Эдс может быть отрицательным

Для гальванического элемента принята следующая форма записи (на примере элемента Даниэля):

где вертикальная линия | обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия || — солевой мостик. Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом; электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом. Гальванический элемент принято записывать так, чтобы анод находился слева.

Электродные полуреакции принято записывать как реакции восстановления (таблица 12.1), поэтому общая реакция в гальваническом элементе записывается как разность между реакциями на правом и левом электродах:

Правый электрод: Cu 2+ + 2e = Cu

Левый электрод: Zn 2+ + 2e = Zn

Общая реакция: Cu 2+ + Zn = Cu + Zn 2+

Потенциал E электрода рассчитывается по формуле Нернста:

,

где aOx и aRed — активности окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции; E oстандартный потенциал электрода (при aOx = aRed =1); n — число электронов, участвующих в полуреакции; R — газовая постоянная; T — абсолютная температура; F — постоянная Фарадея. При 25 o C

Стандартные электродные потенциалы электродов измеряются относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого принят равным нулю. Значения некоторых стандартных электродных потенциалов приведены в таблице 12.1.

Электродвижущая сила (ЭДС) элемента равна разности потенциалов правого и левого электродов:

Если ЭДС элемента положительна, то реакция (так, как она записана в элементе) протекает самопроизвольно. Если ЭДС отрицательна, то самопроизвольно протекает обратная реакция.

Стандартная ЭДС равна разности стандартных потенциалов:

.

Для элемента Даниэля стандартная ЭДС равна

E o = E o (Cu 2+ /Cu) — E o (Zn 2+ /Zn) = +0.337 — (-0.763) = +1.100 В.

ЭДС элемента связана с G протекающей в элементе реакции:

G = — nFE.

Зная стандартную ЭДС, можно рассчитать константу равновесия протекающей в элементе реакции:

.

Константа равновесия реакции, протекающей в элементе Даниэля, равна

= 1.54 . 10 37 .

Зная температурный коэффициент ЭДС , можно найти другие термодинамические функции:

S =

H = G + T S = — nFE + .

Таблица 12.1. Стандартные электродные потенциалы при 25 o С.

Электрод

Электродная реакция

E o , В

Li + /Li Li + + e = Li -3.045 K + /K K + + e = K -2.925 Ba 2+ /Ba Ba 2+ + 2e = Ba -2.906 Ca 2+ /Ca Ca 2+ + 2e = Ca -2.866 Na + /Na Na + + e = Na -2.714 La 3+ /La La 3+ + 3e = La -2.522 Mg 2+ /Mg Mg 2+ + 2e = Mg -2.363 Be 2+ /Be Be 2+ + 2e = Be -1.847 A1 3+ /A1 Al 3+ + 3e = Al -1.662 Ti 2+ /Ti Ti 2+ + 2e = Ti -1.628 Zr 4+ /Zr Zr 4+ + 4e = Zr -1.529 V 2+ /V V 2+ + 2e = V -1.186 Mn 2+ /Mn Mn 2+ + 2e = Mn -1.180 WO4 2- /W WO4 2- + 4H2O + 6e = W + 8OH — -1.05 Se 2- /Se Se + 2e = Se 2- -0.77 Zn 2+ /Zn Zn 2+ + 2e = Zn -0.763 Cr 3+ /Cr Cr 3+ + 3e = Cr -0.744 Ga 3+ /Ga Ga 3+ + 3e = Ga -0.529 S 2- /S S + 2e = S 2- -0.51 Fe 2+ /Fe Fe 2+ + 2e = Fe -0.440 Cr 3+ ,Cr 2+ /Pt Cr 3+ + e = Cr 2+ -0.408 Cd 2+ /Cd Cd 2+ + 2e = Cd -0.403 Ti 3+ , Ti 2+ /Pt Ti 3+ + e = Ti 2+ -0.369 Tl + /Tl Tl + + e = Tl -0.3363 Co 2+ /Co Co 2+ + 2e = Co -0.277 Ni 2+ /Ni Ni 2+ + 2e = Ni -0.250 Mo 3+ /Mo Mo 3+ + 3e = Mo -0.20 Sn 2+ /Sn Sn 2+ + 2e = Sn -0.136 Pb 2+ /Pb Pb 2+ + 2e = Pb -0.126 Ti 4+ , Ti 3+ /Pt Ti 4+ +e = Ti 3+ -0.04 D + /D2, Pt D + + e = 1 /2 D2 -0.0034 H + /H2, Pt H + + e = 1 /2 H2 0.000 Ge 2+ /Ge Ge 2+ + 2e = Ge +0.01 Br — /AgBr/Ag AgBr + e = Ag + Br — +0.0732 Sn 4+ , Sn 2+ /Pt Sn 4+ + 2e = Sn 2+ +0.15 Cu 2+ , Cu + /Pt Cu 2+ + e = Cu + +0.153 Cu 2+ /Cu Cu 2+ + 2e = Cu +0.337 Fe(CN)6 4- , Fe(CN)6 3- /Pt Fe(CN)6 3- + e = Fe(CN)6 4- +0.36 OH — /O2, Pt l /2 O2 + H2O + 2e = 2OH — +0.401 Cu + /Cu Cu + + e = Cu +0.521 J — /J2, Pt J2 + 2e = 2J — +0.5355 Te 4+ /Te Te 4+ + 4e = Te +0.56 MnO4 — , MnO4 2- /Pt MnO4 — + e = MnO4 2- +0.564 Rh 2+ /Rh Rh 2+ /Rh +0.60 Fe 3+ , Fe 2+ /Pt Fe 3+ + e = Fe 2+ +0.771 Hg2 2+ /Hg Hg2 2+ + 2e = 2Hg +0.788 Ag + /Ag Ag + + e = Ag +0.7991 Hg 2+ /Hg Hg 2+ + 2e = Hg +0.854 Hg 2+ , Hg + /Pt Hg 2+ + e = Hg + +0.91 Pd 2+ /Pd Pd 2+ + 2e = Pd +0.987 Br — /Br2, Pt Br2 + 2e = 2Br — +1.0652 Pt 2+ /Pt Pt 2+ + 2e = Pt +1.2 Mn 2+ , H + /MnO2, Pt MnO2 + 4H + + 2e = Mn 2+ + 2H2O +1.23 Cr 3+ , Cr2O7 2- , H + /Pt Cr2O7 2- + 14H + + 6e = 2Cr 3+ + 7H2O +1.33 Tl 3+ , Tl + /Pt Tl 3+ + 2e = Tl + +1.25 Cl — /Cl2, Pt Cl2 + 2e = 2Cl — +1.3595 Pb 2+ , H + /PbO2, Pt PbO2 + 4H + + 2e = Pb 2+ + 2H2O +1.455 Au 3+ /Au Au 3+ + 3e = Au +1.498 MnO4 — , H + /MnO2, Pt MnO4 — + 4H + + 3e = MnO2 + 2H2O +1.695 Ce 4+ , Ce 3+ /Pt Ce 4+ + e = Ce 3+ +1.61 SO4 2- ,H + /PbSO4, PbO2, Pb PbO2 + SO4 2- + 4H + + 2e =
PbSO4 + 2H2O +1.682 Au + /Au Au + + e = Au +1.691 H — /H2, Pt H2 + 2e = 2H — +2.2 F — /F2, Pt F2 + 2e = 2F — +2.87

Пример 12-1. Рассчитать стандартный электродный потенциал пары Cu 2+ /Cu + по данным таблицы 11.1 для пар Cu 2+ /Cu и Cu + /Cu.

Cu 2+ + 2e = Cu G o = —nFE o = -2(96485 Кл . моль -1 )(+0.337 В) = -65031 Дж . моль -1 .

Cu + + e = Cu G o = —nFE o = -(96485 Кл . моль -1 )(+0.521 В) = -50269 Дж . моль -1 .

Cu 2+ + e = Cu + G o = —nFE o = -3(96485 Кл . моль -1 )E o = -14762 Дж . моль -1 ,

откуда E o = +0.153 В.

Пример 12-2. Составить схему гальванического элемента, в котором протекает реакция

Рассчитать стандартную ЭДС элемента при 25 o C, G o и константу равновесия реакции и растворимость AgBr в воде.

Ag | AgBr| Br — || Ag + | Ag

Правый электрод: Ag + + e = Ag E o = 0.7792 В

Левый электрод: AgBr + e = Ag + Br — E o = 0.0732 В

Общая реакция: Ag + + Br — = AgBr E o = 0.7260 В

G o = —nFE o = -(96485 Кл . моль -1 )(0.7260 В) = -70.05 кДж . моль -1

= 1.872 . 10 12

1/K= a(Ag + ) . a(Br — ) = m(Ag + ) . m(Br — ) . ( ) 2 = m 2 ( ) 2

Читайте также:  0X6d9 ошибка брандмауэра windows 10

Отсюда, полагая = 1, получаем m = 7.31 . 10 -7 моль . кг -1

Пример 12-3. H реакции Pb + Hg2Cl2 = PbCl2 + 2Hg, протекающей в гальваническом элементе, равно -94.2 кДж . моль -1 при 298.2 K. ЭДС этого элемента возрастает на 1.45 . 10 -4 В при повышении температуры на 1К. Рассчитать ЭДС элемента и S при 298.2 K.

= 2 . 96485 . 1.45 . 10 -4 = 28.0 (Дж . моль -1. K -1 ).

G = HT S = —nFE, откуда

= = 0.531 (В).

Ответ. S = 28. Дж . моль -1 K -1 ; E = 0.531 В.

12-1. Рассчитать стандартный электродный потенциал пары Fe 3+ /Fe по данным таблицы 12.1 для пар Fe 2+ /Fe и Fe 3+ /Fe 2+ . (ответ)

12-2. Рассчитать произведение растворимости и растворимость AgCl в воде при 25 o C по данным таблицы 12.1. (ответ)

12-3. Рассчитать произведение растворимости и растворимость Hg2Cl2 в воде при 25 o C по данным о стандартных электродных потенциалах. (ответ)

12-4. Рассчитать константу равновесия реакции диспропорционирования 2Cu + Cu 2+ + Cu при 25 o C. (ответ)

12-5. Рассчитать константу равновесия реакции ZnSO4 + Cd = CdSO4 + Zn при 25 o C по данным о стандартных электродных потенциалах. (ответ)

12-6. ЭДС элемента, в котором обратимо протекает реакция 0.5 Hg2Cl2 + Ag = AgCl + Hg, равна 0.456 В при 298 К и 0.439 В при 293 К. Рассчитать G, H и S реакции. (ответ)

12-7. Вычислить тепловой эффект реакции Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag, протекающей в гальваническом элементе при 273 К, если ЭДС элемента E= 1.015 В и температурный коэффициент ЭДС = — 4.02 . 10 -4 В . K -1 . (ответ)

12-8. В гальваническом элементе при температуре 298 К обратимо протекает реакция Cd + 2AgCl = CdCl2 + 2Ag. Рассчитать изменение энтропии реакции, если стандартная ЭДС элемента E o = 0.6753 В, а стандартные энтальпии образования CdCl2 и AgCl равны -389.7 и -126.9 кДж . моль -1 соответственно. (ответ)

12-9. ЭДС элемента Pt | H2 | HCl | AgCl | Ag при 25 o C равна 0.322 В. Чему равен pH раствора HCl . (ответ)

12-10. Растворимость Cu3(PO4)2 в воде при 25 o C равна 1.6 . 10 -8 моль . кг -1 . Рассчитать ЭДС элемента Pt | H2 | HCl (pH = 0) | Cu3(PO4)2 (насыщ. р-р) | Cu при 25 o C. (ответ)

12-11. Три гальванических элемента имеют стандартную ЭДС соответственно 0.01, 0.1 и 1.0 В при 25 o C. Рассчитать константы равновесия реакций, протекающих в этих элементах, если количество электронов для каждой реакции n = 1. (ответ)

12-12. ЭДС элемента Pt | H2 | HBr | AgBr | Ag в широком интервале температур описывается уравнением: E o (В) = 0.07131 — 4.99 . 10 -4 (T — 298) — 3.45 . 10 -6 (T — 298) 2 . Рассчитать G o , H o и S o реакции, протекающей в элементе, при 25 o C. (ответ)

12-13. Для измерения pH раствора можно применять хингидронный электрод. (Хингидрон, Q . QH2, представляет собой комплекс хинона, Q = C6H4O2, и гидрохинона, QH2 = C6H4O2H2). Электродная полуреакция записывается как Q + 2H + + 2e QH2, стандартный потенциал E o = +0.6994 В. Если элемент Hg | Hg2Cl2 | HCl | Q . QH2 | Pt имеет ЭДС +0.190 В, каков pH раствора HCl . (ответ)

12-14. В гальваническом элементе обратимо протекает реакция CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu. Рассчитать H и S реакции, если ЭДС элемента равна 1.960 В при 273 К и 1.961 В при 276 К. (ответ)

12-15. В элементе Вестона протекает реакция Cd + Hg2SO4 = Cd 2+ + 2Hg. Рассчитать ЭДС этого элемента при 303 K, если H и S протекающей в нем реакции равны соответственно -198.8 кДж . моль -1 и -7.8 Дж . моль -1 K -1 . (ответ)

12-16. H реакции Pb + 2AgCl = PbCl2 + 2Ag, протекающей в гальваническом элементе, равно -105.1 кДж . моль -1 . ЭДС этого элемента равна 0.4901 В при 298.2 K. Рассчитать ЭДС элемента при 293.2 K. (ответ)

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7

4) 5)

115. Какой рисунок соответствует зависимости молярной электроповодности () от концентрации (с) ?

1) 2) 3)

4) 5)

116. Как изменяется удельная электрическая проводимость электролитов с ростом их концентации?

3) характер зависимости различный для разных электролитов;

4) проходит через максимум;

5) при низких концентрациях падает, а затем начинает расти.

117. Как изменяется эквивалентная электрическая проводимость сильных электролитов с ростом их концентрации?

2) остается постоянной;

3) для разных электролитов зависимость разная;

4) при низких концентрациях растет, а затем падает;

5) проходит через максимум.

118. Зависимость является уравнением :

5) Дебая — Гюккеля; 2) Онзагера; 3) Кольрауша; 4) Оствальда; 5) Вант-Гоффа.

119. Может ли ЭДС цепи гальванического элемента быть величиной отрицательной?

1) Может принимать любые значения.

2) ЭДС в реальных растворах может быть отрицательной.

3) ЭДС всегда положительна, т. к. она связана с максимально полезной работой процесса, самопроизвольно протекающего в элементе.

4) ЭДС может быть отрицательной, если оба электрода обратимы и — DG= nFE.

5) ЭДС может быть отрицательной величиной, если выполняется условие

120. Может ли ЭДС цепи гальванического элемента быть величиной отрицательной?

1) Может принимать любые значения.

2) ЭДС в реальных растворах может быть отрицательной.

3) ЭДС всегда положительна, т. к. она связана с максимально полезной работой процесса, самопроизвольно протекающего в элементе.

4) ЭДС может быть отрицательной, если оба электрода обратимы и — DG= nFE.

5) ЭДС может быть отрицательной величиной, если выполняется условие

121. Что такое ЭДС гальванического элемента?

1) Наибольшая разность потенциалов правильно разомкнутой цепи, работающей в обратимых условиях.

2) Максимальная полезная работа реакции, протекающей в электрохимическом элементе.

3) Это мера электрической энергии, получаемой в гальваническом элементе.

4) ЭДС — это алгебраическая сумма положительных электродных потенциалов.

5) ЭДС — это суммарный результат всех процессов, происходящих на поверхности электрода.

122. Что называют стандартной электродвижущей силой (Е0) гальванического элемента?

1) ЭДС элемента, когда активности всех частиц, участвующих в электрохимической реакции, равны 1.

2) ЭДС элемента, измеренная при 25 0С.

3) ЭДС обратимо работающего гальванического элемента.

4) ЭДС гальванического элемента, равная максимально полезной работе.

5) ЭДС гальванического элемента, равная энергии Гиббса.

123. Чему соответствует стандартная ЭДС гальванического элемента?

1) Е0=nFE; 2) Е0=-nFE; 3) E0=; 4) Е0=RTlnKC; 5) E0=-.

124. Как связана ЭДС обратимо работающего гальванического элемента с максимально полезной работой?

1) Amax=nFE; 2) — Amax=nFE;3) Amax>nFE; 4) Amax G; 4) nFE£G; 5) все ответы не верны.

134. Константу равновесия реакции, протекающей в гальваническом элементе, можно определить на основании значения:

1) ЭДС (Е); 2) DS; 3) DH; 4) Е0; 5) ¶E/¶T.

Читайте также:  Зайти на сайт авито без регистрации

135. Температурный коэффициент ЭДС показывает:

1) как изменяется ЭДС гальванического элемента при нагревании;

2) как изменяется ЭДС обратимо работающего гальванического элемента при замене сильного электролита на слабый;

3) во сколько раз изменяется ЭДС элемента при нагревании на 10;

4) во сколько раз изменяется ЭДС элемента при увеличении концентрации электролита;

5) все ответы не верны.

136. В каком уравнении содержится ошибка?

1) DG=-nFE; 2) Amax=nFE; 3) E=E0+;

137. Стандартным водородным электродом называется тот.

1) электрод, у которого активность ионов гидроксония равны единице при температуре 298 К;

2) электрод, у которого давление при любых температурах равно одной атмосфере;

3) электрод, у которого при любой температуре активность ионов гидроксония равна единице, а давление равно 1 атмосфере.

4) электрод, у которого при любой температуре активность ионов гидроксония равна единице;

5) электрод, у которого при температуре 298 К давление равно 1 атмосфере.

138. Как изменяется электродный потенциал водородного электрода при увеличении давления водорода?

1) Потенциал водородного электрода не зависит от давления, т. к.

, а =0.

2) Электродный потенциал будет уменьшаться, т. к.

=0.

3) Электродный потенциал будет увеличиваться, т. к.

, а =0.

4) Электродный потенциал будет уменьшаться, т. к.

, а =0.

5) Электродный потенциал будет увеличиваться, т. к.

, а =0.

139. К какому типу электродов относится электрод Ni2+/Ni.

3) к сложным окислительно-восстановительным электродам;

4) к ион-селективным электродам;

5) все ответы не верны.

140. К какому типу электродов относится электрод Cl-/Cl2,Pt.

3) к сложным окислительно-восстановительным электродам;

4) к ион-селективным электродам;

5) все ответы не верны.

141. схема относится…

1) химическим цепям;

2) концентрационным цепям;

3) к цепям первого рода;

4) к ионселективным цепям;

5) все ответы не верны.

142. Какая схема соответсвует окислительно-восстановительному электроду?

143. Какая схема соответсвует электроду второго рода?

144. Какая схема соответсвует газовому электроду?

145. Как изменяется электродный потенциал хлорного электрода при увеличении давления?

1) Потенциал хлорного электрода не зависит от давления;

2) Потенциал хлорного электрода будет увеличиваться, т. к.

e=e0+;

3) Потенциал хлорного электрода будет уменьшаться, т. к.

e=e0+;

4) Потенциал хлорного электрода будет увеличиваться, т. к.

e=e0+;

5) Потенциал хлорного электрода будет уменьшаться, т. к.

e=e0+.

146. Если в гальваническом элементе оба электрода одинаковы, на них протекают одинаковые полуреакции, но в противоположных направлениях, то такие цепи относятся:

2) к концентрационным;

4) к сложным окислительно–восстановительным;

5) такие системы не существуют.

147. Если в гальваническом элементе электроды разные, на них протекают разные полуреакции, а энергия суммарной реакции переходит в электрическую, то такие цепи называют:

5) все ответы не верны.

1) СdCl2/Cd ; 2) Cd 2+ /Cd и Сl -,/AgCl, Ag 3) Cl — /AgCl, Ag 4) нет электродов II рода; 5) все ответы не верны.

1) H+ /H2,Pt ; 2) Fe 3+ ,Fe2+/Pt; 3) H+ /H2, Pt и Fe 3+ ,Fe2+/Pt; 4) элемент не содержит электрод II рода; 5) все ответы не верны.

150. Электрод eН0, 0Н , Pt относится:

1) к электроду I рода;

2) к электроду II рода;

3) к окислительно-восстановительным электродам;

Статьи, Схемы, Справочники

Напряжение на участке цепи. Под, напряжением на некотором участке электрической цепи понимают разность потенциалов между крайними точками этого участка. На рис. Пусть ток I течет от точки а к точке b от более высокого потенциала к более низкому. В электротехнике разность потенциалов на концах сопротивления называют либо напряжением на сопротивлении, либо падением напряжения. В дальнейшем разность потенциалов на концах сопротивления, т.

Поиск данных по Вашему запросу:

Эдс может быть отрицательным

Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Перейти к результатам поиска >>>

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ЭДС — электродвижущая сила

Электродвижущая сила

Двухполюсник и его эквивалентная схема. Понятие применяется в теории цепей при замене реального источника идеальными элементами, то есть при переходе к эквивалентной схеме.

Рассмотрим пример. Попробуем завести двигатель. Опыт показывает, что при питании от батареек вал стартера не повернётся ни на градус. Более того, не сработает даже втягивающее реле. Напряжение в обоих случаях одинаково:. Казалось бы, в соответствии с законом Ома ток в одинаковой нагрузке при электрически одинаковых источниках также должен быть одинаковым. Однако в действительности это не совсем так.

Источники вели бы себя одинаково, если бы были идеальными генераторами напряжения. Для описания степени отличия реальных источников от идеальных генераторов и применяется понятие внутреннее сопротивление. Сопротивление и внутреннее сопротивление. Основной характеристикой двухполюсника является его сопротивление или импеданс[1]. Однако характеризовать двухполюсник одним только сопротивлением не всегда возможно. Таким образом, для двухполюсников, содержащих источники то есть генераторы напряжения и генераторы тока необходимо говорить именно о внутреннем сопротивлении или импедансе.

Родственные термины. Входное сопротивление — внутреннее сопротивление двухполюсника, которым является вход системы. Выходное сопротивление — внутреннее сопротивление двухполюсника, которым является выход системы. Физические принципы. Несмотря на то, что на эквивалентной схеме внутреннее сопротивление представлено как один пассивный элемент причем активное сопротивление, то есть резистор в нем присутствует обязательно , внутреннее сопротивление не сосредоточено в каком-либо одном элементе.

Двухполюсник лишь внешне ведет себя так, словно в нем имеется сосредоточенный внутренний импеданс и генератор напряжения. В действительности внутреннее сопротивление является внешним проявлением совокупности физических эффектов:. Если в двухполюснике имеется только источник энергии без какой-либо электрической схемы например, гальванический элемент , то внутреннее сопротивление чисто активное, оно обусловлено физическими эффектами, которые не позволяют мощности, отдаваемой этим источником в нагрузку, превысить определенный предел.

Наиболее простой пример такого эффекта — ненулевое сопротивление проводников электрической цепи. Но, как правило, наибольший вклад в ограничение мощности вносят эффекты неэлектрической природы. Так, например, в химическом источнике мощность может быть ограничена площадью соприкосновения участвующих в реакции веществ, в генераторе гидроэлектростанции — ограниченным напором воды и т. Внутреннее сопротивление не является стабильной величиной: оно может изменяться при изменении каких-либо внешних условий.

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника. Эффект внутреннего сопротивления является неотъемлемым свойством любого двухполюсника. Основной результат наличия внутреннего сопротивления — это ограничение электрической мощности, которую можно получить в нагрузке, питаемой от этого двухполюсника.

Если к источнику с ЭДС[4] генератора напряжения E и активным внутренним сопротивлением r подключена нагрузка с сопротивлением R, то ток, напряжение и мощность в нагрузке выражаются следующим образом. Понятие расчёт применимо к схеме но не к реальному устройству. Расчёт приведён для случая чисто активного внутреннего сопротивления отличия реактивного сопротивления будут рассмотрены далее.

Читайте также:  Как настроить сим карту мотив

Примечание: Строго говоря, любой реальный импеданс в том числе и внутреннее сопротивление обладает некоторой реактивной составляющей, поскольку любой проводник имеет паразитную индуктивность и емкость. Когда мы говорим о чисто активном сопротивлении, то имеем в виду не реальную систему, а ее эквивалентвую схему, содержащую только резисторы: реактивность была отброшена как несущественная при переходе от реального устройства к его эквивалентной схеме.

Если же реактивность существенна при рассмотрении реального устройства, то эквивалентная схема составляется с учетом этой реактивности.

Пусть, имеется двухполюсник, который может быть описан приведенной выше эквивалентной схемой. Двухполюсник обладает двумя неизвестными параметрами, которые необходимо найти:. Тогда неизвестные параметры можно найти из системы уравнений:. Решая систему уравнений, находим искомые неизвестные:. Обычно для вычисления внутреннего сопротивления используется более простая методика: находится напряжение в режиме холостого хода и ток в режиме короткого замыкания двухполюсника. В этом случае система 1 записывается следующим образом:.

Здесь учтено, что выходной ток в режиме холостого хода и выходное напряжение в режиме короткого замыкания равны нулю. Из последних уравнений сразу же получаем:.

Таким образом, чтобы расчитать внутреннее сопротивление и ЭДС эквивалентного генератора для двухполюсника, электрическая схема которого известна, необходимо:. Понятие измерение применимо к реальному устройству но не к схеме. Непосредственное измерение омметром невозможно, поскольку нельзя подключить щупы прибора к выводам внутреннего сопротивления. Поэтому необходимо косвенное измерение, которое принципиально не отличается от расчета — также необходимы напряжения на нагрузке при двух различных значениях тока.

Однако воспользоваться упрощенной формулой 2 не всегда возможно, поскольку не каждый реальный двухполюсник допускает работу в режиме короткого замыкания. Часто применяется следующий простой способ измерения, не требующий вычислений:. В качестве нагрузки подключается переменный резистор и его сопротивление подбирается таким образом, чтобы напряжение на нем составило половину от напряжения холостого хода.

После описанных процедур сопротивление резистора нагрузки необходимо измерить омметром — оно будет равно внутреннему сопротивлению двухполюсника. Какой бы способ измерения ни использовался, следует опасаться перегрузки двухполюсника чрезмерным током, то есть ток не должен превышать максимально допустимого значениях для данного двухполюсника.

Реактивное внутреннее сопротивление. Измерение реактивного внутреннего сопротивления имеет некоторые особенности, поскольку оно является комплекснозначной функцией, а не скалярным значением:. Можно искать различные параметры комплексного значения: модуль, аргумент, только вещественную или мнимую часть, а также комплексное число полностью.

Соответственно, методика измерений будет зависеть от того, что хотим получить. Любой из перечисленных параметров зависит от частоты.

Теоретически, чтобы получить путем измерения полную информацию о реактивном внутреннем сопротивлении, необходимо снять зависимость от частоты, то есть провести измерения на всех частотах, которые может генерировать источник данного двухполюсника. В большинстве случаев следует говорить не о применении внутреннего сопротивления, а об учете его негативного влияния, поскольку внутреннее сопротивление является скорее негативным эффектом.

Тем не менее, в некоторых системах наличие внутреннего сопротивления с номинальным значением является просто необходимым. Упрощение эквивалентных схем. Представление двухполюсника как совокупность генератора напряжения и внутреннего сопротивления является наиболее простой и часто используемой эквивалентной схемой двухполюсника.

Согласование источника и нагрузки. Согласование источника и нагрузки — это выбор соотношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника с целью достижения заданных свойств полученной системы как правило, стараются достичь максимального значения какого-либо параметра для данного источника.

Наиболее часто используются следующие типы согласования:. Согласование по напряжению — получение в нагрузке максимального напряжения. Другими словами, двухполюсник должен быть в режиме холостого хода. При этом максимально достижимое в нагрузке напряжение равно ЭДС генератора напряжения E.

Данный тип согласования применяется в электронных системах, когда носителем сигнала является напряжение, и его необходимо передать от источника к нагрузке с минимальными потерями. Согласование по току — получение в нагрузке максимального тока.

Для этого сопротивление нагрузки должно быть как можно меньшим, по крайней мере, много меньше, чем внутреннее сопротивление источника. Другими словами, двухполюсник должен быть в режиме короткого замыкания. Применяется в электронных системах, когда носителем сигнала является ток. Например, при съеме сигнала с быстродействующего фотодиода целесообразно применять преобразователь ток-напряжение с минимальным входным сопротивлением. Малое входное сопротивление также решает проблему заужения полосы из-за паразитного RC-фильтра.

Согласование по мощности — получение в нагрузке максимальной мощности. Для этого сопротивление нагрузки должно быть равно внутреннему сопротивлению r. Применяется для отбора от источника максимальной мощности.

Согласование по волновому сопротивлению — получение максимального коэффициента бегущей волны в линии передачи в СВЧ технике и теории длинных линий. Почти то же самое, что и согласование по мощности, но применительно к длинным линиям. Волновое сопротивление нагрузки должно быть равно внутреннему сопротивлению r.

В СВЧ технике применяется практически всегда. Чаще всего термин согласованная нагрузка используется именно в этом смысле.

Согласование по току и мощности следует использовать с осторожностью, так как есть опасность перегрузить источник. Понижение высоких напряжений. Иногда к источнику искусственно добавляют большое сопротивление оно добавляется к внутреннему сопротивлению источника для того, чтобы значительно понизить получаемое от него напряжение.

Однако добавление резистора в качестве дополнительного сопротивления так называемый гасящий резистор ведет к бесполезному выделению мощности на нем. Чтобы не расходовать энергию впустую, в системах переменного тока используют реактивные гасящие импедансы, чаще всего конденсаторы. Таким образом строятся конденсаторные блоки питания. Аналогично, при помощи емкостного отвода от высоковольтной ЛЭП можно получить небольшие напряжения для питания каких-либо автономных устройств. Понятие внутреннего сопротивления вводится через эквивалентную схему, поэтому имеют силу те же ограничения, что и для применимости эквивалентных схем.

Значения внутреннего сопротивления относительны: то, что считается малым, например, для гальванического элемента, является очень большим для мощного аккумулятора. Ниже приведены примеры двухполюсников и значения их внутреннего сопротивления r. Тривиальные случаи двухполюсников без источников оговорены особо. Малое внутреннее сопротивление. Нулевым внутренним сопротивлением обладает только идеальный генератор напряжения. Если также рассматривать двухполюсники без источников, то сверхпроводящее короткое соединение тоже имеет нулевое внутреннее сопротивление.

Автомобильная свинцово-кислотная стартерная аккумуляторная батарея имеет r около 0,01 Ом.

§ 2.4. Напряжение на участке цепи

Двухполюсник и его эквивалентная схема. Понятие применяется в теории цепей при замене реального источника идеальными элементами, то есть при переходе к эквивалентной схеме. Рассмотрим пример. Попробуем завести двигатель.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *