Эдс батареи формула: Эдс батареи формула. Электродвижущая сила аккумулятора

Характеристики аккумуляторов • Ваш Солнечный Дом

• 1 Емкость батареи
• 2 Напряжение
• 3 Степень заряженности
• 4 Срок службы аккумуляторов
• 5 Максимальные токи заряда и разряда
• 6 Внутреннее сопротивление
• 7 Саморазряд
• 8 Харакеристики аккумуляторов: ГЛОССАРИЙ

Разрядные характеристики аккумуляторных батарей

Наиболее важными показателями качества АБ являются: емкость, напряжение, габариты, вес, стоимость, допустимая глубина разряда, срок службы, КПД, диапазон рабочих температур, допустимый ток заряда и разряда

. Также, необходимо учитывать, что все характеристики производитель дает при определенной температуре — обычно 20 или 25 °С. При отклонениях от этого напряжения, характеристики меняются, и обычно в худшую сторону.

Значения напряжения и емкости обычно входят в название модели батареи. Например: RA12-200DG — батарея напряжением 12 вольт и емкостью 200 ампер*часов, гелевая, глубокого разряда. Это значит, что батарея может выдать в нагрузку энергию 12 х 200 = 2400 Вт*ч при 10 часовом разряде током в 1/10 от емкости. При больших токах и быстром разряде емкость батареи понижается. При меньших токах — обычно увеличивается. Это можно видеть на графике разрядных характеристик аккумуляторных батарей. Также, нужно смотреть на разрядные характеристики на конкретные батареи. Иногда производители в названии пишут завышенную емкость аккумулятора, которая имеет место только в идеальных условиях — так, например, делает Haze (у аккумуляторов Haze реальная емкость процентов на 10-20 ниже, чем указано в названии батареи).

При разряде током в 0,1 С время работы составляет 10 часов и батарея полностью выдаст в нагрузку аккумулированную энергию. При разряде током 2 С (в 20 раз большим) время работы будет около 15 минут (1/4 часа) и при этом батарея выдаст в нагрузку только половину аккумулированной энергии. При больших токах разряда это значение еще меньше. Зачастую в источниках бесперебойного питания аккумуляторные батареи работают в еще более тяжелых режимах, при которых токи разряда достигают 4 С. При этом время разряда сравнимо с 5 минутами и батарея выдает в нагрузку менее 40% энергии.

Емкость батареи

Количество энергии, которое может быть сохранено в батарее, называется ее емкостью. Она измеряется обычно в ампер-часах, хотя правильнее приводить значения в ватт-часах.

Заряд-разрядные кривые свинцово-кислотных аккумуляторов

Емкость (Вт*ч) = U*I*t

где U — напряжение аккумулятора, В; I — ток, который он может отдавать в течение времени t.

Так как обычно принимается, что для различных аккумуляторов напряжение одинаковое, то из формулы убирается напряжение, и остается емкость в ампер-часах.

Одна АБ емкостью 100 Ач может питать нагрузку током 1 А в течение 100 часов, или током 4 А в течение 25 часов, и т.п., хотя емкость батареи снижается при увеличении разрядного тока. На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 3000 Ач.

Для увеличения срока службы свинцово-кислотной АБ желательно использовать только малую часть ее емкости до повторной зарядки. Каждый процесс разряда-заряда называется зарядным циклом, причем не обязательно полностью разряжать аккумулятор. Например, если вы разрядили аккумулятор на 5 или 10% и затем снова зарядили его — это тоже считается как 1 цикл. Конечно, количество возможных циклов будет сильно отличаться при различной глубине разряда (см. ниже). Если возможно использовать более 50% энергии, запасенной в АБ до ее заряда, без заметного ухудшения ее параметров, такая батарея называется батареей «глубокого разряда».

Можно повредить батареи, если перезарядить их. Максимальное напряжение синцово-кислотных АБ должно быть 2,5 вольта на элемент, или 15 В для 12-ти вольтовой батареи. Многие фотоэлектрические батареи имеют мягкую нагрузочную характеристику, поэтому при увеличении напряжения ток заряда снижается значительно. Поэтому всегда необходимо использовать специальный контроллер заряда для солнечных батарей. В случае применения ветроэлектрических станций или микроГЭС, такие контроллеры также обязательны.

Напряжение

Напряжение на аккумуляторе зачастую является основным параметром, по которому можно судить о состоянии и степени заряженности аккумулятора. Особенно это относится к герметизированным аккумуляторам, у которых не возможно измерить плотность электролита.

Напряжение при заряде, разряде и отсутствии тока очень сильно отличаются. Для определения степени заряженности аккумулятора измеряют напряжение на его клеммах при отсутствии как зарядного, так и разрядного токов в течение как минимум 3-4 часов. За это время напряжение обычно успевает стабилизироваться. Значение напряжения при заряде или разряде ничего не скажет от состоянии или степени заряженности АБ. Примерная зависимость степени заряженности аккумулятора от напряжения на его клеммах в режиме холостого хода, приведена в таблице ниже. Это типичные значения для стартерных аккумуляторов с жидким электролитом. Для герметизированных аккумуляторов (AGM и гелевых) обычно эти напряжения немного выше (нужно запрашивать производителя) — например, AGM батареи полностью заряжены, если напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В).

Степень заряженности

Степень заряженности зависит от очень многих факторов, и точно ее могут определить только специальные зарядные устройства с памятью и микропроцессором, которые отслеживают как заряд, так и разряд конкретного аккумулятора в течение нескольких циклов. Этот метод наиболее точный, но и наиболее дорогой.

Однако он сможет сэкономить много денег при обслуживании и замене аккумуляторов. Применение специальных устройств, контролирующих работу аккумуляторов по степени их заряженности, позволяет очень сильно повысить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов. Ряд предлагаемых нами контроллеров для солнечных батарей имеют встроенные устройства вычисления степени заряженности аккумулятора и регулируют заряд в зависимости от ее величины.

Для определения степени заряженности можно использовать также следующие 2 упрощенных метода.

1. Напряжение на аккумуляторе. Этот способ наименее точный, но требует только наличия цифрового вольтметра, способного измерять десятые и сотые доли вольта. Перед измерениями нужно отсоединить от аккумулятора всех потребителей и все зарядные устройства и подождать как минимум 2 часа. Затем можно измерить напряжение на терминалах аккумулятора. Ниже в таблице приведены напряжения для аккумуляторов с жидким электролитом. Для полностью заряженной новой AGM или гелевой батареи напряжение составляет 13-13,2В (сравните с напряжением стартерных батарей с жидким электролитом 12,5-12,7В). По мере старения аккумуляторов это напряжение снижается. Можно измерять напряжение на каждой банке аккумулятора, чтобы найти неисправную банку (разделите напряжение для 12В на 6 для того, чтобы определить нужное напряжение на одной банке).
2. Второй метод определения степени заряженности — по плотности электролита. Этот метод подходит только для аккумуляторов с жидким электролитом.

Также, нужно подождать 2 часа перед измерениями. Для измерения используется ареометр. Обязательно наденьте резиновые перчатки и защитные очки! Держите рядом пищевую соду и воду на случай, если вода попадет на кожу.

100	12.70	25.40	1.265
95	12.64	25.25	1.257
90	12.58	25.16	1.249
85	12.52	25.04	1.241
80	12.46	24.92	1.233
75	12. 40	24.80	1.225
70	12.36	24.72	1.218
65	12.32	24.64	1.211
60	12.28	24.56	1.204
55	12.24	24.48	1.197
50	12.20	24.40	1.190
40	12.12	24.24	1.176
30	12.04	24.08	1.162
20	11.98	23.96	1.148
10	11.94	23.88	1.134

Срок службы аккумуляторов 

Срок службы аккумуляторных батарей в циклах

Неправильно определять срок службы аккумуляторов в годах или месяцах. Срок службы батареи определяется числом циклов заряд-разряд и значительно зависит от условий ее эксплуатации. Чем глубже разряжается батарея, чем большее время она находится в разряженном состоянии, тем меньшее число возможных циклов работы.

Само понятие «количество рабочих циклов «заряда-разряда» аккумулятора» относительное, так как сильно зависит от различных факторов. Кроме того, значение количества рабочих циклов, например для одного типа аккумулятора, не является универсальным понятием, так как зависит от технологии, различной у каждого из производителей.Срок службы аккумуляторов определяется в циклах, поэтому время работы в годах — приблизительное и рассчитано для типичных условий работы. Поэтому, если, например, в рекламе указано, что срок службы аккумуляторов составляет 12 лет, это значит, что производитель посчитал срок службы для буферного режима с средним числом циклов заряд-разряд 8 в месяц. Например, для AGM аккумуляторов Haze указывается срок службы 12 лет и максимальное число циклов 1200 при разряде на 20%. В год получается 100 таких циклов, в месяц — около 8.

Еще один важный момент — в процессе эксплуатации полезная емкость аккумулятора уменьшается. Все характеристики по количеству циклов обычно приводятся не до полной смерти аккумулятора, а до момента потери им 40% своей номинальной емкости. Т.е, если производителем приведено количество циклов 600 при 50% разряде, это значит, что через 600 идеальных циклов (т.е. при температуре 20С и разряде током одной величины, обычно 0,1С) полезная емкось аккумулятора будет 60% от начальной. При такой потере емкости уже рекомендуется замена аккумулятора.

Свинцово-кислотные АБ, предназначенные для использования в системах автономного электроснабжения имеют, срок службы от 300 до 3000 циклов в зависимости от типа и глубины разряда. В системах на базе ВИЭ батарея может разрядиться гораздо сильнее, чем при буферном режиме. Для обеспечения длительного срока службы, в типичном цикле разряд не должен превышать 20-30% емкости АБ, а глубокий разряд — не более 80% емкости. Очень важно сразу же после разряда заряжать свинцово-кислотные аккумуляторы. Длительное нахождение (более 12 часов) в разряженном или не полностью заряженном состоянии приводит к необратимым последствиям в аккумуляторах и снижению их срока службы.

Как определить, что аккумулятор уже близок к окончанию своего срока службы? Очень просто — у аккумулятора повышается внутреннее сопротивление, это приводит к более быстрому росту напряжения при заряде (и, соответственно, снижению времени, требуемого для заряда), и более быстрому разряду аккумулятора. Если заряд производится током, близким к предельно допустимому, умирающий аккумулятор будет нагреваться при заряде сильнее, чем раньше.

Максимальные токи заряда и разряда

Токи заряда и разряда любой аккумуляторной батареи измеряются относительно ее емкости. Обычно для аккумуляторов максимальный ток заряда не должен превышать 0,2-0,3С. Превышение зарядного тока ведет к сокращению срока службы аккумуляторов. Мы рекомендуем устанавливать максимальный ток заряда не более 0,15-0,2С. Смотрите характеристики на конкретные модели аккумуляторов для определения максимального зарядного и разрядного токов.

Зарядные и разрядные характеристики сильно зависят от химического состава аккумулятора. Также, многое зависит от конструкции аккумулятора — объем электролита, толщина пластин, покрытия, плотность электролита и т.п. Некоторые аккумуляторы разработаны для разрядом малыми токами долгое время, другие могут работать при больших токах короткое время.

Ниже приведена таблица с типичными значениями основных параметров аккумуляторов. 

 

Внутреннее сопротивление

На максимальные токи заряда и разряда также влияет внутреннее сопротивление аккумулятора. Особенно важен этот показатель для высокотоковых аккумуляторов. Аккумулятор можно представить как источник тока и последовательное сопротивление. Чем больше внутреннее сопротивление, тем больше будет нагреваться аккумулятор и тем больше будет падать на нем напряжение.

Величина снижения напряжения на элементах аккумуляторной батареи при протекании токов, определяется внутренним сопротивлением элементов. Полное сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора – это сумма таких величин, как сопротивление поляризации и омическое сопротивление.

Омическое сопротивление является суммой сопротивлений сепараторов аккумулятора, электродов, положительного и отрицательного выводов, мостовых сварных соединений между элементами и электролита.

Условно, можно аккумулятор представить в виде двухполюсника с ЭДС (электродвижущей силой — напряжением без нагрузки) E и внутренним сопротивлением r. При этом предполагается, что часть ЭДС аккумулятора падает на нагрузке, а другая часть — на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Иначе говоря, предполагается, что верна формула:

E = ( R + r ) * I

 

Внутреннее сопротивление свинцово-кислотных аккумуляторов

На сопротивление электродов оказывает влияние их конструкция, пористость, геометрия, конструкция решётки, состояние активного вещества, наличие легирующих компонентов, качество электрического контакта решёток и обмазки активной массы. При этом, как известно, у аккумуляторов большей емкости больше рабочая поверхность пластин и больше пространства для диффузии электролита внутри аккумулятора. Поэтому внутреннее сопротивление аккумуляторов большой емкости меньше, чем внутреннее сопротивление аккумуляторов меньшей емкости.

Кроме того, внутреннее сопротивление аккумуляторов зависит и от токов нагрузки. Например, внутреннее сопротивление аккумулятора при больших токах нагрузки в несколько раз меньше, чем внутреннее сопротивление того же аккумулятора при малых токах. В процессе разряда свинцово-кислотного аккумулятора на поверхности электродов выделяется сульфат свинца (PbSO4). Это плохой проводник, который существенно увеличивает сопротивление электродных пластин. Кроме того, сульфат свинца откладывается в порах активной массы пластин и существенно уменьшает диффузию серной кислоты из электролита в них.

Существенное влияние на сопротивление свинцово-кислотного аккумулятора оказывает и величина сопротивления электролита. Эта величина, в свою очередь, сильно зависит от концентрации и температуры электролита. Так, при уменьшении температуры сопротивление электролита растет и достигает бесконечности при его замерзании.

И, наоборот, при высокой температуре скорость диффузии ионов электролита выше и внутреннее сопротивление аккумулятора ниже. Наиболее оптимальным значением является установленная производителем плотность электролита при температуре 20-25°С, при которой внутреннее сопротивление принимает минимальное значение. При уменьшении или увеличении плотности электролита его сопротивление увеличивается, а, следовательно, растет и внутреннее сопротивление аккумулятора.

Поскольку емкость аккумуляторной батареи связана с ее внутренним сопротивлением и, получив опытным путем значение внутреннего сопротивления, можно оценить и емкость самой аккумуляторной батареи. Так, если внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи увеличилось в 2 раза, то можно предположить, что емкость аккумуляторной батареи уменьшилась примерно в 2 раза. Другими словами, внутреннее сопротивление батареи определяет ее способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления батарея способна отдавать в нагрузку большой пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на ее выводах), а значит, и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение внутреннего сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах батареи при резком увеличении тока нагрузки. Это приводит к тому, что внешне хороший аккумулятор не может полностью отдать запасенную в нем энергию в нагрузку.

Регулярность измерений внутреннего сопротивления обеспечивает возможность прогнозирования выработки ресурса аккумуляторной батареи, и планировать ее замену заблаговременно. Считается, что за 1 год сопротивление аккумуляторной батареи, при правильной эксплуатации, должно возрастать, исходя из срока службы, например, в 15 лет, не более, чем на 6-7%. Если скорость увеличения сопротивления элементов превышает ожидаемую, то анализируются условия эксплуатации аккумуляторной батареи, нагрузка, процесс подзаряда и другие. Элементы аккумуляторной батареи, сопротивление которых отличается от среднего, вычисляемого для всех элементов, более чем на 10% подвергаются тренировочному заряду, а, если он не дает нужного эффекта, считаются неисправными и нуждающимися в замене. Тренировочный заряд проводится не всех элементах аккумуляторной батареи от штатного зарядно-подзарядного устройства, а индивидуально, только тех элементов, которые в этом нуждаются, от переносного зарядного устройства. При обследовании аккумуляторной батареи кроме внутреннего сопротивления ее элементов измеряются сопротивления и межэлементных соединений. Это позволяет своевременно выявлять характерные дефекты, обусловленные коррозией токовыводов аккумуляторов.

Государственный стандарт ГОСТ Р МЭК 60896-2-99 «Свинцово-кислотные стационарные батареи. Общие требования и методы испытаний», соответствующий рекомендациям МЭК, предусматривает определение внутреннего сопротивления аккумуляторов по двум значениям разрядного тока и напряжения. При этом разрядный ток первой ступени выбирается в зависимости от тока десятичасового режима разряда и равен (4–6) I10, напряжение регистрируется на 20 секунде разряда. Ток второй ступени выбирается из расчета (20–40) I10, напряжение регистрируется на 5 секунде разряда. Далее линейной экстраполяцией определяются расчетная ЭДС и ток короткого замыкания аккумулятора. По полученным данным определяют внутреннее сопротивление аккумулятора. По этой методике проводят испытания многие отечественные аккредитованные специализированные испытательные центры и лаборатории, у которых оборудование позволяет провести это опытным путем.

Обычному пользователю при наличии специального оборудования достаточно измерить внутреннее сопротивление для оценки состояния аккумуляторной батареи в целом. В то же время на сегодняшний день самым объективным способом оценки состояния аккумуляторных батарей является их контрольный 20- или 10-часовой разряд в соответствии с данными тока разряда и конечного напряжения разряда разрядных таблиц завода-изготовителя.

Таким образом, внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей является условной величиной. Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой нелинейное устройство, внутреннее сопротивление которого не остается постоянным, а меняется в зависимости от температуры, величины нагрузки, степени заряженности, концентрации электролита и прочих вышеперечисленных параметров. Поэтому для проведения точных расчётов аккумулятора желательно все-таки использовать разрядные кривые, а не величину внутреннего сопротивления.

Параметры проводимости АКБ рассчитывают, отталкиваясь от ЭДС, нагрузки и силы тока. В итоге можно получить условную, изменяющуюся величину, на которую влияют такие факторы:

• размеры и форма батареи;
• конструктивные особенности;
• текущее состояние электролита;
• наличие или отсутствие легирующих добавок;
• состояние контактов.

Особенно существенно на ВС влияет электролит. А именно его состав, концентрация, температурные характеристики.

График внутреннего сопротивления АКБ

Есть определённая зависимость между сопротивлением и составом электролитической массы:

• у свинцово-кислотных минимальные значения, они могут отдавать ток до 2,5 кА для запуска ДВС;
• самый низкий параметр внутреннего сопротивления у никель-кадмиевых батарей, который может сохраняться спустя 1 тысячу циклов разряда и заряда;
• у аккумуляторов типа NiMh сопротивление изначально выше, а спустя 300-400 циклов увеличивается;
• Li-ion находятся между 2 предыдущими батареями.

Саморазряд

Явление саморазряда характерно в большей или меньшей степени для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены в отсутствие внешнего потребителя тока.

Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCD аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH – немного больше, а для Li-ION пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Саморазряд в герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторах значительно уменьшен и составляет 40% в год при 20 °С и 15% при 5 °С. При более высоких температурах хранения саморазряд увеличивается: при 40 °С батареи лишаются 40 % емкости за 4-5 месяцев.

Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается. Глубокий его разряд и последующий заряд увеличивают ток саморазряда.

Саморазряд аккумуляторов в основном обусловлен выделением кислорода на положительном электроде. Этот процесс еще больше усиливается при повышенной температуре. Так, при повышении окружающей температуры на 10 градусов по отношению с комнатной возможно увеличение саморазряда в два раза.

В некоторой степени саморазряд зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Потери емкости могут быть вызваны повреждением сепаратора, когда образования слипшихся кристаллов пробивают его. Сепаратором принято называть тонкую пластину, разделяющую положительный и отрицательный электроды. Это обычно происходит из–за неправильного обслуживания аккумулятора, его отсутствия или применения несоответствующих или некачественных зарядных устройств. У изношенного аккумулятора пластинки электродов разбухают, слипаясь друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда, при этом поврежденный сепаратор невозможно восстановить проведением циклов заряда/разряда.

Каргиев Владимир, «Ваш Солнечный Дом»
©При цитировании ссылка на эту страницу и на «Ваш Солнечный Дом» обязательна

Дополнительная информация по теме в Разделе «Библиотека«. Настоятельно рекомендуем почитать эту статью

Харакеристики аккумуляторов: ГЛОССАРИЙ

Емкость (С) — энергия, которую способен отдать аккумулятор в нагрузку, выражаемая в ампер-часах (А·ч, мA·ч). Она будет больше при следующих условиях: меньшем токе разряда, разряде с меньшими перерывами, более высокой температуре окружающей среды, а также более низком конечном напряжении.

Номинальная емкость — номинальное значение емкости: количество энергии, которую способен отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде в строго определенных условиях.

Саморазряд — потеря емкости в отсутствие внешнего потребителя тока.

Срок службы батареи — наработка, при которой разрядная емкость сделается меньше определенной нормированной величины, обычно оценивается рабочим количеством циклов «заряд-разряд».

Срок хранения — максимальный период времени, в течение которого батарея может храниться при оговоренных условиях, не требуя дополнительной зарядки.

Эта статья прочитана 159142 раз(а)!

• Путеводитель по теме “Аккумуляторы”

  10000

  Кроме статей по ссылкам ниже, мы также рекомендуем начать с чтения статьи “Руководство покупателя АКБ”, в которой даны начальные сведения и ссылки на вложенные материалы. Раздел “Основы – Аккумулирование энергии” Раздел “Оборудование – Аккумуляторы” Свинцово-кислотные аккумуляторы Литиевые аккумуляторы Раздел “Библиотека…

• Руководство покупателя АКБ для систем электроснабжения

  10000

  Аккумуляторы для систем электроснабжения. Руководство покупателя В интернете есть много разрозненной информации по разным типам аккумуляторов, их возможностям, характеристикам, областям применения, достоинствам и недостаткам. При этом во многих случаях информация эта однобокая – связано это бывает или с недостаточными знаниями…

• Сравнение свинцово-кислотных аккумуляторов

  10000

  Сравнение СК аккумуляторов различных производителей При проектировании системы автономного или резервного электроснабжения всегда стоит вопрос – какие аккумуляторы лучше выбрать? На рынке представлены множество брендов, типов, и моделей аккумуляторных батарей, и разобраться в них очень непросто. Часто наши клиенты задают…

• Аккумуляторы – FAQ

  10000

  Как правильно заменять аккумуляторные батареи, какое напряжение выдают аккумуляторы, что такое гелевый аккумулятор, в чем преимущества литиевых аккумуляторов, как соединять аккумуляторы параллельно и последовательно для увеличения емкости и напряжения – ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы вы получите…

• Online калькулятор емкости АКБ

  65

  Какая емкость аккумуляторной батареи нужна в  системе электроснабжения? При расчете системы автономного или резервного электроснабжения очень важно правильно выбрать емкость аккумуляторной батареи. Калькулятор емкости АКБ в конце статьи. Специалисты компании “Ваш Солнечный Дом” помогут Вам правильно рассчитать необходимую емкость АБ…

• Аккумуляторные батареи. Ликбез

  60

  Как продлить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов? Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования. Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что…

Урок 28. Лекция 28-2 (продолжение) ЭДС источника. Соединения проводников и источников.

Начало лекции 28 ЭДС источника. Соединения проводников и источников.

Проводники в электрических цепях тоже могут соединяться последовательно и параллельно.

1. При последовательном соединении проводников

1. Сила тока во всех проводниках одинакова:

I₁ = I₂ = I

2.  Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U₁ и U₂ на каждом проводнике:

U = U₁ + U₂

3. По закону Ома, напряжения U₁ и U₂ на проводниках равны U₁ = IR₁,   U₂ = IR₂ а общее напряжение U = IR где R – электрическое сопротивление всей цепи, тогда  IR = IR₁ + IR_2. Отсюда следует

R = R₁ + R₂

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

2. При параллельном соединении проводников

1. Напряжения U₁ и U₂на обоих проводниках одинаковы

U₁ = U₂ = U

2. Сумма токов I₁ + I₂, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:

I = I₁ + I₂

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Например, к узлу A за время Δt подтекает заряд IΔt, а утекает от узла за то же время заряд I₁Δt + I₂Δt. Следовательно, I = I₁ + I₂.

3. Записывая на основании закона Ома

где R – электрическое сопротивление всей цепи, получим

или    

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Формулы для последовательного и параллельного соединения проводников позволяют во многих случаях рассчитывать сопротивление сложной цепи, состоящей из многих резисторов. На рисунке приведен пример такой сложной цепи и указана последовательность вычислений. Сопротивления всех проводников указаны в омах (Ом).

 

На пракутике одного источника тока в цепи бывает недостаточно, и тогда источники тока тоже  соединяют между собой для питания цепи. Соединение источников в батарею может быть последовательным и параллельным.

При последовательном соединении два соседних источника соединяются разноименными полюсами.

Т.е., для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

1. ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников ε= ε₁ + ε₂ + ε₃

2. Общее сопротивление батареи источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных источников r_{батареи}= r₁ + r₂ + r₃

Если в батарею соединены n одинаковых источников, то ЭДС батареи ε= nε_1, а сопротивление r_{батареи}= nr₁

3. Сила тока в такой цепи по закону Ома 

При параллельном соединении соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы двух или n источников.

Т.е., при параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Параллельно соединяют только источники с одинаковой ЭДС. Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

 

1. ЭДС батареи одинаковых источников равна ЭДС одного источника. ε= ε₁= ε₂ = ε₃

2. Сопротивление батареи меньше, чем сопротивление одного источника r_{батареи}= r₁/n
3. Сила тока в такой цепи по закону Ома 

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы – параллельно или последовательно.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому т.к.при параллельном соединении емкость аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов, т.е увеличивается, то внутреннее сопротивление уменьшается.

Внутреннее сопротивление, ЭДС и электрический ток – Решенные практические задачи – Все различия

Внутреннее сопротивление – это сопротивление протеканию тока элементами и батареями. Это приводит к выработке тепла. Ом — это единица измерения внутреннего сопротивления.

Существуют различные формулы для определения внутреннего сопротивления. Мы можем найти ответы на любой вопрос, если мы обеспечены данными. Например, чтобы найти внутреннее сопротивление, мы используем эту формулу:

e = I (r + R)

В этой формуле e — ЭДС или электродвижущая сила, измеряемая в омах, I — ток, измеряемый в амперах (А), R — сопротивление нагрузки, а r внутреннее сопротивление. Ом — это единица измерения внутреннего сопротивления.

Предыдущая формула преобразована в следующую форму:

• e = Ir+ IR
• e = V + Ir

В обозначается как разность потенциалов, приложенная к ячейке, а I представляет ток, протекающий через клетка.

Примечание: Электродвижущая сила (ЭДС) всегда больше разности потенциалов (В) ячейки.

Таким образом, зная одни параметры, мы можем найти другие. В этой статье я буду решать многие практические задачи, которые помогут вам узнать, как использовать физику в нашей повседневной жизни, а также способы расчета параметров, а также формулы и описания. Просто будь со мной до конца.

При разомкнутой цепи разность потенциалов между клеммами аккумулятора составляет 2,2 вольта. Разность потенциалов уменьшается до 1,8 вольт при подключении через сопротивление 5 Ом. Что такое внутреннее сопротивление?

Это обрыв цепи. Внутреннее сопротивление батареи не имеет падения напряжения на ней при разомкнутой цепи. Когда образуется замкнутая цепь, ток протекает через внутреннее сопротивление, вызывая падение напряжения и понижая напряжение на батарее.

В этом случае необходимо определить внутреннее сопротивление. Вы измеряете напряжение в цепи, когда она открывается и закрывается, а также сопротивление нагрузки. Чтобы решить эту проблему, сначала нам нужно собрать данные, указанные в отчете, а затем предсказать, что нужно рассчитать.

Данные: Разность потенциалов V = 2,2 В, сопротивление нагрузки Сопротивление = 5 Ом, падение разности потенциалов 1,8 В,

Найдите внутреннее сопротивление.

Чтобы найти это, нам нужно решить следующие шаги.

Сначала, , нам нужно найти ток нагрузки как ,

I = V/R, поэтому 1,8/5 = 0,36 А

Затем, Найти падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи:

2,2 В-1. 8 V=0,4 В

Итак, зная ток и напряжение внутреннего сопротивления:

R=V/I, 0,4/0,36 дает 1,1 Ом

Следовательно, внутреннее сопротивление равно 1,1 Ом.

В разомкнутой цепи разность потенциалов между выводами элемента составляет 2,2 вольта. Разность потенциалов на клеммах составляет 1,8 вольта при сопротивлении 5 Ом на клеммах ячейки. Чему будет равно внутреннее сопротивление элемента?

Это простой вопрос о двух резисторах, соединенных последовательно через источник 2,2 В, один из которых имеет сопротивление 5 Ом. Итак, вопрос в том, каково другое сопротивление в последовательной комбинации, внутреннее сопротивление батареи?

Это невероятно просто. Сначала нарисуйте ячейку на 2,2 В, затем R (внутренний резистор), внешний резистор на 5 Ом и, наконец, вернитесь к источнику.

На 5 Ом падение 1,8 В.

Что такое внутренний резистор, если ток, протекающий через него, равен I = 1,8/5 ампер = 0,36 А?

Давайте посмотрим на это,

R = E / I, таким образом (2,2 – 1,8)В / 0,36 А

= 0,4 / 0,36 и это равно 1,111 Ом

Здесь внутреннее сопротивление 1,11 Ом.

Существуют альтернативные способы решения этого вопроса, такие как:

Когда ячейка подключена к 5 Ом , ток, протекающий по цепи, равен I = 2,2/(5+r) А. Где r равно внутреннее сопротивление клетки. Падение напряжения на сопротивлении 5 Ом равно

5×2,2/(5+r)=2,2–1,8 и

11=2+0,4r,

, поэтому r=9/0,4 Ом.

Замкнутая цепь обеспечивает ток и проводимость

Третий и самый точный способ решения:

• Падение напряжения на внутреннем сопротивлении равно 2,2 – 1,8 = 0,4 В.

Ток через сопротивление 5 Ом=1,85=0,36 А

Когда два сопротивления соединены последовательно, через них будет течь одинаковый ток.

IR=0,40,36=1,11 Ом

Думаю, теперь вы знаете, как рассчитать внутреннее сопротивление аккумуляторов.

Рассмотрим две лампочки, одна на 50 Вт, а другая на 75 Вт, обе рассчитаны на 120 В. Какая лампочка обладает наибольшей устойчивостью? Какая лампочка имеет наибольший ток?

Ток должен быть больше, чтобы работать с большей мощностью при том же напряжении. Поскольку ток обратно пропорционален сопротивлению, лампочка с большей мощностью имеет меньшее сопротивление.

Глядя на уравнение, связывающее силу тока и сопротивление, можно прийти к такому же выводу:

P=U2/R

При измерении сопротивления лампы накаливания нужно быть осторожным: оно значительно изменится, когда нить холодная по сравнению с горячей. Когда лампа накаливания холодная, она почти полностью замыкается по сравнению с горячей.

Чем ниже сопротивление, тем выше потребляемая мощность (при одинаковом напряжении). Из-за более низкого сопротивления может протекать больший ток при том же электрическом напряжении (напряжении)

Используя формулу Мощность = V2 / R

288 Ом.

I=P/V = 50/120 = 0,417 Ампер потребляется 50-ваттной лампочкой.

Для лампы мощностью 75 Вт R=V2/P = 1202 / 75 = 192 Ом.

I=P/V = 75/120 = 0,625 Ампер потребляется 75-ваттной лампочкой.

Сопротивление 50-ваттной лампы самое высокое.

Наибольший ток несет 75-ваттная лампа.

Уравнение Эйнштейна — главное нововведение в физике

12-вольтовая батарея была подключена к нагрузке 10 Ом. Потребляемый ток был 1,18 ампер. Каково было внутреннее сопротивление батареи?

Для начала необходимо принять, что напряжение или ЭДС батареи составляет ровно 12В. Теперь вы можете найти внутреннее сопротивление, используя закон Ома.

Rобщ = 12 В / 1,18 А = 10,17 Ом Rобщ = В/I = 12 В / 1,18 А = 10,17 Ом

Всего – Rнагрузка = 10,17 Ом – 10 Ом = 0,017 Ом

Мощность, рассеиваемая нагрузкой с известным сопротивлением, подключенной к известной разности потенциалов, может быть рассчитана по формуле… В течение одной минуты батарея 10 В обеспечивает резистивную нагрузку 10 Ом . Что именно? Аккумулятор на 24 вольта имеет внутреннее сопротивление 1 Ом в показанной цепи, а амперметр показывает силу тока 12 А.

Или можно сделать так

Ответ на этот вопрос можно найти непосредственно в омах Закон.

По закону Ома можно рассчитать напряжение, сопротивление и ток в последовательно соединенной цепи.

V=I⋅R

где V обозначает напряжение, I обозначает ток, а R обозначает сопротивление найти по пути. В этом случае у нас есть внешнее сопротивление (обозначенное R) и внутреннее сопротивление батареи (обозначенное r).

Поскольку теперь мы знаем напряжение (12 В), ток (1,18 А) и внешнее сопротивление (10), мы можем решить следующее уравнение:

I⋅(R+r)=В

R+r= VI

r=VI−R

Подставляя наши переменные действительными числами:

r=121,18−10≈0,1695Ω

Посмотрите видео об основном электричестве и его элементах

A разность потенциалов на клеммах аккумулятора 12 вольт при подключении к внешнему сопротивлению 20 Ом и 13,5 вольт при подключении к внешнему сопротивлению 45 Ом. Каковы ЭДС и внутреннее сопротивление батареи?

Пусть E — ЭДС батареи, а R — внутреннее сопротивление батареи, тогда для 20 Ом ток равен 12/20 = 0,6 А, а для 45 Ом ток равен 13,5/45 = 0,3 А, поэтому первое условие 0,6R+12=E и второе условие 0,3R+13,5=E, поэтому решение R= 5 Ом и E= 15 В.

E=15 В

r=5 Ом

Вот как это можно сделать:

Определите ток для каждой цепи,

I1=0,6[A] и I2=0,3[A]

Напишите уравнение для каждой цепи, используя уравнение U=E-I*r. Будет два уравнения и две переменные.

Вычислить E.

Чтобы найти r, подставьте найденное значение E обратно в любое уравнение.

Вся физика связана с электрическими цепями

При силе тока 1,5 А PD батареи составляет 10 В, а при токе 2,5 А PD составляет 8 В. Каково внутреннее сопротивление батареи?

Согласно постановке задачи

Vbat – Ix Ri = Pd

и предполагается, что

10 = Vbat – 1,5*Ri (уравнение 1)

и

8 = Vbat – 2 .5*Ri (уравнение 2)

У нас есть два линейных алгебраических уравнения первого порядка с двумя неизвестными величинами, которые мы можем довольно легко решить подстановкой. Уравнение 1 преобразуется, чтобы дать

Vbat = 10, умноженное на 1,5 * Ri

, и подстановка его в уравнение 2 дает

8 = (10 + 1,5 Ri) минус 2,5 Ri

9 0002 Поэтому

8 + (1,5 –2,5) = 10

Итак, чтобы определить Ri,

-2 равняется -Ri

, в результате чего Ri = 2 Ом

Посмотрите видео о том, как узнать внутреннее сопротивление и ЭДС элемента

В чем разница между ваттами и вольтами?

Вольт – единица потенциальной энергии . Он показывает, сколько энергии может дать единица силы тока , а ампер — это единица измерения силы тока. Он говорит нам о количестве электронов, протекающих в секунду.

Ватт — это единица мощности, которая показывает, сколько энергии используется в единицу времени. Один ватт — это мощность, обеспечиваемая источником питания в один вольт при протекании тока в один ампер: 1 В 1 А равно 1 Вт

Чтобы рассчитать количество потребляемой энергии, умножьте количество ватт на время. Киловатт-час (кВтч) — это стандартная единица энергии, которая в 1000 раз превышает количество энергии, потребляемой при использовании одного ватта мощности в течение одного часа.

Думаю, вы хорошо знакомы с ваттами и вольтами и их различиями.

Вот таблица, показывающая стандартные электрические единицы измерения вместе с их символами

9 0295 Вт 902 94

Электрические параметры	Единица измерения СИ	Обозначение	Описание
Напряжение	Вольт 9 0298	В или E	Единица измерения электрического потенциала В=I x R
Ток	Ампер	I или i	Единицы измерения электрического тока I = V/R
Сопротивление 9 0004	Ом	R, Ом	Единица сопротивления постоянному току R=V/I
Мощность	Ватт	Единица измерения мощности P = V × I
Проводимость	Симен	G или ℧	Обратное сопротивление G= 1/R
Заряд	Кулон	Q	Единица измерения электрического заряда Q=C x V

Стандартные международные единицы измерения электрического тока

Заключительные мысли

Внутреннее сопротивление — это сопротивление потоку тока, который проходит через элементы и батареи. Это сопротивление также приводит к выделению тепла. Различные параметры электрического тока помогают нам найти другие неизвестные параметры.

Различные практические задачи помогают нам лучше понять эти параметры. Ранее были решены различные проблемы, которые помогли нам найти электродвижущие силы (ЭДС), внутреннее сопротивление и ток.

Физика — это не просто понимание; это наука о физических параметрах нашей повседневной жизни. Он включает в себя ток, проводимость и различные законы физики.

Все, что вам нужно знать, это практиковать эти задачи и запоминать формулы, чтобы справиться с экзаменами и любыми числовыми задачами, с которыми вы сталкиваетесь в жизни.

Другие статьи

• Различия между мангой и ранобэ
• Копье и копье – в чем разница
• Индийцы против пакистанцев (основное отличие)

Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление (5.4.1) | AQA AS Physics Revision Notes 2016

5.4.1 Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление

Проверьте себя

Электродвижущая сила

• Когда заряд проходит через источник питания, такой как аккумулятор, он получает электроэнергии
• 900 03 электродвижущая сила ( e. m.f) определяется как:

Количество химической энергии, преобразованной в электрическую энергию на кулон заряда (Кл) при прохождении через источник питания

• Это также можно записать как:

 

• ЭДС можно представить символом ε 9025 8 (греческая буква эпсилон)
  • На самом деле это не сила, а измеряется в вольт (В)

• ЭДС равна разности потенциалов на ячейке при отсутствии тока
• ЭДС можно измерить, подключив высокоомный вольтметр к клеммам ячейки в разомкнутой цепи , как так:

ЭДС измеряется с помощью вольтметра, подключенного параллельно к ячейке

• Если бы не было внутреннего сопротивления, терминал p.d будет равен ЭДС

Он определяется как:

В = IR

• Где:
  • В = клемма p. d (В)
  • I = ток (А)
  • R = сопротивление (Ом)

• сопротивление, клемма p.d всегда ниже чем ЭДС

• В замкнутой цепи ток протекает через ячейку, и на внутреннем сопротивлении возникает разность потенциалов
• Поскольку сопротивление противодействует току, это уменьшает энергию на единицу заряда (напряжения), доступную для остальных внешних схема
• Эта разница называется «потерянные вольты». 57 Работа, совершаемая на единицу заряда/кулон для преодоления внутреннего сопротивление/сопротивление внутри батареи (при протекании тока)
  • • Другими словами, это напряжение, теряемое в ячейке из-за внутреннего сопротивления
    • Итак, из закона сохранения энергии: v = э.д.с. – клемма p.d

   v = ε – V = I r (закон Ома)

  9 0019 Где:
  • v = потерянные вольты (В)
  • I = ток (А)
  • r = внутреннее сопротивление батареи (Ом)
  • ε = ЭДС (В)
  • В = клемма p. d (В) 9002 0
  • ЭДС представляет собой сумму этих разностей потенциалов, что дает следующее уравнение:
  • Таким образом, ЭДС может быть определена как общее или максимальное напряжение, доступное для цепи

  Внутреннее сопротивление

  • Вся мощность источники питания имеют некоторое сопротивление между клеммами
    • Это называется внутреннее сопротивление ( r )
  • Внутреннее сопротивление определяется как:

  Сопротивление материалов внутри батареи

  • Именно внутреннее сопротивление заставляет циркулирующий заряд рассеивать часть электрической энергии от самого источника питания
    • Вот почему элемент нагревается через некоторое время
  • Следовательно, со временем внутреннее сопротивление вызывает потеря напряжения или потеря энергии в источнике питания
  • Элемент можно рассматривать как источник ЭДС с последовательно включенным внутренним сопротивлением. Это показано на схеме ниже:

  Схема, показывающая ЭДС и внутреннее сопротивление источника питания

  • Где:
    • Резистор  R – нагрузка резистор’
    • r внутреннее сопротивление
    • ε ЭДС
    • В _r – потерянное напряжение
    • В _R – полная мощность на нагрузочном резисторе, такая же, как и на клемме p.d

  Рабочий пример

  Батарея с ЭДС 7,3 В и внутренним сопротивлением r 0,3 Ом соединена последовательно с резистором сопротивлением 9,5 Ом. Определить:

  а)      Ток в цепи

  б)    Потери вольт от батареи

  90 005

  Exam Tip

  Если в экзаменационном вопросе указано «батарея с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением», это предполагает, что ЭДС батареи равна ее напряжению. Расчеты внутреннего сопротивления здесь не нужны. Если батарея на принципиальной схеме включает внутреннее сопротивление (как в рабочем примере), то необходимо использовать уравнения ЭДС.