Внутреннее сопротивление и его физический смысл

Каждый источник тока имеет собственное внутреннее сопротивление. Электрическая цепь – это замкнутый контур с потребителями, к которому прикладывается напряжение. Каждый такой контур имеет внешнее сопротивление и внутреннее.

Внешним называется сопротивление всей цепи с потребителями и проводниками, а внутреннее сопротивление исходит от самого источника.

Если в качестве источника тока используется электрическая машина, то её внутреннее сопротивление делится на активное, индуктивное и ёмкостное. Активное зависит от длины проводника и его толщины, а также материала, из которого выполнен проводник, и его состояния. Индуктивное зависит от индуктивности катушки (величины её противоЭДС), а емкостное возникает между витками обмотки. Оно является довольно малым. Если в качестве источника используется обычная батарея, то в ней тоже создаётся сопротивление за счёт электролита.

Ток – это направленное движение частиц, а сопротивление – это создаваемое препятствие на пути его движения. Такие препятствия встречаются и в электролите, и в свинцовых пластинах аккумуляторных батарей, словом, везде, где возникает ток.

Из-за того, что существует внутреннее сопротивление в источнике, нельзя полагать, что напряжение в цепи – это и есть полная электродвижущая сила источника. Конечно, падением напряжения в самом источнике можно пренебречь, однако только в том случае, если оно ничтожно мало.

Если в цепи источника создаются большие токи, то напряжение на зажимах нельзя считать истинной электродвижущей силой. Ток в источнике – это признак падения напряжения в нём. В этом случае действует закон Кирхгофа, который гласит, что истинная ЭДС цепи – это сумма падений напряжений на всех участках, в том числе и в самом источнике. А записывается формула так:

E = ∑U + Ir r

Где:

E – общая электродвижущая сила цепи;
U – падение напряжения на участках цепи;
Ir – внутренний ток, создаваемый в источнике;
r – внутреннее сопротивление источника.

Чтобы понять физический смысл внутреннего сопротивления источника, следует провести небольшой опыт. Первоначально измеряется электродвижущая сила источника. Это делается путём подключения вольтметра к батарее, которая не находится под нагрузкой. После этого необходимо подключить небольшое сопротивление и последовательно установить амперметр. Таким образом, будет известен ток, при этом надо измерить также напряжение под нагрузкой.

Записав все значения величин, легко определить внутреннее сопротивление. Для этого в первую очередь определяется падение напряжения в батарее. С помощью формулы

Ur = E-U

производим вычисление.

В этой формуле:

Ur – падение напряжения внутреннего сопротивления источника;
E – напряжение (ЭДС), измеренное на источнике без потребителя;
U – напряжение, измеренное непосредственно на сопротивлении.

Таким образом, внутренне сопротивление вычисляется по следующей формуле:

r=Ur/I

Некоторые специалисты пренебрегают этой величиной, считая, что её можно не учитывать ввиду малого значения. Однако практика показывает, что при сложных расчетах внутреннее сопротивление сильно влияет на конечный результат.