Закон Ома для полной цепи: обоснование

[Osmiy]

GraNiNi в сообщении #1582585 писал(а):

Потому, что любой химический источник электрического тока (батарейка, аккумулятор) конструктивно содержат в себе такие же резисторы, в качестве которых выступают как сами электроды (металлы, графит, оксиды и пр.) так и электролит - раствор кислот, солей, щелочей и пр. разделяющий эти электроды.

Напряжение ХИТ может уменьшаться под нагрузкой из-за неуспевания протекания химической реакции (явление поляризации электродов). Такое падение напряжения не связано с потерей энергии, хотя внешне это выглядит как высокое внутреннее сопротивление источника.

[wrest]

GraNiNi в сообщении #1582585 писал(а):

Потому, что любой химический источник электрического тока (батарейка, аккумулятор) конструктивно содержат в себе этакие же резисторы,

В этих ваших Интернетах пишут, что разряд NiCd, NiMh а также свинцовых (автомобильных) аккумуляторов - реакция эндотермическая. Так что не все там резисторы "такие же" в джоуле-ленцевом смысле.

[GraNiNi]

Osmiy, wrest не надо впутывать сюда химию, я говорю о чисто конструктивных элементах ХИТ, сопротивление которых будет всегда (его можно измерить на переменном токе) и на них будет выделяться джоулево тепло, так же как на внешней резистивной цепи.

[Amw]

GraNiNi в сообщении #1582595 писал(а):

я говорю о чисто конструктивных элементах ХИТ, сопротивление которых будет всегда (его можно измерить на переменном токе) и на них будет выделяться джоулево тепло

Но это не значит, что это и есть главная причина "внутреннего сопротивления" и падения напряжения внутри реального источника.

[GraNiNi]

Amw, это означает, что внутреннее омическое сопротивление ХИТ не может быть меньше, чем входящие в него сопротивления, обусловленные его конструктивными особенностями.

[Amw]

GraNiNi в сообщении #1582607 писал(а):

это означает, что внутреннее омическое сопротивление ХИТ не может быть меньше...

А велика ли ценность такого высказывания? Сопротивление резистора не может быть меньше, чем сопротивление его выводов.

[GraNiNi]

Amw в сообщении #1582610 писал(а):

Сопротивление резистора не может быть меньше, чем сопротивление его выводов.

Вообще-то, оно может быть меньше.

Не надо передергивать.
В конструкцию ХИТ входит множество резистивных элементов, на которых будет выделяться джоулево тепло, независимо от химической природы генерируемого тока.

[Ascold]

EUgeneUS в сообщении #1582557 писал(а):

Электронные, включая импульсные, описывает плохо. Там возникает нелинейность на нагрузочной характеристике.

Наверное, стоит разделить понятия "внутреннее сопротивление" первичных ИП(батареек, контуров с наводимым магнитным полем ЭДС и т.д.) и "выходное сопротивление" всяких транзисторных и т.д. изделий - с последним всё достаточно ясно и иногда даже можно расчитать из схемы, я тему именно про химические ИП создал.

GraNiNi в сообщении #1582585 писал(а):

любой химический источник электрического тока (батарейка, аккумулятор) конструктивно содержат в себе такие же резисторы, в качестве которых выступают как сами электроды (металлы, графит, оксиды и пр.) так и электролит

В книжках любят так говорить, но, как было замечено выше, сами реакции, происходящие в электролитах, могут быть иметь тепловой эффект, так что не всё тепло, выделяющееся на внутреннем сопротивлении, джоулево, а заряд во внутренней цепи перемещается сложнее, чем во внешней - через заряд/разряд электродов окружающими ионами.

Касательно омической стороны дело - рассмотрим источник, что я привёл в первом сообщении, и заменим уголь на медь: будучи металлом со слабоватыми металлическими свойствами, медь так же как уголь инертна к HCl и на ней будет аналогично восстанавливаться водород, так что теперь сопротивления электродов малы - на порядки меньше внутреннего сопротивления такой батарейки(доводилось делать такую батарейку в стакане). С чем в этой ситуации связана "омическая составляющая" внутреннего сопротивления - неужто с движением хлорид-анионов к цинку и протонов - к меди?
Мне кажется, что движение это больше диффузионное, чем дрейфовое, или всё-таки нет?

[Amw]

GraNiNi в сообщении #1582613 писал(а):

В конструкцию ХИТ входит множество резистивных элементов

В ХИТ легко запутаться или запутать. Возьмем простой идеальный источник переменного напряжения, нарисуем любую схему умножения напряжения с использованием идеальных диодов и конденсаторов и убедимся, что при подключении нагрузки на ней будет уменьшаться напряжение по сравнению с ХХ, а при этом никаких потерь энергии или её преобразовании в другие виды внутри источника не будет ВООБЩЕ.
Не нравятся идеальные компоненты? Возьмите просто "хорошие" , наскребете в сумме какие-нибудь миллиомы, но сути это не поменяет.

[Ascold]

Amw в сообщении #1582615 писал(а):

Возьмем простой идеальный источник переменного напряжения, нарисуем любую схему умножения напряжения с использованием идеальных диодов и конденсаторов и убедимся, что при подключении нагрузки на ней будет уменьшаться напряжение по сравнению с ХХ

Механизм этого явления очевиден: умножитель напряжения на конденсаторах и диодах умножителем является именно в рамках теоретического расчёта, подразумевающего отсутствие нагрузки(в удвоителе полпериода заряжается один конденсатор, полпериода - второй, соединены они последовательно и заряд никуда не утекает, а как подцепите нагрузку, начнёт стекать и напряжение просядет).
Хотя стоп... если исходный источник переменного напряжения идеален(r=0), то напряжение при заряде ёмкостей просаживаться не будет, и конденсаторы зарядятся мгновенно - будет честный умножитель и при нагрузке. но не бывает идеальных источников и переменного напряжения тоже.
Я не спрашиваю, почему напряжение падает при присоединении нагрузки к произвольным источникам, это ясно из общеэнергетических соображений, мне любопытно, почему в батарейках постоянное внутреннее сопротивление хорошо описывает ситуацию, ведя себя аналогично омической нагрузке, хотя по сути это не совсем то или совсем не то.

Alex-Yu в сообщении #1582574 писал(а):

На том уровне, что здесь обсуждается, это вообще никак, кроме как экспериментом, обосновать невозможно. Теоретически это можно было бы, в принципе, обосновать в рамках какой-нибудь микроскопической модели конкретного источника. Но никак не из рассуждений на основе теории электрических цепей.

Вот именно - м.б. кто литературу какую знает? Я пробовал читать книжки по физ. химии, но химики на этом вопросе не акцентируются, и вообще любят упаковывать физику в феноменологию.

[Amw]

Ascold в сообщении #1582617 писал(а):

...мне любопытно, почему в батарейках постоянное внутреннее сопротивление хорошо описывает ситуацию

Потому что это модель, а любая модель имеет ограниченную область применения. Батарейке повезло.
Закон Ома для полной цепи "работает" только с источником ИИН плюс резистор.

EUgeneUS в сообщении #1582557 писал(а):

1. Всегда удивляло - зачем вводить "Закон Ома для полной цепи" при наличии второго правила Кирхгофа.

[Ascold]

Amw в сообщении #1582619 писал(а):

Потому что это модель, а любая модель имеет ограниченную область применения.

Так понятно, что модель, хотелось бы каких-то обоснований её введения, помимо опытных. Что же касается 2 правила Кирхгофа, то в контексте дискуссии оно эквивалентно з. Ома для полной цепи: там внутреннее сопротивление и квазиомическое падение напряжения на нём постулировано.

[Amw]

Стабилизированный источник напряжения формально по закону Ома для полной цепи имеет нулевое внутреннее, а на самом деле у него внутри... много чего греется.

[EUgeneUS]

Ascold в сообщении #1582614 писал(а):

Наверное, стоит разделить понятия "внутреннее сопротивление" первичных ИП(батареек, контуров с наводимым магнитным полем ЭДС и т.д.) и "выходное сопротивление" всяких транзисторных и т.д. изделий - с последним всё достаточно ясно и иногда даже можно расчитать из схемы, я тему именно про химические ИП создал.

Не нужно ничего разделять.
1. ВАХ любого пассивного двуполюсника непрерывная линия, проходящая через начало координат.
Как правило, для реальных двуполюсников она ещё и гладкая.
Тогда (для каждой точки на ВАХ) можно ввести:
а) полное сопротивление: $R=\frac {U}{I}$, то есть полное сопротивление - это тангенс угла наклона прямой, проведенной из начала координат в точку на ВАХ.
б) дифференциальное сопротивлениее: $r = \frac{d U}{dI}$, то есть это тангенс угла наклона касательной, она же - производная.

2. Это всё легко расширяется на активные двуполюсники. Выше я не очень корректно отождествил ВАХ и нагрузочную кривую источника. Чтобы получить ВАХ - нужно изменить направление тока, то есть отразить график относительно вертикальной оси.
Тогда полное и дифференциальное сопротивления определяются точно также, как и для пассивного двуполюсника.
Ну да, полное сопротивленние будет меняться от тока, более того, на некотором участке с отрицательным током (в таком виде графика) оно будет отрицательным. И это нормально, отрицательное полное сопротивление как раз и показывает, что двуполюсник отдаёт мощность.
А с дифференциальным сопротивлением можно отождествить "внутренее сопротивление".

[Ascold]

Это подход, когда у нас уже есть ВАХ и мы её интерпретируем, я же спрашивал немного о другом: какие процессы в стакане с кислотой и двумя электродами в большей мере ответственны за уменьшение напряжения с ростом тока и нельзя ли из этого как-нибудь количественно доказать, что ВАХ при таких-то и таких-то условиях похожа на прямую.

Ну, закон Ома для участка цепи в металлах строится же в книгах по общей физике без прибегания к Ферми-Дираку, а просто из рассуждений про малую дрейфовую добавку к тепловым скоростям электронов и осреднение, хотелось бы чего-то в подобном стиле про происходящее в электролите с электродами.