21.2: Nguvu ya umeme - Voltage ya Terminal

Last updated
Save as PDF

Page ID: 182762

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Linganisha na kulinganisha voltage na nguvu ya umeme ya chanzo cha umeme.
Eleza kinachotokea kwa voltage ya terminal, sasa, na nguvu iliyotolewa kwa mzigo kama upinzani wa ndani wa ongezeko la chanzo cha voltage (kutokana na kuzeeka kwa betri, kwa mfano).
Eleza kwa nini ni manufaa kutumia chanzo cha voltage zaidi ya moja kilichounganishwa kwa sambamba.

Unaposahau kuzima taa za gari lako, hupunguza polepole kama betri inakwenda chini. Kwa nini wao tu blink mbali wakati nishati ya betri ni gone? Dimming yao ya taratibu ina maana kwamba voltage ya pato la betri inapungua kama betri imepungua.

Zaidi ya hayo, ikiwa unaunganisha idadi kubwa ya taa 12-V sambamba na betri ya gari, watakuwa hafifu hata wakati betri ni safi na hata kama waya kwa taa zina upinzani mdogo sana. Hii ina maana kwamba voltage ya pato la betri imepunguzwa na overload.

Sababu ya kupungua kwa voltage ya pato kwa betri zilizoharibika au zilizojaa mzigo ni kwamba vyanzo vyote vya voltage vina sehemu mbili za msingi-chanzo cha nishati ya umeme na upinzani wa ndani. Hebu tuchunguze wote wawili.

Nguvu ya umeme

Unaweza kufikiria aina nyingi za vyanzo vya voltage. Betri wenyewe huja katika aina nyingi. Kuna aina nyingi za jenereta za mitambo/umeme, zinazoendeshwa na vyanzo mbalimbali vya nishati, kuanzia nyuklia hadi upepo. Seli za jua huunda voltages moja kwa moja kutoka mwanga, wakati vifaa vya thermoelectric vinaunda voltage kutoka tofauti za joto

Vyanzo vichache vya voltage vinaonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Vifaa vyote vile vinajenga tofauti na vinaweza kusambaza sasa ikiwa imeshikamana na upinzani. Kwa kiwango kidogo, tofauti ya uwezo inajenga uwanja wa umeme ambao hufanya nguvu kwa mashtaka, na kusababisha sasa. Sisi hivyo kutumia jina electromotive nguvu, kifupi emf.

Emf si nguvu kabisa; ni aina maalum ya tofauti ya uwezo. Ili kuwa sahihi, nguvu ya electromotive (emf) ni tofauti tofauti ya chanzo wakati hakuna sasa inapita. Units ya emf ni volts.

Seti ya picha nne. Ya kwanza inaonyesha mstari wa upepo mrefu. Ya pili inaonyesha maji yanayotoka nje ya vibanda vya wazi vya bwawa la umeme. Ya tatu inaonyesha seti ya betri tano za ukubwa tofauti ambazo zinaweza kusambaza voltage kwa nyaya za umeme. Picha ya nne inaonyesha shamba la jua. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Vyanzo mbalimbali vya voltage (saa moja kwa moja kutoka juu kushoto): Farm ya Upepo wa Brazos huko Fluvanna, Texas (mikopo: Kipeperushi, Wikimedia Commons); Mkwawa wa Krasnoyarsk nchini Urusi (mikopo: Idara ya Nishati ya Marekani); na kundi la betri za hidridi za chuma za nickel (mikopo: Tiaa Monto). Pato la voltage ya kila mmoja inategemea ujenzi na mzigo wake, na ni sawa na emf tu ikiwa hakuna mzigo.

Nguvu ya umeme ni moja kwa moja kuhusiana na chanzo cha tofauti tofauti, kama vile mchanganyiko fulani wa kemikali katika betri. Hata hivyo, emf inatofautiana na pato la voltage ya kifaa wakati inapita sasa. Voltage katika vituo vya betri, kwa mfano, ni chini ya emf wakati betri hutoa sasa, na inapungua zaidi kama betri imefutwa au kubeba chini. Hata hivyo, kama voltage ya pato la kifaa inaweza kupimwa bila kuchora sasa, basi voltage ya pato itakuwa sawa na emf (hata kwa betri iliyoharibika sana).

Upinzani wa Ndani

Kama ilivyoelezwa hapo awali, betri ya lori ya 12-V ni kubwa kimwili, ina malipo zaidi na nishati, na inaweza kutoa sasa kubwa kuliko betri ya pikipiki ya 12-V. Wote ni betri za risasi-asidi na emf inayofanana, lakini, kwa sababu ya ukubwa wake, betri ya lori ina upinzani mdogo wa ndani\(r\). Upinzani wa ndani ni upinzani wa asili kwa mtiririko wa sasa ndani ya chanzo yenyewe.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) ni uwakilishi schematic ya sehemu mbili za msingi za chanzo chochote voltage. Emf (iliyowakilishwa na script E katika takwimu) na upinzani wa ndani\(r\) ni katika mfululizo. Upinzani mdogo wa ndani kwa emf iliyotolewa, zaidi ya sasa na nguvu zaidi chanzo kinaweza kusambaza.

Mchoro huu unaonyesha betri yenye schematic inayoonyesha e m f, iliyowakilishwa na script E, na upinzani wa ndani r wa betri. Pato la voltage la betri linapimwa kati ya vituo vya pembejeo na pato na ni sawa na e m f kupunguza bidhaa ya sasa na upinzani wa ndani. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Chanzo chochote cha voltage (katika kesi hii, kiini cha kavu cha kaboni-zinki) kina emf inayohusiana na chanzo chake cha tofauti, na upinzani wa ndani\(r\) unaohusiana na ujenzi wake. (Kumbuka kwamba script E inasimama kwa emf.). Pia umeonyeshwa ni vituo vya pato ambavyo voltage ya terminal\(V\) inapimwa. Tangu\(V = emf = -Ir\), voltage ya terminal inalingana na emf tu ikiwa hakuna sasa inapita.

Upinzani wa ndani\(r\) unaweza kuishi kwa njia ngumu. Kama ilivyoelezwa,\(r\) huongezeka kama betri imefutwa. Lakini upinzani wa ndani unaweza pia kutegemea ukubwa na mwelekeo wa sasa kupitia chanzo cha voltage, joto lake, na hata historia yake. Upinzani wa ndani wa seli za nickel-cadmium zinazoweza kutolewa, kwa mfano, inategemea mara ngapi na jinsi ambavyo vimeharibika.

MAMBO MAKUBWA NA MADOGO: ASILI YA SUBMICROSCOPIC YA UWEZO WA BETRI

Aina mbalimbali za betri zinapatikana, na emfs zilizowekwa na mchanganyiko wa kemikali zinazohusika. Tunaweza kuona hili kama mmenyuko wa molekuli (kiasi gani cha kemia kinahusu) kinachotenganisha chaji.

Betri ya risasi-asidi kutumika katika magari na magari mengine ni moja ya aina za kawaida. Kiini kimoja (moja ya sita) ya betri hii inaonekana kwenye Kielelezo\(\PageIndex{3}\). Cathode (chanya) terminal ya seli imeshikamana na sahani ya oksidi ya risasi, wakati terminal ya anode (hasi) imeshikamana na sahani ya kuongoza. Sahani zote mbili zimeingizwa katika asidi ya sulfuriki, electrolyte kwa mfumo.

Mtazamo rahisi wa betri unaonyesha chombo cha mstatili cha asidi ya sulfuriki na sahani mbili nyembamba za chuma zilizoingizwa ndani yake, moja iliyofanywa kwa risasi na nyingine iliyofanywa kwa oksidi ya risasi. Kila miradi ya sahani juu ya mstari wa kioevu, kutoa terminal chanya au hasi juu ya betri. Terminal chanya inaitwa kama cathode, na terminal hasi inaitwa kama anode. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mimba ya Msanii wa kiini cha risasi-asidi. Athari za kemikali katika kiini cha risasi-asidi tofauti, kutuma malipo hasi kwa anode, ambayo imeunganishwa na sahani za kuongoza. Sahani za oksidi za risasi zinaunganishwa na terminal nzuri au cathode ya seli. Asidi ya sulfuriki inafanya malipo pamoja na kushiriki katika mmenyuko wa kemikali.

Maelezo ya mmenyuko wa kemikali huachwa kwa msomaji kujiingiza katika maandishi ya kemia, lakini matokeo yao katika ngazi ya Masi husaidia kueleza uwezo uliotengenezwa na betri. Kielelezo\(\PageIndex{4}\) kinaonyesha matokeo ya mmenyuko mmoja wa kemikali. Elektroni mbili zinawekwa kwenye anode, na kuifanya kuwa hasi, isipokuwa kwamba cathode ilitoa elektroni mbili. Hii inacha cathode kushtakiwa vyema, kwa sababu imepoteza elektroni mbili. Kwa kifupi, mgawanyo wa malipo umeendeshwa na mmenyuko wa kemikali.

Kumbuka kuwa majibu hayatatokea isipokuwa kuna mzunguko kamili wa kuruhusu elektroni mbili zitolewe kwenye cathode. Chini ya hali nyingi, elektroni hizi zinatoka kwenye anode, inapita kupitia upinzani, na kurudi kwenye cathode. Kumbuka pia kwamba tangu athari za kemikali zinahusisha vitu na upinzani, haiwezekani kuunda emf bila upinzani wa ndani.

Mchoro unaonyesha mtazamo rahisi wa betri inayoonyesha chombo cha mstatili kilicho na sahani mbili nyembamba za chuma zilizoingizwa kwenye kioevu. Mtazamo ulioenea wa sahani za chuma pia umeonyeshwa. Sahani moja ina mashtaka mazuri juu yake yaliyoonyeshwa kama nyanja ndogo zinazozingatia ishara nzuri. Sahani nyingine ina chaji hasi juu yake inavyoonekana kama nyanja ndogo zinazozunguka elektroni. Electroni zinaonyeshwa kuhamia kutoka sahani chanya hadi sahani hasi kwa kutumia mishale kupitia mmenyuko wa Masi katika kiowevu. — Kielelezo\(\PageIndex{4}\): mimba Msanii wa elektroni mbili kulazimishwa kwenye anode ya seli na elektroni mbili kuondolewa kutoka cathode ya seli. Mmenyuko wa kemikali katika betri ya risasi-asidi huweka elektroni mbili kwenye anode na huondoa mbili kutoka kwa cathode. Inahitaji mzunguko uliofungwa kuendelea, kwani elektroni mbili zinapaswa kutolewa kwa cathode.

Kwa nini kemikali zinaweza kuzalisha tofauti ya pekee ya uwezo? Maelezo ya mitambo ya quantum ya molekuli, ambayo yanazingatia aina za atomi na idadi ya elektroni ndani yao, zinaweza kutabiri majimbo ya nishati ambayo yanaweza kuwa nayo na nguvu za athari kati yao.

Katika kesi ya betri ya risasi-asidi, nishati ya 2 eV hutolewa kwa kila elektroni iliyotumwa kwa anode. Voltage hufafanuliwa kama nishati ya uwezo wa umeme imegawanywa na malipo:\(V = \frac{P_E}{q}\). Volt elektroni ni nishati iliyotolewa kwa elektroni moja kwa voltage ya 1 V. hivyo voltage hapa ni 2 V, tangu 2 eV inapewa kila elektroni. Ni nishati zinazozalishwa katika kila mmenyuko wa Masi ambayo hutoa voltage. Mmenyuko tofauti hutoa nishati tofauti na, kwa hiyo, voltage tofauti.

Terminal voltage

Pato la voltage la kifaa linapimwa kwenye vituo vyake na, kwa hiyo, inaitwa voltage yake ya terminal\(V\). Terminal voltage is given by \[V = emf - Ir,\] where \(r\) is the internal resistance and \(I\) ni sasa inapita wakati wa kipimo.

\(I\) ni chanya kama sasa inapita mbali na terminal chanya, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\). Unaweza kuona kwamba kubwa ya sasa, ndogo voltage terminal. Na pia ni kweli kwamba kubwa upinzani wa ndani, ndogo voltage terminal.

Tuseme upinzani mzigo\(R_{load}\) ni kushikamana na chanzo voltage, kama katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\). Kwa kuwa kupinga ni katika mfululizo, upinzani wa jumla katika mzunguko ni\(R_{load} + r\). Hivyo sasa inapewa na sheria ya Ohm kuwa\[I = \dfrac{emf}{R_{load} + r}.\]

Hii kuchora schematic ya mzunguko umeme inaonyesha e m f, kinachoitwa kama script E, kuendesha gari sasa kwa njia ya resistive mzigo R ndogo mzigo na kwa njia ya upinzani ndani r ya chanzo voltage. Ya sasa inavyoonekana inapita katika mwelekeo wa saa moja kwa moja kutoka mwisho mzuri wa chanzo. — Kielelezo:Mpangilio\(\PageIndex{5}\) wa chanzo cha voltage na mzigo wake.\(R_{load}\) Kwa kuwa upinzani wa ndani\(r\) ni mfululizo na mzigo, unaweza kuathiri sana voltage ya terminal na sasa hutolewa kwa mzigo. (Kumbuka kwamba script E inasimama kwa emf.)

Tunaona kutoka kwa maneno haya kwamba ndogo ya upinzani wa ndani\(r\), zaidi ya sasa chanzo cha voltage hutoa mzigo wake\(R_{load}\). Kama betri zimeharibika,\(r\) huongezeka. Ikiwa\(r\) inakuwa sehemu kubwa ya upinzani wa mzigo, basi sasa imepungua kwa kiasi kikubwa, kama mfano unaofuata unaonyesha.

Mfano\(\PageIndex{1}\): Calculating Terminal Voltage, Power Dissipation, Current, and Resistance: Terminal Voltage and Load

betri fulani ina 12.0-V emf na upinzani wa ndani wa\(0.100 \, \Omega\). (a) Tumia voltage yake ya terminal wakati umeunganishwa na\(10.0 \, \Omega\) mzigo. (b) Je, ni voltage ya terminal wakati imeunganishwa na\(0.500 \, \Omega\) mzigo? (c)\(0.500 \, \Omega\) Mzigo hupoteza nguvu gani? (d) Ikiwa upinzani wa ndani unakua ili\(0.500 \, \Omega\) kupata voltage ya sasa, ya terminal, na nguvu imefutwa na\(0.500 \, \Omega\) mzigo.

Mkakati

Uchunguzi hapo juu ulitoa maelezo ya sasa wakati upinzani wa ndani unazingatiwa. Mara baada ya sasa kupatikana, voltage ya terminal inaweza kuhesabiwa kwa kutumia equation\(V = emf - Ir\). Mara baada ya sasa inapatikana, nguvu iliyosababishwa na kupinga inaweza pia kupatikana.

Suluhisho kwa (a)

Kuingia maadili yaliyotolewa kwa emf, upinzani wa mzigo, na upinzani wa ndani ndani ya maneno hapo juu\[I = \dfrac{emf}{R_{load} + r} = \dfrac{12.0 \, V}{10.1 \, \Omega} = 1.188 \, A.\]

Ingiza maadili inayojulikana katika equation\(V = emf - Ir\) ili kupata voltage terminal:\[V = emf - Ir = 12.0 \, V - (1.188 \, A)(0.100 \, \Omega)\]\[= 11.0 \, V.\]

Majadiliano kwa (a)

Voltage ya terminal hapa ni kidogo tu chini kuliko emf, ikimaanisha kuwa\(10.0 \, \Omega\) ni mzigo wa mwanga kwa betri hii.

Suluhisho kwa (b)

Vile vile\(R_{load} = 0.500 \, \Omega\), kwa, sasa ni\[I = \dfrac{emf}{R_{load} + r} = \dfrac{12.0 \, V}{0.600 \, \Omega} = 20.0 \, A.\]

Voltage terminal ni sasa\[V = emf - Ir = 12.0 \, V - (20.0 \, A)(0.100 \, \Omega)\]\[= 10.0 \, V.\]

Majadiliano kwa (b)

Voltage hii ya terminal inaonyesha kupunguza muhimu zaidi ikilinganishwa na emf, ikimaanisha\(0.500 \, \Omega\) ni mzigo mzito kwa betri hii.

Suluhisho kwa (c)

Nguvu iliyosababishwa na\(0.500 \, \Omega\) mzigo inaweza kupatikana kwa kutumia formula\(P = I^2 R\). Kuingia maadili inayojulikana hutoa\[P_{load} = I^2R_{load} = (20.0 \, A)^2(0.500 \, \Omega) = 2.00 \times 10^2 \, W.\]

Majadiliano kwa (c)

Kumbuka kuwa nguvu hii inaweza pia kupatikana kwa kutumia maneno\(\frac{V^2}{R}\) au\(IV\), wapi\(V\) voltage ya terminal (10.0 V katika kesi hii).

Suluhisho kwa (d)

Hapa upinzani wa ndani umeongezeka, labda kutokana na kupungua kwa betri, hadi mahali ambapo ni kubwa kama upinzani wa mzigo. Kama hapo awali, sisi kwanza kupata sasa kwa kuingia maadili inayojulikana katika kujieleza, kujitoa\[I = \dfrac{emf}{R_{load} + r} = \dfrac{12.0 \, V}{1.00 \, \Omega} = 12.0 \, A.\]

Sasa voltage terminal ni\[V = emf - Ir = 12.0 \, V - (12.0 \, A)(0,500 \, \Omega)\]\[= 6.00 \, V,\] na nguvu dissipated na mzigo ni\[P_{load} = I^2R_{load} = (12.0 \, A)^2(0.500 \, \Omega) = 72.0 \, W.\]

Majadiliano kwa (d)

Tunaona kwamba upinzani ulioongezeka wa ndani umepungua kwa kiasi kikubwa voltage ya terminal, sasa, na nguvu zinazotolewa kwa mzigo.

Watazamaji wa betri, kama vile wale walio kwenye Kielelezo\(\PageIndex{6}\), tumia vipinga vidogo vya mzigo kwa makusudi kuteka sasa ili kuamua kama voltage ya terminal inashuka chini ya kiwango cha kukubalika. Wao hujaribu upinzani wa ndani wa betri. Ikiwa upinzani wa ndani ni wa juu, betri ni dhaifu, kama inavyothibitishwa na voltage yake ya chini ya terminal.

Picha ya kwanza inaonyesha fundi wa umeme wa avionics anayefanya kazi ndani ya carrier wa ndege, kupima voltage ya betri yenye probe ya voltmeter. Picha ya pili inaonyesha tester ndogo ya betri nyeusi ambayo ina skrini ya LED inayoonyesha voltage ya terminal ya betri nne zilizoingizwa ndani ya kesi yake. — Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Vipimo hivi viwili vya betri hupima voltage ya terminal chini ya mzigo ili kuamua hali ya betri. Kifaa kikubwa kinatumiwa na fundi wa umeme wa Navy ya Marekani kupima betri kubwa ndani ya carrier wa ndege USS Nimitz na ina upinzani mdogo ambao unaweza kusambaza kiasi kikubwa cha nguvu. (mikopo: Marekani Navy picha na mpiga picha Mate Airman Jason A. Johnston) kifaa kidogo ni kutumika kwenye betri ndogo na ina kuonyesha digital kuonyesha kukubalika kwa voltage yao terminal. (mikopo: Keith Williamson)

Baadhi ya betri zinaweza kurejeshwa kwa kupitisha sasa kwa njia yao katika mwelekeo kinyume na sasa wao hutoa upinzani. Hii inafanyika mara kwa mara katika magari na betri kwa vifaa vidogo vya umeme na vifaa vya elektroniki, na inawakilishwa pictorially katika Kielelezo\(\PageIndex{7}\). Pato la voltage ya sinia ya betri lazima iwe kubwa zaidi kuliko emf ya betri ili kurekebisha sasa kwa njia hiyo. Hii itasababisha voltage ya terminal ya betri kuwa kubwa kuliko emf, tangu\(V = emf - Ir\), na sasa\(I\) ni hasi.

Mchoro unaonyesha betri ya gari inayoshtakiwa kwa nyaya kutoka kwenye chaja ya betri. Ya sasa inatoka kwenye terminal nzuri ya sinia kwenye terminal nzuri ya betri, kupitia betri na kurudi nje ya terminal hasi ya betri kwenye terminal hasi ya sinia. — Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Chaja cha betri ya gari kinarudia mwelekeo wa kawaida wa sasa kupitia betri, kugeuza majibu yake ya kemikali na kujaza uwezo wake wa kemikali.

Vyanzo vingi vya voltage

Kuna vyanzo viwili vya voltage wakati sinia ya betri inatumiwa. Vyanzo vya voltage vilivyounganishwa katika mfululizo ni rahisi. Wakati vyanzo vya voltage viko katika mfululizo, upinzani wao wa ndani huongeza na emfs yao huongeza algebraically. (Angalia Kielelezo\(\PageIndex{8}\).) Uunganisho wa mfululizo wa vyanzo vya voltage ni kawaida-kwa mfano, katika vituo vya toys, na vifaa vingine. Kawaida, seli ziko katika mfululizo ili kuzalisha jumla ya emf.

Lakini kama seli zinapinga, kama vile wakati mmoja unapowekwa kwenye vifaa vya nyuma, jumla ya emf ni ndogo, kwani ni jumla ya algebraic ya emfs ya mtu binafsi.

Betri ni uhusiano wa seli nyingi za voltaic, kama inavyoonekana kwenye Mchoro\(\PageIndex{9}\). Hasara ya uhusiano wa mfululizo wa seli ni kwamba upinzani wao wa ndani huongeza. Mmoja wa waandishi mara moja inayomilikiwa 1957 MGA iliyokuwa na betri mbili 6-V katika mfululizo, badala ya betri moja 12-V. Mpangilio huu ulizalisha upinzani mkubwa wa ndani uliomsababisha matatizo mengi katika kuanzisha inji.

Mchoro huu unaonyesha betri mbili za kawaida katika mfululizo, na terminal nzuri ya kwanza kugusa terminal hasi ya pili. Mchoro wa schematic wa sasa wa umeme unaozunguka kwao unaonyeshwa kama sasa ninapita kupitia mfululizo wa seli mbili za e m f script E ndogo moja na upinzani wa ndani r ndogo moja na e m f script E ndogo mbili na upinzani wa ndani r ndogo mbili. — Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Uunganisho mfululizo wa vyanzo viwili vya voltage. emfs (kila kinachoitwa na script E) na kupinga ndani kuongeza, kutoa emf jumla ya\(emf_1 + emf_2\) na jumla ya upinzani ndani ya\(r_1 + r_2\).

Upande wa kushoto wa mchoro unaonyesha betri iliyo na mchanganyiko wa idadi kubwa ya seli. Upande wa kulia unaonyesha seti ya seli zilizounganishwa katika mfululizo ili kuunda betri. — Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Betri ni uhusiano nyingi za seli za mtu binafsi, kama inavyoonekana katika toleo hili la kisasa la magazeti ya zamani. Seli za pekee, kama seli za AA au C, huitwa betri, ingawa hii ni kitaalam isiyo sahihi.

Ikiwa uhusiano wa mfululizo wa vyanzo viwili vya voltage hufanywa katika mzunguko kamili na emfs katika upinzani, basi sasa ya ukubwa\(I = \frac{(emf_1 - emf_2)}{r_1 + r_2}\) inapita. Angalia Kielelezo\(\PageIndex{10}\), kwa mfano, ambayo inaonyesha mzunguko sawa na sinia ya betri iliyojadiliwa hapo juu. Ikiwa vyanzo viwili vya voltage katika mfululizo na emfs kwa maana sawa vinaunganishwa na mzigo\(R_{load}\), kama ilivyo kwenye Mchoro\(\PageIndex{11}\), kisha\(I = \frac{(emf_1 + emf_2)}{r_1 + r_2 + R_{load}}\) inapita.

mchoro inaonyesha mzunguko imefungwa zenye uhusiano mfululizo wa seli mbili za e m f script E ndogo moja na ndani ya upinzani r ndogo moja na e m f script E ndogo mbili na ndani ya upinzani r ndogo mbili. Mwisho mzuri wa E ndogo ni kushikamana na mwisho mzuri wa E ndogo mbili. — Kielelezo\(\PageIndex{10}\): Vyanzo hivi viwili vya voltage vinaunganishwa katika mfululizo na emfs yao katika upinzani. Sasa inapita katika mwelekeo wa emf kubwa na ni mdogo\(I = \frac{(emf_1 + emf_2)}{r_1 + r_2}\) kwa jumla ya kupinga ndani. (Kumbuka kwamba kila emf inawakilishwa na script E katika takwimu.) Chaja cha betri kilichounganishwa na betri ni mfano wa uhusiano huo. Chaja lazima iwe na emf kubwa kuliko betri ili kurekebisha sasa kwa njia hiyo.

Sehemu a inaonyesha tochi inang'aa wakati wa kushikamana na seli mbili alijiunga katika mfululizo na mwisho chanya ya seli moja kushikamana na mwisho hasi ya nyingine. Kuna mfululizo mchanganyiko wa seli mbili za e m f script E ndogo moja na ndani ya upinzani r ndogo moja na e m f script E ndogo mbili na ndani ya upinzani r ndogo mbili kushikamana na mzigo resistor R ndogo mzigo. — Kielelezo\(\PageIndex{11}\): Mpangilio huu unawakilisha tochi yenye seli mbili (vyanzo vya voltage) na bulb moja (upinzani wa mzigo) katika mfululizo. Ya sasa ambayo inapita ni\(I = \frac{(emf_1 + emf_2)}{r_1 + r_2 + R_{load}}\). (Kumbuka kwamba kila emf inawakilishwa na script E katika takwimu.)

KUCHUKUA NYUMBANI MAJARIBIO: BETRI TOCHI

Pata tochi ambayo inatumia betri kadhaa na kupata betri mpya na za zamani. Kulingana na majadiliano katika moduli hii, kutabiri mwangaza wa tochi wakati mchanganyiko tofauti wa betri hutumiwa. Je! Utabiri wako unafanana na kile unachoona? Sasa weka betri mpya kwenye tochi na uondoke tochi ikawashwa kwa saa kadhaa. Je, tochi bado ni mkali kabisa? Kufanya sawa na betri za zamani. Je, tochi ni mkali wakati wa kushoto kwa urefu sawa wa muda na betri za zamani na mpya? Hii inasema nini kwa kesi wakati unapokuwa mdogo katika idadi ya betri mpya zilizopo?

Kielelezo\(\PageIndex{12}\) inaonyesha vyanzo viwili vya voltage na emfs zinazofanana katika sambamba na kushikamana na upinzani mzigo. Katika kesi hii rahisi, emf jumla ni sawa na emfs ya mtu binafsi. Lakini upinzani wa jumla wa ndani umepunguzwa, kwani kupinga ndani ni sawa. Uunganisho sambamba hivyo unaweza kuzalisha sasa kubwa.

Hapa\(I = \frac{emf}{(r_{tot} + R_{load})}\) inapita kupitia mzigo, na\(r_{tot}\) ni chini ya yale ya betri ya mtu binafsi. Kwa mfano, baadhi ya magari yanayoendeshwa na dizeli hutumia betri mbili za 12 V kwa sambamba; zinazalisha emf jumla ya 12 V lakini zinaweza kutoa sasa kubwa inayohitajika ili kuanza inji ya dizeli.

Sehemu a inaonyesha sambamba mchanganyiko wa seli mbili za e m f script E na ndani ya upinzani r ndogo moja na ndani ya upinzani r ndogo mbili kushikamana na mzigo resistor R ndogo mzigo. Sehemu b inaonyesha mchanganyiko wa e m f ya sehemu a. mzunguko ina kiini cha e m f script E na upinzani wa ndani r ndogo tot na mzigo resistor R ndogo mzigo. upinzani r ndogo tot ni chini ya ama r ndogo moja au r ndogo mbili. — Kielelezo\(\PageIndex{12}\): Vyanzo viwili voltage na emfs kufanana (kila kinachoitwa na script E) kushikamana katika sambamba kuzalisha EMF sawa lakini kuwa na ndogo jumla ya upinzani ndani ya vyanzo vya mtu binafsi. Mchanganyiko sambamba mara nyingi hutumiwa kutoa zaidi ya sasa. Hapa\(I = \frac{emf}{(r_{tot} + R_{load}) }\) inapita kupitia mzigo.

Wanyama kama Detectors umeme

Wanyama kadhaa huzalisha na kuchunguza ishara za umeme. Samaki, papa, platypuses, na echidnas (anteaters spiny) wote kuchunguza mashamba ya umeme yanayotokana na shughuli ujasiri katika mawindo. Eels umeme huzalisha emf yao wenyewe kupitia seli za kibiolojia (viungo vya umeme) vinavyoitwa electroplaques, ambazo hupangwa katika mfululizo wote na sambamba kama seti ya betri.

Electroplaques ni gorofa, seli kama disk; wale wa eel umeme wana voltage ya 0.15 V katika kila mmoja. Kwa kawaida seli hizi hupatikana kuelekea kichwa au mkia wa mnyama, ingawa katika kesi ya eel ya umeme, hupatikana pamoja na mwili mzima. Electroplaques katika eel ya Amerika ya Kusini hupangwa katika safu 140, na kila mstari unyoosha kwa usawa pamoja na mwili na una electroplaques 5,000. Hii inaweza kutoa emf ya takriban 600 V, na sasa ya 1 A-mauti.

Utaratibu wa kugundua mashamba ya nje ya umeme ni sawa na ile ya kuzalisha ishara za neva katika seli kwa njia ya kuondoa kingamizi na repolarization-harakati ya ions katika utando wa seli. Ndani ya samaki, mashamba dhaifu ya umeme ndani ya maji yanazalisha sasa katika mfereji uliojaa gel unaoendesha kutoka ngozi hadi seli za kuhisi, huzalisha ishara ya ujasiri. Platypus ya Australia, mmoja wa mamalia wachache sana ambao huweka mayai, anaweza kuchunguza mashamba ya 30\(\frac{mV}{m}\), huku papa wamepatikana kuwa na uwezo wa kuhisi shamba katika pua zao ndogo kama 100\(\frac{mV}{m}\) (Kielelezo\(\PageIndex{13}\)). Vipande vya umeme hutumia mashamba yao ya umeme yanayotengenezwa na electroplaques ili kuwapiga mawindo yao au maadui.

Picha ya shark kubwa ya kijivu ya tiger inayoogelea chini ya tank ya maji ya chumvi iliyojaa samaki wadogo kwenye Zoo ya Minnesota. — Kielelezo\(\PageIndex{13}\): Papa za mchanga wa mchanga (Carcharias taurus), kama hii kwenye Zoo ya Minnesota, tumia electroreceptors katika pua zao ili kupata mawindo. (mikopo: Jim Winstead, Flickr)

Solar kiini arrays

Mfano mwingine unaohusika na vyanzo vingi vya voltage ni ule wa mchanganyiko wa seli za jua-wired katika mchanganyiko wa mfululizo na sambamba ili kuzalisha voltage inayotaka na ya sasa. Kizazi cha Photovoltaic (PV), uongofu wa jua moja kwa moja kwenye umeme, unategemea athari ya photoelectric, ambayo photons kupiga uso wa seli ya jua huunda sasa umeme katika seli.

Seli nyingi za jua hutengenezwa kutoka kwa silicon safi-ama kama silicon moja ya kioo, au kama filamu nyembamba ya silicon iliyowekwa kwenye kioo au msaada wa chuma. Seli nyingi za moja zina pato la voltage la karibu 0.5 V, wakati pato la sasa ni kazi ya kiasi cha jua juu ya seli (tukio la mionzi ya jua - insolation). Chini ya jua kali mchana, sasa ya eneo la uso\(100 \, mA/cm^2\) wa seli huzalishwa na seli za kawaida za kioo moja.

Seli za jua za kibinafsi zinaunganishwa umeme katika modules ili kukidhi mahitaji ya nishati ya umeme. Zinaweza kuwa wired pamoja katika mfululizo au sambamba-kushikamana kama betri kujadiliwa mapema. Safu ya seli ya jua au moduli kawaida ina kati ya seli 36 na 72, na pato la nguvu la 50 W hadi 140 W.

Pato la seli za jua ni moja kwa moja sasa. Kwa matumizi mengi nyumbani, AC inahitajika, hivyo kifaa kinachoitwa inverter kinatakiwa kutumiwa kubadili DC hadi AC. Pato lolote la ziada linaweza kupitishwa kwenye gridi ya nje ya umeme kwa ajili ya kuuza kwa matumizi.

CHUKUA NYUMBANI MAJARIBIO: VIRTUAL SELI

Mtu anaweza kukusanyika “virtual” nishati ya jua kiini safu kwa kutumia kucheza kadi, au biashara au index kadi, kuwakilisha kiini jua. Mchanganyiko wa kadi hizi katika mfululizo na/au sambamba unaweza mfano required safu pato. Kudhani kila kadi ina pato la 0.5 V na sasa (chini ya mwanga mkali) ya 2 A. kutumia kadi yako, jinsi gani unaweza kupanga yao kuzalisha pato la 6 A katika 3 V (18 W)?

Tuseme uliambiwa kwamba unahitaji 18 W tu (lakini hakuna voltage inayohitajika). Je, unahitaji kadi zaidi ya kufanya mpangilio huu?

Muhtasari

Vyanzo vyote vya voltage vina sehemu mbili za msingi-chanzo cha nishati ya umeme ambayo ina nguvu ya electromotive (emf), na upinzani wa ndani\(r\).
EMF ni tofauti tofauti ya chanzo wakati hakuna sasa inapita.
Thamani ya namba ya emf inategemea chanzo cha tofauti tofauti.
Upinzani wa ndani\(r\) wa chanzo cha voltage huathiri voltage ya pato wakati mtiririko wa sasa.
Pato la voltage la kifaa linaitwa voltage yake ya terminal\(V\) na hutolewa na\(V = emf - Ir\), wapi\(I\) umeme wa sasa na ni chanya wakati unapoondoka kwenye terminal nzuri ya chanzo cha voltage.
Wakati vyanzo vingi vya voltage viko katika mfululizo, upinzani wao wa ndani huongeza na emfs yao huongeza algebraically.
Seli za jua zinaweza wired katika mfululizo au sambamba ili kutoa voltage iliyoongezeka au sasa, kwa mtiririko huo.

faharasa

nguvu ya electromotive (emf): tofauti tofauti ya chanzo cha umeme wakati hakuna sasa inapita; kipimo kwa volts

upinzani wa ndani: kiasi cha upinzani ndani ya chanzo cha voltage

tofauti ya uwezo: tofauti katika uwezo wa umeme kati ya pointi mbili katika mzunguko wa umeme, kipimo kwa volts

terminal voltage: voltage kipimo katika vituo vya chanzo cha tofauti tofauti