Hva er indre motstand

Anta at det er en enkel elektrisk lukket krets som inkluderer en strømkilde, for eksempel en generator, galvanisk celle eller batteri, og en motstand med motstand R. Siden strømmen i kretsen ikke blir avbrutt noe sted, flyter den også inne i kilden.

I en slik situasjon kan vi si at hver kilde har en viss indre motstand som hindrer strømmen i å flyte. Denne interne motstanden karakteriserer strømkilden og er betegnet med bokstaven r. Til galvanisk celle eller batteri, den interne motstanden er motstanden til elektrolyttløsningen og elektrodene, for en generator - motstanden til statorviklingene, etc.

Dermed er en strømkilde preget av både størrelsen på EMF og verdien av dens egen indre motstand r — begge egenskapene indikerer kvaliteten på kilden.

Høyspente elektrostatiske generatorer (som Van de Graaf-generatoren eller Wimshurst-generatoren) har for eksempel en enorm EMF målt i millioner av volt, mens deres indre motstand måles i hundrevis av megohm, så de er ikke egnet for å oppnå høye strømmer.

Tvert imot har galvaniske celler (som et batteri) en EMF i størrelsesorden 1 volt, selv om deres indre motstand er av størrelsesorden brøker eller høyst ti ohm, og derfor kan strømmer av enheter og titalls ampere oppnås fra galvaniske celler.

Dette diagrammet viser en reell kilde med tilkoblet last. De er definert her EMF-kilde, dens indre motstand så vel som belastningsmotstand. I følge Ohms lov for en lukket krets, vil strømmen i denne kretsen være lik:

Siden den eksterne kretsseksjonen er homogen, kan spenningen over lasten bli funnet fra Ohms lov:

Ved å uttrykke motstanden til lasten fra den første ligningen og erstatte verdien i den andre ligningen, får vi avhengigheten av spenningen i lasten på strømmen i en lukket krets:

I en lukket sløyfe er EMF lik summen av spenningsfallet på de eksterne kretselementene og på den indre motstanden til selve kilden. Lastspenningens avhengighet av laststrømmen er ideelt sett lineær.

Grafen viser dette, men de eksperimentelle dataene for en reell motstand (kryss nær grafen) skiller seg alltid fra idealet:

Eksperimenter og logikk viser at ved null belastningsstrøm er den eksterne kretsspenningen lik kilde-emk og ved null belastningsspenning er kretsstrømmen kortslutning… Denne egenskapen til ekte kretser hjelper eksperimentelt med å finne EMF og indre motstand til virkelige kilder.

Eksperimentell påvisning av indre motstand

For å eksperimentelt bestemme disse egenskapene bygges en graf over spenningens avhengighet i belastningen av strømmens størrelse, hvoretter den ekstrapoleres til skjæringspunktet med aksene.

Ved skjæringspunktet for grafen med spenningsryggraden er verdien av kildens emf, og i skjæringspunktet med strømaksen er verdien av kortslutningsstrømmen. Som et resultat er den indre motstanden funnet av formelen:

Den nyttige kraften som utvikles av kilden fordeles over lasten. Grafen over avhengigheten av denne kraften på lastmotstanden er vist i figuren. Denne kurven starter fra skjæringspunktet mellom koordinataksene ved nullpunktet, stiger deretter til maksimal effektverdi, og faller deretter til null med en lastmotstand lik uendelig.

For å finne den maksimale lastmotstanden ved hvilken teoretisk maksimal effekt vil bli utviklet med en gitt kilde, tas den deriverte av kraftformelen med hensyn til R og settes til null. Maksimal effekt vil bli utviklet når den eksterne kretsmotstanden er lik den interne kildemotstanden:

Denne bestemmelsen for maksimal effekt ved R = r lar deg eksperimentelt finne den indre motstanden til kilden ved å plotte kraften som frigjøres ved belastningen kontra verdien av belastningsmotstanden.Å finne en faktisk snarere enn teoretisk belastningsmotstand som gir maksimal effekt, bestemmer den faktiske interne motstanden til strømforsyningen.

Effektiviteten til strømkilden indikerer forholdet mellom den maksimale effekten fordelt på lasten og den totale effekten som for øyeblikket utvikles

Det er klart at hvis kilden utvikler slik effekt at maksimal mulig effekt for en gitt kilde oppnås ved belastningen, så vil effektiviteten til kilden være lik 50%.