Шта је унутрашњи отпор

Претпоставимо да постоји једноставно електрично затворено коло које укључује извор струје, на пример генератор, галванску ћелију или батерију, и отпорник отпора Р. Пошто се струја у колу нигде не прекида, она такође тече унутар извора.

У таквој ситуацији можемо рећи да сваки извор има неки унутрашњи отпор који спречава да струја тече. Овај унутрашњи отпор карактерише извор струје и означава се словом р. За галванска ћелија или батерије, унутрашњи отпор је отпор раствора електролита и електрода, за генератор - отпор намотаја статора итд.

Дакле, извор струје карактерише и величина ЕМФ и вредност сопственог унутрашњег отпора р — обе карактеристике указују на квалитет извора.

Високонапонски електростатички генератори (као што су Ван де Грааф генератор или Вимсхурст генератор) на пример, имају огроман ЕМФ мерен у милионима волти, док се њихов унутрашњи отпор мери у стотинама мегома, тако да нису погодни за добијање велике струје .

Напротив, галванске ћелије (као што је батерија) имају ЕМФ реда величине 1 волта, иако је њихов унутрашњи отпор реда фракција или највише десет ома, па се стога могу добити струје од јединица и десетина ампера. из галванских ћелија.

Овај дијаграм приказује прави извор са повезаним оптерећењем. Они су овде дефинисани ЕМФ извор, његов унутрашњи отпор као и отпорност на оптерећење. Према Омов закон за затворено коло, струја у овом колу ће бити једнака:

Пошто је спољашњи део кола хомоген, онда се из Охмовог закона може наћи напон на оптерећењу:

Изражавајући отпор оптерећења из прве једначине и замењујући његову вредност у другу једначину, добијамо зависност напона у оптерећењу од струје у затвореном колу:

У затвореној петљи, ЕМФ је једнака збиру пада напона на спољашњим елементима кола и на унутрашњем отпору самог извора. Зависност напона оптерећења од струје оптерећења је идеално линеарна.

Графикон то показује, али експериментални подаци за прави отпорник (крстови близу графикона) се увек разликују од идеалних:

Експерименти и логика показују да је при нултој струји оптерећења напон спољашњег кола једнак емф извора, а при нултом напону оптерећења струја кола је кратког споја… Ово својство реалних кола помаже да се експериментално пронађе ЕМФ и унутрашњи отпор реалних извора.

Експериментална детекција унутрашњег отпора

За експериментално одређивање ових карактеристика, гради се график зависности напона у оптерећењу од величине струје, након чега се екстраполира до тачке пресека са осама.

У тачки пресека графика са напонском кичмом је вредност изворне емф, а у тачки пресека са струјном осом је вредност струје кратког споја. Као резултат, унутрашњи отпор се налази по формули:

Корисна снага коју развија извор дистрибуира се по оптерећењу. Графикон зависности ове снаге од отпора оптерећења приказан је на слици. Ова крива почиње од пресека координатних оса у нултој тачки, затим расте до максималне вредности снаге, а затим пада на нулу са отпором оптерећења једнаким бесконачности.

Да би се пронашао максимални отпор оптерећења при којем ће се развити теоретска максимална снага са датим извором, узима се извод формуле снаге у односу на Р и поставља на нулу. Максимална снага ће се развити када је отпор спољашњег кола једнак унутрашњем отпору извора:

Ова одредба за максималну снагу при Р = р вам омогућава да експериментално пронађете унутрашњи отпор извора цртањем снаге ослобођене при оптерећењу у односу на вредност отпора оптерећења.Проналажење стварног, а не теоретског отпора оптерећења који обезбеђује максималну снагу одређује стварни унутрашњи отпор извора напајања.

Ефикасност извора струје показује однос максималне снаге распоређене на оптерећење према укупној снази која се тренутно развија

Јасно је да ако извор развије такву снагу да се на оптерећењу добије максимална могућа снага за дати извор, онда ће ефикасност извора бити једнака 50%.