Keçiricidəki elektrik cərəyanı elektrik sahəsinin təsiri altında yaranır və sərbəst yüklü hissəcikləri istiqamətləndirilmiş hərəkətə keçirməyə məcbur edir. Hissəcik cərəyanı yaratmaq ciddi problemdir. Sahənin potensial fərqini uzun müddət bir dövlətdə saxlayacaq belə bir cihazı qurmaq bəşəriyyətin yalnız 18-ci əsrin sonlarında həll edə biləcəyi bir işdir.
İlk cəhdlər
Daha sonra tədqiqat və istifadə üçün "elektrik toplamaq" üçün ilk cəhdlər Hollandiyada edilib. Leyden şəhərində araşdırma aparan alman Evald Yurgen fon Kleyst və hollandiyalı Peter van Müşenbruk dünyanın ilk kondensatorunu yaratdılar və sonralar "Leyden qabı" adlandırıldılar.
Elektrik yükünün yığılması mexaniki sürtünmənin təsiri altında artıq baş vermişdir. Müəyyən, kifayət qədər qısa müddət ərzində keçirici vasitəsilə boşalmadan istifadə etmək mümkün idi.
İnsan şüurunun elektrik kimi efemer maddə üzərində qələbəsi inqilabi oldu.
Təəssüf ki, boşalma (kondensator tərəfindən yaranan elektrik cərəyanı)o qədər qısa sürdü ki, birbaşa cərəyan yarada bilmədi. Bundan əlavə, kondansatör tərəfindən verilən gərginlik tədricən azalır ki, bu da davamlı cərəyanı qəbul etməyi qeyri-mümkün edir.
Mən başqa yol axtarmalıydım.
İlk mənbə
İtalyan Galvaninin "heyvan elektrik" təcrübələri təbiətdə təbii cərəyan mənbəyi tapmaq üçün orijinal cəhd idi. Parçalanmış qurbağaların ayaqlarını dəmir qəfəsin metal qarmaqlarına asaraq, sinir uclarının xarakterik reaksiyasına diqqət çəkdi.
Lakin başqa bir italyan Alessandro Volta Qalvaninin nəticələrini təkzib etdi. Heyvan orqanizmlərindən elektrik enerjisi əldə etmək imkanları ilə maraqlanaraq, qurbağalarla bir sıra təcrübələr aparmışdır. Lakin onun gəldiyi nəticə əvvəlki fərziyyələrin tam əksi oldu.
Volta canlı orqanizmin yalnız elektrik boşalmasının göstəricisi olduğuna diqqət çəkdi. Cərəyan keçdikdə, ayaqların əzələləri büzülür, potensial fərqi göstərir. Elektrik sahəsinin mənbəyi fərqli metalların təması idi. Kimyəvi elementlər silsiləsində onlar bir-birindən nə qədər uzaqda olsalar, təsir bir o qədər böyük olar.
Elektrolit məhlulunda isladılmış kağız disklərlə döşənmiş bir-birinə bənzəməyən metal lövhələr uzun müddət lazımi potensial fərqi yaratdı. Və aşağı olsun (1,1 V), lakin elektrik cərəyanı uzun müddət araşdırıla bilərdi. Əsas odur ki, gərginlik elə uzun müddət dəyişməz qaldı.
Nə baş verir
Niyə "qalvanik elementlər" adlanan mənbələr belə təsirə səbəb olur?
Dielektrikdə yerləşdirilmiş iki metal elektrod fərqli rol oynayır. Biri elektron verir, digəri onları qəbul edir. Redoks reaksiya prosesi bir elektrodda mənfi qütb adlanan elektronların artıqlığının, ikincidə isə çatışmazlığın yaranmasına gətirib çıxarır, biz onu mənbənin müsbət qütbü kimi qeyd edəcəyik.
Ən sadə qalvanik elementlərdə bir elektrodda oksidləşdirici reaksiyalar, digərində isə reduksiya reaksiyaları baş verir. Elektronlar dövrənin kənarından elektrodlara gəlir. Elektrolit mənbə daxilində ionların cərəyan keçiricisidir. Müqavimətin gücü prosesin müddətini idarə edir.
Mis-sink elementi
Qalvanik elementlərin işləmə prinsipi, hərəkəti sink və mis sulfat enerjisi ilə əlaqəli olan mis-sink qalvanik elementin nümunəsindən istifadə etməklə nəzərdən keçirmək maraqlıdır. Bu mənbədə mis boşqab mis sulfat məhluluna, sink elektrod isə sink sulfat məhluluna batırılır. Qarışmanın qarşısını almaq üçün məhlullar məsaməli boşluqla ayrılır, lakin təmasda olmalıdır.
Dövrə bağlı olarsa, sinkin səth təbəqəsi oksidləşir. Maye ilə qarşılıqlı təsir prosesində məhlulda ionlara çevrilən sink atomları görünür. Elektrodlar cərəyanın yaranmasında iştirak edə bilən elektrodda buraxılır.
Mis elektroda çatdıqda elektronlar reduksiya reaksiyasında iştirak edirlər. Fromməhlul olduqda, mis ionları səth təbəqəsinə daxil olur, reduksiya prosesində onlar mis atomlarına çevrilərək, mis boşqabda çökürlər.
Baş verənləri ümumiləşdirmək üçün: qalvanik elementin işləmə prosesi elektronların dövrənin xarici hissəsi boyunca reduksiyaedicidən oksidləşdirici agentə ötürülməsi ilə müşayiət olunur. Reaksiyalar hər iki elektrodda baş verir. Mənbənin içərisində ion cərəyanı axır.
İstifadə çətinliyi
Prinsipcə, mümkün redoks reaksiyalarından hər hansı biri batareyalarda istifadə edilə bilər. Ancaq texniki cəhətdən qiymətli elementlərdə işləməyə qadir olan maddələr o qədər də çox deyil. Üstəlik, bir çox reaksiyalar bahalı maddələr tələb edir.
Müasir batareyalar daha sadə quruluşa malikdir. Bir elektrolitə yerləşdirilən iki elektrod gəmini doldurur - batareya qutusu. Bu cür dizayn xüsusiyyətləri strukturu sadələşdirir və batareyaların qiymətini azaldır.
İstənilən qalvanik element birbaşa cərəyan istehsal edə bilir.
Cərəyanın müqaviməti bütün ionların eyni vaxtda elektrodlarda olmasına imkan vermir, ona görə də element uzun müddət işləyir. İon əmələ gəlməsinin kimyəvi reaksiyaları gec-tez dayanır, element boşalır.
Cərəyan mənbəyinin daxili müqaviməti vacibdir.
Müqavimət haqqında bir az
Elektrik cərəyanının istifadəsi, şübhəsiz ki, elmi-texniki tərəqqini yeni səviyyəyə qaldırdı, ona nəhəng təkan verdi. Lakin cərəyanın axınına müqavimət qüvvəsi belə inkişafa mane olur.
Bir tərəfdən elektrik cərəyanı gündəlik həyatda və texnologiyada istifadə edilən əvəzolunmaz xüsusiyyətlərə malikdir, digər tərəfdən isə əhəmiyyətli bir qarşıdurma var. Fizika təbiət elmi kimi tarazlıq yaratmağa, bu şərtləri uyğunlaşdırmağa çalışır.
Cərəyan müqaviməti elektrik yüklü hissəciklərin hərəkət etdikləri maddə ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranır. Normal temperatur şəraitində bu prosesi istisna etmək mümkün deyil.
Müqavimət
Cərəyan mənbəyinin daxili müqaviməti və dövrənin xarici hissəsinin müqaviməti bir qədər fərqli xarakter daşıyır, lakin bu proseslərdə eyni şey yükün hərəkət etdirilməsi üçün görülən işdir.
İşin özü yalnız mənbənin xüsusiyyətlərindən və onun məzmunundan asılıdır: elektrodların və elektrolitin keyfiyyətlərindən, eləcə də müqaviməti həndəsi parametrlərdən və kimyəvi maddələrdən asılı olan dövrənin xarici hissələri üçün materialın xüsusiyyətləri. Məsələn, metal telin müqaviməti onun uzunluğunun artması ilə artır və kəsik sahəsinin genişlənməsi ilə azalır. Müqaviməti az altmaq problemini həll edərkən fizika xüsusi materiallardan istifadə etməyi tövsiyə edir.
İş vaxtı
Joule-Lenz qanununa uyğun olaraq keçiricilərdə buraxılan istilik miqdarı müqavimətlə mütənasibdir. İstiliyin miqdarını Qint., cərəyanın gücü I, onun axma vaxtı t kimi təyin etsək, onda alırıq:
Qint=I2 · r t,
burada r mənbənin daxili müqavimətidircari.
Bütün dövrədə, həm daxili, həm də xarici hissələri daxil olmaqla, ümumi istilik miqdarı buraxılacaq, formulu:
Qfull=I2 · r t + I 2 R t=I2 (r +R) t,
Müqavimətin fizikada necə işarələndiyi məlumdur: xarici dövrə (mənbədən başqa bütün elementlər) R müqavimətinə malikdir.
Tam dövrə üçün Ohm qanunu
Nəzərə alın ki, əsas işi cərəyan mənbəyi daxilində xarici qüvvələr edir. Onun dəyəri sahənin daşıdığı yükün və mənbəyin elektromotor qüvvəsinin məhsuluna bərabərdir:
q E=I2 (r + R) t.
yükün cari gücün və onun axma vaxtının hasilinə bərabər olduğunu başa düşərək, biz:
E=I (r + R)
Səbəb-nəticə əlaqəsinə görə Ohm qanunu belə formaya malikdir:
I=E: (r + R)
Qapalı dövrədə cərəyan cərəyan mənbəyinin EMF ilə düz mütənasibdir və dövrənin ümumi (ümumi) müqaviməti ilə tərs mütənasibdir.
Bu nümunə əsasında cərəyan mənbəyinin daxili müqavimətini təyin etmək mümkündür.
Mənbə boş altma qabiliyyəti
Boş altma qabiliyyəti də mənbələrin əsas xüsusiyyətlərinə aid edilə bilər. Müəyyən şəraitdə işləyərkən əldə edilə biləcək maksimum elektrik miqdarı boşalma cərəyanının gücündən asılıdır.
İdeal halda, müəyyən təxminlər aparıldıqda, boşalma qabiliyyəti sabit hesab edilə bilər.
KMəsələn, potensial fərqi 1,5 V olan standart batareya 0,5 Ah boşalma qabiliyyətinə malikdir. Boş altma cərəyanı 100mA olarsa, o, 5 saat işləyir.
Batareyaları doldurma üsulları
Batareyaların istismarı onların boşalmasına gətirib çıxarır. Batareyaların bərpası, kiçik elementlərin doldurulması gücü dəyəri mənbə tutumunun onda birindən çox olmayan cərəyandan istifadə etməklə həyata keçirilir.
Aşağıdakı doldurma üsulları mövcuddur:
- müəyyən müddət ərzində sabit cərəyandan istifadə (təxminən 16 saat cari 0,1 batareya tutumu);
- qabaqcadan müəyyən edilmiş potensial fərq dəyərinə endirici cərəyanla doldurulur;
- balanssız cərəyanların istifadəsi;
- birincisinin vaxtı ikincinin vaxtını üstələyən qısamüddətli doldurma və boşalma impulslarının ardıcıl tətbiqi.
Praktiki iş
Tapşırıq təklif olunur: cərəyan mənbəyinin və EMF-nin daxili müqavimətini təyin etmək.
Bunu yerinə yetirmək üçün cərəyan mənbəyi, ampermetr, voltmetr, sürüşmə reostatı, açar, keçiricilər dəsti ehtiyatı toplamaq lazımdır.
Qapalı dövrə üçün Ohm qanunundan istifadə cərəyan mənbəyinin daxili müqavimətini təyin edəcək. Bunun üçün onun EMF-ni, reostatın müqavimətinin dəyərini bilməlisiniz.
Dövrənin xarici hissəsində cərəyan müqaviməti üçün hesablama düsturu dövrə bölməsi üçün Ohm qanunundan müəyyən edilə bilər:
I=U: R,
burada I - dövrənin xarici hissəsindəki cərəyan gücü, ampermetrlə ölçülür; U - xarici gərginlikmüqavimət.
Dəqiqliyi artırmaq üçün ölçmələr ən azı 5 dəfə aparılır. Bu nə üçündür? Təcrübə zamanı ölçülən gərginlik, müqavimət, cərəyan (daha doğrusu, cərəyan gücü) aşağıda istifadə olunur.
Cərəyan mənbəyinin EMF-ni təyin etmək üçün açar açıq vəziyyətdə onun terminallarındakı gərginliyin EMF-ə demək olar ki, bərabər olması faktından istifadə edirik.
Batareyadan, reostatdan, ampermetrdən, ardıcıl bağlanmış açardan dövrə yığaq. Bir voltmetri cərəyan mənbəyinin terminallarına bağlayırıq. Açarı açaraq onun oxunuşlarını alırıq.
Düsturu tam dövrə üçün Ohm qanunundan alınan daxili müqavimət riyazi hesablamalarla müəyyən edilir:
- I=E: (r + R).
- r=E: I – U: I.
Ölçülər göstərir ki, daxili müqavimət xarici müqavimətdən xeyli azdır.
Yenidən doldurulan batareyaların və batareyaların praktik funksiyası geniş istifadə olunur. Elektrik mühərriklərinin mübahisəsiz ekoloji təhlükəsizliyi şübhə doğurmur, lakin tutumlu, erqonomik batareya yaratmaq müasir fizikanın problemidir. Onun həlli avtomobil texnologiyasının inkişafında yeni mərhələyə gətirib çıxaracaq.
Kiçik, yüngül, yüksək tutumlu batareyalar mobil elektron cihazlarda da vacibdir. Onlarda istifadə olunan enerjinin miqdarı birbaşa cihazların performansından asılıdır.
