Què és la resistència interna

Suposem que hi ha un circuit elèctric tancat simple que inclou una font de corrent, per exemple un generador, una pila galvànica o una bateria, i una resistència de resistència R. Com que el corrent del circuit no s'interromp enlloc, també flueix a l'interior de la font.

En aquesta situació, podem dir que cada font té una certa resistència interna que impedeix que el corrent flueixi. Aquesta resistència interna caracteritza la font de corrent i es denota amb la lletra r. Per cel·la galvànica o bateria, la resistència interna és la resistència de la solució d'electròlit i els elèctrodes, per a un generador: la resistència dels bobinatges de l'estator, etc.

Així, una font de corrent es caracteritza tant per la magnitud de l'EMF com pel valor de la seva pròpia resistència interna r; ambdues característiques indiquen la qualitat de la font.

Els generadors electrostàtics d'alta tensió (com el generador Van de Graaf o el generador Wimshurst), per exemple, presenten un enorme EMF mesurat en milions de volts, mentre que la seva resistència interna es mesura en centenars de megaohms, per la qual cosa no són aptes per a l'obtenció. corrents elevats.

Per contra, les cèl·lules galvàniques (com una bateria) tenen un EMF de l'ordre d'1 volt, encara que la seva resistència interna és de l'ordre de les fraccions o com a màxim de deu ohms, i per tant es poden obtenir corrents d'unitats i desenes d'amperes. de cèl·lules galvàniques.

Aquest diagrama mostra una font real amb una càrrega connectada. Aquí es defineixen Font EMF, la seva resistència interna així com la resistència de càrrega. D'acord amb Llei d'Ohm per a un circuit tancat, el corrent en aquest circuit serà igual a:

Com que la secció del circuit extern és homogènia, a partir de la llei d'Ohm es pot trobar la tensió a través de la càrrega:

Expressant la resistència de la càrrega a partir de la primera equació i substituint el seu valor a la segona, obtenim la dependència de la tensió de la càrrega del corrent en un circuit tancat:

En un bucle tancat, l'EMF és igual a la suma de la caiguda de tensió dels elements del circuit extern i de la resistència interna de la pròpia font. La dependència de la tensió de càrrega del corrent de càrrega és idealment lineal.

El gràfic mostra això, però les dades experimentals d'una resistència real (creues a prop del gràfic) sempre difereixen de l'ideal:

Els experiments i la lògica mostren que amb un corrent de càrrega zero la tensió del circuit extern és igual a la fem de font i amb una tensió de càrrega zero el corrent del circuit és corrent de curtcircuit… Aquesta propietat dels circuits reals ajuda a trobar experimentalment la FEM i la resistència interna de les fonts reals.

Detecció experimental de la resistència interna

Per determinar experimentalment aquestes característiques, es construeix un gràfic de la dependència de la tensió a la càrrega de la magnitud del corrent, després del qual s'extrapola al punt d'intersecció amb els eixos.

En el punt d'intersecció del gràfic amb l'espina de tensió hi ha el valor de la font fem, i en el punt d'intersecció amb l'eix de corrent hi ha el valor del corrent de curtcircuit. Com a resultat, la resistència interna es troba amb la fórmula:

La potència útil desenvolupada per la font es distribueix per tota la càrrega. A la figura es mostra el gràfic de la dependència d'aquesta potència de la resistència de càrrega. Aquesta corba comença des de la intersecció dels eixos de coordenades en el punt zero, després puja fins al valor de potència màxima, després baixa a zero amb una resistència de càrrega igual a l'infinit.

Per trobar la resistència de càrrega màxima a la qual es desenvoluparà la potència màxima teòrica amb una font donada, es pren la derivada de la fórmula de la potència respecte a R i es posa a zero. La potència màxima es desenvoluparà quan la resistència del circuit extern sigui igual a la resistència de la font interna:

Aquesta disposició per a la potència màxima a R = r us permet trobar experimentalment la resistència interna de la font traçant la potència alliberada a la càrrega en funció del valor de la resistència de càrrega.Trobar una resistència de càrrega real més que teòrica que proporcioni la màxima potència determina la resistència interna real de la font d'alimentació.

L'eficiència de la font de corrent indica la relació entre la potència màxima distribuïda a la càrrega i la potència total que s'està desenvolupant actualment.

Està clar que si la font desenvolupa una potència tal que s'obté la màxima potència possible per a una font determinada a la càrrega, llavors l'eficiència de la font serà igual al 50%.