Apa itu resistensi internal

Misalkan ada rangkaian tertutup listrik sederhana yang mencakup sumber arus, misalnya generator, sel galvanik atau baterai, dan resistor dengan resistansi R. Karena arus dalam rangkaian tidak terputus di mana pun, arus juga mengalir di dalam sumber.

Dalam situasi seperti itu, kita dapat mengatakan bahwa setiap sumber memiliki hambatan internal yang mencegah arus mengalir. Resistansi internal ini mencirikan sumber arus dan dilambangkan dengan huruf r. Untuk sel galvanik atau baterai, resistansi internal adalah resistansi larutan elektrolit dan elektroda, untuk generator - resistansi belitan stator, dll.

Dengan demikian, sumber arus dicirikan oleh besarnya EMF dan nilai resistansi internalnya sendiri r — kedua karakteristik tersebut menunjukkan kualitas sumber.

Generator elektrostatik tegangan tinggi (seperti generator Van de Graaf atau generator Wimshurst) misalnya, menampilkan EMF besar yang diukur dalam jutaan volt, sedangkan resistansi internalnya diukur dalam ratusan megohm, sehingga tidak cocok untuk memperoleh arus tinggi.

Sebaliknya, sel galvanik (seperti baterai) memiliki EMF dengan urutan 1 volt, meskipun resistansi internalnya adalah urutan fraksi atau paling banyak sepuluh ohm, dan oleh karena itu arus satuan dan puluhan ampere dapat diperoleh. dari sel galvanik.

Diagram ini menunjukkan sumber nyata dengan beban yang terhubung. Mereka didefinisikan di sini Sumber EMF, resistansi internalnya serta resistansi beban. Berdasarkan Hukum Ohm untuk rangkaian tertutup, arus di sirkuit ini akan sama dengan:

Karena bagian rangkaian eksternal adalah homogen, maka dari hukum Ohm tegangan melintasi beban dapat ditemukan:

Mengekspresikan resistansi beban dari persamaan pertama dan mensubstitusi nilainya ke dalam persamaan kedua, kami memperoleh ketergantungan tegangan pada beban pada arus dalam rangkaian tertutup:

Dalam loop tertutup, EMF sama dengan jumlah penurunan tegangan pada elemen rangkaian eksternal dan resistansi internal sumber itu sendiri. Ketergantungan tegangan beban pada arus beban idealnya linier.

Grafik menunjukkan ini, tetapi data percobaan untuk resistor nyata (melintasi grafik) selalu berbeda dari yang ideal:

Eksperimen dan logika menunjukkan bahwa pada arus beban nol tegangan rangkaian eksternal sama dengan ggl sumber dan pada tegangan beban nol arus rangkaian adalah arus hubung singkat… Properti sirkuit nyata ini membantu menemukan secara eksperimental EMF dan resistansi internal dari sumber nyata.

Deteksi eksperimental resistansi internal

Untuk menentukan karakteristik ini secara eksperimental, dibuat grafik ketergantungan tegangan pada beban pada besarnya arus, setelah itu diekstrapolasi ke titik perpotongan dengan sumbu.

Di titik perpotongan grafik dengan punggung tegangan adalah nilai ggl sumber, dan di titik perpotongan dengan sumbu arus adalah nilai arus hubung singkat. Akibatnya, resistansi internal ditemukan dengan rumus:

Daya berguna yang dikembangkan oleh sumber didistribusikan ke seluruh beban. Grafik ketergantungan daya ini pada resistansi beban ditunjukkan pada gambar. Kurva ini dimulai dari perpotongan sumbu koordinat di titik nol, kemudian naik ke nilai daya maksimum, kemudian turun ke nol dengan tahanan beban sama dengan tak terhingga.

Untuk menemukan resistansi beban maksimum di mana daya maksimum teoretis akan dikembangkan dengan sumber tertentu, turunan dari rumus daya sehubungan dengan R diambil dan ditetapkan ke nol. Daya maksimum akan dikembangkan ketika resistansi rangkaian eksternal sama dengan resistansi sumber internal:

Ketentuan ini untuk daya maksimum pada R = r memungkinkan Anda untuk secara eksperimental menemukan resistansi internal sumber dengan memplot daya yang dilepaskan pada beban versus nilai resistansi beban.Menemukan resistansi beban aktual daripada teoretis yang memberikan daya maksimum menentukan resistansi internal aktual dari catu daya.

Efisiensi sumber arus menunjukkan rasio daya maksimum yang didistribusikan ke beban terhadap daya total yang sedang dikembangkan saat ini

Jelas bahwa jika sumber mengembangkan daya sedemikian rupa sehingga daya maksimum yang mungkin untuk sumber tertentu diperoleh pada beban, maka efisiensi sumber akan sama dengan 50%.