеличиваются на полюсах ИТ и возникает — электрическое поле. При соединении полюсов ИТ по проводам идет электрический ток.

Электродвижущая сила

Лень — двигатель прогресса. По крайней мере, так это работает в мире людей. А в мире заряженных частиц прогресс толкает электродвижущая сила. Именно она дает “стимул” к совершению работы электронам. Давайте познакомимся с ней поближе.

Источник тока

В один дождливый субботний день мы хотели посмотреть телевизор. Но вот незадача: в пульте от телевизора села батарейка. Поставили новенькую алкалиновую батарейку с напряжением 1,5 В и стали выбирать программу. Переключали каналы туда-сюда, но в тот день ничего интересного не показывали. Чтобы немного себя развлечь, мы решили заняться физикой. И вот у нас возник вопрос: что происходит с батарейкой в процессе ее работы?

Для того чтобы поддерживать в проводнике ток длительное время, в замкнутой цепи должен быть участок, на котором будет происходить перенос зарядов против сил электростатического поля. Перемещение зарядов на этом участке возможно лишь с помощью сил неэлектростатического происхождения, называемых сторонними силами.

Действие сторонних сил характеризуется величиной, называемой электродвижущей силой (ЭДС).

Источник тока — та часть электрической цепи, где действуют сторонние силы.

Получается, что источником тока в пульте от телевизора является батарейка, или по-другому — гальванический элемент.

А как она работает?

Сторонние силы могут действовать как на гальваническом элементе (источнике тока), так и во всей цепи.

В гальваническом элементе энергия, полученная в результате химической реакции, превращается в электрическую энергию.

Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно-разделенных процессов. На аноде осуществляется процесс окисления, связанный с отдачей электронов, на катоде – восстановление, сопровождается принятием отрицательных частиц. Происходит передача электронов по внешней цепи от восстановителя к окислителю.

Характеристики источника тока

У источника тока существует две основные характеристики:

  1. электродвижущая сила (ЭДС);
  2. внутреннее сопротивление.

ЭДС источника тока (ε) — это физический параметр, который характеризует работу (Аст), затраченную на перемещение зарядов (q) внутри источника сторонними силами.

ε – ЭДС источника тока (В);
Аст– работа сторонних сил (Дж);
q – заряд, помещенный внутри источника (Кл).

Единица измерения εВ (Вольт).

Другими словами, ЭДС — это максимальное напряжение.

Решили мы измерить напряжение батарейки спустя время. К счастью, вольтметр дома у нас был (не спрашивайте, откуда). И он показал значение 1 В. Часть энергии да, как оказалось, потерялась. Но ЭДС батарейки как была, так и осталась 1,5 В.

Внутреннее сопротивление (r) определяет количество потерь энергии при прохождении тока через источник тока.

Учитывается в электрической цепи так же, как и сопротивление всех элементов цепи.

Единица измерения rОм.

Закон Ома для замкнутой цепи

ЭДС источника тока равна сумме напряжений на элементах контура, включая внутреннее сопротивление источника тока:

ε = UR+ Ur , где
UR = IR – падение напряжения на внешней цепи (на нагрузке),
Ur = Ir – падение напряжения на внутреннем сопротивлении.

Другими словами, напряжение на клеммах источника тока равно суммарному напряжению внешней цепи.

Отсюда можно сформулировать закон Ома для полной цепи:

Сила тока (I) в замкнутой цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:

Сила тока в цепи заданным источником тока (при неизменной ЭДС и с внутренним сопротивлением) зависит только от сопротивления внешней цепи R.

Ток короткого замыкания

Если к полюсам источника тока подсоединить проводник с сопротивлением R<<r, то тогда только ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока является предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания:

Iкз – ток короткого замыкания (А);
ε – ЭДС источника тока (В);
r – внутреннее сопротивление (К).

Короткое замыкание — это соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.

Мгновенное возрастание силы тока приводит к сильному нагреву, расплавлению металлов, а иногда и к пожарам.

Мощность источника тока

Запишем закон Ома для полной цепи в виде:

ε = I(R + r) = IR + Ir,

умножим уравнение на силу тока I и получим выражение, в котором каждое слагаемое имеет смысл:

εI = I 2 R + I 2 r

Полная мощность цепи — это есть мощность источника тока:

Pист – мощность источника тока (Вт);
ε – ЭДС источника тока (В);
I – сила тока (А).

Единица измерения Pист— Вт (Ватт).

Тепловая мощность, выделяемая на резисторе:

Мощность, теряемая при передаче энергии (мощность потерь):

В тот день батарейка долго не проработала, пришлось выбросить.

Кстати, а вы знаете, как правильно утилизировать неработающие батарейки?

Просто выбросить нельзя. Переработка батареек является самым сложным процессом, так как в них содержатся токсичные вещества, которые оказывают негативное влияние на здоровье человека и природу. Чтобы этого не допустить, необходимо найти в своем городе пункты сдачи и поместить батарейки в специальный контейнер.

Термины

Клемма — это механический зажим быстрого присоединения или закрепления проводов на приборах.

ГДЗ по физике 8 класс Перышкин | Страница 117

Физика 8 класс Перышкин Просвещение

2. Условия существования электрического тока: Для существования в проводнике электрического тока необходимо, чтобы в нём были такие заряженные частицы, которые могут передвигаться по всему проводнику. Их называют свободными зарядами.

3. Направление движения свободных зарядов в проводнике принято за направление электрического тока

4. От положительного полюса источника тока и к отрицательному направлен ток в проводнике, присоединённом к источнику

5. Превращения энергии происходят внутри источника тока: внутренней, световой и механической энергии в электрическую

6. D:\важные файлы\РЕПЕТИТОРСТВО\ЕУРОКИ ФИЗИКА\8 класс\Картинки\1.pngНа рисунке 65, б изображена батарейка, состоящая из цинкового сосуда Ц, в который вставлен угольный стержень У с металлической крышкой М. Угольный стержень окружён смесью оксида марганца (IV) MnO2 и размельчённого графита C. Пространство между цинковым корпусом и смесью оксида марганца с графитом заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония NH4Cl) Р.

7. Химическая реакция цинка Zn с хлоридом аммония NH4Cl приводит к тому, что цинковый сосуд становится отрицательно заряженным. Его называют отрицательным электродом. Смесь оксида марганца с графитом заряжается положительно, её заряд передаётся с помощью угольного стержня. Его называют положительным электродом.

8. Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещённых в раствор серной кислотыD:\важные файлы\РЕПЕТИТОРСТВО\ЕУРОКИ ФИЗИКА\8 класс\Картинки\2.png

9. Аккумуляторы используются для освещения автомобилей, железнодорожных вагонов, для запуска двигателей автомобилей, для питания радиопередатчиков и научной аппаратуры.

Стр. 117

Обсуди с товарищем

1. Касаясь рукой стержня электроскопа, его разрядили. МОЖНО говорить о наличии электрического тока в стержне электроскопа при его разрядке. Заряд прошел через человека, электроны переместились

2. Капля дождя в процессе падения на землю электризуется. МОЖНО говорить о наличии электрического тока между облаком и землёй, так как при электризации капли приобретают электрический заряд, двигаются в одном направлении. Электрический ток – направленное движение заряженных частиц.

Стр. 118

1. Преимущество аккумулятора перед гальваническим элементом: у аккумулятора – обратимая электрохимическая реакция, а у гальванического элемента – необратимая

2. На рисунке 67 изображены заряженный и незаряженный электрометры. Электрический ток ПОТЕЧЕТ по металлическому стержню, если им коснуться одновременно шариков электрометров. Металлический стержень вступает в роли проводника. Соединяя проводник с незаряженным, то зарад перескочет на незаряженный электрометр, поэтому электрический ток потечет по металлическому проводнику. Diagram Description automatically generated

3. Чтобы ток потек к заряженному электроскопу, надо прикоснуться металлическим стержнем шарика заряженного электроскопа. Следовательно, рука человека заберет себе часть заряда

4. Главное отличие электрического тока возникающего в металлическом проводнике, соединяющем полюсы гальванического элемента, от тока, возникающего при разрядке электрометра в природе сил, которые заставляют двигаться сами заряды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *