Kaj je notranji upor

Recimo, da obstaja preprosto električno sklenjeno vezje, ki vključuje vir toka, na primer generator, galvanski člen ali baterijo, in upor upora R. Ker tok v vezju ni nikjer prekinjen, teče tudi znotraj vira.

V takšni situaciji lahko rečemo, da ima vsak vir nek notranji upor, ki preprečuje tok. Ta notranji upor označuje vir toka in je označen s črko r. Za galvanski člen ali baterija, notranji upor je upor raztopine elektrolita in elektrod, za generator - upor navitij statorja itd.

Tako je za vir toka značilna tako velikost EMF kot vrednost lastnega notranjega upora r - obe značilnosti kažeta na kakovost vira.

Visokonapetostni elektrostatični generatorji (kot sta Van de Graafov generator ali Wimshurstov generator) imajo na primer ogromen EMF, merjen v milijonih voltov, medtem ko se njihov notranji upor meri v stotinah megaomov, zato niso primerni za pridobivanje visoki tokovi.

Nasprotno, galvanski členi (kot je baterija) imajo EMF reda 1 volta, čeprav je njihov notranji upor reda frakcij ali največ deset ohmov, zato je mogoče dobiti tokove enot in desetin amperov iz galvanskih celic.

Ta diagram prikazuje pravi vir s priključenim bremenom. Tu so opredeljeni vir EMF, njegov notranji upor in odpornost na obremenitev. Po navedbah Ohmov zakon za zaprt krog, bo tok v tem vezju enak:

Ker je odsek zunanjega vezja homogen, lahko iz Ohmovega zakona ugotovimo napetost na bremenu:

Če izrazimo upor obremenitve iz prve enačbe in nadomestimo njeno vrednost v drugo enačbo, dobimo odvisnost napetosti v obremenitvi od toka v zaprtem krogu:

V zaprti zanki je EMF enak vsoti padca napetosti na zunanjih elementih vezja in notranjega upora samega vira. Odvisnost bremenske napetosti od bremenskega toka je idealno linearna.

Graf to prikazuje, vendar se eksperimentalni podatki za pravi upor (križci blizu grafa) vedno razlikujejo od idealnih:

Eksperimenti in logika kažejo, da je pri ničelnem obremenitvenem toku napetost zunanjega vezja enaka izvorni emf, pri ničelni obremenitveni napetosti pa je tok vezja tok kratkega stika… Ta lastnost resničnih vezij pomaga eksperimentalno najti EMF in notranji upor resničnih virov.

Eksperimentalno odkrivanje notranjega upora

Za eksperimentalno določitev teh značilnosti se zgradi graf odvisnosti napetosti v obremenitvi od velikosti toka, po katerem se ekstrapolira do točke presečišča z osmi.

Na presečišču grafa z napetostno hrbtenico je vrednost EMF vira, na presečišču s tokovno osjo pa vrednost kratkostičnega toka. Kot rezultat, notranji upor najdemo po formuli:

Uporabna moč, ki jo razvije vir, se porazdeli po bremenu. Graf odvisnosti te moči od upora obremenitve je prikazan na sliki. Ta krivulja se začne od presečišča koordinatnih osi na ničelni točki, nato se dvigne do največje vrednosti moči, nato pade na nič z uporom obremenitve, ki je enak neskončnosti.

Da bi našli največji upor obremenitve, pri katerem se bo razvila teoretična največja moč z danim virom, se vzame izpeljanka formule moči glede na R in nastavi na nič. Največja moč se razvije, ko je zunanji upor tokokroga enak notranjemu uporu vira:

Ta določba za največjo moč pri R = r vam omogoča eksperimentalno iskanje notranjega upora vira tako, da moč, sproščeno pri obremenitvi, narišete v odvisnosti od vrednosti upora obremenitve.Iskanje dejanskega in ne teoretičnega upora obremenitve, ki zagotavlja največjo moč, določa dejanski notranji upor napajalnika.

Učinkovitost tokovnega vira kaže razmerje med največjo močjo, porazdeljeno na obremenitev, in skupno močjo, ki se trenutno razvija

Jasno je, da če vir razvije takšno moč, da se pri obremenitvi doseže največja možna moč za dani vir, bo učinkovitost vira enaka 50%.