El corrent elèctric al conductor sorgeix sota la influència d'un camp elèctric, forçant les partícules carregades lliures a entrar en moviment dirigit. Crear un corrent de partícules és un problema greu. Construir un dispositiu d'aquest tipus que mantingui la diferència de potencial del camp durant molt de temps en un estat és una tasca que la humanitat només podria resoldre a finals del segle XVIII.
Primers intents
Els primers intents d'"acumular electricitat" per a la seva posterior investigació i ús es van fer a Holanda. L'alemany Ewald Jurgen von Kleist i l'holandès Peter van Muschenbrook, que van dur a terme les seves investigacions a la ciutat de Leiden, van crear el primer condensador del món, més tard anomenat "gerro de Leyden".
L'acumulació de càrrega elèctrica ja s'ha produït sota l'acció de la fricció mecànica. Va ser possible utilitzar una descàrrega a través d'un conductor durant un període de temps determinat, força curt.
La victòria de la ment humana sobre una substància tan efímera com l'electricitat va resultar revolucionària.
Desafortunadament, descàrrega (corrent elèctric generat per un condensador)va durar tan poc que no va poder crear un corrent continu. A més, la tensió subministrada pel condensador es redueix gradualment, fet que fa impossible rebre un corrent continu.
Hauria d'haver buscat una altra manera.
Primera font
Els experiments d'"electricitat animal" de l'italià Galvani van ser un intent original de trobar una font natural de corrent a la natura. Penjant les potes de les granotes disseccionades als ganxos metàl·lics d'una gelosia de ferro, va cridar l'atenció sobre la reacció característica de les terminacions nervioses.
No obstant això, un altre italià, Alessandro Volta, va refutar les conclusions de Galvani. Interessat per la possibilitat d'obtenir electricitat d'organismes animals, va realitzar una sèrie d'experiments amb granotes. Però la seva conclusió va resultar ser tot el contrari de les hipòtesis anteriors.
Volta va cridar l'atenció sobre el fet que un organisme viu només és un indicador d'una descàrrega elèctrica. Quan passa el corrent, els músculs de les cames es contrauen, indicant una diferència de potencial. La font del camp elèctric era el contacte de metalls diferents. Com més allunyats estiguin en una sèrie d'elements químics, més gran serà l'efecte.
Les plaques de metalls diferents, col·locades amb discos de paper sucats en una solució d'electròlits, van crear la diferència de potencial necessària durant molt de temps. I que sigui baix (1,1 V), però el corrent elèctric es podria investigar durant molt de temps. El més important és que la tensió es va mantenir sense canvis durant el mateix temps.
Què està passant
Per què les fonts anomenades "cèl·lules galvàniques" causen aquest efecte?
Dos elèctrodes metàl·lics col·locats en un dielèctric tenen funcions diferents. Un subministra electrons, l' altre els accepta. El procés de reacció redox provoca l'aparició d'un excés d'electrons en un elèctrode, que s'anomena pol negatiu, i una deficiència en el segon, el denotarem com el pol positiu de la font.
A les cèl·lules galvàniques més senzilles, es produeixen reaccions oxidatives en un elèctrode i reaccions de reducció a l' altre. Els electrons arriben als elèctrodes des de l'exterior del circuit. L'electròlit és el conductor actual dels ions dins de la font. La força de la resistència regeix la durada del procés.
Element coure-zinc
El principi de funcionament de les cèl·lules galvàniques és interessant de considerar l'ús de l'exemple d'una cèl·lula galvànica de coure-zinc, l'acció de la qual es deu a l'energia del zinc i el sulfat de coure. En aquesta font, es col·loca una placa de coure en una solució de sulfat de coure i un elèctrode de zinc es submergeix en una solució de sulfat de zinc. Les solucions estan separades per un separador porós per evitar la barreja, però han d'estar en contacte.
Si el circuit està tancat, la capa superficial de zinc s'oxida. En el procés d'interacció amb el líquid, els àtoms de zinc, convertits en ions, apareixen a la solució. Els electrons s'alliberen a l'elèctrode, que pot participar en la generació de corrent.
En arribar a l'elèctrode de coure, els electrons participen en la reacció de reducció. Des desolució, els ions de coure entren a la capa superficial, en el procés de reducció es converteixen en àtoms de coure, dipositant-se a la placa de coure.
Per resumir el que està passant: el procés de funcionament d'una pila galvànica va acompanyat de la transferència d'electrons de l'agent reductor a l'agent oxidant al llarg de la part exterior del circuit. Les reaccions tenen lloc als dos elèctrodes. Un corrent iònic flueix a l'interior de la font.
Dificultat d'ús
En principi, qualsevol de les possibles reaccions redox es pot utilitzar a les bateries. Però no hi ha tantes substàncies capaces de treballar en elements tècnicament valuosos. A més, moltes reaccions requereixen substàncies cares.
Les bateries modernes tenen una estructura més senzilla. Dos elèctrodes col·locats en un electròlit omplen el recipient: la caixa de la bateria. Aquestes característiques de disseny simplifiquen l'estructura i redueixen el cost de les bateries.
Qualsevol cèl·lula galvànica és capaç de produir corrent continu.
La resistència del corrent no permet que tots els ions estiguin sobre els elèctrodes alhora, de manera que l'element funciona durant molt de temps. Les reaccions químiques de formació d'ions tard o d'hora s'aturen, l'element es descarrega.
La resistència interna d'una font de corrent és important.
Una mica sobre la resistència
L'ús del corrent elèctric, sens dubte, va portar el progrés científic i tecnològic a un nou nivell, li va donar un impuls gegant. Però la força de resistència al flux de corrent s'interposa en aquest desenvolupament.
D'una banda, el corrent elèctric té propietats inestimables utilitzades en la vida quotidiana i la tecnologia, d' altra banda, hi ha una oposició important. La física, com a ciència de la natura, intenta trobar un equilibri, alinear aquestes circumstàncies.
La resistència actual sorgeix a causa de la interacció de partícules carregades elèctricament amb la substància per la qual es mouen. És impossible excloure aquest procés en condicions de temperatura normals.
Resistència
La resistència interna de la font de corrent i la resistència de la part externa del circuit són de naturalesa lleugerament diferent, però el mateix en aquests processos és el treball realitzat per moure la càrrega.
El treball en si depèn només de les propietats de la font i el seu contingut: les qualitats dels elèctrodes i l'electròlit, així com de les parts externes del circuit, la resistència de les quals depèn dels paràmetres geomètrics i químics. característiques del material. Per exemple, la resistència d'un cable metàl·lic augmenta amb l'augment de la seva longitud i disminueix amb l'expansió de l'àrea de la secció transversal. Quan es resol el problema de com reduir la resistència, la física recomana utilitzar materials especialitzats.
Corrent de treball
D'acord amb la llei de Joule-Lenz, la quantitat de calor alliberada en els conductors és proporcional a la resistència. Si designem la quantitat de calor com a Qint., la força del corrent I, el temps del seu flux t, obtenim:
Qint=I2 · r t,
on r és la resistència interna de la fontactual.
En tot el circuit, incloses les seves parts internes i externes, s'alliberarà la quantitat total de calor, la fórmula de la qual és:
Qcomplet=I2 · r t + I 2 R t=I2 (r +R) t,
Se sap com es denota la resistència en física: un circuit extern (tots els elements excepte la font) té la resistència R.
Llei d'Ohm per a un circuit complet
Tingueu en compte que el treball principal el fan forces externes dins de la font actual. El seu valor és igual al producte de la càrrega transportada pel camp per la força electromotriu de la font:
q E=I2 (r + R) t.
adonant-nos que la càrrega és igual al producte de la força actual i el temps del seu flux, tenim:
E=I (r + R)
Segons les relacions de causa-efecte, la llei d'Ohm té la forma:
I=E: (r + R)
El corrent en un circuit tancat és directament proporcional a la FEM de la font de corrent i inversament proporcional a la resistència total (total) del circuit.
A partir d'aquest patró, és possible determinar la resistència interna de la font actual.
Capacitat de descàrrega de la font
La capacitat de descàrrega també es pot atribuir a les característiques principals de les fonts. La quantitat màxima d'electricitat que es pot obtenir quan es treballa en determinades condicions depèn de la intensitat del corrent de descàrrega.
En el cas ideal, quan es fan determinades aproximacions, la capacitat de descàrrega es pot considerar constant.
KPer exemple, una bateria estàndard amb una diferència de potencial d'1,5 V té una capacitat de descàrrega de 0,5 Ah. Si el corrent de descàrrega és de 100 mA, funciona durant 5 hores.
Mètodes per carregar les bateries
L'explotació de les bateries provoca la seva descàrrega. La restauració de les bateries, la càrrega de les cèl·lules petites es duu a terme amb un corrent el valor de la força del qual no superi la desena part de la capacitat de la font.
Els mètodes de càrrega següents estan disponibles:
- utilitzant corrent constant durant un temps especificat (unes 16 hores de capacitat de bateria actual de 0,1);
- càrrega amb un corrent reduït fins a un valor de diferència de potencial predeterminat;
- ús de corrents desequilibrats;
- aplicació successiva de polsos curts de càrrega i descàrrega, en què el temps del primer supera el temps del segon.
Treball pràctic
Es proposa la tasca: determinar la resistència interna de la font actual i EMF.
Per fer-ho, cal abastir-se d'una font de corrent, un amperímetre, un voltímetre, un reòstat lliscant, una clau, un conjunt de conductors.
L'ús de la llei d'Ohm per a un circuit tancat determinarà la resistència interna de la font de corrent. Per fer-ho, cal conèixer el seu EMF, el valor de la resistència del reòstat.
La fórmula de càlcul per a la resistència actual a la part exterior del circuit es pot determinar a partir de la llei d'Ohm per a la secció del circuit:
I=U: R,
on I és la intensitat del corrent a la part exterior del circuit, mesurada amb un amperímetre; U - tensió a l'exteriorresistència.
Per millorar la precisió, les mesures es prenen almenys 5 vegades. Per a què serveix? A continuació s'utilitzen el voltatge, la resistència, el corrent (o millor dit, la força del corrent) mesurats durant l'experiment.
Per determinar la FEM de la font actual, utilitzem el fet que la tensió als seus terminals amb la clau oberta és gairebé igual a la FEM.
Muntem un circuit a partir d'una bateria, un reòstat, un amperímetre, una clau connectada en sèrie. Connectem un voltímetre als terminals de la font de corrent. Un cop oberta la clau, en fem les lectures.
La resistència interna, la fórmula de la qual s'obté de la llei d'Ohm per a un circuit complet, es determina mitjançant càlculs matemàtics:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Les mesures mostren que la resistència interna és molt menor que l'externa.
La funció pràctica de les bateries i bateries recarregables s'utilitza àmpliament. La seguretat mediambiental indiscutible dels motors elèctrics està fora de dubte, però crear una bateria àmplia i ergonòmica és un problema de la física moderna. La seva solució donarà lloc a una nova ronda en el desenvolupament de la tecnologia de l'automoció.
Les bateries petites, lleugeres i de gran capacitat també són essencials en els dispositius electrònics mòbils. La quantitat d'energia utilitzada en ells està directament relacionada amb el rendiment dels dispositius.
