מהי התנגדות פנימית

נניח שיש מעגל סגור חשמלי פשוט הכולל מקור זרם, למשל גנרטור, תא גלווני או סוללה, ונגד של התנגדות R. מכיוון שהזרם במעגל אינו מופרע בשום מקום, הוא זורם גם בתוך המקור.

במצב כזה אפשר לומר שלכל מקור יש התנגדות פנימית כלשהי שמונעת מהזרם לזרום. התנגדות פנימית זו מאפיינת את המקור הנוכחי ומסומנת באות r. ל תא גלווני או סוללה, ההתנגדות הפנימית היא ההתנגדות של תמיסת האלקטרוליט והאלקטרודות, עבור גנרטור - ההתנגדות של פיתולי הסטטור וכו'.

לפיכך, מקור זרם מאופיין הן בגודל ה-EMF והן בערך של ההתנגדות הפנימית שלו r - שני המאפיינים מצביעים על איכות המקור.

גנרטורים אלקטרוסטטיים במתח גבוה (כגון מחולל ואן דה גראף או מחולל Wimshurst) למשל, כוללים EMF עצום הנמדד במיליוני וולט, בעוד ההתנגדות הפנימית שלהם נמדדת במאות מגאוהם, כך שהם אינם מתאימים להשגה. זרמים גבוהים.

להיפך, לתאים גלווניים (כגון סוללה) יש EMF בסדר גודל של 1 וולט, למרות שההתנגדות הפנימית שלהם היא בסדר גודל של שברים או לכל היותר עשרה אוהם, ולכן ניתן לקבל זרמים של יחידות ועשרות אמפר. מתאי גלווני.

דיאגרמה זו מציגה מקור אמיתי עם עומס מחובר. הם מוגדרים כאן מקור EMF, ההתנגדות הפנימית שלו כמו גם ההתנגדות לעומס. לפי חוק אוהם למעגל סגור, הזרם במעגל זה יהיה שווה ל:

מכיוון שקטע המעגל החיצוני הוא הומוגני, אז מחוק אוהם ניתן למצוא את המתח על פני העומס:

ביטוי ההתנגדות של העומס מהמשוואה הראשונה והחלפת ערכו במשוואה השנייה, נקבל את התלות של המתח בעומס בזרם במעגל סגור:

בלולאה סגורה, ה-EMF שווה לסכום מפל המתח על רכיבי המעגל החיצוניים ועל ההתנגדות הפנימית של המקור עצמו. התלות של מתח העומס בזרם העומס היא ליניארית באופן אידיאלי.

הגרף מראה זאת, אבל הנתונים הניסויים של נגד אמיתי (צלבים ליד הגרף) תמיד שונים מהאידיאל:

ניסויים והגיון מראים כי בזרם עומס אפס מתח המעגל החיצוני שווה למקור emf ובמתח עומס אפס זרם המעגל הוא זרם קצר חשמלי... תכונה זו של מעגלים אמיתיים עוזרת למצוא בניסוי את ה-EMF וההתנגדות הפנימית של מקורות אמיתיים.

זיהוי ניסיוני של התנגדות פנימית

כדי לקבוע בניסוי את המאפיינים הללו, נבנה גרף של תלות המתח בעומס בגודל הזרם, ולאחר מכן הוא מוחלף לנקודת החיתוך עם הצירים.

בנקודת החיתוך של הגרף עם עמוד השדרה המתח נמצא הערך של ה-emf המקור, ובנקודת החיתוך עם ציר הזרם הוא ערך זרם הקצר. כתוצאה מכך, ההתנגדות הפנימית נמצאת על ידי הנוסחה:

הכוח השימושי שפותח על ידי המקור מופץ על פני העומס. גרף התלות של כוח זה בהתנגדות העומס מוצג באיור. עקומה זו מתחילה ממפגש צירי הקואורדינטות בנקודת האפס, ואז עולה לערך ההספק המרבי, ואז יורדת לאפס עם התנגדות עומס שווה לאינסוף.

כדי למצוא את התנגדות העומס המקסימלית שבה יפותח ההספק המרבי התיאורטי עם מקור נתון, נלקחת הנגזרת של נוסחת ההספק ביחס ל-R ומוגדרת לאפס. הספק מירבי יפותח כאשר התנגדות המעגל החיצוני שווה להתנגדות המקור הפנימי:

הוראה זו עבור ההספק המרבי ב-R = r מאפשרת לך למצוא באופן ניסיוני את ההתנגדות הפנימית של המקור על-ידי שרטוט ההספק המשתחרר בעומס לעומת ערך התנגדות העומס.מציאת התנגדות עומס בפועל ולא תיאורטית המספקת הספק מרבי קובעת את ההתנגדות הפנימית בפועל של ספק הכוח.

היעילות של מקור הזרם מציינת את היחס בין ההספק המרבי המחולק לעומס לסך ההספק שנמצא כעת בפיתוח

ברור שאם המקור מפתח הספק כזה שההספק המרבי האפשרי למקור נתון מתקבל בעומס, אזי יעילות המקור תהיה שווה ל-50%.