Indre modstand og EMF

Fysik B · STX · B-niveau · Elektricitet

⚛️ Indre modstand og EMF

Indre energi U = total energi af alle molekyler i et system: kinetisk (translation, rotation, vibration) + potentiel (intermolekylære bindinger). For ideal gas afhænger U KUN af T.

Varmekapacitet: C = Q/ΔT (J/K). Hvor meget varme skal tilføres for at hæve temperatur 1 K.

Specifik varmekapacitet: c = C/m (J/(kg·K)). Eksempler: vand 4180 J/(kg·K) — meget høj! Aluminium 900. Jern 460. Bly 130. Luft 1005 (ved konst. tryk).

Hvorfor vand har høj c: hydrogenbindinger optager meget energi. Forklarer hvorfor havene stabiliserer klimaet og kroppen regulerer T.

Molær varmekapacitet: C_m = C/n (J/(mol·K)). For ideal monoatomisk gas: C_v = (3/2)R = 12,5 J/(mol·K). Diatomisk: C_v = (5/2)R. C_p − C_v = R (gaskonstant).

Q = m·c·ΔT: standardformel for opvarmning.

Faseskift: ekstra energi kræves selvom T er konstant.

Smeltevarme (latent fusion): vand 334 kJ/kg.

Fordampningsvarme (latent vaporization): vand 2260 kJ/kg ved 100°C.

Eksempel: smelt 1 kg is på 0°C og varm til 100°C. Energi: 334 + 4,18·100 = 752 kJ. Fordamp: + 2260 = 3012 kJ til at koge bort.

Kalorimetri: bestem c_x af ukendt stof ved at dyppe i vand med kendt T og masse. Ligning: m_x·c_x·ΔT_x = m_vand·c_vand·ΔT_vand.

Newton's afkølings-lov: dT/dt = -k(T - T_omgivelse). Eksponentielt henfald mod omgivelsestemperatur.

Læringsmål

• Anvende Ohms lov U = RI og beregne effekt P = UI
• Beregne serie- og parallelmodstande
• Anvende Kirchhoffs strøm- og spændingslov
• Forklare EMF og indre modstand
• Forklare kondensatorer og elektrisk felt

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar, hvad EMF (elektromotorisk kraft) er, og hvordan det adskiller sig fra klemspænding
• Beregn klemspændingen af en spændingskilde med given EMF, indre modstand og strøm
• Diskutér, hvorfor en batteris klemspænding falder, når strømmen stiger

Eksperiment-forslag

• Bestem den indre modstand r og EMF for et batteri ved at måle klemspændingen U ved forskellige belastningsmodstande, og lav en regression af U mod I (U = EMF - r·I).
• Sammenlign EMF (åbent kredsløb, ingen strøm) med klemspændingen, når batteriet belastes med en lav modstand, og forklar forskellen.
• Undersøg hvordan et "fladt" batteri (høj indre modstand) opfører sig anderledes end et nyt batteri ved høj belastning (fx en lommelygte).

Brobygning

Dermed er Elektricitetens grundbegreber gennemgået teoretisk — nu er det tid til at omsætte dem til praksis i konkrete eksperimenter. Næste kategori er 'Eksperimentelt arbejde', der starter med 'Mindst 10-12 eksperimenter over 2 år'.