Wat is interne weerstand

Stel dat er een eenvoudig elektrisch gesloten circuit is met een stroombron, bijvoorbeeld een generator, galvanische cel of batterij, en een weerstand met weerstand R. Aangezien de stroom in het circuit nergens wordt onderbroken, stroomt deze ook binnen de bron.

In een dergelijke situatie kunnen we zeggen dat elke bron enige interne weerstand heeft die voorkomt dat de stroom vloeit. Deze interne weerstand kenmerkt de stroombron en wordt aangeduid met de letter r. Voor galvanische cel of batterij, de interne weerstand is de weerstand van de elektrolytoplossing en de elektroden, voor een generator - de weerstand van de statorwikkelingen, enz.

Een stroombron wordt dus gekenmerkt door zowel de grootte van de EMF als de waarde van zijn eigen interne weerstand r - beide kenmerken geven de kwaliteit van de bron aan.

Elektrostatische hoogspanningsgeneratoren (zoals de Van de Graaf-generator of de Wimshurst-generator) hebben bijvoorbeeld een enorme EMF gemeten in miljoenen volt, terwijl hun interne weerstand wordt gemeten in honderden megaohms, dus ze zijn niet geschikt voor het verkrijgen van hoge stromingen.

Integendeel, galvanische cellen (zoals een batterij) hebben een EMF in de orde van 1 volt, hoewel hun interne weerstand in de orde van fracties of maximaal tien ohm is, en daarom kunnen stromen van eenheden en tientallen ampères worden verkregen uit galvanische cellen.

Dit diagram toont een echte bron met een aangesloten belasting. Ze worden hier gedefinieerd EMF-bron, de interne weerstand en de belastingsweerstand. Volgens De wet van Ohm voor een gesloten circuit, zal de stroom in dit circuit gelijk zijn aan:

Aangezien het externe circuitgedeelte homogeen is, kan uit de wet van Ohm de spanning over de belasting worden gevonden:

Door de weerstand van de belasting uit de eerste vergelijking uit te drukken en de waarde ervan in de tweede vergelijking te vervangen, verkrijgen we de afhankelijkheid van de spanning in de belasting van de stroom in een gesloten circuit:

In een gesloten lus is de EMF gelijk aan de som van de spanningsval op de externe circuitelementen en op de interne weerstand van de bron zelf. De afhankelijkheid van de belastingsspanning van de belastingsstroom is idealiter lineair.

De grafiek laat dit zien, maar de experimentele gegevens voor een echte weerstand (kruisjes in de buurt van de grafiek) wijken altijd af van het ideaal:

Experimenten en logica tonen aan dat bij nullaststroom de externe circuitspanning gelijk is aan de bron-emf en bij nullastspanning is de circuitstroom kortsluitstroom... Deze eigenschap van echte circuits helpt om experimenteel de EMF en interne weerstand van echte bronnen te vinden.

Experimentele detectie van interne weerstand

Om deze karakteristieken experimenteel te bepalen, wordt een grafiek gemaakt van de afhankelijkheid van de spanning in de belasting van de grootte van de stroom, waarna deze wordt geëxtrapoleerd naar het snijpunt met de assen.

Op het snijpunt van de grafiek met de spanningsrug is de waarde van de bron-emf, en op het snijpunt met de stroomas is de waarde van de kortsluitstroom. Als resultaat wordt de interne weerstand gevonden door de formule:

Het door de bron ontwikkelde nuttig vermogen wordt verdeeld over de belasting. De grafiek van de afhankelijkheid van dit vermogen van de belastingsweerstand wordt getoond in de figuur. Deze curve begint bij het snijpunt van de coördinaatassen op het nulpunt, stijgt vervolgens naar de maximale vermogenswaarde en daalt vervolgens naar nul met een belastingsweerstand gelijk aan oneindig.

Om de maximale belastingsweerstand te vinden waarbij het theoretische maximale vermogen zal worden ontwikkeld met een bepaalde bron, wordt de afgeleide van de vermogensformule met betrekking tot R genomen en op nul gezet. Maximaal vermogen wordt ontwikkeld wanneer de externe circuitweerstand gelijk is aan de interne bronweerstand:

Deze voorziening voor het maximale vermogen bij R = r stelt u in staat om experimenteel de interne weerstand van de bron te vinden door het vermogen dat vrijkomt bij de belasting uit te zetten tegen de waarde van de belastingsweerstand.Het vinden van een werkelijke in plaats van theoretische belastingsweerstand die maximaal vermogen levert, bepaalt de werkelijke interne weerstand van de voeding.

Het rendement van de stroombron geeft de verhouding aan van het maximale vermogen dat wordt verdeeld over de belasting en het totale vermogen dat momenteel wordt ontwikkeld

Het is duidelijk dat als de bron een zodanig vermogen ontwikkelt dat het maximaal mogelijke vermogen voor een bepaalde bron wordt verkregen bij belasting, het rendement van de bron gelijk zal zijn aan 50%.