Ток көзінің ЭҚК-і мен ішкі кедергісі. Физика, 10 сынып, дидактикалық материал.

Ток көзінің ЭҚК-і мен ішкі кедергісі

• Ток көзінің ЭҚК-і. Қарама-қарсы таңбалы зарядтар тасыйтын екi ток өткiзетiн денелердi алайық. Егер осы денелердi өткiзгiш арқылы қоссақ, сол зарядтардың электр өрiсiнiң әсерiнен өткiзгiште электр тогы пайда болады (5.5 сурет). Бiрақ бұл ток өте қысқа уақыт болады. Екi дене арасындағы электр өрiсi әлсiзденедi де, ақыр аяғында денелердiң потенциалдары теңесуiнiң нәтижесiнде жоқ болады.

Ток тұрақты болуы үшiн өткiзгiштiң ұштарындағы потенциалдардың айырымы тұрақты болуы қажет, яғни өткiзгiште өзгермейтiн электр өрiсi болуы керек. Ол үшiн денелердiң зарядтарға әсер ететiн электростатикалық күшiнiң бағытына қарама-қарсы бағытта зарядтарды бiр денеден екiншi денеге тасымалдайтын ерекше құрылғы – ток көзi керек. Мұндай құрылғыда зарядтарға, электр күштерден басқа тегi электрлiк емес күштер әсер ету тиiс (5.5 сурет). Мұндай күштердi бөгде күштер дейдi.

Тұйық контурдағы электр қозғаушы күш (қысқаша ЭҚК) зарядты контурдың бойымен орын ауыстыруындағы бөгде күштердiң жұмысының сол зарядқа қатынасын анықтайды:

. (5.13)

Егер көздiң полюстарын көздiң iшкi кедергiсiмен салыстарғанда өте аз кедергiсi бар өткiзгiпен жалғастырса, қысқаша тұйықталу жағдайы болады.

Егер сыртқы тiзбектiң сыртқы кедергiсi R=0 болса, қысқаша тұйықталудың ток күшiнiң максимал шамасы

 (5.15)

болатыны Ом заңынан шығады. Осыдан қысқаша тұйықталудың ток күшi көздiң ЭҚК-сынан басқа iшкi кедергiсiне де тәуелдi екенiн көремiз. Сондықтан қысқаша тұйықталу әр түрлi iшкi кедергiсi бар ток көздерi үшiн әр түрлi қауып келтiредi.

Ток көзiнiң iшкi кедергiсi зарядтар қозғалатын ток көзiнiң iшiндегi ортаны сипаттайды.

Ток көзiнiң iшкi кедергiсi оның табиғи қасиеттерiне тәуелдi. Үлкен iшкi кедергiсi бар көз қысқаша тұйықталғанда ток күшi көп болмайды, демек сондай ток оларға қауып емес. Iшкi кедергiсi аз көз қысқаша тұйықталғанда ток күшi көп болады, мұндай ток өте қауiптi. Ондай ток көздi бұзуы мүмкiн. Әсiресе қысқаша тұйықталу жарықтандыратын генераторларға қауып болады. Осындай көздердiң iшкi кедергiсi өте аз, сондықтан қысқаша тұйықталудың ток күшi мыңдаған амперге жетуi мүмкiн. Осындай жағдайда қысқаша тұйықталу сымдарды балқытуы, өрт тұғызу мүмкiн. Одан қорғану үшiн тiзбекке сақтандырғыштарды қосады. Осындай тiзбек ток күшi үшiн мүмкiн мәнiнен асса, сақтандырғыштардағы АВ жiңiшке өткiзгiш (5.7 сурет) балқиды да, тiзбектi ажыратады. Cыртқы тiзбектiң кедергiсiне R қарағанда ток көзiнiң iшкi кедергiсi r өте аз болса (яғни r <<R), толық тiзбек үшiн Ом заңы мынадай болады:

. (5.16)

• Ток көзінде бөгде күштер әсерінен зарядтардың бөлінуі жүреді. Олар кристал торлар бұрыштарындарға иондарға соқтығысу нәтижесінде энергиясының бір бөлігін береді.Бұл ток күшінің азаюына алып келеді. Ток көзінің ішкі кедергісі болады. Ток көзі мен тұтынушыдан тұратын тізбекте ЭҚК-і зарядтың энергиясына тең болады.

Кернеу ішкі тізбекте жоғалтқан энергияға тең болады, сонымен бірге ішкі кедергіні жеңу үшін I_*r энергия жоғалтады. Зарядтың сақталу заңы бойынша:

E = U + I_*r

Т.к. U = I_* R

E = I_* R + I_*r

E = I( R + r)

I= E /( R + r)

Ток күші ток кұшінің ЭҚК-інің толық кедергіге қатынасына тең болады.

• I ( R) тәуелділікті талдайық:

А) Егер R ↓ I ↑ болады,

R ↑ I ↓ болады.

Б) Егер R→∞ (тізбектің үзілуі) I→0

Кернеу ток көзінің ЭҚК- іне тең болады.

В) Егер R→0 (қысқа тұйықталу) I→ E / r (қысқа тұйықталу тогы)

• Ток көздерін жалғаудың екі түрі бар: параллель және тізбектей. А) тізбектей жалғаса:

Заряд энергияны әрбір ток көзінен алады : E = E_1*n ; r = r _1*n

Б) параллель жалғауда, заряд энергияны 1 ғана ток көзінен алады: E = E₁ ; r = r _1/n

Тізбектей жалғауда ЭҚК-інің артуын ішкі кедергінің сыртқы кедергіде өте аз кезінде қолданады. Параллель жалғауды ішкі кедергі сыртқы кедергіден көп артық болғанда қолданады. Егер ішкі кедергі мен сыртқы кедергі тең болса, аралас жалғауды қолданады.