Unawezaje kubadilisha upinzani wa ndani wa chanzo? Mkondo wa umeme wa mara kwa mara. EMF ya chanzo cha sasa na upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa

Mtandao wa vituo viwili na mzunguko wake sawa

Upinzani wa ndani wa mtandao wa mbili-terminal ni impedance katika mzunguko sawa wa mtandao wa terminal mbili, unaojumuisha jenereta ya voltage na impedance iliyounganishwa katika mfululizo (angalia takwimu). Dhana hutumiwa katika nadharia ya mzunguko wakati wa kuchukua nafasi ya chanzo halisi na vipengele vyema, yaani, wakati wa kuhamia mzunguko sawa.

Utangulizi

Hebu tuangalie mfano. Katika gari la abiria, tutawasha mtandao wa bodi sio kutoka kwa betri ya kawaida ya asidi ya risasi na voltage ya volts 12 na uwezo wa 55 Ah, lakini kutoka kwa betri nane zilizounganishwa kwa safu (kwa mfano, saizi ya AA, na uwezo wa takriban 1 Ah). Hebu jaribu kuwasha injini. Uzoefu unaonyesha kuwa inapotumiwa na betri, shimoni la kuanza halitageuka digrii moja. Aidha, hata relay ya solenoid haitafanya kazi.

Ni wazi kuwa betri "haina nguvu ya kutosha" kwa programu kama hiyo, lakini kuzingatia sifa zake za umeme zilizotangazwa - voltage na chaji (uwezo) - haitoi maelezo ya kiasi cha jambo hili. Voltage ni sawa katika visa vyote viwili:

Betri: 12 volts

Seli za galvanic: 8 · 1.5 volts = 12 volts

Uwezo pia ni wa kutosha: saa moja ya ampere katika betri inapaswa kutosha kuzunguka starter kwa sekunde 14 (kwa sasa ya 250 amperes).

Inaweza kuonekana kuwa, kwa mujibu wa sheria ya Ohm, sasa katika mzigo sawa na vyanzo vinavyofanana vya umeme pia inapaswa kuwa sawa. Walakini, kwa kweli hii sio kweli kabisa. Vyanzo vingekuwa sawa ikiwa vingekuwa jenereta bora za voltage. Ili kuelezea kiwango cha tofauti kati ya vyanzo halisi na jenereta bora, dhana ya upinzani wa ndani hutumiwa.

Upinzani na upinzani wa ndani

Tabia kuu ya mtandao wa terminal mbili ni upinzani wake (au impedance). Hata hivyo, si mara zote inawezekana kuashiria mtandao wa vituo viwili na upinzani pekee. Ukweli ni kwamba neno upinzani linatumika tu kwa vipengele vya passive, yaani, wale ambao hawana vyanzo vya nishati. Ikiwa mtandao wa vituo viwili una chanzo cha nishati, basi dhana ya "upinzani" haitumiki kwa hiyo, kwani sheria ya Ohm katika uundaji wa U = Ir haijaridhika.

Kwa hivyo, kwa mitandao ya vituo viwili vyenye vyanzo (yaani, jenereta za voltage na jenereta za sasa), ni muhimu kuzungumza hasa juu ya upinzani wa ndani (au impedance). Ikiwa mtandao wa vituo viwili hauna vyanzo, basi "upinzani wa ndani" kwa mtandao wa vituo viwili unamaanisha kitu sawa na "upinzani" tu.

Masharti yanayohusiana

Ikiwa katika mfumo wowote inawezekana kutofautisha pembejeo na/au pato, basi maneno yafuatayo hutumiwa mara nyingi:

Upinzani wa pembejeo ni upinzani wa ndani wa mtandao wa vituo viwili, ambayo ni pembejeo ya mfumo.

Upinzani wa pato ni upinzani wa ndani wa mtandao wa vituo viwili, ambayo ni pato la mfumo.

Kanuni za kimwili

Licha ya ukweli kwamba katika mzunguko sawa upinzani wa ndani unawasilishwa kama kipengele kimoja cha passive (na upinzani wa kazi, yaani, upinzani lazima upo ndani yake), upinzani wa ndani haujajilimbikizia katika kipengele chochote. Mtandao wa vituo viwili hufanya kazi kwa nje tu kana kwamba ulikuwa na kizuizi cha ndani kilichokolea na jenereta ya voltage. Kwa kweli, upinzani wa ndani ni dhihirisho la nje la seti ya athari za mwili:

Ikiwa katika mtandao wa vituo viwili kuna chanzo cha nishati tu bila mzunguko wowote wa umeme (kwa mfano, kiini cha galvanic), basi upinzani wa ndani ni kazi tu, unasababishwa na athari za kimwili ambazo haziruhusu nguvu zinazotolewa na chanzo hiki. kwa mzigo kuzidi kikomo fulani. Mfano rahisi zaidi wa athari hiyo ni upinzani usio na sifuri wa waendeshaji wa mzunguko wa umeme. Lakini, kama sheria, mchango mkubwa zaidi wa ukomo wa nguvu hutoka kwa athari zisizo za umeme. Kwa hivyo, kwa mfano, katika chanzo cha kemikali, nguvu inaweza kupunguzwa na eneo la mawasiliano la vitu vinavyohusika katika athari, kwenye jenereta ya umeme wa maji - kwa shinikizo la maji, nk.

Katika kesi ya mtandao wa vituo viwili vyenye mzunguko wa umeme ndani, upinzani wa ndani "hutawanywa" katika vipengele vya mzunguko (pamoja na taratibu zilizoorodheshwa hapo juu kwenye chanzo).

Hii pia inamaanisha baadhi ya vipengele vya upinzani wa ndani:

Upinzani wa ndani hauwezi kuondolewa kutoka kwa mtandao wa vituo viwili

Upinzani wa ndani sio thamani thabiti: inaweza kubadilika wakati hali yoyote ya nje inabadilika.

Ushawishi wa upinzani wa ndani juu ya mali ya mtandao wa vituo viwili

Athari ya upinzani wa ndani ni mali muhimu ya mtandao wowote wa vituo viwili. Matokeo kuu ya uwepo wa upinzani wa ndani ni kupunguza nguvu ya umeme ambayo inaweza kupatikana katika mzigo unaotolewa kutoka kwa mtandao huu wa vituo viwili.

Ikiwa mzigo ulio na upinzani R umeunganishwa na chanzo na emf ya jenereta E na upinzani wa ndani r, basi sasa, voltage na nguvu katika mzigo huonyeshwa kama ifuatavyo.

Hesabu

Dhana ya hesabu inatumika kwa mzunguko (lakini si kwa kifaa halisi). Hesabu imetolewa kwa kesi ya upinzani wa ndani kabisa (tofauti za mwitikio zitajadiliwa hapa chini).

Hebu kuwe na mtandao wa vituo viwili, ambavyo vinaweza kuelezewa na mzunguko wa juu sawa. Mtandao wa vituo viwili una vigezo viwili visivyojulikana ambavyo vinahitaji kupatikana:

Jenereta ya umeme ya EMF U

Upinzani wa ndani r

Kwa ujumla, ili kuamua haijulikani mbili, ni muhimu kufanya vipimo viwili: kupima voltage kwenye pato la mtandao wa terminal mbili (yaani, tofauti inayowezekana Uout = φ2 - φ1) kwenye mikondo miwili tofauti ya mzigo. Kisha vigezo visivyojulikana vinaweza kupatikana kutoka kwa mfumo wa equations:

ambapo Uout1 ni voltage ya pato kwa I1 ya sasa, Uout2 ni voltage ya pato kwa I2 ya sasa. Kwa kutatua mfumo wa equations, tunapata haijulikani haijulikani:

Kwa kawaida, mbinu rahisi zaidi hutumiwa kuhesabu upinzani wa ndani: voltage katika hali ya hakuna mzigo na sasa katika hali ya muda mfupi ya mtandao wa terminal mbili hupatikana. Katika kesi hii, mfumo (1) umeandikwa kama ifuatavyo:

ambapo Uoc ni voltage ya pato katika hali ya wazi ya mzunguko, yaani, kwa sasa ya mzigo wa sifuri; Isc - mzigo wa sasa katika hali ya mzunguko mfupi, yaani, na mzigo na upinzani wa sifuri. Inachukuliwa hapa kwamba pato la sasa katika hali ya hakuna mzigo na voltage ya pato katika hali ya mzunguko mfupi ni sifuri. Kutoka kwa hesabu za mwisho tunapata mara moja:

Kipimo

Dhana ya kipimo inatumika kwa kifaa halisi (lakini si kwa mzunguko). Kipimo cha moja kwa moja na ohmmeter haiwezekani, kwani haiwezekani kuunganisha probes ya kifaa kwenye vituo vya upinzani vya ndani. Kwa hiyo, kipimo cha moja kwa moja ni muhimu, ambacho kimsingi sio tofauti na hesabu - voltages kwenye mzigo pia inahitajika kwa maadili mawili tofauti ya sasa. Hata hivyo, si mara zote inawezekana kutumia formula iliyorahisishwa (2), kwa kuwa si kila mtandao halisi wa vituo viwili inaruhusu uendeshaji katika hali ya mzunguko mfupi.

Njia ifuatayo rahisi ya kipimo ambayo hauitaji mahesabu hutumiwa mara nyingi:

Voltage ya mzunguko wa wazi hupimwa

Kipinga cha kutofautiana kinaunganishwa kama mzigo na upinzani wake huchaguliwa ili voltage juu yake ni nusu ya voltage ya mzunguko wa wazi.

Baada ya taratibu zilizoelezwa, upinzani wa kupinga mzigo lazima kupimwa na ohmmeter - itakuwa sawa na upinzani wa ndani wa mtandao wa vituo viwili.

Njia yoyote ya kipimo inatumiwa, mtu anapaswa kuwa mwangalifu juu ya kupakia mtandao wa terminal mbili na sasa kupita kiasi, ambayo ni, sasa haipaswi kuzidi kiwango cha juu kinachoruhusiwa kwa mtandao wa terminal mbili.

Upinzani tendaji wa ndani

Ikiwa mzunguko sawa wa mtandao wa vituo viwili una vipengele vya tendaji - capacitors na / au inductors, basi hesabu ya upinzani wa ndani wa tendaji hufanyika kwa njia sawa na moja ya kazi, lakini badala ya upinzani wa resistors, impedances tata. ya vipengele vilivyojumuishwa katika mzunguko vinachukuliwa, na badala ya voltages na mikondo, amplitudes yao tata huchukuliwa, yaani, hesabu inafanywa na njia ya amplitude tata.

Kipimo cha mwitikio wa ndani kina baadhi ya vipengele maalum kwa sababu ni chaguo la kukokotoa lenye thamani changamano badala ya thamani ya kadiri:

Unaweza kutafuta vigezo mbalimbali vya thamani changamano: moduli, hoja, sehemu halisi au ya kufikirika pekee, pamoja na nambari changamano nzima. Ipasavyo, mbinu ya kipimo itategemea kile tunachotaka kupata.

Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili, ufafanuzi wa ambayo inahusu thamani ya sasa ya umeme katika nyaya halisi, inategemea chanzo cha sasa na upinzani wa mzigo. Sheria hii pia ina jina lingine - sheria ya Ohm kwa nyaya zilizofungwa. Kanuni ya uendeshaji wa sheria hii ni kama ifuatavyo.

Kama mfano rahisi zaidi, taa ya umeme, ambayo ni matumizi ya sasa ya umeme, pamoja na chanzo cha sasa sio chochote zaidi ya mzunguko uliofungwa. Mzunguko huu wa umeme unaonyeshwa wazi katika takwimu.

Mkondo wa umeme unaopitia balbu ya mwanga pia hupitia chanzo cha sasa yenyewe. Kwa hiyo, wakati wa kupitia mzunguko, sasa itapata upinzani wa si tu conductor, lakini pia upinzani, moja kwa moja, wa chanzo cha sasa yenyewe. Katika chanzo, upinzani huundwa na electrolyte iko kati ya sahani na safu za mipaka ya sahani na electrolyte. Inafuata kwamba katika mzunguko uliofungwa, upinzani wake wa jumla utajumuisha jumla ya upinzani wa balbu ya mwanga na chanzo cha sasa.

Upinzani wa nje na wa ndani

Upinzani wa mzigo, katika kesi hii balbu ya mwanga, iliyounganishwa na chanzo cha sasa inaitwa upinzani wa nje. Upinzani wa moja kwa moja wa chanzo cha sasa huitwa upinzani wa ndani. Kwa uwakilishi wa kuona zaidi wa mchakato, maadili yote lazima yateuliwe kawaida. I -, R - upinzani wa nje, r - upinzani wa ndani. Wakati sasa inapita kupitia mzunguko wa umeme, ili kuitunza, kuna lazima iwe na tofauti inayowezekana kati ya mwisho wa mzunguko wa nje, ambao una thamani ya IxR. Hata hivyo, mtiririko wa sasa pia unazingatiwa katika mzunguko wa ndani. Hii ina maana kwamba ili kudumisha sasa ya umeme katika mzunguko wa ndani, tofauti ya uwezo katika mwisho wa upinzani r pia ni muhimu. Thamani ya tofauti hii inayoweza kutokea ni sawa na Iхr.

Nguvu ya umeme ya betri

Betri lazima iwe na thamani ifuatayo ya nguvu ya kielektroniki yenye uwezo wa kudumisha mkondo unaohitajika katika saketi: E=IxR+Ixr. Kutoka kwa formula ni wazi kwamba nguvu ya electromotive ya betri ni jumla ya nje na ya ndani. Thamani ya sasa lazima itolewe kwenye mabano: E=I(r+R). Vinginevyo unaweza kufikiria: I=E/(r+R) . Njia mbili za mwisho zinaonyesha sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili, ufafanuzi wake ambao ni kama ifuatavyo: katika mzunguko uliofungwa, nguvu ya sasa inalingana moja kwa moja na nguvu ya umeme na inalingana kinyume na jumla ya upinzani wa mzunguko huu.

Mwishoni mwa kondakta, na kwa hiyo sasa, uwepo wa nguvu za nje za asili zisizo za umeme ni muhimu, kwa msaada ambao mgawanyiko wa malipo ya umeme hutokea.

Kwa nguvu za nje ni nguvu zozote zinazotenda kwenye chembe zinazochajiwa na umeme katika saketi, isipokuwa tu umemetuamo (yaani, Coulomb).

Vikosi vya watu wengine huweka chembe za kushtakiwa ndani ya vyanzo vyote vya sasa: katika jenereta, mitambo ya nguvu, seli za galvanic, betri, nk.

Wakati mzunguko umefungwa, uwanja wa umeme huundwa katika waendeshaji wote wa mzunguko. Ndani ya chanzo cha sasa, chaji husogea chini ya ushawishi wa nguvu za nje dhidi ya nguvu za Coulomb (elektroni husogea kutoka kwa elektroni iliyo na chaji chanya hadi hasi), na katika mzunguko wote unaendeshwa na uwanja wa umeme (tazama mchoro hapo juu).

Katika vyanzo vya sasa, katika mchakato wa kutenganisha chembe za kushtakiwa, aina tofauti za nishati hubadilishwa kuwa nishati ya umeme. Kulingana na aina ya nishati iliyobadilishwa, aina zifuatazo za nguvu ya umeme zinajulikana:

- umemetuamo- katika mashine ya electrophore, ambayo nishati ya mitambo inabadilishwa kuwa nishati ya umeme kwa msuguano;

- thermoelectric- katika thermoelement - nishati ya ndani ya makutano ya joto ya waya mbili zilizofanywa kwa metali tofauti hubadilishwa kuwa nishati ya umeme;

- photovoltaic- katika photocell. Hapa ubadilishaji wa nishati ya mwanga katika nishati ya umeme hutokea: wakati vitu fulani vinaangazwa, kwa mfano, seleniamu, shaba (I) oksidi, silicon, kupoteza kwa malipo hasi ya umeme huzingatiwa;

- kemikali- katika seli za galvanic, betri na vyanzo vingine ambavyo nishati ya kemikali inabadilishwa kuwa nishati ya umeme.

Nguvu ya umeme (EMF)- sifa za vyanzo vya sasa. Dhana ya EMF ilianzishwa na G. Ohm mwaka wa 1827 kwa nyaya za moja kwa moja za sasa. Mnamo 1857, Kirchhoff alifafanua EMF kama kazi ya nguvu za nje wakati wa kuhamisha chaji ya umeme ya kitengo kwenye mzunguko uliofungwa:

ɛ = A st /q,

Wapi ɛ - EMF ya chanzo cha sasa, St- kazi ya vikosi vya nje; q- kiasi cha malipo yaliyohamishwa.

Nguvu ya umeme inaonyeshwa kwa volts.

Tunaweza kuzungumza juu ya nguvu ya umeme katika sehemu yoyote ya mzunguko. Hii ni kazi maalum ya nguvu za nje (kazi ya kusonga malipo moja) si katika mzunguko mzima, lakini tu katika eneo fulani.

Upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Hebu kuwe na mzunguko rahisi uliofungwa unaojumuisha chanzo cha sasa (kwa mfano, kiini cha galvanic, betri au jenereta) na kupinga kwa upinzani. R. Ya sasa katika mzunguko uliofungwa haujaingiliwa popote, kwa hiyo, pia iko ndani ya chanzo cha sasa. Chanzo chochote kinawakilisha upinzani fulani kwa sasa. Inaitwa upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa na huteuliwa na barua r.

Katika jenereta r- hii ni upinzani wa vilima, katika kiini cha galvanic - upinzani wa ufumbuzi wa electrolyte na electrodes.

Kwa hivyo, chanzo cha sasa kinaonyeshwa na maadili ya EMF na upinzani wa ndani, ambayo huamua ubora wake. Kwa mfano, mashine za umeme zina EMF ya juu sana (hadi makumi ya maelfu ya volts), lakini wakati huo huo upinzani wao wa ndani ni mkubwa (hadi mamia ya megohms). Kwa hiyo, siofaa kwa ajili ya kuzalisha mikondo ya juu. Seli za galvanic zina EMF ya takriban 1 V tu, lakini upinzani wa ndani pia ni wa chini (takriban 1 Ohm au chini). Hii inawawezesha kupata mikondo iliyopimwa katika amperes.

Chanzo ni kifaa kinachobadilisha mitambo, kemikali, mafuta na aina zingine za nishati kuwa nishati ya umeme. Kwa maneno mengine, chanzo ni kipengele cha mtandao kinachofanya kazi kilichoundwa kuzalisha umeme. Aina tofauti za vyanzo vinavyopatikana kwenye mtandao wa umeme ni vyanzo vya voltage na vyanzo vya sasa. Dhana hizi mbili katika umeme ni tofauti kutoka kwa kila mmoja.

Chanzo cha voltage ya mara kwa mara

Chanzo cha voltage ni kifaa kilicho na nguzo mbili; voltage yake ni mara kwa mara wakati wowote, na sasa inayopita ndani yake haina athari. Chanzo kama hicho kitakuwa bora, kuwa na upinzani wa ndani wa sifuri. Katika hali ya vitendo haiwezi kupatikana.

Ziada ya elektroni hujilimbikiza kwenye nguzo hasi ya chanzo cha voltage, na upungufu wa elektroni kwenye nguzo chanya. Majimbo ya nguzo yanatunzwa na michakato ndani ya chanzo.

Betri

Betri huhifadhi nishati ya kemikali ndani na zina uwezo wa kuibadilisha kuwa nishati ya umeme. Betri haziwezi kuchajiwa tena, ambayo ni hasara yao.

Betri

Betri zinazoweza kuchajiwa ni betri zinazoweza kuchajiwa tena. Wakati wa kuchaji, nishati ya umeme huhifadhiwa ndani kama nishati ya kemikali. Wakati wa kupakua, mchakato wa kemikali hutokea kinyume chake na nishati ya umeme hutolewa.

Mifano:

Seli ya betri ya asidi ya risasi. Imetengenezwa kutoka kwa elektroni za risasi na kioevu cha elektroliti kwa namna ya asidi ya sulfuriki iliyopunguzwa na maji yaliyotengenezwa. Voltage kwa kila seli ni karibu 2 V. Katika betri za gari, seli sita kawaida huunganishwa katika mzunguko wa mfululizo, na voltage inayotokana na vituo vya pato ni 12 V;

Betri za nickel-cadmium, voltage ya seli - 1.2 V.

Muhimu! Kwa mikondo ndogo, betri na vikusanyiko vinaweza kuzingatiwa kama makadirio mazuri ya vyanzo bora vya voltage.

Chanzo cha voltage ya AC

Umeme huzalishwa kwenye vituo vya umeme kwa kutumia jenereta na, baada ya udhibiti wa voltage, hupitishwa kwa watumiaji. Voltage mbadala ya mtandao wa nyumbani wa 220 V katika vifaa vya nguvu vya vifaa mbalimbali vya elektroniki hubadilishwa kwa urahisi kuwa thamani ya chini wakati wa kutumia transfoma.

Chanzo cha sasa

Kwa mlinganisho, kama vile chanzo bora cha voltage hutengeneza voltage ya mara kwa mara kwenye pato, kazi ya chanzo cha sasa ni kutoa thamani ya sasa ya mara kwa mara, kudhibiti kiotomatiki voltage inayohitajika. Mifano ni transfoma ya sasa (vilima vya sekondari), photocells, mikondo ya mtoza wa transistors.

Uhesabuji wa upinzani wa ndani wa chanzo cha voltage

Vyanzo vya voltage halisi vina upinzani wao wa umeme, unaoitwa "upinzani wa ndani". Mzigo uliounganishwa kwenye vituo vya chanzo umeteuliwa kama "upinzani wa nje" - R.

Betri ya betri hutoa EMF:

ε = E/Q, wapi:

E - nishati (J);
Q - malipo (C).

Jumla ya emf ya seli ya betri ni voltage yake ya mzunguko wazi wakati hakuna mzigo. Inaweza kuchunguzwa kwa usahihi mzuri kwa kutumia multimeter ya digital. Tofauti inayoweza kupimwa kwenye vituo vya pato vya betri wakati imeunganishwa na kupinga mzigo itakuwa chini ya voltage yake wakati mzunguko umefunguliwa, kutokana na mtiririko wa sasa kupitia mzigo wa nje na kupitia upinzani wa ndani wa chanzo; hii inasababisha utawanyiko wa nishati ndani yake kama mionzi ya joto.

Upinzani wa ndani wa betri ya kemikali ni kati ya sehemu ya ohm na ohm chache na ni hasa kutokana na upinzani wa vifaa vya electrolytic kutumika katika utengenezaji wa betri.

Ikiwa kupinga kwa upinzani R imeunganishwa na betri, sasa katika mzunguko ni I = ε / (R + r).

Upinzani wa ndani sio thamani ya mara kwa mara. Inaathiriwa na aina ya betri (alkali, risasi-asidi, nk), na mabadiliko kulingana na thamani ya mzigo, joto na muda wa matumizi ya betri. Kwa mfano, kwa betri zinazoweza kutumika, upinzani wa ndani huongezeka wakati wa matumizi, na kwa hiyo voltage hupungua hadi kufikia hali ambayo haifai kwa matumizi zaidi.

Ikiwa emf ya chanzo ni kiasi kilichotanguliwa, upinzani wa ndani wa chanzo umeamua kwa kupima sasa inapita kupitia upinzani wa mzigo.

Kwa kuwa upinzani wa ndani na nje katika mzunguko wa takriban umeunganishwa katika mfululizo, unaweza kutumia sheria za Ohm na Kirchhoff kutumia formula:

Kutoka kwa usemi huu r = ε/I - R.

Mfano. Betri yenye emf inayojulikana ε = 1.5 V imeunganishwa kwa mfululizo na balbu ya mwanga. Kushuka kwa voltage kwenye balbu ya mwanga ni 1.2 V. Kwa hiyo, upinzani wa ndani wa kipengele huunda kushuka kwa voltage: 1.5 - 1.2 = 0.3 V. Upinzani wa waya katika mzunguko unachukuliwa kuwa haujali, upinzani wa taa sio. inayojulikana. Kipimo cha sasa kinachopita kupitia mzunguko: I = 0.3 A. Ni muhimu kuamua upinzani wa ndani wa betri.

Kwa mujibu wa sheria ya Ohm, upinzani wa balbu ya mwanga ni R = U / I = 1.2 / 0.3 = 4 Ohms;
Sasa, kwa mujibu wa formula ya kuhesabu upinzani wa ndani, r = ε / I - R = 1.5 / 0.3 - 4 = 1 Ohm.

Katika tukio la mzunguko mfupi, upinzani wa nje hupungua hadi karibu sifuri. Ya sasa inaweza kupunguzwa tu na upinzani mdogo wa chanzo. Ya sasa inayozalishwa katika hali hiyo ni yenye nguvu sana kwamba chanzo cha voltage kinaweza kuharibiwa na athari za joto za sasa na kuna hatari ya moto. Hatari ya moto inazuiwa kwa kufunga fuses, kwa mfano katika nyaya za betri za gari.

Upinzani wa ndani wa chanzo cha voltage ni jambo muhimu wakati wa kuamua jinsi ya kutoa nguvu yenye ufanisi zaidi kwa kifaa cha umeme kilichounganishwa.

Muhimu! Upeo wa uhamisho wa nguvu hutokea wakati upinzani wa ndani wa chanzo ni sawa na upinzani wa mzigo.

Hata hivyo, chini ya hali hii, kukumbuka formula P = I² x R, kiasi sawa cha nishati huhamishiwa kwenye mzigo na kufutwa katika chanzo yenyewe, na ufanisi wake ni 50% tu.

Mahitaji ya mzigo lazima yafikiriwe kwa uangalifu ili kuamua juu ya matumizi bora ya chanzo. Kwa mfano, betri ya gari yenye asidi ya risasi lazima itoe mikondo ya juu kwa voltage ya chini ya 12 V. Upinzani wake wa chini wa ndani unaruhusu kufanya hivyo.

Katika baadhi ya matukio, usambazaji wa nguvu za juu lazima uwe na upinzani wa juu sana wa ndani ili kupunguza mzunguko wa mzunguko wa sasa.

Vipengele vya upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa

Chanzo bora cha sasa kina upinzani usio na kipimo, lakini kwa vyanzo vya kweli mtu anaweza kufikiria toleo la takriban. Mzunguko wa umeme sawa ni upinzani unaounganishwa na chanzo kwa sambamba na upinzani wa nje.

Pato la sasa kutoka kwa chanzo cha sasa linasambazwa kama ifuatavyo: sehemu ya sasa inapita kupitia upinzani wa juu wa ndani na kupitia upinzani wa chini wa mzigo.

Pato la sasa litakuwa jumla ya mikondo katika upinzani wa ndani na mzigo Io = Katika + Iin.

Inageuka:

Katika = Iо - Iin = Iо - Un/r.

Uhusiano huu unaonyesha kwamba upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa unapoongezeka, zaidi ya sasa ya sasa hupungua, na kupinga mzigo hupokea zaidi ya sasa. Inashangaza, voltage haitaathiri thamani ya sasa.

Chanzo halisi cha voltage ya pato:

Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). Kadiria makala haya:

8.5. Athari ya joto ya sasa

8.5.1. Chanzo cha nguvu cha sasa

Jumla ya nguvu ya chanzo cha sasa:

P jumla = P muhimu + P hasara,

ambapo P muhimu - nguvu muhimu, P muhimu = I 2 R; P hasara - hasara za nguvu, P hasara = I 2 r; I - nguvu ya sasa katika mzunguko; R - upinzani wa mzigo (mzunguko wa nje); r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Jumla ya nguvu inaweza kuhesabiwa kwa kutumia moja ya fomula tatu:

P kamili = I 2 (R + r), P kamili = ℰ 2 R + r, P kamili = I ℰ,

ambapo ℰ ni nguvu ya kielektroniki (EMF) ya chanzo cha sasa.

Nguvu halisi- hii ni nguvu ambayo hutolewa katika mzunguko wa nje, i.e. kwenye mzigo (kinga), na inaweza kutumika kwa madhumuni fulani.

Nguvu halisi inaweza kuhesabiwa kwa kutumia moja ya fomula tatu:

P muhimu = I 2 R, P muhimu = U 2 R, P muhimu = IU,

ambapo mimi ni nguvu ya sasa katika mzunguko; U ni voltage kwenye vituo (clamps) ya chanzo cha sasa; R - upinzani wa mzigo (mzunguko wa nje).

Kupoteza nguvu ni nguvu ambayo hutolewa katika chanzo cha sasa, i.e. katika mzunguko wa ndani, na hutumiwa kwenye michakato inayofanyika katika chanzo yenyewe; Upotezaji wa nguvu hauwezi kutumika kwa madhumuni mengine yoyote.

Upotezaji wa nguvu kawaida huhesabiwa kwa kutumia fomula

P hasara = I 2 r,

ambapo mimi ni nguvu ya sasa katika mzunguko; r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Wakati wa mzunguko mfupi, nguvu muhimu huenda kwa sifuri

P muhimu = 0,

kwa kuwa hakuna upinzani wa mzigo katika tukio la mzunguko mfupi: R = 0.

Nguvu ya jumla wakati wa mzunguko mfupi wa chanzo inafanana na nguvu ya kupoteza na inahesabiwa kwa formula

P kamili = ℰ 2 r,

ambapo ℰ ni nguvu ya umeme (EMF) ya chanzo cha sasa; r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

Nguvu muhimu ina thamani ya juu katika kesi wakati upinzani wa mzigo R ni sawa na upinzani wa ndani r wa chanzo cha sasa:

R = r.

Upeo wa nguvu muhimu:

P muhimu max = 0.5 P kamili,

ambapo Ptot ndio nguvu kamili ya chanzo cha sasa; P kamili = ℰ 2 / 2 r.

Fomula wazi ya kuhesabu upeo muhimu nguvu kama ifuatavyo:

P muhimu max = ℰ 2 4 r .

Ili kurahisisha mahesabu, ni muhimu kukumbuka mambo mawili:

ikiwa na upinzani wa mzigo mbili R 1 na R 2 nguvu sawa muhimu hutolewa katika mzunguko, basi upinzani wa ndani chanzo cha sasa r kinahusiana na ukinzani ulioonyeshwa na fomula

r = R 1 R 2;

ikiwa nguvu ya juu muhimu inatolewa katika mzunguko, basi nguvu ya sasa I * katika mzunguko ni nusu ya nguvu ya sasa ya mzunguko mfupi i:

Mimi * = i 2 .

Mfano 15. Inapofupishwa kwa upinzani wa 5.0 Ohms, betri ya seli huzalisha sasa ya 2.0 A. Mzunguko mfupi wa sasa wa betri ni 12 A. Kuhesabu upeo wa nguvu muhimu ya betri.

Suluhisho . Wacha tuchambue hali ya shida.

1. Wakati betri imeunganishwa na upinzani R 1 = 5.0 Ohm, sasa ya nguvu I 1 = 2.0 A inapita katika mzunguko, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. a, iliyoamuliwa na sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili:

I 1 = ℰ R 1 + r,

ambapo ℰ - EMF ya chanzo cha sasa; r ni upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa.

2. Betri inapozungushwa kwa muda mfupi, mkondo wa mzunguko mfupi wa umeme hutiririka kwenye saketi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. b. Mzunguko wa sasa wa mzunguko mfupi unatambuliwa na formula

ambapo mimi ni mzunguko mfupi wa sasa, i = 12 A.

3. Wakati betri imeunganishwa na upinzani R 2 = r, sasa ya nguvu I 2 inapita katika mzunguko, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. in , iliyoamuliwa na sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili:

I 2 = ℰ R 2 + r = ℰ 2 r;

katika kesi hii, nguvu ya juu muhimu hutolewa katika mzunguko:

P muhimu max = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.

Kwa hivyo, ili kuhesabu kiwango cha juu cha nguvu muhimu, ni muhimu kuamua upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa r na nguvu ya sasa I 2.

Ili kupata nguvu ya sasa I 2, tunaandika mfumo wa equations:

i = ℰ r , I 2 = ℰ 2 r )

na ugawanye milinganyo:

mimi 2 = 2 .

Hii ina maana:

I 2 = i 2 = 12 2 = 6.0 A.

Ili kupata upinzani wa ndani wa chanzo r, tunaandika mfumo wa equations:

I 1 = ℰ R 1 + r, i = ℰ r)