STX 1.g
Formål:
At kunne lave en spændingskilde, som kan frembringe strøm via en redox proces og til
dels beregne den indre modstand.
Teori:
I foregår der en Redoxproces. Grunden til at det ikke bliver kaldt et
batteri er fordi der i begrebet batteri, menes at der er sammensat 2 ”elementer”.
Redoxprocessen Består af Zink og kobber.
2 2
)varme()()()()(
0 2 2 0
(blå)
sCuaqZnaqCusZn
Som man kan se på oxidations tallene har Zink afgivet 2
elektroner
)(
e
og kobber optaget to elektroner
)(
e
.
Der vandrer 2 elektroner fra Zn over til Cu. Som derved skaber
en strøm, der går igennem pæren.
Når man skal udregne den samlede modstand i nedenstående
kredsløb bruger man formelen:
I
U
R
Hvor R er resistensen/modstanden (ohm/Ω), U er spændingen (volt)
og I er strømstyrken (Ampere)
Denne udgave er god nok når man ikke skal bruge den indre
modstand i elementet til noget. Skal man derimod bruge den indre
modstand, skal man til en mere avanceret udgave af Ohms lov for et
kredsløb:
Polindre
UIRU
0
Hvor R
indre,
er den indre modstand, I er stadig ampere og R
ydre
er den ydre modstand.
U
Pol
er spændingen ved de to poler uden for det grå, og U
o
er spændings kilden inden for
det grå felt
Forsøgsbeskrivelse:
Man hælder CuSO
4
ned i en beholder og derefter ZnSO
4
ned i en
lerkrukke. Man nedsænker en kobberstangen i CuSO
4
og en zinkstang i ZnSO
4
. Dette
element tilkobles et voltmeter og et amperemeter og en drejemodstand. Modstanden
sættes til forskellige niveauer og derefter aflæses spændingen og strømstyrken.
A
V
mA
_
+
96.72
V
_
+
0.148
x1000 x100 x1 0
Ω
Ω
Ω
Cu
++
Cu
++
Cu
++
Cu
++
Cu
++
Cu
++
SO
4
--
Zn
++
Zn
++
Zn
++
Zn
++
Zn
++
Zn
++
Zn
++
Cu
Zn
2e
-
R
ydre
R
Indre
y = -9,5931x + 1,0691
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-0,01 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13
Resultater:
Ohm (udregnet)
Volt (U)
mA (I)
1160,405 Ohm
1,075
0,9264
660,564 Ohm
1,068
1,6168
114,206 Ohm
0,988
8,651
64,227 Ohm
0,93
14,48
44,273 Ohm
0,877
19,809
19,834 Ohm
0,717
36,15
10,734 Ohm
0,56
52,17
8,705 Ohm
0,503
57,78
7,74 Ohm
0,473
61,06
5,743 Ohm
0,396
68,95
4,747 Ohm
0,35
73,72
3,854 Ohm
0,303
78,62
2,877 Ohm
0,244
84,82
1,935 Ohm
0,178
92
1,838 Ohm
0,172
93,6
1,53 Ohm
0,148
96,72
1,337 Ohm
0,132
98,7
1,131 Ohm
0,114
100,78
1,031 Ohm
0,105
101,89
0,93 Ohm
0,096
103,2
Beregninger:
U
Pol
I
max
U
o
I
Eksempel på udregningen af den samlede modstand I kredsløbet:
OhmKOhm
mA
V
I
U
R 4,1604,1
9264,0
075,1
Udregningen af den indre modstand i :
59,9
111,0
069,1
Max
O
Indre
I
U
R
Som det kan ses på forrige side har grafen hældnings tallet -9,59
hvis vi glemmer minuset giver det altså en indre modstand på 9,59
Ohm, som beregningen også gav.
Udregning af spændingskilden som sider inde for den grå kasse
Polindre
UIRU
0
VoltU
O
07,1877,019,05931,9
Udregning af den maximale strømstyrke (I
Max
) elementet kan levere:
Ampere
R
U
I
Indre
O
Max
111,0
59,9
069,1
Fejlkilder:
Efter nogen tid kan elementet ikke lever den samme mængde energi og man kan
måske få nogle lidt anderledes resultater. Man kan også indstille den variable
modstand forkert, så den har mindre eller flere ohm end man ville.
En lille sjov, måske ubetydelig fejlkilde kan dog for nævnes.
I kassen med den ”variable modstand” sidder der nogle små modstande som har en
speciel farve kode. Til sidst I denne farve kode sidder der enten en Sølv- eller
guldfarvet ring. Disse bestemmer hvor stor en fejlprocent der er. Henholdsvis 5
eller 10 %. Lad os sige at vi gav en 1 Kohm modstand med en
fejlprocent på 5 %. Der ville da være en misvisning på:
Ohm505,0100
og da vi jo
havde regnet den indre modstand til ca. 9,5931 ohm er det altså med en smule
usikkerhed.
Konklusion:
Formålet er opfyldt.
Det er en velegnet metode til at se hvordan et element er opbygget, og en
udmærket metode til at udregne den indre modstand.
Rune Brogaard 1.x
R
ydre
R
Indre