Лабораторная работа: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Лабораторная работа: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока. Ответы на контрольные вопросы: 1. Что такое ЭДС источника тока? Электродвижущая сила (ЭДС) — это скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил (сил неэлектрического происхождения) по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура. В системе СИ измеряется в Вольтах (В). Математически выражается формулой: \[ \mathcal{E} = \frac{A_{ст}}{q} \] где \( A_{ст} \) — работа сторонних сил, \( q \) — величина заряда. 2. Зависит ли ЭДС от тока во внешней цепи? Нет, ЭДС источника тока не зависит от силы тока во внешней цепи. ЭДС определяется внутренними химическими или физическими свойствами самого источника (например, составом электролита и материалом электродов в гальваническом элементе). От силы тока зависит напряжение на зажимах источника \( U \), которое уменьшается при увеличении тока из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении: \[ U = \mathcal{E} - I \cdot r \] 3. Почему источники тока выбирают не только по ЭДС, но и по внутреннему сопротивлению? Внутреннее сопротивление \( r \) ограничивает максимальную силу тока, которую может отдать источник. Согласно закону Ома для полной цепи: \[ I = \frac{\mathcal{E}}{R + r} \] Если внутреннее сопротивление велико, то даже при малом внешнем сопротивлении \( R \) сила тока будет небольшой, а значительная часть энергии будет выделяться в виде тепла внутри самого источника, что может привести к его перегреву и порче. Для питания мощных потребителей требуются источники с малым внутренним сопротивлением. 4. Почему некоторые источники тока не боятся коротких замыканий? Короткое замыкание возникает при \( R \approx 0 \), тогда ток достигает максимального значения: \[ I_{кз} = \frac{\mathcal{E}}{r} \] Источники не боятся короткого замыкания в двух случаях: 1) Если они имеют очень большое внутреннее сопротивление \( r \), которое само по себе ограничивает ток до безопасных значений (например, некоторые маломощные батарейки или специальные лабораторные блоки питания). 2) Если источник оснащен системой защиты (предохранителями или электронной схемой), которая мгновенно разрывает цепь при превышении допустимой силы тока. Пример расчета (для оформления в тетрадь): Дано: \( R = 2 \) Ом \( \mathcal{E} = 4,5 \) В (измерено вольтметром при разомкнутом ключе) \( I = 1,5 \) А (измерено амперметром при замкнутом ключе) Найти: \( r - ? \) Решение: Используем формулу (3) из теоретического обоснования: \[ r = \frac{\mathcal{E} - I \cdot R}{I} \] Подставим значения: \[ r = \frac{4,5 - 1,5 \cdot 2}{1,5} = \frac{4,5 - 3}{1,5} = \frac{1,5}{1,5} = 1 \text{ Ом} \] Ответ: \( r = 1 \) Ом.