Ce este rezistența internă

Să presupunem că există un circuit electric închis simplu care include o sursă de curent, de exemplu un generator, o celulă galvanică sau o baterie și un rezistor de rezistență R. Deoarece curentul din circuit nu este întrerupt nicăieri, curge și în interiorul sursei.

Într-o astfel de situație, putem spune că fiecare sursă are o anumită rezistență internă care împiedică curgerea curentului. Această rezistență internă caracterizează sursa de curent și este notă cu litera r. Pentru celulă galvanică sau baterie, rezistența internă este rezistența soluției de electrolit și a electrozilor, pentru un generator - rezistența înfășurărilor statorului etc.

Astfel, o sursă de curent este caracterizată atât de mărimea EMF, cât și de valoarea propriei rezistențe interne r - ambele caracteristici indică calitatea sursei.

Generatoarele electrostatice de înaltă tensiune (cum ar fi generatorul Van de Graaf sau generatorul Wimshurst) de exemplu, prezintă un EMF uriaș măsurat în milioane de volți, în timp ce rezistența lor internă este măsurată în sute de megaohmi, deci nu sunt potrivite pentru obținere. curenți mari.

Dimpotrivă, celulele galvanice (cum ar fi o baterie) au un EMF de ordinul 1 volt, deși rezistența lor internă este de ordinul fracțiilor sau cel mult zece ohmi și, prin urmare, se pot obține curenți de unități și zeci de amperi. din celule galvanice.

Această diagramă arată o sursă reală cu o sarcină conectată. Ele sunt definite aici Sursa EMF, rezistența sa internă, precum și rezistența la sarcină. Conform Legea lui Ohm pentru un circuit închis, curentul din acest circuit va fi egal cu:

Deoarece secțiunea circuitului extern este omogenă, atunci din legea lui Ohm se poate găsi tensiunea pe sarcină:

Exprimând rezistența sarcinii din prima ecuație și substituind valoarea acesteia în a doua ecuație, obținem dependența tensiunii din sarcină de curentul într-un circuit închis:

Într-o buclă închisă, EMF este egal cu suma căderilor de tensiune pe elementele circuitului extern și pe rezistența internă a sursei în sine. Dependența tensiunii de sarcină de curentul de sarcină este ideal liniară.

Graficul arată acest lucru, dar datele experimentale pentru un rezistor real (cruci lângă grafic) diferă întotdeauna de ideal:

Experimentele și logica arată că la curent de sarcină zero tensiunea circuitului extern este egală cu emf sursă și la tensiunea de sarcină zero curentul circuitului este scurt circuit… Această proprietate a circuitelor reale ajută la găsirea experimentală a EMF și a rezistenței interne a surselor reale.

Detectarea experimentală a rezistenței interne

Pentru a determina experimental aceste caracteristici, se construiește un grafic al dependenței tensiunii din sarcină de mărimea curentului, după care se extrapolează la punctul de intersecție cu axele.

În punctul de intersecție a graficului cu spina tensiunii este valoarea emf sursei, iar în punctul de intersecție cu axa curentului este valoarea curentului de scurtcircuit. Ca urmare, rezistența internă se găsește prin formula:

Puterea utilă dezvoltată de sursă este distribuită pe sarcină. Graficul dependenței acestei puteri de rezistența la sarcină este prezentat în figură. Această curbă începe de la intersecția axelor de coordonate în punctul zero, apoi crește la valoarea maximă a puterii, apoi scade la zero cu o rezistență de sarcină egală cu infinit.

Pentru a găsi rezistența maximă de sarcină la care puterea maximă teoretică va fi dezvoltată cu o sursă dată, derivata formulei puterii față de R este luată și setată la zero. Puterea maximă va fi dezvoltată atunci când rezistența circuitului extern este egală cu rezistența sursei interne:

Această prevedere pentru puterea maximă la R = r vă permite să găsiți experimental rezistența internă a sursei prin reprezentarea grafică a puterii eliberate la sarcină în funcție de valoarea rezistenței de sarcină.Găsirea unei rezistențe reale de sarcină, mai degrabă decât teoretică, care oferă putere maximă, determină rezistența internă reală a sursei de alimentare.

Eficiența sursei de curent indică raportul dintre puterea maximă distribuită la sarcină și puterea totală care este în curs de dezvoltare

Este clar că dacă sursa dezvoltă o astfel de putere încât se obține puterea maximă posibilă pentru o anumită sursă la sarcină, atunci eficiența sursei va fi egală cu 50%.