내부저항이란

예를 들어 발전기, 갈바니 셀 또는 배터리와 저항 R의 저항과 같은 전류 소스를 포함하는 간단한 전기 폐쇄 회로가 있다고 가정합니다. 회로의 전류는 어디에서나 중단되지 않으므로 소스 내부에도 흐릅니다.

이러한 상황에서 각 소스에는 전류가 흐르는 것을 방지하는 내부 저항이 있다고 말할 수 있습니다. 이 내부 저항은 전류 소스를 특징 짓고 문자 r로 표시됩니다. 을 위한 갈바니 전지 또는 배터리, 내부 저항은 전해액과 전극의 저항, 발전기의 경우-고정자 권선의 저항 등입니다.

따라서 전류 소스는 EMF의 크기와 자체 내부 저항 r의 값으로 특징지어집니다. 두 특성 모두 소스의 품질을 나타냅니다.

예를 들어 고전압 정전기 발생기(예: Van de Graaf 발생기 또는 Wimshurst 발생기)는 수백만 볼트로 측정되는 거대한 EMF를 특징으로 하는 반면 내부 저항은 수백 메그옴으로 측정되므로 다음을 얻는 데 적합하지 않습니다. 고전류 .

반대로, 갈바니 전지(예: 배터리)는 내부 저항이 분수 또는 최대 10옴이므로 단위 및 수십 암페어의 전류를 얻을 수 있지만 1볼트 정도의 EMF를 갖습니다. 갈바니 전지에서.

이 다이어그램은 부하가 연결된 실제 소스를 보여줍니다. 여기에 정의되어 있습니다. EMF 소스, 내부 저항 및 부하 저항. 에 따르면 폐쇄 회로에 대한 옴의 법칙, 이 회로의 전류는 다음과 같습니다.

외부 회로 섹션이 동종이므로 옴의 법칙에서 부하 양단의 전압을 찾을 수 있습니다.

첫 번째 방정식에서 부하의 저항을 표현하고 그 값을 두 번째 방정식으로 대체하면 폐쇄 회로의 전류에 대한 부하의 전압 의존성을 얻습니다.

폐쇄 루프에서 EMF는 외부 회로 요소와 소스 자체의 내부 저항에 대한 전압 강하의 합과 같습니다. 부하 전류에 대한 부하 전압의 의존성은 이상적으로는 선형입니다.

그래프는 이를 보여주지만 실제 저항(그래프 근처에서 교차)에 대한 실험 데이터는 항상 이상적인 것과 다릅니다.

실험과 논리는 무부하 전류에서 외부 회로 전압이 소스 emf와 같고 무부하 전압에서 회로 전류는 다음과 같다는 것을 보여줍니다. 단락 전류… 실제 회로의 이러한 특성은 실제 소스의 EMF 및 내부 저항을 실험적으로 찾는 데 도움이 됩니다.

내부 저항의 실험적 감지

이러한 특성을 실험적으로 결정하기 위해 전류 크기에 대한 부하의 전압 의존성 그래프가 작성된 후 축과의 교차점으로 외삽됩니다.

전압 척추와 그래프의 교차점에는 소스 emf 값이 있고 현재 축과의 교차점에는 단락 전류 값이 있습니다. 결과적으로 내부 저항은 다음 공식으로 구합니다.

소스에서 생성된 유용한 전력은 부하 전체에 분산됩니다. 이 전력이 부하 저항에 의존하는 그래프가 그림에 나와 있습니다. 이 곡선은 영점에서 좌표축의 교차점에서 시작하여 최대 전력 값까지 상승한 다음 무한대와 같은 부하 저항으로 0으로 떨어집니다.

주어진 전원으로 이론적 최대 전력이 발생하는 최대 부하 저항을 찾기 위해 R에 대한 전력 공식의 미분을 취하여 0으로 설정합니다. 외부 회로 저항이 내부 소스 저항과 같을 때 최대 전력이 발생합니다.

R = r에서 최대 전력에 대한 이 규정을 통해 부하에서 방출된 전력과 부하 저항 값을 플로팅하여 소스의 내부 저항을 실험적으로 찾을 수 있습니다.최대 전력을 제공하는 이론적 부하 저항이 아닌 실제 부하 저항을 찾는 것이 전원 공급 장치의 실제 내부 저항을 결정합니다.

전류원의 효율은 현재 개발 중인 전체 전력에 대한 부하에 분배된 최대 전력의 비율을 나타냅니다.

주어진 소스에 대해 가능한 최대 전력이 부하에서 얻어질 정도로 소스가 그러한 전력을 개발한다면 소스의 효율은 50%가 될 것이 분명합니다.