ما هي المقاومة الداخلية

لنفترض أن هناك دائرة كهربائية مغلقة بسيطة تتضمن مصدرًا للتيار ، على سبيل المثال مولد ، خلية أو بطارية كلفانية ، ومقاوم المقاومة R. نظرًا لأن التيار في الدائرة لا ينقطع في أي مكان ، فإنه يتدفق أيضًا داخل المصدر.

في مثل هذه الحالة ، يمكننا القول أن كل مصدر لديه بعض المقاومة الداخلية التي تمنع تدفق التيار. تميز هذه المقاومة الداخلية المصدر الحالي ويُشار إليها بالحرف r. ل خلية جلفانية أو البطارية ، المقاومة الداخلية هي مقاومة محلول الإلكتروليت والأقطاب الكهربائية ، بالنسبة للمولد - مقاومة لفات الجزء الثابت ، إلخ.

وبالتالي ، يتميز المصدر الحالي بحجم EMF وقيمة المقاومة الداخلية الخاصة به ص - تشير كلتا الخاصيتين إلى جودة المصدر.

تتميز المولدات الكهروستاتيكية ذات الجهد العالي (مثل مولد Van de Graaf أو مولد Wimshurst) على سبيل المثال بمقياس كهرومغناطيسي ضخم يقاس بملايين الفولتات ، بينما تقاس مقاومتها الداخلية بمئات الميغا أوم ، لذا فهي غير مناسبة للحصول على التيارات العالية.

على العكس من ذلك ، تحتوي الخلايا الجلفانية (مثل البطارية) على EMF بترتيب 1 فولت ، على الرغم من أن مقاومتها الداخلية بترتيب الكسور أو على الأكثر عشرة أوم ، وبالتالي يمكن الحصول على تيارات الوحدات وعشرات الأمبير من الخلايا الجلفانية.

يوضح هذا الرسم البياني مصدرًا حقيقيًا بحمل متصل. تم تعريفها هنا مصدر EMF، مقاومته الداخلية وكذلك مقاومة الحمل. وفق قانون أوم للدائرة المغلقة، التيار في هذه الدائرة سيكون مساوياً لـ:

نظرًا لأن قسم الدائرة الخارجية متجانس ، فيمكن العثور على الجهد عبر الحمل من قانون أوم:

بالتعبير عن مقاومة الحمل من المعادلة الأولى واستبدال قيمته في المعادلة الثانية ، نحصل على اعتماد الجهد في الحمل على التيار في دائرة مغلقة:

في حلقة مغلقة ، يكون المجال الكهرومغناطيسي مساويًا لمجموع انخفاض الجهد على عناصر الدائرة الخارجية وعلى المقاومة الداخلية للمصدر نفسه. يعتبر اعتماد جهد الحمل على تيار الحمل خطيًا بشكل مثالي.

يوضح الرسم البياني ذلك ، لكن البيانات التجريبية لمقاوم حقيقي (تقاطعات بالقرب من الرسم البياني) تختلف دائمًا عن المثالي:

تُظهر التجارب والمنطق أنه عند تيار الحمل الصفري ، يكون جهد الدائرة الخارجية مساويًا لمصدر emf وبجهد تحميل صفري يكون تيار الدائرة تيار ماس كهربائى… تساعد خاصية الدوائر الحقيقية هذه في العثور تجريبيًا على المجالات الكهرومغناطيسية والمقاومة الداخلية للمصادر الحقيقية.

الكشف التجريبي عن المقاومة الداخلية

لتحديد هذه الخصائص تجريبيًا ، تم إنشاء رسم بياني لاعتماد الجهد في الحمل على حجم التيار ، وبعد ذلك يتم استقراءه إلى نقطة التقاطع مع المحاور.

عند نقطة تقاطع الرسم البياني مع العمود الفقري للجهد توجد قيمة مصدر emf ، وعند نقطة التقاطع مع المحور الحالي تكون قيمة تيار الدائرة القصيرة. نتيجة لذلك ، تم العثور على المقاومة الداخلية من خلال الصيغة:

يتم توزيع الطاقة المفيدة التي طورها المصدر عبر الحمل. يظهر الرسم البياني لاعتماد هذه القوة على مقاومة الحمل في الشكل. يبدأ هذا المنحنى من تقاطع محاور الإحداثيات عند نقطة الصفر ، ثم يرتفع إلى أقصى قيمة للطاقة ، ثم ينخفض ​​إلى الصفر بمقاومة تحميل تساوي اللانهاية.

للعثور على أقصى مقاومة للحمل يتم عندها تطوير القدرة القصوى النظرية بمصدر معين ، يتم أخذ مشتق معادلة الطاقة فيما يتعلق بـ R وضبطه على الصفر. سيتم تطوير الطاقة القصوى عندما تكون مقاومة الدائرة الخارجية مساوية لمقاومة المصدر الداخلي:

يتيح لك هذا التوفير للحد الأقصى من الطاقة عند R = r العثور على المقاومة الداخلية للمصدر بشكل تجريبي من خلال رسم الطاقة الصادرة عند الحمل مقابل قيمة مقاومة الحمل.إن العثور على مقاومة حمل فعلية وليست نظرية توفر أقصى طاقة يحدد المقاومة الداخلية الفعلية لمصدر الطاقة.

تشير كفاءة المصدر الحالي إلى نسبة الطاقة القصوى الموزعة على الحمل إلى إجمالي الطاقة التي يتم تطويرها حاليًا

من الواضح أنه إذا طور المصدر مثل هذه الطاقة بحيث يتم الحصول على أقصى طاقة ممكنة لمصدر معين عند الحمل ، فستكون كفاءة المصدر مساوية لـ 50 ٪.