Koliki je unutrašnji otpor izvora. Određivanje unutrašnjeg omskog otpora (jednosmjerne struje) baterije ili akumulatora. Karakteristike unutrašnjeg otpora izvora struje

Električna struja u vodiču nastaje pod utjecajem električnog polja, uzrokujući slobodne nabijene čestice da se kreću u jednom smjeru. Stvaranje struje čestica je ozbiljan problem. Izgraditi takav uređaj koji će održavati razliku potencijala polja dugo vremena u jednom stanju zadatak je koji je čovječanstvo bilo moguće riješiti tek krajem 18. stoljeća.

Prvi pokušaji

Prvi pokušaji da se "skladišti električna energija" za njeno dalje istraživanje i upotrebu učinjeni su u Holandiji. Nijemac Ewald Jürgen von Kleist i Holanđanin Pieter van Musschenbroek, koji su svoje istraživanje proveli u gradu Leidenu, stvorili su prvi kondenzator na svijetu, kasnije nazvan “Leyden jar”.

Akumulacija električnog naboja se već odvijala pod uticajem mehaničkog trenja. Bilo je moguće koristiti pražnjenje kroz provodnik u određenom, prilično kratkom vremenskom periodu.

Pobjeda ljudskog uma nad tako efemernom supstancom kao što je elektricitet pokazala se revolucionarnom.

Nažalost, pražnjenje (električna struja koju stvara kondenzator) trajalo je tako kratko da se nije moglo stvoriti. Osim toga, napon koji napaja kondenzator postepeno se smanjuje, što ne ostavlja mogućnost primanja dugotrajne struje.

Trebalo je tražiti drugi način.

Prvi izvor

Eksperimenti Italijana Galvanija na "životinjskom elektricitetu" bili su originalni pokušaj pronalaženja prirodnog izvora struje u prirodi. Okačivši noge seciranih žaba na metalne kuke gvozdene rešetke, skrenuo je pažnju na karakterističnu reakciju nervnih završetaka.

Međutim, Galvanijeve zaključke opovrgao je još jedan Italijan, Alessandro Volta. Zainteresiran za mogućnost dobivanja električne energije iz životinjskih organizama, proveo je niz eksperimenata sa žabama. Ali pokazalo se da je njegov zaključak potpuno suprotan prethodnim hipotezama.

Volta je primijetio da je živi organizam samo pokazatelj električnog pražnjenja. Kada struja prođe, mišići šapa se skupljaju, što ukazuje na potencijalnu razliku. Ispostavilo se da je izvor električnog polja kontakt različitih metala. Što su oni udaljeniji u nizu hemijskih elemenata, to je efekat značajniji.

Ploče od različitih metala, obložene papirnim diskovima natopljenim rastvorom elektrolita, dugo su stvarale potrebnu potencijalnu razliku. I iako je bila niska (1,1 V), električna struja se mogla proučavati dugo vremena. Glavno je da je napetost ostala nepromijenjena isto toliko.

Šta se dešava

Zašto se ovaj efekat javlja u izvorima koji se nazivaju “galvanske ćelije”?

Dvije metalne elektrode smještene u dielektriku igraju različite uloge. Jedan isporučuje elektrone, drugi ih prihvata. Proces redoks reakcije dovodi do pojave viška elektrona na jednoj elektrodi, koja se zove negativni pol, a manjka na drugoj, koju ćemo označiti kao pozitivni pol izvora.

U najjednostavnijim galvanskim ćelijama oksidacijske reakcije se javljaju na jednoj elektrodi, a redukcijske reakcije na drugoj. Elektroni dolaze na elektrode iz vanjskog dijela kola. Elektrolit je provodnik jonske struje unutar izvora. Sila otpora kontroliše trajanje procesa.

Bakar-cink element

Zanimljivo je razmotriti princip rada galvanskih ćelija na primjeru bakarno-cink galvanske ćelije, čije djelovanje dolazi od energije cinka i bakrenog sulfata. U ovom izvoru, bakrena ploča se stavlja u otopinu, a cink elektroda je uronjena u otopinu cink sulfata. Otopine su odvojene poroznim odstojnikom kako bi se izbjeglo miješanje, ali moraju doći u kontakt.

Ako je krug zatvoren, površinski sloj cinka je oksidiran. U procesu interakcije s tekućinom, u otopini se pojavljuju atomi cinka koji se pretvaraju u ione. Na elektrodi se oslobađaju elektroni koji mogu sudjelovati u formiranju struje.

Jednom na bakrenoj elektrodi, elektroni učestvuju u reakciji redukcije. Ioni bakra dolaze iz rastvora u površinski sloj tokom procesa redukcije, pretvaraju se u atome bakra, taložeći se na bakarnoj ploči.

Sumirajmo ono što se događa: proces rada galvanske ćelije praćen je prijelazom elektrona iz reducirajućeg agensa u oksidacijsko sredstvo duž vanjskog dijela kola. Reakcije se javljaju na obje elektrode. Unutar izvora teče jonska struja.

Poteškoće u upotrebi

U principu, bilo koja od mogućih redoks reakcija može se koristiti u baterijama. Ali nema toliko tvari koje mogu djelovati u tehnički vrijednim elementima. Štaviše, mnoge reakcije zahtijevaju skupe supstance.

Moderne baterije imaju jednostavniju strukturu. Dvije elektrode postavljene u jedan elektrolit pune posudu - tijelo baterije. Takve karakteristike dizajna pojednostavljuju strukturu i smanjuju troškove baterija.

Bilo koja galvanska ćelija može proizvesti jednosmjernu struju.

Otpor struje ne dozvoljava da se svi joni pojave na elektrodama u isto vrijeme, tako da element radi dugo vremena. Hemijske reakcije stvaranja jona prije ili kasnije prestaju, a element se isprazni.

Trenutni izvor je od velike važnosti.

Malo o otporu

Upotreba električne struje je, nesumnjivo, podigla naučni i tehnološki napredak na novi nivo i dala mu gigantski zamah. Ali sila otpora protoku struje ometa takav razvoj.

S jedne strane, električna struja ima neprocjenjiva svojstva koja se koriste u svakodnevnom životu i tehnologiji, s druge strane postoji značajan otpor. Fizika, kao nauka o prirodi, pokušava da uspostavi ravnotežu i uskladi te okolnosti.

Otpor struje nastaje zbog interakcije električno nabijenih čestica sa tvari kroz koju se kreću. Nemoguće je isključiti ovaj proces u normalnim temperaturnim uslovima.

Otpor

Izvor struje i otpor vanjskog dijela strujnog kola imaju nešto drugačiju prirodu, ali isti je u ovim procesima rad na pomicanju naboja.

Sam rad zavisi samo od svojstava izvora i njegovog punjenja: kvaliteta elektroda i elektrolita, kao i od spoljnih delova kola, čiji otpor zavisi od geometrijskih parametara i hemijskih karakteristika materijala. Na primjer, otpor metalne žice raste s njenom dužinom i opada s povećanjem površine poprečnog presjeka. Prilikom rješavanja problema kako smanjiti otpornost, fizika preporučuje korištenje specijaliziranih materijala.

Trenutni rad

U skladu sa Joule-Lenzovim zakonom, u provodnicima se oslobađa količina topline proporcionalna otporu. Ako je količina toplote označena sa Q int. , jačina struje I, njeno vrijeme protoka t, tada dobijamo:

Q interni = I 2 r t,

gdje je r unutrašnji otpor izvora struje.

U cijelom lancu, uključujući i njegove unutrašnje i vanjske dijelove, oslobodit će se ukupna količina topline čija je formula:

Q ukupno = I 2 r t + I 2 R t = I 2 (r +R) t,

Poznato je kako se u fizici označava otpor: vanjsko kolo (svi elementi osim izvora) ima otpor R.

Ohmov zakon za kompletno kolo

Uzmimo u obzir da glavni posao obavljaju vanjske sile unutar izvora struje. Njegova vrijednost je jednaka umnošku naboja koji prenosi polje i elektromotorne sile izvora:

q · E = I 2 · (r + R) · t.

Shvaćajući da je naboj jednako umnošku jačine struje i vremena koje teče, imamo:

E = I (r + R).

U skladu sa uzročno-posljedičnim vezama, Ohmov zakon ima oblik:

I = E: (r + R).

U zatvorenom kolu, EMF izvora struje je direktno proporcionalan i obrnuto proporcionalan ukupnom (udarnom) otporu kola.

Na osnovu ovog uzorka moguće je odrediti unutrašnji otpor izvora struje.

Kapacitet pražnjenja izvora

Glavne karakteristike izvora uključuju kapacitet pražnjenja. Maksimalna količina električne energije dobijena tokom rada pod određenim uslovima zavisi od jačine struje pražnjenja.

U idealnom slučaju, kada se naprave određene aproksimacije, kapacitet pražnjenja se može smatrati konstantnim.

Na primjer, standardna baterija s potencijalnom razlikom od 1,5 V ima kapacitet pražnjenja od 0,5 Ah. Ako je struja pražnjenja 100 mA, radi 5 sati.

Metode punjenja baterija

Korištenje baterija će dovesti do njihovog pražnjenja. punjenje malih elemenata vrši se pomoću struje čija snaga ne prelazi jednu desetinu kapaciteta izvora.

Dostupne su sljedeće metode punjenja:

korištenje konstantne struje za određeno vrijeme (oko 16 sati sa strujom od 0,1 kapaciteta baterije);
punjenje sa opadajućom strujom do date potencijalne razlike;
korištenje asimetričnih struja;
sekvencijalna primjena kratkih impulsa punjenja i pražnjenja, u kojoj vrijeme prvog prelazi vrijeme drugog.

Praktičan rad

Predlaže se zadatak: odrediti unutrašnji otpor izvora struje i emf.

Da biste to izvršili, morate nabaviti izvor struje, ampermetar, voltmetar, reostat klizača, ključ i set vodiča.

Upotreba će vam omogućiti da odredite unutrašnji otpor izvora struje. Da biste to učinili, morate znati njegov EMF i vrijednost otpora reostata.

Formula za proračun strujnog otpora u vanjskom dijelu kola može se odrediti iz Ohmovog zakona za dio kola:

I=U:R,

gdje je I jačina struje u vanjskom dijelu kola, mjerena ampermetrom; U je napon na vanjskom otporu.

Da bi se povećala tačnost, mjerenja se vrše najmanje 5 puta. čemu služi? Napon, otpor, struja (ili bolje rečeno, jačina struje) izmjereni tokom eksperimenta se dalje koriste.

Da bismo odredili EMF izvora struje, koristimo činjenicu da je napon na njegovim terminalima kada je prekidač otvoren gotovo jednak EMF-u.

Sastavimo serijski spojeni krug od baterije, reostata, ampermetra i ključa. Priključujemo voltmetar na terminale izvora struje. Nakon otvaranja ključa, uzimamo njegova očitanja.

Unutarnji otpor, čija se formula dobiva iz Ohmovog zakona za kompletno kolo, određuje se matematičkim proračunima:

I = E: (r + R).
r = E: I - U: I.

Mjerenja pokazuju da je unutrašnji otpor znatno manji od vanjskog.

Praktična funkcija akumulatora i baterija se široko koristi. Neosporna ekološka sigurnost elektromotora je nesumnjiva, ali stvaranje kapacitetne, ergonomske baterije problem je moderne fizike. Njegovo rješenje će dovesti do novog kruga razvoja automobilske tehnologije.

Male, lagane punjive baterije velikog kapaciteta su takođe neophodne u mobilnim elektronskim uređajima. Količina energije koja se u njima koristi direktno je povezana sa performansama uređaja.

Potreba za uvođenjem pojma može se ilustrovati sljedećim primjerom. Uporedimo dva hemijska izvora istosmjerne struje sa istim naponom:

Olovni akumulator za automobile napona 12 volti i kapaciteta 55 Ah
Osam AA baterija povezanih u seriju. Ukupni napon takve baterije je također 12 volti, kapacitet je mnogo manji - otprilike 1 Ah

Uprkos istom naponu, ovi izvori se značajno razlikuju kada rade na istom opterećenju. Dakle, automobilski akumulator je sposoban isporučiti veliku struju na teret (motor automobila pokreće se iz akumulatora, dok starter troši struju od 250 ampera), ali se starter uopće ne okreće iz lanca baterija. Relativno mali kapacitet baterija nije razlog: jedan amper-sat u baterijama bio bi dovoljan za rotaciju startera 14 sekundi (pri struji od 250 ampera).

Dakle, za mreže sa dva terminala koje sadrže izvore (tj. generatore napona i generatore struje) potrebno je posebno govoriti o interni otpor (ili impedansa). Ako mreža s dva terminala ne sadrži izvore, tada “ interni otpor" za takvu mrežu s dva terminala znači isto kao Samo"otpor".

Povezani pojmovi

Ako je u bilo kojem sistemu moguće razlikovati ulaz i/ili izlaz, onda se često koriste sljedeći termini:

Fizički principi

Unatoč činjenici da je u ekvivalentnom krugu unutarnji otpor predstavljen kao jedan pasivni element (i u njemu je nužno prisutan aktivni otpor, odnosno otpornik), unutarnji otpor nije koncentriran ni u jednom elementu. Mreža sa dva terminala samo eksterno ponaša kao da ima koncentrisanu unutrašnju impedanciju i generator napona. U stvarnosti, unutrašnji otpor je vanjska manifestacija skupa fizičkih efekata:

Ako u mreži sa dva terminala postoji samo izvor energije bez ikakvog električnog kola (npr. galvanske ćelije), tada je unutrašnji otpor gotovo čisto aktivan (osim ako ne govorimo o vrlo visokim frekvencijama), to je zbog fizičkih efekata koji ne dozvoljavaju snagu koju ovaj izvor isporučuje u opterećenje premašiti određenu granicu. Najjednostavniji primjer takvog efekta je otpor provodnika električnog kola različit od nule. Ali, po pravilu, najveći doprinos ograničenju snage dolazi od efekata neelektrični priroda. Tako se, na primjer, u snazi može ograničiti kontaktnom površinom tvari koje sudjeluju u reakciji, u generatoru hidroelektrane - ograničenim pritiskom vode itd.
U slučaju mreže sa dva terminala koja sadrži unutra električni dijagram, unutrašnji otpor je "raspršen" u elementima kola (pored mehanizama navedenih u izvoru).

Ovo također podrazumijeva neke karakteristike unutrašnjeg otpora:

Utjecaj unutrašnjeg otpora na svojstva mreže s dva terminala

Efekat unutrašnjeg otpora je integralno svojstvo svake aktivne mreže sa dva terminala. Glavni rezultat prisustva unutrašnjeg otpora je ograničenje električne energije koja se može dobiti u opterećenju koje se napaja iz ove mreže s dva terminala.

Neka postoji mreža sa dva terminala, koja se može opisati gornjim ekvivalentnim krugom. Mreža sa dva terminala ima dva nepoznata parametra koja treba pronaći:

EMF generator napona U
Unutrašnji otpor r

Općenito, da bi se odredile dvije nepoznanice, potrebno je izvršiti dva mjerenja: izmjeriti napon na izlazu mreže s dva terminala (tj. razliku potencijala U izlaz = φ 2 − φ 1) pri dvije različite struje opterećenja. Tada se nepoznati parametri mogu naći iz sistema jednačina:

(naponi)

Gdje U out1 I 1, Uout2- izlazni napon pri struji I 2. Rješavanjem sistema jednačina nalazimo nepoznate nepoznate:

Obično se koristi jednostavnija tehnika za izračunavanje unutrašnjeg otpora: pronalaze se napon u režimu bez opterećenja i struja u režimu kratkog spoja mreže sa dva terminala. U ovom slučaju sistem () se piše na sljedeći način:

Gdje U oc- izlazni napon u stanju mirovanja (eng. otvoreni krug), odnosno pri nultoj struji opterećenja; Isc- struja opterećenja u režimu kratkog spoja (eng. kratki spoj), odnosno pod opterećenjem sa nultim otporom. Ovdje se uzima u obzir da su izlazna struja u režimu bez opterećenja i izlazni napon u režimu kratkog spoja nula. Iz zadnjih jednačina odmah dobijamo:

(unutrašnji otpor)

Measurement

Koncept mjerenje primjenjivo na stvarni uređaj (ali ne i na strujni krug). Direktno mjerenje ommetrom je nemoguće, jer je nemoguće spojiti sonde uređaja na terminale unutrašnjeg otpora. Zbog toga je potrebno indirektno mjerenje, koje se suštinski ne razlikuje od proračuna – potrebni su i naponi na opterećenju pri dvije različite vrijednosti struje. Međutim, nije uvijek moguće koristiti pojednostavljenu formulu (2), budući da svaka prava mreža s dva terminala ne dozvoljava rad u režimu kratkog spoja.

Ponekad se koristi sljedeća jednostavna metoda mjerenja koja ne zahtijeva proračune:

Mjeri se napon otvorenog kola
Promjenljivi otpornik je priključen kao opterećenje i njegov otpor je odabran tako da napon na njemu bude polovina napona otvorenog kola.

Nakon opisanih postupaka, otpor otpornika opterećenja mora se izmjeriti ommetrom - on će biti jednak unutrašnjem otporu mreže s dva terminala.

Koja god metoda mjerenja da se koristi, treba paziti na preopterećenje mreže s dva terminala prekomjernom strujom, odnosno struja ne bi trebala prelaziti maksimalno dozvoljenu vrijednost za datu mrežu s dva terminala.

Reaktivni unutrašnji otpor

Ako ekvivalentno kolo mreže s dva terminala sadrži reaktivne elemente - kondenzatore i/ili induktore, tada proračun Reaktivni unutarnji otpor provodi se na isti način kao i aktivni otpor, ali umjesto otpora otpornika uzimaju se kompleksne impedanse elemenata uključenih u kolo, a umjesto napona i struja uzimaju se njihove kompleksne amplitude, tj. proračun se vrši metodom kompleksne amplitude.

Measurement reaktanca ima neke posebne karakteristike jer je to funkcija kompleksne vrijednosti, a ne skalarna vrijednost:

Možete tražiti različite parametre kompleksne vrijednosti: modul, argument, samo stvarni ili imaginarni dio, kao i cijeli kompleksni broj. U skladu s tim, tehnika mjerenja će zavisiti od toga šta želimo da dobijemo.
Bilo koji od navedenih parametara ovisi o frekvenciji. Teoretski, da bi se merenjem dobili potpuni podaci o unutrašnjem reaktivnom otporu, potrebno je ukloniti zavisnost na frekvenciji, odnosno izvršiti mjerenja na svima frekvencije koje izvor date mreže sa dva terminala može generirati.

Aplikacija

U većini slučajeva ne bi trebalo da pričamo o tome aplikacija unutrašnji otpor, i oko računovodstvo njegov negativan uticaj, jer je unutrašnji otpor pre negativan efekat. Međutim, u nekim sistemima nominalni unutrašnji otpor je bitan.

Pojednostavljivanje ekvivalentnih kola

Prikaz mreže s dva terminala kao kombinacije generatora napona i unutrašnjeg otpora je najjednostavniji i najčešće korišten ekvivalentni krug mreže s dva terminala.

Usklađivanje izvora i opterećenja

Usklađivanje izvora i opterećenja je izbor omjera otpora opterećenja i unutrašnjeg otpora izvora kako bi se postigla specificirana svojstva rezultujućeg sistema (po pravilu pokušavaju postići maksimalnu vrijednost bilo kojeg parametra za dati izvor). Najčešće korištene vrste podudaranja su:

Usklađivanje struje i snage treba koristiti s oprezom jer postoji rizik od preopterećenja izvora.

Redukcija visokog napona

Ponekad se izvoru umjetno dodaje veliki otpor (dodaje se unutrašnjem otporu izvora) kako bi se značajno smanjio napon primljen od njega. Međutim, dodavanje otpornika kao dodatnog otpora (tzv. otpornik za gašenje) dovodi do beskorisne snage koja mu se dodjeljuje. Da bi se izbjeglo trošenje energije, AC sistemi koriste reaktivne impedanse prigušenja, najčešće kondenzatore. Ovako se grade kondenzatorska napajanja. Slično, koristeći kapacitivnu slavinu iz visokonaponske električne mreže, možete dobiti male napone za napajanje bilo kojeg autonomnog uređaja.

Minimiziranje buke

Prilikom pojačavanja slabih signala, često se postavlja zadatak minimiziranja šuma unesenog pojačalom u signal. Za tu svrhu specijal niskošumna pojačala, međutim, projektovani su na način da se najniža figura šuma postiže samo unutar određenog opsega izlazne impedanse izvora signala. Na primer, niskošumno pojačalo obezbeđuje minimalni šum samo u opsegu izlazne impedanse izvora od 1 kΩ do 10 kΩ; ako izvor signala ima nižu izlaznu impedanciju (na primjer, mikrofon sa izlaznom impedancijom od 30 Ohma), tada treba koristiti pojačavajući transformator između izvora i pojačala, koji će povećati izlaznu impedanciju (kao i napon signala) na traženu vrijednost.

Ograničenja

Koncept unutrašnjeg otpora se uvodi kroz ekvivalentno kolo, tako da važe ista ograničenja kao i za primenljivost ekvivalentnih kola.

Primjeri

Vrijednosti unutrašnjeg otpora su relativne: ono što se smatra malim, na primjer, za galvansku ćeliju, vrlo je veliko za moćnu bateriju. Ispod su primjeri mreža s dva terminala i vrijednosti njihovog unutrašnjeg otpora r. Trivijalni slučajevi mreža sa dva terminala nema izvora su posebno navedeni.

Nizak unutrašnji otpor

Visok unutrašnji otpor

Negativan unutrašnji otpor

Postoje mreže sa dva terminala čiji unutrašnji otpor ima negativan značenje. U normalnom aktivan otpora, dolazi do rasipanja energije, in reaktivan U otporu, energija se pohranjuje i zatim pušta natrag u izvor. Posebnost negativnog otpora je u tome što je on sam izvor energije. Stoga se negativan otpor ne javlja u svom čistom obliku, može ga simulirati samo elektronsko kolo, koje nužno sadrži izvor energije. Negativan unutrašnji otpor može se postići u strujnim krugovima korišćenjem:

elementi sa negativnim diferencijalnim otporom, kao što su tunelske diode

Sistemi sa negativnim otporom su potencijalno nestabilni i stoga se mogu koristiti za izgradnju autooscilatora.

vidi takođe

Linkovi

Književnost

Zernov N.V., Karpov V.G. Teorija radiotehničkih kola. - M. - L.: Energija, 1965. - 892 str.
Jones M.H. Elektronika - praktični kurs. - M.: Tehnosfera, 2006. - 512 str.

Na krajevima vodiča, a time i struje, neophodno je prisustvo vanjskih sila neelektrične prirode, uz pomoć kojih dolazi do razdvajanja električnih naboja.

Spoljnim silama su sve sile koje djeluju na električno nabijene čestice u strujnom kolu, s izuzetkom elektrostatičkih (tj. Kulonova).

Sile treće strane pokreću nabijene čestice unutar svih izvora struje: u generatorima, elektranama, galvanskim ćelijama, baterijama itd.

Kada je kolo zatvoreno, u svim provodnicima kola stvara se električno polje. Unutar izvora struje, naboji se kreću pod utjecajem vanjskih sila protiv Kulombovih sila (elektroni se kreću od pozitivno nabijene elektrode u negativnu), a kroz ostatak kola ih pokreće električno polje (vidi sliku iznad).

U izvorima struje, u procesu odvajanja nabijenih čestica, različite vrste energije se pretvaraju u električnu energiju. Na osnovu vrste pretvorene energije razlikuju se sljedeće vrste elektromotorne sile:

- elektrostatički- u elektroforskoj mašini, u kojoj se mehanička energija trenjem pretvara u električnu energiju;

- termoelektrični- u termoelementu - unutrašnja energija zagrijanog spoja dvije žice izrađene od različitih metala pretvara se u električnu energiju;

- fotonaponski- u fotoćeliji. Ovdje dolazi do pretvaranja svjetlosne energije u električnu energiju: kada su određene tvari osvijetljene, na primjer, selen, bakar (I) oksid, silicijum, uočava se gubitak negativnog električnog naboja;

- hemijski- u galvanskim ćelijama, baterijama i drugim izvorima u kojima se hemijska energija pretvara u električnu energiju.

Elektromotorna sila (EMF)- karakteristike izvora struje. Koncept EMF-a uveo je G. Ohm 1827. za kola jednosmjerne struje. Kirchhoff je 1857. definisao EMF kao rad vanjskih sila tokom prijenosa jediničnog električnog naboja duž zatvorenog kola:

ɛ = A st /q,

Gdje ɛ — EMF trenutnog izvora, A st- rad spoljnih snaga, q- iznos prenesene naknade.

Elektromotorna sila se izražava u voltima.

Možemo govoriti o elektromotornoj sili na bilo kojem dijelu kola. Ovo je specifičan rad vanjskih sila (rad na pomicanju jednog naboja) ne u cijelom krugu, već samo u datom području.

Unutrašnji otpor izvora struje.

Neka postoji jednostavan zatvoreni krug koji se sastoji od izvora struje (na primjer, galvanske ćelije, baterije ili generatora) i otpornika s otporom R. Struja u zatvorenom kolu se nigdje ne prekida, stoga postoji i unutar izvora struje. Bilo koji izvor predstavlja neki otpor struji. To se zove unutrašnji otpor izvora struje i označava se slovom r.

U generatoru r- ovo je otpor namotaja, u galvanskoj ćeliji - otpor otopine elektrolita i elektroda.

Dakle, izvor struje karakteriziraju vrijednosti EMF-a i unutrašnjeg otpora, koji određuju njegovu kvalitetu. Na primjer, elektrostatičke mašine imaju vrlo visok EMF (do desetina hiljada volti), ali u isto vrijeme njihov unutarnji otpor je ogroman (do stotine megoma). Stoga su neprikladni za stvaranje velikih struja. Galvanske ćelije imaju EMF od samo približno 1 V, ali je i unutrašnji otpor nizak (približno 1 Ohm ili manje). To im omogućava da dobiju struje mjerene u amperima.

Potreba za uvođenjem pojma može se ilustrovati sljedećim primjerom. Uporedimo dva hemijska izvora istosmjerne struje sa istim naponom:

Olovni akumulator za automobile napona 12 volti i kapaciteta 55 Ah
Osam AA baterija povezanih u seriju. Ukupni napon takve baterije je također 12 volti, kapacitet je mnogo manji - otprilike 1 Ah

Povezani pojmovi

Ako je u bilo kojem sistemu moguće razlikovati ulaz i/ili izlaz, onda se često koriste sljedeći termini:

Fizički principi

Ako u mreži sa dva terminala postoji samo izvor energije bez ikakvog električnog kola (npr. galvanske ćelije), tada je unutrašnji otpor gotovo čisto aktivan (osim ako ne govorimo o vrlo visokim frekvencijama), to je zbog fizičkih efekata koji ne dozvoljavaju snagu koju ovaj izvor isporučuje u opterećenje premašiti određenu granicu. Najjednostavniji primjer takvog efekta je otpor provodnika električnog kola različit od nule. Ali, po pravilu, najveći doprinos ograničenju snage dolazi od efekata neelektrični priroda. Tako se, na primjer, u snazi može ograničiti kontaktnom površinom tvari koje sudjeluju u reakciji, u generatoru hidroelektrane - ograničenim pritiskom vode itd.
U slučaju mreže sa dva terminala koja sadrži unutra električni dijagram, unutrašnji otpor je "raspršen" u elementima kola (pored mehanizama navedenih u izvoru).

Ovo također podrazumijeva neke karakteristike unutrašnjeg otpora:

Utjecaj unutrašnjeg otpora na svojstva mreže s dva terminala

Neka postoji mreža sa dva terminala, koja se može opisati gornjim ekvivalentnim krugom. Mreža sa dva terminala ima dva nepoznata parametra koja treba pronaći:

EMF generator napona U
Unutrašnji otpor r

(naponi)

Gdje U out1 I 1, Uout2- izlazni napon pri struji I 2. Rješavanjem sistema jednačina nalazimo nepoznate nepoznate:

(unutrašnji otpor)

Measurement

Ponekad se koristi sljedeća jednostavna metoda mjerenja koja ne zahtijeva proračune:

Mjeri se napon otvorenog kola
Promjenljivi otpornik je priključen kao opterećenje i njegov otpor je odabran tako da napon na njemu bude polovina napona otvorenog kola.

Nakon opisanih postupaka, otpor otpornika opterećenja mora se izmjeriti ommetrom - on će biti jednak unutrašnjem otporu mreže s dva terminala.

Reaktivni unutrašnji otpor

Measurement reaktanca ima neke posebne karakteristike jer je to funkcija kompleksne vrijednosti, a ne skalarna vrijednost:

Možete tražiti različite parametre kompleksne vrijednosti: modul, argument, samo stvarni ili imaginarni dio, kao i cijeli kompleksni broj. U skladu s tim, tehnika mjerenja će zavisiti od toga šta želimo da dobijemo.
Bilo koji od navedenih parametara ovisi o frekvenciji. Teoretski, da bi se merenjem dobili potpuni podaci o unutrašnjem reaktivnom otporu, potrebno je ukloniti zavisnost na frekvenciji, odnosno izvršiti mjerenja na svima frekvencije koje izvor date mreže sa dva terminala može generirati.

Aplikacija

Pojednostavljivanje ekvivalentnih kola

Prikaz mreže s dva terminala kao kombinacije generatora napona i unutrašnjeg otpora je najjednostavniji i najčešće korišten ekvivalentni krug mreže s dva terminala.

Usklađivanje izvora i opterećenja

Usklađivanje struje i snage treba koristiti s oprezom jer postoji rizik od preopterećenja izvora.

Redukcija visokog napona

Minimiziranje buke

Ograničenja

Koncept unutrašnjeg otpora se uvodi kroz ekvivalentno kolo, tako da važe ista ograničenja kao i za primenljivost ekvivalentnih kola.

Primjeri

Nizak unutrašnji otpor

Visok unutrašnji otpor

Negativan unutrašnji otpor

elementi sa negativnim diferencijalnim otporom, kao što su tunelske diode

Sistemi sa negativnim otporom su potencijalno nestabilni i stoga se mogu koristiti za izgradnju autooscilatora.

vidi takođe

Linkovi

Književnost

Zernov N.V., Karpov V.G. Teorija radiotehničkih kola. - M. - L.: Energija, 1965. - 892 str.
Jones M.H. Elektronika - praktični kurs. - M.: Tehnosfera, 2006. - 512 str.

Određivanje unutrašnjeg omskog otpora (jednosmjerne struje) baterije ili akumulatora

Postoje mnoge tehnike i praktični načini za određivanje unutrašnjeg otpora izvora napajanja, DC ili AC. Ovaj članak govori o jednostavnim tehnikama mjerenja i proračuna kada je od sve opreme dostupan samo jednostavan kineski tester.

Prema metodama opisanim u priručnicima, vrše se mjerenja i proračuni čiji se rezultati bilježe s tačnošću do drugog decimalnog mjesta. Potreban parametar ovisi o vrsti i veličini opterećenja, trenutnoj temperaturi i sastavu elektrolita, stupnju pražnjenja i napunjenosti baterije, te o mnogim drugim faktorima. Stoga će uvijek postojati određena greška mjerenja, velika ili mala.

Formula za pojednostavljeni proračun unutrašnjeg električnog otpora:

Rin = (R * (E - U)) / U

E- napon bez opterećenja. Statički EMF je približno jednak naponu E (sa velikim ulaznim otporom priključenog voltmetra), kada je hemijski izvor napajanja bio bez opterećenja dovoljno dugo (više od 2-3 sata).

U- kratkotrajno (ne više od 10 sekundi), pod opterećenjem sa otporom R (2-12 Ohma),
sa nominalnom snagom disipacije od 2 W. Sijalica sa žarnom niti nije prikladna za ovo., jer Kada se filament zagrije, njegov električni otpor se značajno mijenja i značajno raste. U te svrhe, debela nihrom (temperaturni koeficijent otpornosti nihroma je nekoliko desetina puta manji od čelika, bakra i volframa) žica iz starog otvorenog električnog štednjaka, kalibrirana u odvojenim dijelovima prema potrebnim R ocjenama i pričvršćena na nezapaljiva dielektrična baza, dobro je prikladna.

Formula za preciznija mjerenja sa dva različita otpornika (omogućuju otprilike 20-30 i 70 posto dopuštenog, na primjer, 3 i 9 oma), odnosno samo pod opterećenjem:

Rin = (R1 * R2 *(U2 - U1)) / (U1*R2 - U2*R1)

Prilikom mjerenja električne struje (na gornjoj granici ampera), korištenjem konvencionalnih kineskih multimetara, moguća je značajna sistematska greška zbog unutrašnjeg otpora samog uređaja. Stoga će standardne formule sa trenutnom vrijednošću u jednadžbi pružiti najtačniji rezultat samo kada se koriste s industrijskom, specijalnom opremom, uz striktno poštovanje pravila i metoda laboratorijskih mjerenja u skladu sa GOST-om (navedeni vremenski intervali, redoslijed i redoslijed mjerenja). testovi na klupi). Na osnovu rezultata mjerenja sa dva otpornika izračunava se delta (razlika) napona i struja:

U praksi se koristi i pojednostavljena metoda s jednim otpornikom, gdje se delta izračunava iz napona praznog hoda (kao u prvoj opciji), a struja se računa prema Ohmovom zakonu. Kao prva formula:

Rin = (E - U) / (U/R) =

Ili opcija sa mjerenjem stvarne struje: (E - U) / I

Također, poznavajući struju pri dva različita opterećenja, struja kratkog spoja (teoretski moguća) se matematički izračunava - korištenjem formule iz zadatka sa jednadžbama za srednjoškolski predmet fizike. Ova formula ne uzima u obzir sve hemijske procese u elementima napajanja, pri maksimalnim opterećenjima i karakteristike dizajna. Stoga će se izračunata vrijednost razlikovati od stvarno moguće:

Ic = (I1*I2*(R2 - R1)) / (I2*R2 - I1R1) na R1< R2

Prilikom direktnog mjerenja Ikz ("kratkog") testerom, rezultati će također biti potcijenjeni - zbog unutrašnjeg otpora samog uređaja.

// Brz i objektivan način za provjeru performansi je korištenje pokazivača koji ima automatsku zaštitu od preopterećenja za testiranje baterije ili obične baterije na "struju kratkog spoja", uključujući 2-3 sekunde. Mora biti najmanje 2 ampera. Norma je ako ima više od 3 A. Metoda je oštra, ali objektivna. S takvim testiranjem možete odmah vidjeti "prijelazni odgovor" tijekom pražnjenja (prema indikatoru na brojčaniku testera), koliko dobro baterija drži veliko opterećenje. Digitalni indikatori su maksimalna struja (za proračune ovo nije prikladno kao ISC, jer je ukupni otpor kruga različit od nule) i stopa raspada. Kako ne bi pokvarili neku posebno vrijednu bateriju, u krug je serijski spojen prilično snažan (više od 2 W) otpor opterećenja, do nekoliko stotina miljoma.

Ako se električni otpor domaćeg opterećenja niskog otpora mjeri digitalnim testerom na donjoj granici (200), tada morate uzeti u obzir unutarnji otpor samog multimetra, žica i kontakata. Brojevi na ekranu, sa kratko spojenim sondama uređaja, mogu imati vrijednosti, na primjer, 00,3 ili 004 Ohma, odnosno 300 milliohma ili 400 miliohma, koje će se morati oduzeti. Ovo će smanjiti grešku mjerenja, ali u krajnjem rezultatu i dalje će postojati interna greška testera (navedena u tehničkom listu uređaja). Zbog toga je bolje mjeriti otpornike niskog otpora korištenjem otpornog djeliteljskog kola, na osnovu preciznog mjerenja pada napona (uređaj ima najveću tačnost - posebno za DCV) u dijelu serijskog kola sa referentnim preciznim otpornikom (primjeran konstantni električni otpor visoke preciznosti sa tačnošću od 0,05-1%, tijelo ima sivu traku boje). Iz proporcije Rx/Rstandard=Ux/Ustandard izračunava se potrebni električni otpor Rx.

Možete saznati unutarnji otpor bilo kojeg multimetra uključenog u načinu rada ohmmetra pomoću preciznog otpornika niske otpornosti. Izmjerena vrijednost R će se razlikovati od nominalne vrijednosti za željenu vrijednost.

Približne vrijednosti unutrašnjeg otpora (struje) za ispravne izvore napajanja velikog kapaciteta pri normalnim temperaturama:
- litijumske ćelije -< 200 миллиом.
- napunjena olovna baterija - prve desetine mOhma.
- alkalne baterije (veličina AA) - do 200 mOhm.
- nikl-metal hidridne baterije (AA, NiMH) - do 150 mOhm.

Pročitajte više na web stranici web stranice.