2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение08.05.2018, 02:19 


13/11/11
568
СПб
Добрый день!
Читаю про внутреннее сопротивление элемента ЭДС, не до конца получается объяснить один эффект. Вот, значение ЭДС это, говоря условно, работа, которую производит элемент питания, чтобы отделить плюсовый заряд от минусового, чтобы тот опять мог побежать по цепи. Далее. Собираю простую схему, батарейка + подстроечный резистор. Подключение такое: плюс батарейки, резистор, минус батарейки. Измеряю напряжение на выходах батарейки. То есть, измеряю работу, которую должно произвести электрическое поле, проведя заряд через внутреннее сопротивление батарейки. И вот что интересно, если поставить сопротивление подстроечника небольшим, то напряжение на внутреннем сопротивлении увеличивается. А если увеличить сопротивление подстроечника, то напряжение на внутреннем сопротивлении уменьшается. То есть, если падение напряжения на внешнем сопротивлении небольшое (читай, электрическое поле совершило не очень большую работу), то силам ЭДС проще перенести заряд от минуса к плюсу? Почему?

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение08.05.2018, 02:45 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


27/04/09
23591
Уфа
Непонятно, и схемы нет. Давайте лучше так: есть три точки — 1, 2, 3. Между 1 и 2 ваш резистор, между 2 и 3 внутреннее сопротивление батарейки и между 3 и 1 идеальный источник напряжения, который, будем считать, в неё входит. Вы измеряете (и можете лишь) напряжение между 1 и 2, с чего вы решили, что это напряжение на внутреннем сопротивлении? Им будет разность потенциалов между 2 и 3. А напряжение на выводах батарейки то же, что и на подключенном к ней резисторе.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение08.05.2018, 04:23 


13/11/11
568
СПб
arseniiv , да, глупость написал, нельзя так измерять. Нарисовал схему с разделением элемента ЭДС на батарейку + сопротивление и разобрался. Однако тут тоже возникли вопросы, подскажите пожалуйста.. чем по сути является внутр.сопротивление? Я так понимаю, когда на минусовый полюс батарейки приходит положительный заряд, батарейка с помощью химических веществ совершает "работу", равную 12В, по перемещению этого заряда в отсек с положительными зарядами, и во время этого перемещения данный положительный заряд проходит по некоторому проводнику, чьё сопротивление и называется внутренним, так?

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение08.05.2018, 14:20 
Заслуженный участник


01/06/15
832
С.-Петербург
Unconnected в сообщении #1310889 писал(а):
когда на минусовый полюс батарейки приходит положительный заряд
Вообще-то не так. В обычных электросхемах положительные заряды не перемещаются, перемещаются электроны проводимости. Они же принимают участие в электрохимических реакциях внутри батарейки. Т.е. реально на плюсовой вывод батарейки приходит электрон с отрицательным зарядом. Далее внутри батарейки, как правило, перемещются не свободные электроны, а ионы (в том числе и положительно заряженные). И тут нет большого смысла говорить о каком-то проводнике внутри батарейки. Грубо говоря, природа внутреннего сопротивления объясняется тем, что "пропускная способность" химического реактора, которым по существу является батарейка, ограничена: величина переносимого заряда зависит от количества вещества, участвующего в реакции. Внутреннее сопротивление характеризует мощность батарейки, её способность совершать определённую работу по разделению определённого (ограниченного) числа зарядов за единицу времени (разность потенциалов и эдс - это всё-таки не работа, если заметили, единицы измерения у них разные). А измеряется внутреннее сопротивление косвенно, исходя из з-на Ома для полной цепи.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение08.05.2018, 15:46 


01/04/08
1255
Walker_XXI в сообщении #1310973 писал(а):
И тут нет большого смысла говорить о каком-то проводнике внутри батарейки.

Об этом есть смысл говорить, так как именно проводники внутри батарейки и определяют ее внутреннее сопротивление.

Этими проводниками являются как сами электроды (в меньшей мере), так и электролит их разделяющий - основное сопротивление.

В широко распространенном марганцево-цинковом гальваническом элементе таким электролитом является загущенный раствор, содержащий хлориды аммония и цинка. Электропроводность этого раствора и определяет (в основном) внутреннее сопротивление элемента.
Сама же электропроводность зависит от химического состава электролита, концентрации растворенных веществ, расстояния между электродами, площади поверхности электродов, контактирующих с электролитом и т.д.

В общем, внутреннее сопротивление батарейки - вполне реальное омическое сопротивление, определяемое ее конструктивными особенностями.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение08.05.2018, 17:37 
Заслуженный участник


28/12/12
5221
GraNiNi в сообщении #1310999 писал(а):
В широко распространенном марганцево-цинковом гальваническом элементе

Имеется в виду угольно-цинковый?

Walker_XXI в сообщении #1310973 писал(а):
А измеряется внутреннее сопротивление косвенно, исходя из з-на Ома для полной цепи.

Можно подключить непосредственно к батарейке амперметр - получим ток через как раз внутреннее сопротивление.
(С аккумуляторами так поступать не следует.)

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение08.05.2018, 19:23 


05/09/16
4367

(Оффтоп)

DimaM
Я тут подручными способами хотел откалибровать измеритель сопротивления аккумуляторов, встроенный в «интеллектуальную зарядку» (показалось что она прибавляет сопротивление проводов в сопротивление аккумуляторов) путём измерения ею внутреннего сопротивления автомобильного аккумулятора (которое по моим понятия должно быть меньше 10-15 миллиом). А не вышло, по-видимому оно заметно зависит от тока.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение08.05.2018, 21:37 


01/04/08
1255
DimaM в сообщении #1311021 писал(а):
Имеется в виду угольно-цинковый?

Да, его и так называют.
Но уголь в этом элементе выступает только как токосъемник, а электродом (в химическом смысле) является диоксид марганца.

-- Вт май 08, 2018 21:53:25 --

DimaM в сообщении #1311021 писал(а):
Можно подключить непосредственно к батарейке амперметр - получим ток через как раз внутреннее сопротивление.

Это тоже не рекомендуется делать, так как при токе короткого замыкания интенсивная поляризация электродов нарушает его нормальную работу, но за 1- 2 секунды все же можно успеть сделать замеры.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение09.05.2018, 09:14 


13/11/11
568
СПб
А поле, создаваемое полюсами батарейки, является электрическим или электростатическим? Судя по материалам, которые я изучаю, в электростатическом работа поля не зависит от траектории, а только от перемещения, а в электрическом это не всегда так.
Вообще не очень понятная формулировка, как может работа не зависеть от траектории? Где-то есть работо-метр, которым это выяснили?

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение10.05.2018, 11:02 


27/08/16
4125
Unconnected в сообщении #1311137 писал(а):
Вообще не очень понятная формулировка, как может работа не зависеть от траектории? Где-то есть работо-метр, которым это выяснили?
Это непосредственно следует из закона обратных квадратов для электростатической силы, действующей между двумя точечными зарядами, как математическое следствие. И, более общо, из всей электродинамики.

Электростатическое поле - это частный случай электромагнитного поля при отсутствии электрических токов и магнитных полей. Пока батарейка не подключена к нагрузке, вы её не перемещаете в пространстве и, вообще, не перемещаете в пространства в окрестности батарейки какие бы то ни было проводники, создаваемое батарейкой поле можно рассматривать как элестростатическое.

Электродинамика проверена всей электротехникой, и не только.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение10.05.2018, 11:41 


05/09/16
4367
Unconnected в сообщении #1311137 писал(а):
Вообще не очень понятная формулировка, как может работа не зависеть от траектории? Где-то есть работо-метр, которым это выяснили?

Наглядная иллюстрация тут -- некоторая аналогия с силой тяжести. Положим, вам надо поднять пудовую гирьку на дюжину локтей высоты. По какой траектории вы это сделаете -- без разницы: работа будет равна $mgh$. Вы можете закатывать гирьку по наклонной плоскости, можете поднимать на веревке через блок или полиспаст и т.п. (ну конечно, трение мы принимаем за ноль), работа будет равна $mgh$.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение10.05.2018, 13:34 


05/09/16
4367
Unconnected
Гляньте еще сюда https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Потенциальное_векторное_поле
Если кратко, то работа по перемещению заряда по замкнутой траектории равна нулю, и отсюда следует что работа не зависит от траектории. В случае силы тяжести (потенциальное поле) это означает, что если вы поднимете гирьку на дюжину локтей высоты, а потом спустите обратно, то по какой траектории вы будете это делать - без разницы, суммарная работа будет равна нулю.
Эта независимость работы от траектории в определенных случаях (потенциальных полей) играет большую роль в физике, и сокращает расчеты во многих случаях.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение10.05.2018, 15:39 
Заслуженный участник


29/11/11
4320
"Моторчик" внутри батарейки, "источник эдс", выполняет работу над зарядом на всем пути в замкнутой цепи, и вне и внутри батарейки.

А вот "напряжение" которое вы измеряете на контактах батареи - это только часть работы выполняемой источником эдс - только на участке пути вне батарейки, поэтому оно как правило меньше чем эдс.

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение17.05.2018, 17:22 


13/11/11
568
СПб
То есть что получается. Можно взять батарейку 9 вольт, а можно на самодельном блоке питания поставить напряжние 9 вольт. Подключаем одну и ту же лампочку сначала к первому источнику тока, затем ко второму. По идее, внутреннее сопротивление блока питания неизвестно и скорее всего не равно внутреннему сопротивлению батарейки, а значит и лампочка будет светиться другой яркостью? Ведь по ней будет течь ток другой силы, в соответствии с законом Ома для полной цепи.
Кстати, как вообще понимать внутр.сопр. блока питания? Что оно из себя представляет, если блок питания просто понижает и выпрямляет переменный ток из розетки?

 Профиль  
                  
 
 Re: ЭДС и внутреннее сопротивление
Сообщение17.05.2018, 17:37 
Заслуженный участник


20/08/14
5046
Россия, Москва
Если "просто понижает и выпрямляет", то там в любом случае есть паразитные сопротивления и потери, вот они и будут входить во внутреннее сопротивление.

Если он ещё дополнительно и стабилизирует выходное напряжение, то у него внутреннее сопротивление будет равно нулю (в специальных случаях даже может быть отрицательным). Но тогда важнее становится динамическое сопротивление, не на постоянном токе, а изменение тока (напряжения) в ответ на малое изменение нагрузки, и чем оно меньше - тем точнее и быстрее блок питания реагирует на любое изменение нагрузки. Со стабилитронами та же картина, с некоторой степенью точности можно считать его сопротивление нулевым (пока он не выходит из режима стабилизации).
И да, лампочка может (и будет) гореть по разному, особенно если внутреннее сопротивление батарейки сравнимо с сопротивлением лампочки (если они в миллион или хоть в тысячу раз отличаются, то глазом разницы не заметите).

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 15 ] 

Модераторы: Парджеттер, Pphantom, Aer, photon, profrotter, Eule_A, Jnrty, whiterussian, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group