ويمكن توضيح الحاجة إلى إدخال المصطلح من خلال المثال التالي. دعونا نقارن بين مصدرين كيميائيين للتيار المستمر بنفس الجهد:

• بطارية الرصاص الحمضية للسيارة بجهد 12 فولت وسعة 55 أمبير
• ثماني بطاريات AA متصلة على التوالي. يبلغ الجهد الإجمالي لهذه البطارية أيضًا 12 فولتًا، والسعة أصغر بكثير - حوالي 1 آه

على الرغم من نفس الجهد، تختلف هذه المصادر بشكل كبير عند العمل بنفس الحمل. وبالتالي، فإن بطارية السيارة قادرة على توفير تيار كبير للحمل (يبدأ محرك السيارة من البطارية، بينما يستهلك المبدئ تيارًا قدره 250 أمبير)، لكن المبدئ لا يدور على الإطلاق من سلسلة البطاريات. السعة الصغيرة نسبيًا للبطاريات ليست هي السبب: يكفي أمبير واحد في الساعة لتدوير جهاز التشغيل لمدة 14 ثانية (بتيار 250 أمبير).

وبالتالي، بالنسبة للشبكات ذات المطرافين التي تحتوي على مصادر (أي مولدات الجهد ومولدات التيار)، فمن الضروري التحدث بشكل محدد عن داخليالمقاومة (أو المعاوقة). إذا كانت الشبكة ذات المحطتين لا تحتوي على مصادر، فعندئذٍ " داخليالمقاومة" لمثل هذه الشبكة ذات المحطتين تعني نفس الشيء فقط"مقاومة".

المصطلحات ذات الصلة

إذا كان من الممكن في أي نظام التمييز بين المدخلات و/أو المخرجات، فغالبًا ما تستخدم المصطلحات التالية:

المبادئ المادية

على الرغم من حقيقة أنه في الدائرة المكافئة يتم تقديم المقاومة الداخلية كعنصر سلبي واحد (والمقاومة النشطة، أي أن المقاوم موجود بالضرورة فيها)، فإن المقاومة الداخلية لا تتركز في أي عنصر واحد. شبكة ذات طرفين خارجيًا فقط يسلككما لو كان لديه مقاومة داخلية مركزة ومولد جهد. وفي الواقع فإن المقاومة الداخلية هي مظهر خارجي لمجموعة من التأثيرات الجسدية:

• إذا كان في شبكة ذات محطتين هناك فقط مصدر طاقةبدون أي دائرة كهربائية (على سبيل المثال، خلية كلفانية)، فإن المقاومة الداخلية تكاد تكون نشطة بحتة (إلا إذا كنا نتحدث عن ترددات عالية جدا)، ويرجع ذلك إلى تأثيرات فيزيائية لا تسمح بتوصيل الطاقة من هذا المصدر إلى التحميل ليتجاوز حد معين . أبسط مثال على هذا التأثير هو المقاومة غير الصفرية لموصلات الدائرة الكهربائية. ولكن، كقاعدة عامة، فإن المساهمة الأكبر في الحد من الطاقة تأتي من التأثيرات غير كهربائيةطبيعة. لذلك، على سبيل المثال، في الطاقة يمكن أن تكون محدودة بمنطقة الاتصال للمواد المشاركة في التفاعل، في مولد محطة الطاقة الكهرومائية - بضغط الماء المحدود، وما إلى ذلك.
• في حالة وجود شبكة ذات طرفين تحتوي على الداخل رسم بياني كهربائي، المقاومة الداخلية "مشتتة" في عناصر الدائرة (بالإضافة إلى الآليات المذكورة أعلاه في المصدر).

وهذا يعني أيضًا بعض ميزات المقاومة الداخلية:

تأثير المقاومة الداخلية على خصائص شبكة ذات طرفين

يعد تأثير المقاومة الداخلية خاصية متكاملة لأي شبكة نشطة ذات طرفين. والنتيجة الرئيسية لوجود المقاومة الداخلية هي الحد من الطاقة الكهربائية التي يمكن الحصول عليها في الحمل المورد من هذه الشبكة ذات المحطتين.

يجب أن تكون هناك شبكة ذات طرفين، والتي يمكن وصفها بالدائرة المكافئة المذكورة أعلاه. تحتوي الشبكة ذات المحطتين على معلمتين غير معروفتين يجب العثور عليهما:

• مولد الجهد EMF ش
• المقاومة الداخلية ص

بشكل عام، لتحديد مجهولين، من الضروري إجراء قياسين: قياس الجهد عند خرج الشبكة ذات المطرافين (أي فرق الجهد U خارج = φ 2 − φ 1) في تيارين حمل مختلفين. ثم يمكن العثور على المعلمات غير المعروفة من نظام المعادلات:

(الفولتية)

أين يو خارج1 أنا 1, Uout2- جهد الخرج عند التيار أنا 2. وبحل نظام المعادلات نجد المجهولين:

عادة، يتم استخدام تقنية أبسط لحساب المقاومة الداخلية: يتم العثور على الجهد في وضع عدم التحميل والتيار في وضع الدائرة القصيرة للشبكة ذات المحطتين. في هذه الحالة، يتم كتابة النظام () على النحو التالي:

أين ش اوك- جهد الخرج في وضع الخمول (eng. دائرة مفتوحة)، أي عند تيار حمل صفر؛ إيسك- تحميل التيار في وضع الدائرة القصيرة (eng. دائرة مقصورة)، أي تحت حمل بمقاومة صفر. يؤخذ في الاعتبار هنا أن تيار الخرج في وضع عدم التحميل وجهد الخرج في وضع الدائرة القصيرة صفر. من المعادلات الأخيرة نحصل على الفور:

(المقاومة الداخلية)

قياس

مفهوم قياسينطبق على الجهاز الحقيقي (ولكن ليس على الدائرة). من المستحيل القياس المباشر باستخدام مقياس الأومتر، لأنه من المستحيل توصيل مجسات الجهاز بأطراف المقاومة الداخلية. ولذلك، فإن القياس غير المباشر ضروري، وهو لا يختلف جوهريًا عن الحساب - فالجهد عبر الحمل مطلوب أيضًا عند قيمتين مختلفتين للتيار. ومع ذلك، ليس من الممكن دائمًا استخدام الصيغة المبسطة (2)، حيث لا تسمح كل شبكة حقيقية ذات طرفين بالتشغيل في وضع الدائرة القصيرة.

في بعض الأحيان يتم استخدام طريقة القياس البسيطة التالية، والتي لا تتطلب حسابات:

• يتم قياس جهد الدائرة المفتوحة
• يتم توصيل مقاومة متغيرة كحمل ويتم تحديد مقاومتها بحيث يكون الجهد عبرها نصف جهد الدائرة المفتوحة.

بعد الإجراءات الموضحة، يجب قياس مقاومة مقاوم الحمل بمقياس الأومتر - وستكون مساوية للمقاومة الداخلية للشبكة ذات المطرافين.

مهما كانت طريقة القياس المستخدمة، ينبغي للمرء أن يكون حذرا من التحميل الزائد على الشبكة ذات المحطتين بالتيار الزائد، أي أن التيار يجب ألا يتجاوز القيمة القصوى المسموح بها لشبكة معينة ذات محطتين.

رد الفعل المقاومة الداخلية

إذا كانت الدائرة المكافئة لشبكة ذات طرفين تحتوي على عناصر تفاعلية - مكثفات و/أو محاثات، إذن عملية حسابيةيتم تنفيذ المقاومة الداخلية التفاعلية بنفس طريقة المقاومة النشطة، ولكن بدلاً من مقاومات المقاوم، يتم أخذ الممانعات المعقدة للعناصر المدرجة في الدائرة، وبدلاً من الفولتية والتيارات، يتم أخذ اتساعها المعقدة، أي يتم الحساب بواسطة طريقة السعة المعقدة.

قياستحتوي المفاعلة على بعض الميزات الخاصة لأنها دالة ذات قيمة معقدة وليست قيمة عددية:

• يمكنك البحث عن معلمات مختلفة لقيمة مركبة: المعامل، والوسيطة، والجزء الحقيقي أو التخيلي فقط، بالإضافة إلى العدد المركب بأكمله. وعليه فإن تقنية القياس ستعتمد على ما نريد الحصول عليه.
• أي من المعلمات المدرجة تعتمد على التردد. من الناحية النظرية، من أجل الحصول على معلومات كاملة عن المقاومة التفاعلية الداخلية عن طريق القياس، فمن الضروري إزالتها مدمنعلى التردد، أي إجراء القياسات عند الجميعالترددات التي يمكن أن يولدها مصدر شبكة معينة ذات طرفين.

طلب

في معظم الحالات، لا ينبغي لنا أن نتحدث عنها طلبالمقاومة الداخلية، وحول محاسبةوتأثيرها السلبي، إذ أن المقاومة الداخلية هي بالأحرى تأثير سلبي. ومع ذلك، في بعض الأنظمة تكون المقاومة الداخلية الاسمية ضرورية.

تبسيط الدوائر المكافئة

إن تمثيل شبكة ذات طرفين كمزيج من مولد الجهد والمقاومة الداخلية هو الدائرة المكافئة الأبسط والأكثر استخدامًا لشبكة ذات طرفين.

مطابقة تحميل المصدر

مطابقة المصدر والحمل هي اختيار نسبة مقاومة الحمل والمقاومة الداخلية للمصدر من أجل تحقيق الخصائص المحددة للنظام الناتج (كقاعدة عامة، يحاولون تحقيق الحد الأقصى لقيمة أي معلمة لـ المصدر المذكور). أكثر أنواع المطابقة استخدامًا هي:

يجب استخدام مطابقة التيار والطاقة بحذر نظرًا لوجود خطر التحميل الزائد على المصدر.

تخفيض الجهد العالي

في بعض الأحيان تتم إضافة مقاومة كبيرة بشكل مصطنع إلى المصدر (تضاف إلى المقاومة الداخلية للمصدر) من أجل تقليل الجهد المستلم منه بشكل كبير. ومع ذلك، فإن إضافة مقاومة كمقاومة إضافية (ما يسمى بمقاومة التبريد) يؤدي إلى تخصيص طاقة عديمة الفائدة لها. لتجنب إهدار الطاقة، تستخدم أنظمة التيار المتردد ممانعات التخميد التفاعلية، وغالبًا ما تكون المكثفات. هذه هي الطريقة التي يتم بها بناء إمدادات الطاقة المكثفة. وبالمثل، باستخدام صنبور سعوي من خط طاقة عالي الجهد، يمكنك الحصول على فولتات صغيرة لتشغيل أي أجهزة مستقلة.

التقليل من الضوضاء

عند تضخيم الإشارات الضعيفة، غالبًا ما تنشأ مهمة تقليل الضوضاء التي يدخلها مكبر الصوت إلى الإشارة. لهذا الغرض خاص مكبرات صوت منخفضة الضوضاءومع ذلك، فهي مصممة بحيث يتم تحقيق أدنى مستوى من الضوضاء فقط ضمن نطاق معين من مقاومة الخرج لمصدر الإشارة. على سبيل المثال، يوفر مكبر الصوت منخفض الضوضاء حدًا أدنى من الضوضاء فقط عبر نطاق ممانعة خرج المصدر الذي يتراوح بين 1 كيلو أوم إلى 10 كيلو أوم؛ إذا كان مصدر الإشارة لديه مقاومة خرج أقل (على سبيل المثال، ميكروفون بمقاومة خرج تبلغ 30 أوم)، فيجب استخدام محول تصاعدي بين المصدر ومكبر الصوت، مما سيزيد من مقاومة الخرج (وكذلك جهد الإشارة) إلى القيمة المطلوبة.

قيود

يتم تقديم مفهوم المقاومة الداخلية من خلال دائرة مكافئة، لذلك تنطبق نفس القيود على إمكانية تطبيق الدوائر المكافئة.

أمثلة

قيم المقاومة الداخلية نسبية: فما يعتبر صغيرا، على سبيل المثال، بالنسبة لخلية كلفانية، كبير جدا بالنسبة لبطارية قوية. فيما يلي أمثلة على الشبكات ذات المحطتين وقيم مقاومتها الداخلية ص. حالات تافهة للشبكات ذات المحطتين لا مصادرمذكورة على وجه التحديد.

مقاومة داخلية منخفضة

مقاومة داخلية عالية

المقاومة الداخلية السلبية

هناك شبكات ذات طرفين لها مقاومتها الداخلية سلبيمعنى. في الوضع الطبيعي نشيطالمقاومة، يحدث تبديد الطاقة، في رد الفعلفي المقاومة، يتم تخزين الطاقة ومن ثم إطلاقها مرة أخرى إلى المصدر. خصوصية المقاومة السلبية هي أنها في حد ذاتها مصدر للطاقة. ولذلك فإن المقاومة السلبية لا تحدث في شكلها النقي، بل يمكن محاكاتها فقط عن طريق دائرة إلكترونية تحتوي بالضرورة على مصدر للطاقة. يمكن تحقيق المقاومة الداخلية السلبية في الدوائر باستخدام:

• العناصر ذات المقاومة التفاضلية السلبية، مثل الثنائيات النفقية

من المحتمل أن تكون الأنظمة ذات المقاومة السلبية غير مستقرة، وبالتالي يمكن استخدامها لبناء مذبذبات ذاتية.

أنظر أيضا

روابط

الأدب

• زيرنوف إن.في.، كاربوف ف.جي.نظرية دوائر الهندسة الراديوية. - م.- ل.: الطاقة، 1965. - 892 ص.
• جونز م.الالكترونيات - دورة عملية. - م: تكنوسفير، 2006. - 512 ص. ردمك 5-94836-086-5

ملحوظات

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

• المعجم التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيكية
• 
  

شبكة ذات طرفين ودائرتها المكافئة

المقاومة الداخلية لشبكة ذات طرفين هي الممانعة في الدائرة المكافئة لشبكة ذات طرفين، وتتكون من مولد جهد وممانعة متصلتين على التوالي (انظر الشكل). يُستخدم هذا المفهوم في نظرية الدائرة عند استبدال مصدر حقيقي بعناصر مثالية، أي عند الانتقال إلى دائرة مكافئة.

مقدمة

لنلقي نظرة على مثال. في سيارة الركاب، سنقوم بتشغيل الشبكة الموجودة على متن الطائرة ليس من بطارية الرصاص الحمضية القياسية بجهد 12 فولت وسعة 55 أمبير، ولكن من ثماني بطاريات متصلة على التوالي (على سبيل المثال، حجم AA، مع قدرة حوالي 1 آه). دعونا نحاول تشغيل المحرك. تظهر التجربة أنه عندما يتم تشغيله بواسطة البطاريات، فإن عمود البداية لن يتحول إلى درجة واحدة. علاوة على ذلك، حتى مرحل الملف اللولبي لن يعمل.

ومن الواضح بديهيًا أن البطارية "ليست قوية بما يكفي" لمثل هذا التطبيق، ولكن النظر في خصائصها الكهربائية المعلنة - الجهد والشحن (السعة) - لا يوفر وصفًا كميًا لهذه الظاهرة. الجهد هو نفسه في كلتا الحالتين:

البطارية: 12 فولت

الخلايا الجلفانية: 8·1.5 فولت = 12 فولت

السعة أيضًا كافية تمامًا: يجب أن تكون ساعة أمبير واحدة في البطارية كافية لتدوير المبدئ لمدة 14 ثانية (بتيار 250 أمبير).

يبدو أنه وفقًا لقانون أوم، يجب أن يكون التيار في نفس الحمل مع مصادر متطابقة كهربائيًا هو نفسه أيضًا. ومع ذلك، في الواقع هذا ليس صحيحا تماما. سوف تتصرف المصادر بنفس الطريقة إذا كانت مولدات جهد مثالية. لوصف درجة الاختلاف بين المصادر الحقيقية والمولدات المثالية، يتم استخدام مفهوم المقاومة الداخلية.

المقاومة والمقاومة الداخلية

السمة الرئيسية للشبكة ذات المطرافين هي مقاومتها (أو الممانعة). ومع ذلك، ليس من الممكن دائمًا وصف شبكة ذات طرفين بالمقاومة وحدها. والحقيقة هي أن مصطلح المقاومة ينطبق فقط على العناصر السلبية البحتة، أي تلك التي لا تحتوي على مصادر للطاقة. إذا كانت شبكة ذات طرفين تحتوي على مصدر طاقة، فإن مفهوم "المقاومة" لا ينطبق عليها ببساطة، لأن قانون أوم في الصيغة U=Ir غير مستوفي.

وبالتالي، بالنسبة للشبكات ذات المطرافين التي تحتوي على مصادر (أي مولدات الجهد ومولدات التيار)، فمن الضروري التحدث بشكل محدد عن المقاومة الداخلية (أو الممانعة). إذا كانت الشبكة ذات المطرافين لا تحتوي على مصادر، فإن "المقاومة الداخلية" لمثل هذه الشبكة ذات المطرافين تعني نفس الشيء مثل "المقاومة" ببساطة.

المصطلحات ذات الصلة

إذا كان من الممكن في أي نظام التمييز بين المدخلات و/أو المخرجات، فغالبًا ما تستخدم المصطلحات التالية:

مقاومة الإدخال هي المقاومة الداخلية للشبكة ذات الطرفين، وهي مدخلات النظام.

مقاومة الخرج هي المقاومة الداخلية للشبكة ذات الطرفين، وهي مخرجات النظام.

المبادئ المادية

على الرغم من حقيقة أنه في الدائرة المكافئة يتم تقديم المقاومة الداخلية كعنصر سلبي واحد (والمقاومة النشطة، أي أن المقاوم موجود بالضرورة فيها)، فإن المقاومة الداخلية لا تتركز في أي عنصر واحد. تتصرف الشبكة ذات المحطتين ظاهريًا فقط كما لو كانت تحتوي على ممانعة داخلية مركزة ومولد جهد. وفي الواقع فإن المقاومة الداخلية هي مظهر خارجي لمجموعة من التأثيرات الجسدية:

إذا كان هناك مصدر طاقة فقط في شبكة ذات طرفين بدون أي دائرة كهربائية (على سبيل المثال، خلية كلفانية)، فإن المقاومة الداخلية نشطة تمامًا، وهي ناتجة عن تأثيرات فيزيائية لا تسمح بالطاقة التي يوفرها هذا المصدر إلى أن يتجاوز الحمل حدًا معينًا. أبسط مثال على هذا التأثير هو المقاومة غير الصفرية لموصلات الدائرة الكهربائية. ولكن، كقاعدة عامة، فإن المساهمة الأكبر في تحديد الطاقة تأتي من التأثيرات غير الكهربائية. لذلك، على سبيل المثال، في مصدر كيميائي، يمكن أن تكون الطاقة محدودة بمنطقة التلامس للمواد المشاركة في التفاعل، في مولد محطة الطاقة الكهرومائية - بضغط الماء المحدود، وما إلى ذلك.

في حالة وجود شبكة ذات طرفين تحتوي على دائرة كهربائية بداخلها، يتم "تشتت" المقاومة الداخلية في عناصر الدائرة (بالإضافة إلى الآليات المذكورة أعلاه في المصدر).

وهذا يعني أيضًا بعض ميزات المقاومة الداخلية:

لا يمكن إزالة المقاومة الداخلية من شبكة ذات طرفين

المقاومة الداخلية ليست قيمة ثابتة: فهي يمكن أن تتغير عندما تتغير الظروف الخارجية.

تأثير المقاومة الداخلية على خصائص شبكة ذات طرفين

يعد تأثير المقاومة الداخلية خاصية متكاملة لأي شبكة ذات طرفين. والنتيجة الرئيسية لوجود المقاومة الداخلية هي الحد من الطاقة الكهربائية التي يمكن الحصول عليها في الحمل المورد من هذه الشبكة ذات المحطتين.

إذا كان الحمل ذو المقاومة R متصلاً بمصدر ذو قوة دافعة لمولد الجهد E ومقاومة داخلية نشطة r، فسيتم التعبير عن التيار والجهد والطاقة في الحمل على النحو التالي.

عملية حسابية

ينطبق مفهوم الحساب على الدائرة (ولكن ليس على جهاز حقيقي). يتم الحساب في حالة المقاومة الداخلية النشطة البحتة (ستتم مناقشة الاختلافات في المفاعلة أدناه).

يجب أن تكون هناك شبكة ذات طرفين، والتي يمكن وصفها بالدائرة المكافئة المذكورة أعلاه. تحتوي الشبكة ذات المحطتين على معلمتين غير معروفتين يجب العثور عليهما:

مولد الجهد EMF U

المقاومة الداخلية ص

بشكل عام، لتحديد مجهولين، من الضروري إجراء قياسين: قياس الجهد عند خرج شبكة ذات طرفين (أي فرق الجهد Uout = φ2 - φ1) عند تيارين حمل مختلفين. ثم يمكن العثور على المعلمات غير المعروفة من نظام المعادلات:

حيث Uout1 هو جهد الخرج عند التيار I1، Uout2 هو جهد الخرج عند التيار I2. وبحل نظام المعادلات نجد المجهولين:

عادة، يتم استخدام تقنية أبسط لحساب المقاومة الداخلية: يتم العثور على الجهد في وضع عدم التحميل والتيار في وضع الدائرة القصيرة للشبكة ذات المحطتين. وفي هذه الحالة يتم كتابة النظام (1) على النحو التالي:

حيث Uoc هو جهد الخرج في وضع الدائرة المفتوحة، أي عند تيار حمل صفر؛ ISC - تحميل التيار في وضع الدائرة القصيرة ، أي بحمل بمقاومة صفر. يؤخذ في الاعتبار هنا أن تيار الخرج في وضع عدم التحميل وجهد الخرج في وضع الدائرة القصيرة صفر. من المعادلات الأخيرة نحصل على الفور:

قياس

ينطبق مفهوم القياس على جهاز حقيقي (ولكن ليس على الدائرة). من المستحيل القياس المباشر باستخدام مقياس الأومتر، لأنه من المستحيل توصيل مجسات الجهاز بأطراف المقاومة الداخلية. لذلك، يعد القياس غير المباشر ضروريًا، وهو لا يختلف جوهريًا عن الحساب - فالجهد عبر الحمل مطلوب أيضًا عند قيمتين مختلفتين للتيار. ومع ذلك، ليس من الممكن دائمًا استخدام الصيغة المبسطة (2)، حيث لا تسمح كل شبكة حقيقية ذات طرفين بالتشغيل في وضع الدائرة القصيرة.

غالبًا ما يتم استخدام طريقة القياس البسيطة التالية التي لا تتطلب إجراء حسابات:

يتم قياس جهد الدائرة المفتوحة

يتم توصيل مقاومة متغيرة كحمل ويتم تحديد مقاومتها بحيث يكون الجهد عبرها نصف جهد الدائرة المفتوحة.

بعد الإجراءات الموضحة، يجب قياس مقاومة مقاوم الحمل بمقياس الأومتر - وستكون مساوية للمقاومة الداخلية للشبكة ذات المطرافين.

مهما كانت طريقة القياس المستخدمة، ينبغي للمرء أن يكون حذرا من التحميل الزائد على الشبكة ذات المحطتين بالتيار الزائد، أي أن التيار يجب ألا يتجاوز القيمة القصوى المسموح بها لشبكة معينة ذات محطتين.

رد الفعل المقاومة الداخلية

إذا كانت الدائرة المكافئة لشبكة ذات طرفين تحتوي على عناصر تفاعلية - مكثفات و/أو ملفات حث، فسيتم حساب المقاومة الداخلية التفاعلية بنفس طريقة المقاومة النشطة، ولكن بدلاً من مقاومات المقاومات، يتم حساب الممانعات المعقدة يتم أخذ العناصر الموجودة في الدائرة، وبدلاً من الفولتية والتيارات، يتم أخذ سعاتها المعقدة، أي يتم إجراء الحساب بطريقة السعة المعقدة.

يحتوي قياس المفاعلة الداخلية على بعض الميزات الخاصة لأنه دالة ذات قيمة معقدة وليست قيمة عددية:

يمكنك البحث عن معلمات مختلفة لقيمة مركبة: المعامل، والوسيطة، والجزء الحقيقي أو التخيلي فقط، بالإضافة إلى العدد المركب بأكمله. وعليه فإن تقنية القياس ستعتمد على ما نريد الحصول عليه.

لنفترض أن هناك دائرة كهربائية مغلقة بسيطة تتضمن مصدر تيار، على سبيل المثال مولد أو خلية كلفانية أو بطارية، ومقاوم ذو مقاومة R. وبما أن التيار في الدائرة لا ينقطع في أي مكان، فإنه يتدفق داخل المصدر.

في مثل هذه الحالة، يمكننا القول أن أي مصدر لديه بعض المقاومة الداخلية التي تمنع تدفق التيار. تميز هذه المقاومة الداخلية المصدر الحالي ويتم تحديدها بالحرف r. بالنسبة للبطارية، المقاومة الداخلية هي مقاومة محلول الإلكتروليت والأقطاب الكهربائية؛ وبالنسبة للمولد، فهي مقاومة اللفات الثابتة، وما إلى ذلك.

وبالتالي، يتميز المصدر الحالي بحجم المجال الكهرومغناطيسي وقيمة مقاومته الداخلية r - وتشير هاتان الخاصيتان إلى جودة المصدر.

فالمولدات الكهروستاتيكية ذات الجهد العالي (مثل مولد فان دي غراف أو مولد ويمشورست) على سبيل المثال، تتميز بـ EMF ضخمة تقاس بملايين الفولتات، بينما تقاس مقاومتها الداخلية بمئات الميجا أوم، ولهذا فهي غير مناسبة. لإنتاج تيارات كبيرة.

على العكس من ذلك، تتمتع العناصر الجلفانية (مثل البطارية) بموجات كهربية كهربية في حدود 1 فولت، على الرغم من أن مقاومتها الداخلية تكون في حدود الكسور أو على الأكثر عشرات الأوم، وبالتالي تيارات من الوحدات وعشرات الأوم. يمكن الحصول على الأمبيرات من العناصر الجلفانية.

يوضح هذا الرسم البياني مصدرًا حقيقيًا مع حمل متصل. يشار هنا إلى مقاومتها الداخلية وكذلك مقاومة الحمل. وفقًا لذلك، فإن التيار في هذه الدائرة سيكون مساويًا لـ:

وبما أن قسم الدائرة الخارجية متجانس، فيمكن إيجاد الجهد عبر الحمل من قانون أوم:

بالتعبير عن مقاومة الحمل من المعادلة الأولى واستبدال قيمتها في المعادلة الثانية نحصل على اعتماد جهد الحمل على التيار في دائرة مغلقة:

في الحلقة المغلقة، يكون المجال EMF مساويًا لمجموع قطرات الجهد عبر عناصر الدائرة الخارجية والمقاومة الداخلية للمصدر نفسه. إن اعتماد جهد الحمل على تيار الحمل يكون خطيًا بشكل مثالي.

يوضح الرسم البياني هذا، لكن البيانات التجريبية على المقاوم الحقيقي (التقاطعات بالقرب من الرسم البياني) تختلف دائمًا عن البيانات المثالية:

تظهر التجارب والمنطق أنه عند تيار الحمل صفر، يكون الجهد في الدائرة الخارجية مساويًا للمصدر emf، وعند جهد الحمل صفر، يكون التيار في الدائرة مساويًا لـ . تساعد خاصية الدوائر الحقيقية هذه في العثور بشكل تجريبي على القوة الدافعة الكهربية والمقاومة الداخلية للمصادر الحقيقية.

التحديد التجريبي للمقاومة الداخلية

لتحديد هذه الخصائص تجريبياً، ارسم اعتماد الجهد على الحمل على القيمة الحالية، ثم استقراءها حتى التقاطع مع المحاور.

عند نقطة تقاطع الرسم البياني مع محور الجهد تكون قيمة المصدر emf، وعند نقطة التقاطع مع المحور الحالي تكون قيمة تيار الدائرة القصيرة. ونتيجة لذلك، يتم العثور على المقاومة الداخلية بالصيغة:

يتم إطلاق الطاقة المفيدة التي طورها المصدر إلى الحمل. يظهر الشكل اعتماد هذه القوة على مقاومة الحمل. يبدأ هذا المنحنى من تقاطع محاور الإحداثيات عند نقطة الصفر، ثم يرتفع إلى قيمة القدرة القصوى، وبعد ذلك ينخفض ​​إلى الصفر عندما تكون مقاومة الحمل مساوية لما لا نهاية.

للعثور على الحد الأقصى لمقاومة الحمل التي ستتطور عندها القدرة القصوى نظريًا عند مصدر معين، يتم أخذ مشتق صيغة القدرة بالنسبة إلى R وتسويته بالصفر. سوف تتطور الطاقة القصوى عندما تكون مقاومة الدائرة الخارجية مساوية للمقاومة الداخلية للمصدر:

يسمح لنا هذا الشرط الخاص بالقدرة القصوى عند R = r بإيجاد المقاومة الداخلية للمصدر بشكل تجريبي من خلال رسم اعتماد الطاقة المنطلقة على الحمل على قيمة مقاومة الحمل. بعد العثور على مقاومة الحمل الحقيقية، وليس النظرية، التي توفر أقصى قدر من الطاقة، يتم تحديد المقاومة الداخلية الحقيقية لمصدر الطاقة.

توضح كفاءة المصدر الحالي نسبة الطاقة القصوى المخصصة للحمل إلى إجمالي الطاقة التي يتم تطويرها حاليًا

دعونا نحاول حل هذه المشكلة باستخدام مثال محدد. القوة الدافعة الكهربية لمصدر الطاقة هي 4.5 فولت. تم توصيل حمل به، وتدفق خلاله تيار يساوي 0.26 أمبير، ثم أصبح الجهد يساوي 3.7 فولت. أولًا، تخيل أن هناك دائرة تسلسلية مثالية مصدر جهد 4.5 فولت، مقاومته الداخلية صفر، بالإضافة إلى المقاوم، الذي يجب إيجاد قيمته. ومن الواضح أن هذا ليس هو الحال في الواقع، ولكن بالنسبة للحسابات فإن القياس مناسب تمامًا.

الخطوة 2

تذكر أن الحرف U يشير فقط إلى الجهد تحت الحمل. لتعيين القوة الدافعة الكهربائية، يتم حجز حرف آخر - E. ومن المستحيل قياسه بدقة تامة، لأنك ستحتاج إلى الفولتميتر مع مقاومة الإدخال اللانهائية. حتى مع وجود الفولتميتر الكهروستاتيكي (مقياس الكهربية)، فهو ضخم، ولكنه ليس لا نهائيًا. لكن أن تكون دقيقًا تمامًا هو شيء، وأن تكون لديك دقة مقبولة في الممارسة العملية شيء آخر. والثاني ممكن تمامًا: من الضروري فقط أن تكون المقاومة الداخلية للمصدر ضئيلة مقارنة بالمقاومة الداخلية للفولتميتر. في غضون ذلك، دعونا نحسب الفرق بين EMF للمصدر وجهده تحت حمل يستهلك تيارًا قدره 260 مللي أمبير. E-U = 4.5-3.7 = 0.8. سيكون هذا هو انخفاض الجهد عبر "المقاوم الافتراضي".

الخطوه 3

حسنًا، كل شيء بسيط، لأن قانون أوم الكلاسيكي يأتي دوره. نتذكر أن التيار المار عبر الحمل و"المقاومة الافتراضية" هما نفس الشيء، لأنهما متصلان على التوالي. يتم تقسيم انخفاض الجهد عبر الأخير (0.8 فولت) على التيار (0.26 أمبير) ونحصل على 3.08 أوم. هنا هو الجواب! يمكنك أيضًا حساب مقدار الطاقة المتبددة عند الحمل ومقدار الطاقة غير المفيدة عند المصدر. التبديد عند الحمل: 3.7*0.26=0.962 واط. عند المصدر: 0.8*0.26=0.208 واط. احسب النسبة المئوية بينهما بنفسك. لكن هذا ليس النوع الوحيد من المشاكل لإيجاد المقاومة الداخلية للمصدر. هناك أيضًا تلك التي يُشار فيها إلى مقاومة الحمل بدلاً من القوة الحالية، وبقية البيانات الأولية هي نفسها. ثم عليك إجراء عملية حسابية أخرى أولاً. يتم تقسيم الجهد تحت الحمل (وليس EMF!) المعطى في الحالة على مقاومة الحمل. وتحصل على القوة الحالية في الدائرة. وبعد ذلك، كما يقول الفيزيائيون، «تختزل المشكلة إلى سابقتها»! حاول خلق مثل هذه المشكلة وحلها.

المصدر هو جهاز يحول الطاقة الميكانيكية والكيميائية والحرارية وبعض أشكال الطاقة الأخرى إلى طاقة كهربائية. بمعنى آخر، المصدر هو عنصر شبكة نشط مصمم لتوليد الكهرباء. الأنواع المختلفة للمصادر المتوفرة في الشبكة الكهربائية هي مصادر الجهد ومصادر التيار. هذان المفهومان في الإلكترونيات يختلفان عن بعضهما البعض.

مصدر الجهد المستمر

مصدر الجهد هو جهاز ذو قطبين، جهده ثابت في أي وقت، ولا يؤثر التيار المار فيه. سيكون مثل هذا المصدر مثاليًا، حيث لا توجد مقاومة داخلية. في الظروف العملية لا يمكن الحصول عليها.

تتراكم فائض الإلكترونات عند القطب السالب لمصدر الجهد، ويتراكم نقص الإلكترونات عند القطب الموجب. يتم الحفاظ على حالات القطبين من خلال عمليات داخل المصدر.

البطاريات

تقوم البطاريات بتخزين الطاقة الكيميائية داخليًا وتكون قادرة على تحويلها إلى طاقة كهربائية. لا يمكن إعادة شحن البطاريات، وهذا هو عيبها.

البطاريات

البطاريات القابلة لإعادة الشحن هي بطاريات قابلة للشحن. عند الشحن، يتم تخزين الطاقة الكهربائية داخليًا على شكل طاقة كيميائية. أثناء التفريغ، تحدث العملية الكيميائية في الاتجاه المعاكس ويتم إطلاق الطاقة الكهربائية.

أمثلة:

1. خلية بطارية الرصاص الحمضية. وهي مصنوعة من أقطاب الرصاص وسائل التحليل الكهربائي في شكل حمض الكبريتيك المخفف بالماء المقطر. يبلغ الجهد لكل خلية حوالي 2 فولت. في بطاريات السيارات، عادة ما يتم توصيل ست خلايا في دائرة متتالية، والجهد الناتج عند أطراف الخرج هو 12 فولت؛

1. بطاريات النيكل والكادميوم، جهد الخلية – 1.2 فولت.

مهم!بالنسبة للتيارات الصغيرة، يمكن اعتبار البطاريات والمراكم تقريبيًا جيدًا لمصادر الجهد المثالية.

مصدر جهد التيار المتردد

يتم إنتاج الكهرباء في محطات الطاقة باستخدام المولدات، وبعد تنظيم الجهد يتم نقلها إلى المستهلك. يمكن بسهولة تحويل الجهد المتردد للشبكة المنزلية 220 فولت في مصادر الطاقة للأجهزة الإلكترونية المختلفة إلى قيمة أقل عند استخدام المحولات.

المصدر الحالي

على سبيل القياس، مثلما يخلق مصدر الجهد المثالي جهدًا ثابتًا عند الخرج، فإن مهمة المصدر الحالي هي إنتاج قيمة تيار ثابتة، والتحكم تلقائيًا في الجهد المطلوب. ومن الأمثلة على ذلك المحولات الحالية (الملف الثانوي)، والخلايا الضوئية، والتيارات المجمعة للترانزستورات.

حساب المقاومة الداخلية لمصدر الجهد

مصادر الجهد الحقيقي لها مقاومتها الكهربائية الخاصة، والتي تسمى "المقاومة الداخلية". يُشار إلى الحمل المتصل بأطراف المصدر على أنه "مقاومة خارجية" - R.

بطارية من البطاريات تولد المجالات الكهرومغناطيسية:

ε = E/Q، حيث:

• E - الطاقة (J)؛
• س - الشحنة (ج).

إن إجمالي القوة الدافعة الكهربية لخلية البطارية هو جهد الدائرة المفتوحة عندما لا يكون هناك حمل. ويمكن التحقق من ذلك بدقة جيدة باستخدام مقياس رقمي متعدد. سيكون فرق الجهد المقاس عند أطراف خرج البطارية عند توصيلها بمقاوم حمل أقل من جهدها عندما تكون الدائرة مفتوحة، وذلك بسبب تدفق التيار عبر الحمل الخارجي ومن خلال المقاومة الداخلية للمصدر، مما يؤدي إلى تبدد الطاقة الموجودة فيه على شكل إشعاع حراري.

تتراوح المقاومة الداخلية للبطارية الكيميائية بين جزء من الأوم وبضعة أوم وترجع بشكل أساسي إلى مقاومة المواد الإلكتروليتية المستخدمة في تصنيع البطارية.

إذا تم توصيل مقاومة ذات مقاومة R ببطارية، فإن التيار في الدائرة هو I = ε/(R + r).

المقاومة الداخلية ليست قيمة ثابتة. ويتأثر بنوع البطارية (القلوية، الرصاص الحمضية، وغيرها)، ويتغير حسب قيمة الحمل ودرجة الحرارة ومدة استخدام البطارية. على سبيل المثال، مع البطاريات التي تستخدم لمرة واحدة، تزداد المقاومة الداخلية أثناء الاستخدام، وبالتالي ينخفض ​​الجهد حتى يصل إلى حالة غير مناسبة للاستخدام مرة أخرى.

إذا كانت القوة الدافعة الكهربية للمصدر كمية محددة مسبقًا، يتم تحديد المقاومة الداخلية للمصدر عن طريق قياس التيار المتدفق خلال مقاومة الحمل.

1. بما أن المقاومة الداخلية والخارجية في الدائرة التقريبية متصلة على التوالي، فيمكنك استخدام قوانين أوم وكيرشوف لتطبيق الصيغة:

1. من هذا التعبير r = ε/I - R.

مثال.بطارية ذات قوة دافعة معروفة ε = 1.5 V موصولة على التوالي مع مصباح كهربائي. انخفاض الجهد عبر المصباح الكهربائي هو 1.2 فولت. لذلك، فإن المقاومة الداخلية للعنصر تخلق انخفاضًا في الجهد: 1.5 - 1.2 = 0.3 فولت. تعتبر مقاومة الأسلاك في الدائرة ضئيلة، ومقاومة المصباح ليست كذلك معروف. التيار المقاس المار عبر الدائرة: I = 0.3 A. من الضروري تحديد المقاومة الداخلية للبطارية.

1. وفقا لقانون أوم، فإن مقاومة المصباح الكهربائي هي R = U/I = 1.2/0.3 = 4 أوم؛
2. الآن، وفقًا لصيغة حساب المقاومة الداخلية، r = ε/I - R = 1.5/0.3 - 4 = 1 أوم.

في حالة حدوث ماس كهربائي، تنخفض المقاومة الخارجية إلى الصفر تقريبًا. لا يمكن أن يقتصر التيار إلا على المقاومة الصغيرة للمصدر. يكون التيار المتولد في مثل هذه الحالة قويًا جدًا لدرجة أن مصدر الجهد قد يتضرر بسبب التأثيرات الحرارية للتيار ويكون هناك خطر نشوب حريق. يتم منع خطر نشوب حريق عن طريق تركيب الصمامات، على سبيل المثال في دوائر بطارية السيارة.

تعد المقاومة الداخلية لمصدر الجهد عاملاً مهمًا عند تحديد كيفية توصيل الطاقة الأكثر كفاءة إلى جهاز كهربائي متصل.

مهم!يحدث الحد الأقصى لنقل الطاقة عندما تكون المقاومة الداخلية للمصدر مساوية لمقاومة الحمل.

ومع ذلك، في ظل هذا الشرط، مع تذكر الصيغة P = I² x R، يتم نقل كمية مماثلة من الطاقة إلى الحمل وتبدد في المصدر نفسه، وتكون كفاءتها 50٪ فقط.

ويجب دراسة متطلبات التحميل بعناية لتحديد الاستخدام الأمثل للمصدر. على سبيل المثال، يجب أن توفر بطارية السيارة المصنوعة من الرصاص الحمضي تيارات عالية عند جهد منخفض نسبيًا يبلغ 12 فولت. كما أن مقاومتها الداخلية المنخفضة تسمح لها بالقيام بذلك.

في بعض الحالات، يجب أن تتمتع مصادر الطاقة ذات الجهد العالي بمقاومة داخلية عالية للغاية للحد من تيار الدائرة القصيرة.

ملامح المقاومة الداخلية للمصدر الحالي

يتمتع المصدر الحالي المثالي بمقاومة لا نهائية، ولكن بالنسبة للمصادر الحقيقية، يمكن للمرء أن يتخيل نسخة تقريبية. الدائرة الكهربائية المكافئة هي مقاومة متصلة بالمصدر على التوازي ومقاومة خارجية.

يتم توزيع خرج التيار من المصدر الحالي على النحو التالي: يتدفق جزء من التيار عبر أعلى مقاومة داخلية ومن خلال مقاومة الحمل المنخفضة.

سيكون تيار الخرج هو مجموع التيارات في المقاومة الداخلية والحمل Io = In + Iin.

اتضح:

In = Iо - Iin = Iо - Un/r.

توضح هذه العلاقة أنه مع زيادة المقاومة الداخلية لمصدر التيار، كلما انخفض التيار عبره، وتستقبل مقاومة الحمل معظم التيار. ومن المثير للاهتمام أن الجهد لن يؤثر على القيمة الحالية.

الجهد الناتج المصدر الحقيقي:

Uout = I x (R x r)/(R +r) = I x R/(1 + R/r). قيم هذه المقالة: