Na koncích vodiče, a tedy i proudu, je nutná přítomnost vnějších sil neelektrické povahy, pomocí které dochází k oddělení elektrických nábojů.
Vnější síly se nazývají jakékoli síly působící na elektricky nabité částice v obvodu, s výjimkou elektrostatických (tj. Coulombovy síly).
Vnější síly uváděné do pohybu nabité částice uvnitř všech současných zdrojů: v generátorech, v elektrárnách, v galvanických článcích, bateriích atd.
Když je obvod uzavřen, vytvoří se ve všech vodičích obvodu elektrické pole. Uvnitř zdroje proudu se náboje pohybují působením vnějších sil proti Coulombovým silám (elektrony se pohybují od kladně nabité elektrody k záporné) a ve zbytku obvodu jsou poháněny elektrickým polem (viz obrázek výše).
V současných zdrojích se v procesu separace nabitých částic mění různé druhy energie na elektrickou energii. Podle typu převedené energie se rozlišují následující typy elektromotorických sil:
- elektrostatický - v elektroforetickém stroji, ve kterém je mechanická energie přeměněna na elektrickou energii během tření;
- termoelektrické - v termočlánku - vnitřní energie zahřátého spoje dvou vodičů z různých kovů se přemění na elektrickou energii;
- fotovoltaické - ve fotobuně. Zde dochází k přeměně světelné energie na elektrickou energii: při osvětlování určitých látek, například selenu, oxidu měďnatého, křemíku, ztráta negativního elektrický náboj;
- chemický - v galvanických článcích, bateriích a dalších zdrojích, ve kterých dochází k přeměně chemické energie na elektrickou energii.
Elektromotorická síla (EMF) - charakteristika současných zdrojů. Koncept EMF byl představen G. Ohm v 1827 pro obvody stejnosměrného proudu. V 1857, Kirchhoff definoval EMF jako práci vnějších sil během přenosu jednoho elektrického náboje podél uzavřeného obvodu:
ɛ \u003d A st / q,
kde ɛ - EMF současného zdroje, St - práce vnějších sil, q - částka přesunutého poplatku.
Elektromotorická síla je vyjádřena ve voltech.
Můžeme mluvit o elektromotorické síle v kterékoli části okruhu. Toto je specifická práce vnějších sil (práce na přesunu jednotkového náboje) ne v celém obvodu, ale pouze v této oblasti.
Vnitřní odpor zdroje proudu.
Nechť existuje jednoduchý uzavřený obvod sestávající ze zdroje proudu (například galvanického článku, baterie nebo generátoru) a rezistoru s odporem R... Proud v uzavřeném obvodu není nikde přerušen, proto také existuje uvnitř zdroje proudu. Jakýkoli zdroj představuje určitý odpor vůči proudu. Jmenuje se to vnitřní odpor zdroje proudu a označeno dopisem r.
V generátoru r - to je odpor vinutí v galvanickém článku - odpor roztoku elektrolytu a elektrod.
Zdroj proudu je tedy charakterizován hodnotami EMF a vnitřním odporem, které určují jeho kvalitu. Například elektrostatické stroje mají velmi vysoký EMF (až desítky tisíc voltů), ale jejich vnitřní odpor je obrovský (až sto Mohmů). Proto nejsou vhodné pro příjem silných proudů. V galvanických článcích je EMF pouze asi 1 V, ale na druhé straně je vnitřní odpor nízký (asi 1 Ohm nebo méně). To jim umožňuje přijímat proudy měřené v ampérech.
Ohmův zákon pro úplný okruh, jehož definice se zabývá významem elektrický proud v reálných obvodech závisí na zdroji proudu a odporu zátěže. Tento zákon má také jiné jméno - Ohmův zákon pro uzavřené obvody. Princip fungování tohoto zákona je následující.
Jako nejjednodušší příklad není elektrická lampa, která je spotřebitelem elektrického proudu, spolu se zdrojem proudu nic jiného než uzavřená. Tento elektrický obvod je jasně znázorněn na obrázku.
Elektrický proud procházející žárovkou také prochází samotným zdrojem proudu. Během jeho průchodu obvodem tedy proud zažije odpor nejen vodiče, ale také přímo odpor samotného zdroje proudu. Ve zdroji je odpor vytvářen elektrolytem mezi deskami a mezními vrstvami desek a elektrolytem. Z toho vyplývá, že v uzavřeném obvodu bude jeho celkový odpor tvořen součtem odporů žárovky a zdroje proudu.
Vnější a vnitřní odpor
Odolnost proti zatížení, v v tomto případě žárovka připojená ke zdroji proudu se nazývá externí odpor. Přímý odpor zdroje proudu se nazývá vnitřní odpor. Pro vizuální reprezentaci procesu musí být všechny hodnoty běžně označeny. I -, R - vnější odpor, r - vnitřní odpor. Když proud protéká elektrickým obvodem, pak, aby byl udržen, musí existovat potenciální rozdíl mezi konci vnějšího obvodu, který má hodnotu IхR. Tok proudu je však také pozorován ve vnitřním obvodu. To znamená, že za účelem udržení elektrického proudu ve vnitřním obvodu je také vyžadován rozdíl potenciálu na koncích odporu r. Hodnota tohoto potenciálního rozdílu je Iхr.
Elektromotorická síla baterie
Baterie musí mít následující hodnotu elektromotorické síly schopné nést požadovaný proud v obvodu: E \u003d IхR + Iхr. Vzorec ukazuje, že elektromotorická síla baterie je součtem vnějších a vnitřních. Aktuální hodnota musí být vyjmuta z hranatých závorek: E \u003d I (r + R). Jinak si můžete představit: I \u003d E / (r + R). Poslední dvě vzorce vyjadřují Ohmův zákon pro úplný obvod, jehož definice je následující: v uzavřeném obvodu je proudová síla přímo úměrná elektromagnetické síle a nepřímo úměrná součtu odporů tohoto obvodu.
8.5. Tepelný účinek proudu
8.5.1. Aktuální výkon zdroje
Zdánlivá síla proudu:
P full \u003d P užitečné + P ztráty,
kde P užitečný - užitečný výkon, P užitečný \u003d I 2 R; Ztráty P - energetické ztráty, ztráty P \u003d I 2 r; I je proud v obvodu; R - odpor zatížení (vnější obvod); r je vnitřní odpor zdroje proudu.
Zdánlivý výkon lze vypočítat pomocí jednoho ze tří vzorců:
P plné \u003d I 2 (R + r), P plné \u003d ℰ 2 R + r, P plné \u003d I ℰ,
kde ℰ je elektromotorická síla (EMF) zdroje proudu.
Čistý výkon je energie, která je uvolňována ve vnějším obvodu, tj. na zátěži (odpor) a lze jej použít k určitému účelu.
Čistý výkon lze vypočítat pomocí jednoho ze tří vzorců:
P užitečné \u003d I 2 R, P užitečné \u003d U 2 R, P užitečné \u003d IU,
kde I je proud v obvodu; U je napětí na svorkách (svorkách) zdroje proudu; R - odpor zátěže (externí obvod).
Rozptyl energie je výkon, který je uvolňován v aktuálním zdroji, tj. v interním řetězci a utrácí se za procesy, které probíhají v samotném zdroji; Z jiného důvodu nelze ztrátu energie použít.
Ztráta energie se obvykle počítá pomocí vzorce
Ztráty P \u003d I 2 r,
kde I je proud v obvodu; r je vnitřní odpor zdroje proudu.
V případě zkratu přejde čistý výkon na nulu
P užitečné \u003d 0,
od zatížení v případě zkrat chybí: R \u003d 0.
Zdánlivý výkon v případě zkratu zdroje se kryje se ztrátou výkonu a vypočte se podle vzorce
P plný \u003d ℰ 2 r,
kde ℰ je elektromotorická síla (EMF) zdroje proudu; r je vnitřní odpor zdroje proudu.
Užitečná síla má maximální hodnota v případě, že se odpor R zatížení rovná vnitřnímu odporu r zdroje proudu:
R \u003d r.
Maximální čistý výkon:
Užitečný max \u003d 0,5 P plný,
kde P plný je celkový výkon aktuálního zdroje; P plný \u003d ℰ 2/2 r.
Výslovný vzorec pro výpočet maximální čistý výkon jak následuje:
P užitečné max \u003d ℰ 23 4 r.
Pro zjednodušení výpočtů je užitečné si zapamatovat dva body:
- pokud se dvěma odpory zátěže R1 a R2 se v obvodu uvolní stejná užitečná energie, pak vnitřní odpor proudový zdroj r souvisí s uvedenými odpory podle vzorce
r \u003d R1R2;
- pokud je v obvodu uvolněn maximální užitečný výkon, pak je proud I * v obvodu dvakrát menší než zkratový proud i:
I * \u003d i 2.
Příklad 15. Při zkratu na odpor 5,0 Ohm dává baterie článků proud 2,0 A. Zkratový proud baterie je 12 A. Vypočítejte maximální čistý výkon baterie.
Rozhodnutí. Pojďme analyzovat stav problému.
1. Když je baterie připojena k odporu R 1 \u003d 5,0 Ohm, proudem v obvodu proudí proud I 1 \u003d 2,0 A, jak je znázorněno na obr. a, stanovené Ohmovým zákonem pro kompletní okruh:
I 1 \u003d ℰ R1 + r,
kde ℰ je EMF aktuálního zdroje; r je vnitřní odpor zdroje proudu.
2. Když je baterie zkratována, zkratový proud protéká obvodem, jak je znázorněno na obr. b. Zkratový proud je určen vzorcem
kde i je síla zkratového proudu, i \u003d 12 A.
3. Když je baterie připojena k odporu R2 \u003d r, v obvodu proudí proud I2, jak je znázorněno na obr. v, určeno Ohmovým zákonem pro kompletní okruh:
I 2 \u003d \u003d R2 + r \u003d \u003d 2 r;
v tomto případě je maximální užitečný výkon uvolněn v obvodu:
P užitečné max \u003d I 2 2 R2 \u003d I 2 2 r.
Pro výpočet maximálního užitečného výkonu je tedy nutné stanovit vnitřní odpor zdroje proudu r a proudu I2.
Abychom našli aktuální sílu I 2, zapíšeme soustavu rovnic:
i \u003d ℰ r, I 2 \u003d ℰ 2 r)
a rozdělte rovnice:
i I 2 \u003d 2.
Z toho vyplývá:
I 2 \u003d i 2 \u003d 12 2 \u003d 6,0 A.
Abychom našli vnitřní odpor zdroje r, píšeme soustavu rovnic:
I 1 \u003d ℰ R1 + r, i \u003d ℰ r)
a rozdělte rovnice:
I 1 i \u003d r R1 + r.
Z toho vyplývá:
r \u003d 11R1 i - 11 \u003d 2,0 ⋅ 5,0 12 - 2,0 \u003d 1,0 Ohm.
Vypočítáme maximální čistý výkon:
P užitečné max \u003d I 2 2 r \u003d 6,0 2 ⋅ 1,0 \u003d 36 W.
Maximální použitelná kapacita baterie je tedy 36 W.
Potřeba zavést pojem lze ilustrovat na následujícím příkladu. Pojďme porovnat dva chemické zdroje stejnosměrného proudu se stejným napětím:
- Automobilová olověná baterie s napětím 12 V a kapacitou 55 Ah
- Osm AA baterií v sérii. Celkové napětí takové baterie je také 12 voltů, kapacita je mnohem menší - asi 1 Ah
Navzdory stejnému napětí se tyto zdroje výrazně liší při provozu se stejným zatížením. Takže autobaterie je schopna dodávat velký proud do zátěže (motor automobilu začíná z baterie, zatímco startér spotřebovává proud 250 ampér) a startér se vůbec neotáčí z bateriového řetězce. Poměrně malá kapacita baterií není příčinou: jedna ampérhodina v bateriích by stačila k otáčení startéru po dobu 14 sekund (při 250 ampérech).
U dvou terminálových sítí obsahujících zdroje (tj. Generátory napětí a generátory proudu) je tedy třeba mluvit přesně o vnitřní odpor (nebo impedance). Pokud dvoukoncové zařízení neobsahuje zdroje, pak „ vnitřní odpor “pro takovou dvouportovou síť znamená to samé jako prostě "odpor".
Související termíny
Pokud lze vstup a / nebo výstup rozlišit v jakémkoli systému, často se používají následující termíny:
Fyzikální principy
Přes skutečnost, že v ekvivalentním obvodu je vnitřní odpor reprezentován jako jeden pasivní prvek (navíc existuje aktivní odpor, to znamená, že v něm je vždy přítomen odpor), není vnitřní odpor koncentrován v žádném jednom prvku. Bipolární pouze externě chová se jako by měl koncentrovaný generátor vnitřní impedance a napětí. Ve skutečnosti je vnitřní odpor vnějším projevem souboru fyzikálních efektů:
- Pokud má pouze dva terminály zdroj energie bez jakéhokoli elektrického obvodu (například galvanického článku), pak je vnitřní odpor téměř čistě aktivní (pokud nemluvíme o velmi vysokých frekvencích), je to kvůli fyzikálním jevům, které neumožňují, aby výkon daný tímto zdrojem zátěži překročil určitou mez ... Nejjednodušším příkladem tohoto jevu je nenulový odpor vodičů elektrického obvodu. Ale zpravidla účinky neelektrické Příroda. Například může být výkon omezen kontaktní oblastí látek účastnících se reakce, v generátoru vodní elektrárny - omezeným tlakem vody atd.
- V případě dvouportové sítě obsahující uvnitř elektrický obvod, vnitřní odpor je "rozptýlen" v prvcích obvodu (kromě mechanismů uvedených výše ve zdroji).
Z toho vyplývají také některé rysy vnitřního odporu:
Vliv vnitřního odporu na vlastnosti sítě dvou terminálů
Účinek vnitřního odporu je vlastní vlastnost jakékoli aktivní dvoukoncové sítě. Hlavním výsledkem přítomnosti vnitřního odporu je omezení elektrické energie, kterou lze získat v zátěži dodávané z této dvoukoncové sítě.
Nechť je dvojpól, který může být popsán výše uvedeným ekvivalentním obvodem. Síť dvou terminálů má dva neznámé parametry, které je třeba najít:
- Generátor napětí EMF U
- Vnitřní odpor r
Obecně platí, že ke stanovení dvou neznámých je třeba provést dvě měření: změřit napětí na výstupu dvou-koncového zařízení (tj. Rozdíl potenciálu) U out \u003d φ 2 - φ 1) ve dvou různých zatěžovacích proudech. Pak lze neznámé parametry nalézt ze soustavy rovnic:
| (Napětí) |
kde U out1 I 1, U out2 - výstupní napětí při proudu I 2... Při řešení soustavy rovnic najdeme neznámé neznámé:
Obvykle se pro výpočet vnitřního odporu používá jednodušší technika: napětí je v otevřeném režimu a proud je v zkratovém režimu dvou terminálu. V tomto případě je systém () zapsán následovně:
kde U oc - výstupní napětí v režimu bez zátěže (eng. otevřený obvod), tj. při nulovém zatěžovacím proudu; I sc - zatěžovací proud v režimu zkratu (angl. zkrat), tj. se zátěží s nulovým odporem. Je třeba vzít v úvahu, že výstupní proud v režimu bez zátěže a výstupní napětí v režimu zkratu jsou nulové. Z posledních rovnic okamžitě získáme:
| (VnutrSopr) |
Měření
Pojem dimenze použitelné pro skutečné zařízení (ale ne pro obvod). Přímé měření ohmmetrem není možné, protože není možné připojit zkušební vodiče zařízení ke svorkám vnitřního odporu. Proto je nezbytné nepřímé měření, které se zásadně neliší od výpočtu - napětí napříč zátěží je také vyžadováno při dvou různých proudových hodnotách. Není však vždy možné použít zjednodušený vzorec (2), protože ne každá skutečná síť dvou terminálů umožňuje provoz v režimu zkratu.
Někdy se používá následující jednoduchá metoda měření, která nevyžaduje výpočty:
- Měří se napětí otevřeného obvodu
- Variabilní rezistor je zapojen jako zátěž a jeho odpor je vybrán tak, že napětí na něm je polovinou napětí otevřeného obvodu.
Po popsaných postupech musí být odpor zátěžového odporu měřen ohmmetrem - bude roven vnitřnímu odporu dvou terminálu.
Ať už se použije jakákoli metoda měření, je třeba si dát pozor na přetížení dvoupólu nadměrným proudem, to znamená, že proud by neměl překročit maximální přípustné hodnoty pro tento pól.
Reaktivní vnitřní odpor
Pokud ekvivalentní obvod dvou-koncového zařízení obsahuje reaktivní prvky - kondenzátory a / nebo induktory, pak výpočet Vnitřní reaktivní odpor se provádí stejným způsobem jako aktivní, ale namísto odporů rezistorů se berou složité impedance prvků obsažených v obvodu a namísto napětí a proudů, jejich složitých amplitud, to znamená, že výpočet se provádí metodou složitých amplitud.
Měření reaktivní vnitřní odpor má určité zvláštnosti, protože se jedná o funkci s komplexní hodnotou, nikoli o skalární hodnotu:
- Můžete hledat různé parametry komplexní hodnoty: modulus, argument, pouze skutečnou nebo imaginární část a celé komplexní číslo. Proto bude technika měření záviset na tom, co chceme získat.
- Všechny uvedené parametry jsou závislé na frekvenci. Teoreticky se dostat měřením úplné informace o reaktivitě je nutné odstranit závislost z frekvence, to znamená, provádět měření na ze všech frekvence, které mohou být generovány zdrojem této dvouportové sítě.
aplikace
Ve většině případů bychom neměli mluvit aplikace vnitřní odpor, a asi účetnictví jeho negativní vliv, protože vnitřní odpor je spíše negativním účinkem. V některých systémech je však nezbytný jmenovitý vnitřní odpor.
Zjednodušení ekvivalentních obvodů
Reprezentace dvoukoncové sítě jako kombinace generátoru napětí a vnitřního odporu je nejjednodušším a nejčastěji používaným ekvivalentním obvodem dvoukoncové sítě.
Přizpůsobení zdroje a zatížení
Přizpůsobení zdroje a zátěže je výběr poměru zátěžového odporu a vnitřního odporu zdroje za účelem dosažení stanovených vlastností výsledného systému (zpravidla se snaží dosáhnout maximální hodnoty libovolného parametru pro daný zdroj). Nejběžněji používané typy vyjednávání jsou:
Přizpůsobení proudu a výkonu by se mělo používat opatrně, protože existuje nebezpečí přetížení zdroje.
Snížení vysokého napětí
Někdy je ke zdroji uměle přidán velký odpor (je přidán k vnitřnímu odporu zdroje), aby se významně snížilo přijaté napětí. Přidání rezistoru jako dalšího odporu (nazývaného klesající rezistor) však vede k plýtvání energií přes něj. Aby se zabránilo plýtvání energií, střídavé systémy používají reaktivní tlumicí impedance, nejčastěji kondenzátory. Tím jsou vybudovány napájecí zdroje kondenzátoru. Podobně můžete pomocí kapacitního odbočky z vysokonapěťového elektrického vedení získat malá napětí pro napájení jakýchkoli autonomních zařízení.
Minimalizace hluku
Při zesilování slabých signálů často vzniká výzva k minimalizaci šumu, který do signálu zavádí zesilovač. Z tohoto důvodu, speciální zesilovače s nízkým šumemjsou však navrženy tak, že nejnižšího šumového čísla je dosaženo pouze v určitém rozsahu výstupní impedance zdroje signálu. Například zesilovač s nízkým šumem poskytuje minimální šum pouze v rozsahu impedance zdroje od 1 kΩ do 10 kΩ; Pokud má zdroj signálu nižší výstupní impedanci (například mikrofon s výstupní impedancí 30 ohmů), měl by být mezi zdroj a zesilovač použit zesilovač, který se zvýší výstupní impedance (a také signální napětí) na požadovanou hodnotu.
Omezení
Koncept vnitřního odporu je zaveden ekvivalentním obvodem, proto platí stejná omezení jako pro použitelnost ekvivalentních obvodů.
Příklady
Vnitřní hodnoty odporu jsou relativní: to, co se považuje za malé, například pro galvanický článek, je velmi velké výkonná baterie... Níže jsou uvedeny příklady dvou terminálových sítí a hodnoty jejich vnitřního odporu r... Triviální případy dvou terminálů bez zdrojů specifikováno samostatně.
Nízký vnitřní odpor
Velký vnitřní odpor
Negativní vnitřní odpor
Existují dvoupólové sítě, jejichž vnitřní odpor má záporný hodnota. Obvykle aktivní odpor, rozptyl energie nastane, v reaktivní odpor, energie je uložena a poté uvolněna zpět ke zdroji. Zvláštností negativního odporu je, že je sám zdrojem energie. Proto k negativní rezistenci v její čisté formě nedochází, lze ji pouze napodobit elektronický obvod, který nutně obsahuje zdroj energie. Záporný vnitřní odpor lze získat v obvodech pomocí:
- prvky se záporným diferenciálním odporem, jako jsou tunely diod
Systémy se záporným odporem jsou potenciálně nestabilní, a proto je možné je použít k vytváření automatických generátorů.
viz také
Odkazy
Literatura
- Zernov N.V., Karpov V.G. Teorie radiotechnických obvodů. - M. - L.: Energiya, 1965. - 892 s.
- Jones M. H. Elektronika - praktický kurz. - M.: Technosphere, 2006. - 512 s.
Zdroj je zařízení, které přeměňuje mechanickou, chemickou, tepelnou a některé další formy energie na elektrickou energii. Jinými slovy, zdroj je aktivní prvek sítě pro výrobu elektřiny. Různé typy zdroje dostupné v síti jsou zdroje napětí a zdroje proudu. Tyto dva pojmy v elektronice se od sebe liší.
Zdroj stálého napětí
Zdrojem napětí je zařízení se dvěma póly, jeho napětí je vždy konstantní a proud, který jím prochází, nemá žádný účinek. Takový zdroj by byl ideální s nulovým vnitřním odporem. Prakticky to nelze získat.
Přebytek elektronů se hromadí v záporném pólu zdroje napětí a jejich deficit v kladném pólu. Stavy pólů jsou udržovány procesy uvnitř zdroje.
Baterie
Baterie interně ukládají chemickou energii a jsou schopny ji přeměnit na elektrickou energii. Baterie nelze dobíjet, což je nevýhoda.
Baterie
Baterie jsou dobíjecí baterie. Při nabíjení je elektrická energie uložena interně ve formě chemické energie. Během vykládky probíhá chemický proces opačný směra uvolní se elektrická energie.
Příklady:
- Olověný článek baterie. Je vyroben z olověných elektrod a elektrolytické kapaliny ve formě kyseliny sírové zředěné destilovanou vodou. Napětí na článek - asi 2 V. autobaterie šest článků je obvykle zapojeno do sériového obvodu, výsledné napětí na výstupních svorkách je 12 V;
- Nikl-kadmiové baterie, napětí článku - 1,2 V.
Důležité! Při nízkých proudech lze baterie a akumulátory považovat za dobré přiblížení k ideálním zdrojům napětí.
Zdroj střídavého napětí
Elektřina se vyrábí v elektrárnách pomocí generátorů a po regulaci napětí se přenáší na spotřebitele. Střídavé napětí domácí síť Napájení různých elektronických zařízení s napětím 220 V je při použití transformátorů snadno převedeno na nižší hodnotu.
Zdroj energie
Analogicky, protože ideální zdroj napětí vytváří na výstupu konstantní napětí, je úkolem zdroje proudu dávat hodnotu konstantního proudu a automaticky řídit požadované napětí. Příkladem jsou proudové transformátory (sekundární vinutí), fotobuňky, kolektorové proudy tranzistorů.
Výpočet vnitřního odporu zdroje napětí
Zdroje skutečného napětí mají své vlastní elektrický odpor, který se nazývá „vnitřní odpor“. Zatížení připojené ke zdrojovým svorkám je označeno jako "vnější odpor" - R.
Baterie akumulátorů generuje EMF:
ε \u003d E / Q, kde:
- E - energie (J);
- Q - poplatek (Cl).
Celkový EMF bateriového článku je napětí jeho otevřeného obvodu bez zátěže. Lze jej zkontrolovat s dobrou přesností pomocí digitálního multimetru. Potenciální rozdíl měřený na výstupních kontaktech baterie, když je připojen k zátěžovému rezistoru, bude při otevřeném obvodu menší než jeho napětí v důsledku toku proudu skrze vnější zátěž a prostřednictvím vnitřního odporu zdroje, což vede k rozptylu energie v ní jako tepelné záření ...
Vnitřní odpor baterie s chemickým principem činnosti je mezi zlomkem ohmu a několika ohmy a souvisí hlavně s odporem elektrolytických materiálů použitých při výrobě baterie.
Pokud je k baterii připojen rezistor odporu R, je proud v obvodu I \u003d ε / (R + r).
Vnitřní odpor není konstantní. Je ovlivňován typem baterie (alkalická, olověná kyselina atd.) A liší se podle hodnoty zatížení, teploty a životnosti baterie. Například u jednorázových baterií se vnitřní odpor během používání zvyšuje a napětí proto klesá, dokud nedosáhne stavu, který je pro další použití nevhodný.
Pokud je EMF zdroje předem určená hodnota, je vnitřní odpor zdroje stanoven měřením proudu protékajícího odporem zátěže.
- Vzhledem k tomu, že vnitřní a vnější odpor v přibližném obvodu jsou zapojeny do série, lze k použití vzorce použít Ohmovy a Kirchhoffovy zákony:
- Z tohoto výrazu r \u003d ε / I - R.
Příklad. Baterie se známým EMF ε \u003d 1,5 V a je zapojena do série pomocí žárovky. Pokles napětí na žárovce je 1,2 V. Proto vnitřní odpor prvku vytváří úbytek napětí: 1,5 - 1,2 \u003d 0,3 V. Odpor vodičů v obvodu je považován za zanedbatelný, odpor lampy není znám. Měřený proud procházející obvodem: I \u003d 0,3 A. Je nutné stanovit vnitřní odpor baterie.
- Podle Ohmova zákona je odpor žárovky R \u003d U / I \u003d 1,2 / 0,3 \u003d 4 Ohm;
- Nyní podle vzorce pro výpočet vnitřního odporu r \u003d ε / I - R \u003d 1,5 / 0,3 - 4 \u003d 1 Ohm.
V případě zkratu klesne vnější odpor téměř na nulu. Proud může omezit jeho hodnotu pouze malým odporem zdroje. Proud generovaný v této situaci je tak velký, že zdroj napětí může být poškozen tepelným účinkem proudu, existuje nebezpečí požáru. Nebezpečí požáru se předchází instalací pojistek, například do obvodů baterií automobilu.
Vnitřní odpor zdroje napětí je důležitým faktorem při rozhodování o přenosu nejúčinnější energie na připojené elektrické zařízení.
Důležité! Maximální přenos energie nastane, když se vnitřní odpor zdroje rovná odporu zátěže.
Avšak za této podmínky, při zapamatování vzorce P \u003d I 2 x R, je zátěži přiděleno stejné množství energie a rozptýleno v samotném zdroji a její účinnost je pouze 50%.
Při rozhodování o nejlepším využití zdroje je třeba pečlivě zvážit požadavky na zatížení. Například olověná autobaterie musí poskytovat vysoké proudy při relativně nízkém napětí 12 V. To jí umožňuje nízký vnitřní odpor.
V některých případech musí mít vysokonapěťové napájecí zdroje extrémně vysoký vnitřní odpor, aby se omezil zkratový proud.
Vlastnosti vnitřního odporu zdroje proudu
Ideální zdroj proudu má nekonečný odpor, ale u pravých zdrojů lze uvést přibližnou verzi. Ekvivalentní obvod je odpor připojený paralelně ke zdroji a externí odpor.
Proudový výstup ze zdroje proudu je rozdělen takto: část proudu protéká nejvyšším vnitřním odporem a nejmenším odporem zátěže.
Výstupní proud bude ze součtu proudů vnitřního odporu a zátěže I® \u003d In + Ivn.
Ukázalo se:
In \u003d I® - Ivn \u003d I® - Un / r.
Tato závislost ukazuje, že když vnitřní odpor zdroje proudu stoupá, tím více proud na něm klesá a zátěžový rezistor přijímá většinu proudu. Je zajímavé, že napětí neovlivní aktuální hodnotu.
Výstupní napětí skutečného zdroje:
Uout \u003d I x (R x r) / (R + r) \u003d I x R / (1 + R / r).
Aktuální síla:
Iout \u003d I / (1 + R / r).
Výstupní výkon:
Рout \u003d I² x R / (1 + R / r) ².
Důležité! Při analýze obvodů postupujte podle následujících podmínek: Pokud je interní odpor zdroje výrazně překročen oproti externímu, jedná se o proudový zdroj. Pokud je naopak vnitřní odpor mnohem menší než externí, jedná se o zdroj napětí.
Při napájení elektřiny do měřících můstků, operačních zesilovačů se používají proudové zdroje, jedná se o různé senzory.
Video