Что такое внутреннее сопротивление; Школа для электриков: электротехника и электроника

Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически развивается максимальная мощность на данном источнике, возьмите производную формулы мощности по R и приравняйте ее к нулю. Максимальная мощность будет развиваться при внешнем сопротивлении цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Каково внутреннее сопротивление

Предположим, что имеется простая замкнутая цепь с источником тока, таким как генератор, гальванический элемент или батарея, и резистором с сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, он течет внутри источника.

В такой ситуации можно сказать, что каждый источник имеет некоторое внутреннее сопротивление, которое препятствует протеканию тока. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r. Для гальванического элемента или батареи внутреннее сопротивление – это сопротивление раствора электролита и электродов, для генератора – сопротивление обмоток статора и т.д.

Что такое внутреннее сопротивление. Измерение внутреннего сопротивления

Таким образом, источник тока характеризуется как величиной его ЭДС, так и величиной его собственного внутреннего сопротивления r – и то, и другое свидетельствует о качестве этого источника.

Например, высоковольтные электростатические генераторы (такие как генератор Ван де Граафа или генератор Вимшурста) имеют огромное ЭДС в миллионы вольт и внутреннее сопротивление в сотни мегаом, поэтому они не подходят для генерации больших токов.

Аккумулятор и генератор Ван де Граафа

Гальванические элементы (например, батареи), напротив, имеют ЭДС порядка 1 вольта, хотя их внутреннее сопротивление порядка долей или максимум десяти Ом, и поэтому они могут производить токи порядка единиц и десятков ампер.

Фактическая мощность при подключенной нагрузке

На этой схеме показан реальный источник с подключенной нагрузкой. Здесь мы обозначим ЭДС источника, его внутреннее сопротивление и сопротивление нагрузки. Согласно закону Ома для замкнутой цепи, ток в этой цепи будет равен:

Ток в цепи

Поскольку поперечное сечение внешней цепи однородно, напряжение на нагрузке можно найти из закона Ома:

Напряжение нагрузки

Выразив сопротивление нагрузки из первого уравнения и подставив его значение во второе уравнение, получим зависимость напряжения нагрузки от тока замкнутой цепи:

Напряжение нагрузки в зависимости от тока замкнутой цепи

В замкнутой цепи ЭДС равна сумме падений напряжения на внешних элементах цепи и внутреннего сопротивления самого источника. Зависимость между напряжением нагрузки и током нагрузки абсолютно линейна.

График показывает это, но экспериментальные данные на реальном резисторе (крестики рядом с графиком) всегда отличаются от идеальных:

При нулевом токе нагрузки напряжение внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении нагрузки ток цепи равен току короткого замыкания

Эксперименты и логика показывают, что при нулевом токе нагрузки напряжение на внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении нагрузки ток в цепи равен току короткого замыкания. Это свойство реальных цепей помогает экспериментально найти ЭДС и внутреннее сопротивление реальных источников.

Экспериментальное определение внутреннего сопротивления

Чтобы найти эти характеристики экспериментально, строится график зависимости напряжения нагрузки от тока и экстраполируется до пересечения осей.

Пересечение графика с осью напряжения – это значение ЭДС источника, а пересечение с осью тока – значение тока короткого замыкания. В результате внутреннее сопротивление определяется по формуле:

Внутреннее сопротивление

Полезная мощность, развиваемая источником, отдается в нагрузку. График зависимости этой мощности от сопротивления нагрузки показан на рис. Эта кривая начинается на пересечении координатных осей в нуле, затем поднимается до максимальной мощности, после чего падает до нуля при сопротивлении нагрузки, равном бесконечности.

диаграмма сопротивления силовой нагрузки

Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически развивается максимальная мощность от данного источника, возьмите производную формулы мощности в зависимости от R и приравняйте ее к нулю. Максимальная мощность будет развиваться при внешнем сопротивлении цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Максимальная мощность

Это утверждение о максимальной мощности при R = r, позволяет нам экспериментально найти внутреннее сопротивление источника, построив график мощности, рассеиваемой на нагрузке, как функцию от величины сопротивления нагрузки. Найдя фактическое, а не теоретическое сопротивление нагрузки, которое дает максимальную мощность, определяется фактическое внутреннее сопротивление источника питания.

КПД источника тока определяет отношение максимальной мощности, выделяемой на нагрузке, к полной мощности, которую источник развивает в данный момент:

Эффективность источника питания

Очевидно, что если источник развивает такую мощность, что на нагрузке получается максимально возможная для источника мощность, то КПД источника составит 50%.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту сильно вырасти!

Согласно закону Ома, ток (I) пропорционален напряжению (U) и обратно пропорционален сопротивлению (R), а мощность (P) рассчитывается как произведение напряжения и тока. Из этого рассчитывается ток в сечении проводника: I = P/U.

Внутреннее сопротивление батареи – это параметр, используемый для оценки “здоровья” батареи … Омическое сопротивление – это сумма сопротивлений сепараторов батареи, электродов, положительных и отрицательных клемм, мостовых сварных швов между элементами и электролита.

Сопротивление нагрузки, подключенной к источнику тока, называется внешним сопротивлением, а сопротивление самого источника тока – внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление обозначается буквой r.

Однако не только тип сопротивления и электронные компоненты, которые его обеспечивают, влияют на общую стоимость цепи. Способ соединения компонентов в электрической цепи также играет особую роль. Существует два варианта:

Измерение сопротивления петли фаза-ноль

Петля фаза-ноль – это электрическая цепь переменного тока, которая может возникнуть в результате короткого замыкания между фазой и нейтралью или фазой и фазным проводником. Это может быть вызвано повреждением изоляции, механическим повреждением или случайным соединением оголенных участков кабеля вместе. В системах с непосредственно заземленной нейтральной точкой нейтральный проводник физически подключен к нейтральной точке трансформатора, которая соединена с контуром заземления. Если нейтральный проводник закорочен или фазы соединены вместе, образуется цепь (петля).

Основной задачей измерений является определение величины тока петли в случае короткого замыкания. Это необходимо для расчета и выбора средств защиты. Хорошим результатом является низкое сопротивление контура, так что ток I будет наибольшим. Его значение определяет, как быстро сработает автоматический выключатель.

Чем меньше времени требуется для отключения неисправной или короткозамкнутой цепи, тем больше шансов, что пожар не приведет к возгоранию кабельной сети. Если человека ударит током в результате прикосновения или короткого замыкания, автоматическое отключение питания спасет ему жизнь.

Электротехника – это отрасль науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях. Электрическая цепь – это набор устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрического тока. Все электрические устройства можно разделить на три большие группы в зависимости от их назначения, принципа действия и конструкции. Источники энергии, которые представляют собой устройства, вырабатывающие электричество, такие как генераторы, термопары, фотоэлектрические элементы, химические элементы. Потребители или нагрузки, т.е. устройства, потребляющие электрический ток, такие как электродвигатели, электрические лампы, электромеханизмы и т.д. Проводники, а также различные распределительные устройства, такие как выключатели, реле, контакторы и т.д. Направленное движение электрических зарядов называется электрическим током.

Внутреннее сопротивление – формула

Внешние силы. Для поддержания постоянной разности потенциалов на концах проводника, а значит, и тока, необходимы внешние силы неэлектрической природы, которые разделяют электрические заряды. Внешние силы – это любые силы, действующие на электрически заряженные частицы в цепи, за исключением электростатических сил. В зависимости от типа преобразуемой энергии различают следующие виды электродвижущей силы:. Электродвижущая сила EMF является характеристикой источников тока. Термин ЭДС был введен Г. Омом в году.

Вы видели это? Напряжение на клеммах аккумулятора упало до 11,79 вольт!

Падение напряжения.

Итак, познакомьтесь со своим автомобильным аккумулятором!

автомобильный аккумулятор

Чтобы использовать его в будущем, припаяйте к нему два провода: красный – плюс, черный – минус.

Наше подразделение готово к действиям.

Теперь возьмите галогенную автомобильную лампу и припаяйте к ней два провода типа “крокодил”. Я припаял его к клеммам “ближнего” света.

Сначала измерим напряжение на клеммах аккумулятора

12,09 V. Это вполне нормально, поскольку наша батарея выдает ровно 12 вольт. Я собираюсь немного забежать вперед и сказать, что теперь мы измерили ЭМП.

Подключите галогенную лампу к батарее и снова измерьте напряжение:

Вы видели это? Напряжение на клеммах аккумулятора упало до 11,79 вольт!

Давайте также измерим, какой ток потребляет наша лампочка в амперах. Для этого мы сделаем схему, подобную приведенной ниже:

Желтый мультиметр будет измерять напряжение, а красный – ток. Как измерить ток и напряжение с помощью мультиметра, вы можете прочитать в этой статье.

Давайте посмотрим на показания:

Как мы видим, наша лампочка потребляет 4,35 ампера. Напряжение упало до 11,79 вольт.

Давайте заменим галогенную лампу на обычную 12-вольтовую лампу для мотоциклов.

Лампа потребляет 0,69 ампера. Напряжение упало ровно до 12 вольт.

Какие выводы можно сделать? Чем больше потребляемый нагрузкой ток, тем больше снижается напряжение батареи.

Zw означает диффузионный импеданс Варбурга

Почему мы оказываем сопротивление

Так работает наш мозг.

Она защищает нас от опасности и пытается поддерживать стабильность вокруг нас. Поэтому лимбическая система, отвечающая за эмоции, вместе с рептильным мозгом, который отвечает за дыхание, кровообращение, сон, мышечные реакции – самые необходимые для выживания функции – реагируют с крайней враждебностью на любые возможные изменения. Префронтальная кора головного мозга, отвечающая за дисциплину и долгосрочное планирование, не всегда ладит с нижележащими центрами мозга. В результате мы испытываем страх, тревогу, депрессию и не можем заставить себя сделать что-то неизвестное.

Некоторые люди даже страдают от состояния, которое медики называют “нетерпимостью к неизвестному”. А участки мозга, отвечающие за страх и тревогу (миндалина, островковая кора), увеличиваются. Не забывая о дофамине, который соблазняет нас быстрыми удовольствиями, и дофаминовых рецепторах, “сбои” которых делают нас беспомощными и трудно сопротивляющимися соблазнам и слабостям.

Мы ограничены нашим воспитанием

Существуют определенные правила и убеждения, которые мы усваиваем в семье и в обществе. Некоторые из них безвредны и даже полезны: “спички – не игрушка для детей”, “мойте руки перед едой”, “не ешьте подозрительные грибы и ягоды”. Есть и такие, которые отвлекают нас и делают действия невозможными, например: “Без денег и связей ничего не добьешься”, “девочки плохо успевают по математике”. Бороться с такими ограничивающими убеждениями нелегко, но это возможно.

Читайте далее:
Сохранить статью?