nội trở là gì

Giả sử có một mạch điện kín đơn giản bao gồm một nguồn dòng điện, ví dụ như máy phát điện, pin hoặc pin điện và điện trở R. Vì dòng điện trong mạch không bị gián đoạn ở bất kỳ đâu nên nó cũng chạy bên trong nguồn.

Trong tình huống như vậy, chúng ta có thể nói rằng mỗi nguồn có một số điện trở bên trong ngăn dòng điện chạy qua. Điện trở trong này đặc trưng cho nguồn hiện tại và được ký hiệu bằng chữ r. Vì tế bào điện hoặc pin, điện trở trong là điện trở của dung dịch điện phân và các điện cực, đối với máy phát điện - điện trở của cuộn dây stato, v.v.

Do đó, một nguồn hiện tại được đặc trưng bởi cả độ lớn của EMF và giá trị của điện trở trong r của chính nó — cả hai đặc điểm đều cho biết chất lượng của nguồn.

Ví dụ, các máy phát tĩnh điện cao áp (chẳng hạn như máy phát Van de Graaf hoặc máy phát Wimshurst), có EMF khổng lồ được đo bằng hàng triệu vôn, trong khi điện trở trong của chúng được đo bằng hàng trăm megohm, vì vậy chúng không phù hợp để thu được dòng điện cao.

Ngược lại, các tế bào điện (chẳng hạn như pin) có EMF ở mức 1 vôn, mặc dù điện trở trong của chúng ở mức phân số hoặc nhiều nhất là mười ôm, và do đó có thể thu được dòng điện đơn vị và hàng chục ampe từ các tế bào mạ điện.

Sơ đồ này hiển thị một nguồn thực với tải được kết nối. Chúng được định nghĩa ở đây nguồn điện từ, điện trở trong cũng như điện trở tải. Dựa theo Định luật Ôm cho mạch kín, cường độ dòng điện trong mạch này sẽ bằng:

Vì phần mạch ngoài là đồng nhất, nên từ định luật Ohm, có thể tìm thấy điện áp trên tải:

Biểu thị điện trở của tải từ phương trình thứ nhất và thay giá trị của nó vào phương trình thứ hai, chúng ta thu được sự phụ thuộc của điện áp trong tải vào dòng điện trong mạch kín:

Trong một vòng kín, EMF bằng tổng điện áp rơi trên các phần tử mạch bên ngoài và trên điện trở trong của chính nguồn. Sự phụ thuộc của điện áp tải vào dòng tải lý tưởng là tuyến tính.

Biểu đồ cho thấy điều này, nhưng dữ liệu thử nghiệm cho một điện trở thực (đi qua gần biểu đồ) luôn khác với lý tưởng:

Thực nghiệm và logic chứng tỏ rằng khi dòng điện tải bằng 0 thì điện áp mạch ngoài bằng emf nguồn và khi điện áp tải bằng 0 thì dòng điện trong mạch là Dòng điện ngắn mạch… Tính chất này của mạch thực giúp tìm ra EMF và điện trở trong của nguồn thực bằng thực nghiệm.

Thí nghiệm phát hiện điện trở trong

Để xác định bằng thực nghiệm các đặc điểm này, một biểu đồ về sự phụ thuộc của điện áp trong tải vào cường độ dòng điện được xây dựng, sau đó nó được ngoại suy đến điểm giao nhau với các trục.

Tại giao điểm của đồ thị với cột điện áp là giá trị của emf nguồn và tại giao điểm với trục dòng điện là giá trị của dòng điện ngắn mạch. Kết quả là, điện trở trong được tìm thấy theo công thức:

Công suất hữu ích được phát triển bởi nguồn được phân phối trên tải. Biểu đồ về sự phụ thuộc của công suất này vào điện trở tải được thể hiện trong hình. Đường cong này bắt đầu từ giao điểm của các trục tọa độ tại điểm 0, sau đó tăng lên đến giá trị công suất cực đại, sau đó giảm xuống 0 với điện trở tải bằng vô cực.

Để tìm điện trở tải tối đa tại đó công suất cực đại theo lý thuyết sẽ được phát triển với một nguồn nhất định, đạo hàm của công thức công suất đối với R được lấy và đặt thành 0. Công suất cực đại sẽ đạt được khi điện trở mạch ngoài bằng điện trở nguồn trong:

Quy định này về công suất cực đại tại R = r cho phép bạn tìm bằng thực nghiệm điện trở trong của nguồn bằng cách vẽ đồ thị công suất giải phóng ở tải so với giá trị của điện trở tải.Tìm điện trở tải thực tế chứ không phải lý thuyết cung cấp công suất tối đa xác định điện trở trong thực tế của nguồn điện.

Hiệu quả của nguồn hiện tại cho biết tỷ lệ công suất tối đa được phân phối cho tải trên tổng công suất hiện đang được phát triển

Rõ ràng là nếu nguồn phát triển công suất sao cho đạt được công suất tối đa có thể cho một nguồn nhất định khi tải, thì hiệu suất của nguồn sẽ bằng 50%.