Site Loader

Содержание

Внутреннее сопротивление обозначается буквой

Внутреннее сопротивление источника тока — количественная характеристика источника тока, которая определяет величину энергетических потерь при прохождении через источник электрического тока.
Внутреннее сопротивление имеет размерность сопротивления и измеряется в Омах.
При прохождении электрического тока через источник происходят те же процессы диссипации энергии, и при прохождении через сопротивление нагрузки. Благодаря этим процессам напряжение на клеммах источника тока не равна электродвижущей силе, а зависит от величины тока, а, следовательно, от нагрузки. При небольших значениях силы тока эта зависимость линейная и ее можно представить в виде

,

где U — напряжение, — Электродвижущая сила, R i — внутреннее сопротивление.
Таким образом, каждый источник электрического тока характеризуется своим внутренним сопротивлением, который необходимо учитывать при расчете электрических цепей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8811 — | 7169 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Как обозначается сопротивление

Автор Карла людовиковна задал вопрос в разделе Естественные науки

какой буквой обозначается электрическое сопротивление в физике? и получил лучший ответ

Ответ от Marina Crow[гуру]

Сопротивлений много разных
Просто сопротивление (или активное) R
Внутреннее сопротивление источника тока r
Реактивное X(L) — индуктивное, X(C) — емкостное
Z — полное сопротивление
Добавляю
Сечение или площадь сечения S, тогда понятно, в таких задачах R — сопротивление

Литая сталь 1,3•10-7 Ом•м (при 20
подробнее.

Статьи, Схемы, Справочники

Источник электрической энергии;. Соединительные провода,. Набор сопротивлений 2 Ом и 4 Ом;. Переключатель однополюсный; ключ.

Поиск данных по Вашему запросу:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Перейти к результатам поиска >>>

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: YR1030, измеритель внутреннего сопротивления аккумуляторов

Закон Ома для полной цепи

Пользуясь законом Ома, мы можем сейчас разобрать этот вопрос точнее. Из формулы Но к внешней цепи мы вправе применить закон Ома для участка цепи:. Оно может быть выражено на основании Для этого нужно замкнуть какой-либо гальванический элемент на реостат и подключить к зажимам элемента вольтметр рис. Перемещая движок реостата, можно видеть, что чем меньше сопротивление внешней цепи, т. С уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на зажимах источника тока уменьшается: а схема опыта; б общий вид экспериментальной установки, 1 — источник тока, 2 — реостат, 3 — амперметр, 4 — вольтметр Что же касается тока, то он при коротком замыкании достигает своего максимального значения.

Поэтому короткое замыкание представляет различную опасность для разных источников тока. Короткие замыкания гальванического элемента сравнительно безвредны, так как при небольшой э. Такие токи не могут вызвать серьезные разрушения, и поэтому к изоляции проводов в целях, питаемых элементами звонки, телефоны и т.

Иное дело силовые или осветительные цепи, питаемые мощными генераторами. При значительной э. В этом случае короткое замыкание может привести к расплавлению проводов, вызвать пожар и т. Поэтому к устройству и изоляции таких цепей предъявляют строгие технические требования, которые ни в коем случае нельзя нарушать без риска вызвать опасные последствия.

Внутреннее сопротивление элемента Даниеля с э. Вычислите ток короткого замыкания этого элемента. Элемент из предыдущей задачи замкнут на сопротивление 0,6 Ом.

Чему равно напряжение на зажимах элемента? Какой ток возникает при коротком замыкании? При измерении э. Пусть внутреннее сопротивление элемента равно 1 Ом, его э. Какую погрешность при измерении э. Можно ли точно измерить э. Как нужно присоединить электрометр к элементу для измерения его э. Изменяется ли показание электрометра, соединенного с гальваническим элементом, если параллельно с ним включить конденсатор, как показано на рис.

Будет ли иметь значение емкость конденсатора? К упражнению Электрометр, отсоединенный от элемента, после снятия диска показывает В рис. При этом известно, что емкость конденсатора при удалении диска уменьшается в раз. Чему равно напряжение элемента? Научная библиотека. Наш канал. Напряжение на зажимах источника тока и э.

Читать в оригинале.

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Цель работы: на опыте измерить ЭДС и внутреннее сопротивление гальванического элемента. Для создания и поддержания электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле. Устройство, внутри которого разделяются электрические заряды, и создается электрическое поле, называется источником тока. При включении источника тока в электрическую цепь необходимо учитывать, что под действием электрического поля ток протекает не только по внешней цепи, но и внутри источника под действием сторонних сил. Поэтому источник тока обладает своим сопротивлением, которое называется внутренним, обозначается r и измеряется в Омах.

Внутреннее сопротивление

Источник — это устройство, которое преобразует механическую, химическую, термическую и некоторые другие формы энергии в электрическую. Другими словами, источник является активным сетевым элементом, предназначенным для генерации электроэнергии. Различные типы источников, доступных в электросети, представляют собой источники напряжения и источники тока. Эти две концепции в электронике различаются друг от друга. Источник напряжения — устройство с двумя полюсами, напряжение его в любой момент времени является постоянным, и проходящий через него ток не оказывает влияния. Такой источник будет идеальным, имеющим нулевое внутреннее сопротивление. В практических условиях он не может быть получен. На отрицательном полюсе источника напряжения скапливается избыток электронов, у положительного полюса — их дефицит. Состояния полюсов поддерживаются процессами внутри источника.

Об аккумуляторах .

B ooks Share. Научная литература. Новые книги Зайцева Т. IХ-ХХ вв.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками. Xiaomi MI9 SE. Уже вполне хорошо. Мешаю дешевую табачную жидкость.

Внутреннее сопротивление — формула

Сторонние силы. Для поддержания постоянной разности потенциалов на концах проводника, а значит, и тока необходимо наличие сторонних сил неэлектрической природы, с помощью которых происходит разделение электрических зарядов. Сторонними силами называются любые силы, действующие на электрически заряженные частицы в цепи, за исключением электростатических т. По типу преобразованной энергии различают следующие виды электродвижущей силы:. Электродвижущая сила ЭДС — характеристика источников тока. Понятие ЭДС было введено Г. Омом в г. В г.

Радиотехника — Давыдов С.Л.

ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия. Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения синяя линия и реального источника напряжения красная линия. В этом случае ток короткого замыкания I s.

Об аккумуляторах .

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Внутреннее сопротивление

Пользуясь законом Ома, мы можем сейчас разобрать этот вопрос точнее. Из формулы Но к внешней цепи мы вправе применить закон Ома для участка цепи:. Оно может быть выражено на основании

Источник ЭДС

Электротехника — это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях. Электрическая цепь — это совокупность устройств, предназначенных для производства, передачи, преобразования и использования электрического тока. Все электротехнические устройства по назначению, принципу действия и конструктивному оформлению можно разделить на три большие группы. Источники энергии , то есть устройства, вырабатывающие электрический ток генераторы, термоэлементы, фотоэлементы, химические элементы. Приемники , или нагрузка, то есть устройства, потребляющие электрический ток электродвигатели, электролампы, электромеханизмы и т. Проводники, а также различная коммутационная аппаратура выключатели, реле, контакторы и т. Направленное движение электрических зарядов называют электрическим током.

Допустим, есть простейшая электрическая замкнутая цепь, включающая в себя источник тока, например генератор, гальванический элемент или аккумулятор, и резистор, обладающий сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, то и внутри источника он течет. В такой ситуации можно сказать, что любой источник обладает некоторым внутренним сопротивлением, препятствующим току. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r.

Внутреннее сопротивление буква в физике

Внутреннее сопротивление источника тока — количественная характеристика источника тока, которая определяет величину энергетических потерь при прохождении через источник электрического тока.

Внутреннее сопротивление имеет размерность сопротивления и измеряется в Омах.
При прохождении электрического тока через источник происходят те же процессы диссипации энергии, и при прохождении через сопротивление нагрузки. Благодаря этим процессам напряжение на клеммах источника тока не равна электродвижущей силе, а зависит от величины тока, а, следовательно, от нагрузки. При небольших значениях силы тока эта зависимость линейная и ее можно представить в виде

,

где U — напряжение, — Электродвижущая сила, R i — внутреннее сопротивление.
Таким образом, каждый источник электрического тока характеризуется своим внутренним сопротивлением, который необходимо учитывать при расчете электрических цепей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8811 — | 7169 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Как обозначается сопротивление

Автор Карла людовиковна задал вопрос в разделе Естественные науки

какой буквой обозначается электрическое сопротивление в физике? и получил лучший ответ

Ответ от Marina Crow[гуру]Сопротивлений много разных
Просто сопротивление (или активное) R
Внутреннее сопротивление источника тока r
Реактивное X(L) — индуктивное, X(C) — емкостное
Z — полное сопротивление
Добавляю
Сечение или площадь сечения S, тогда понятно, в таких задачах R — сопротивление

Литая сталь 1,3•10-7 Ом•м (при 20
подробнее.

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая противодействие проводника или электрической цепи электрическому току.

Электрическое сопротивление определяется как коэффициент пропорциональности R между напряжением U и силой постоянного тока I в законе Ома для участка цепи.

Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. Один ом (1 Ом) — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А.

Удельное сопротивление.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и поперечного сечения S и может быть определено по формуле:

,

где ρ — удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.

Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает изготовленный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Из формулы следует, что

,

Величина, обратная ρ, называется удельной проводимостью σ:

.

Так как в СИ единицей сопротивления является 1 Ом. единицей площади 1 м 2 , а единицей длины 1 м, то единицей удельного сопротивления в СИ будет 1 Ом·м 2 /м, или 1 Ом·м. Единица удельной проводимости в СИ — Ом -1 м -1 .

На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (мм 2 ). В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом·мм 2 /м. Так как 1 мм 2 = 0,000001 м 2 , то 1 Ом·мм 2 /м = 10 -6 Ом·м. Металлы обладают очень малым удельным сопротивлением — порядка (1·10 -2 ) Ом·мм 2 /м, диэлектрики — в 10 15 -10 20 большим.

Зависимость сопротивлений от температуры.

С повышением температуры сопротивление металлов возрастает. Однако существуют сплавы, сопротивление которых почти не меняется при повышении температуры (например, константан, манганин и др.). Сопротивление же электролитов с повышением температуры уменьшается.

Температурным коэффициентом сопротивления проводника называется отношение величины изменения сопротивления проводника при нагревании на 1 °С к величине его сопротивления при 0 ºС:

.

Зависимость удельного сопротивления проводников от температуры выражается формулой:

.

В общем случае α зависит от температуры, но если интервал температур невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным. Для чистых металлов α = (1/273)К -1 . Для растворов электролитов α -1 . Для константана (сплава меди с никелем) α = 10 -5 К -1 .

Зависимость сопротивления проводника от температуры используется в термометрах сопротивления.

Что такое внутреннее сопротивление цепи

Допустим, есть простейшая электрическая замкнутая цепь, включающая в себя источник тока, например генератор, гальванический элемент или аккумулятор, и резистор, обладающий сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, то и внутри источника он течет.

В такой ситуации можно сказать, что любой источник обладает некоторым внутренним сопротивлением, препятствующим току. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r. Для гальванического элемента или аккумулятора внутреннее сопротивление — это сопротивление раствора электролита и электродов, для генератора — сопротивление обмоток статора и т. д.

Таким образом, источник тока характеризуется как величиной ЭДС, так и величиной собственного внутреннего сопротивления r – обе эти характеристики свидетельствуют о качестве источника.

Электростатические высоковольтные генераторы (как генератор Ван де Граафа или генератор Уимшурста), к примеру, отличаются огромной ЭДС измеряемой миллионами вольт, при этом их внутреннее сопротивление измеряется сотнями мегаом, потому они и непригодны для получения больших токов.

Гальванические элементы (такие как батарейка) — напротив — имеют ЭДС порядка 1 вольта, хотя внутреннее сопротивление у них порядка долей или максимум — десятка Ом, и от гальванических элементов поэтому можно получать токи в единицы и десятки ампер.

На данной схеме показан реальный источник с присоединенной нагрузкой. Здесь обозначены ЭДС источника, его внутреннее сопротивление, а также сопротивление нагрузки. Согласно закону Ома для замкнутой цепи, ток в данной цепи будет равен:

Поскольку участок внешней цепи однороден, то из закона Ома можно найти напряжение на нагрузке:

Выразив из первого уравнения сопротивление нагрузки, и подставив его значение во второе уравнение, получим зависимость напряжения на нагрузке от тока в замкнутой цепи:

В замкнутом контуре ЭДС равна сумме падений напряжений на элементах внешней цепи и на внутреннем сопротивлении самого источника. Зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки в идеальном случае линейна.

График это показывает, но экспериментальные данные на реальном резисторе (крестики возле графика) всегда отличаются от идеала:

Эксперименты и логика показывают, что при нулевом токе нагрузки напряжение на внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении на нагрузке ток в цепи равен току короткого замыкания. Это свойство реальных цепей помогает экспериментально находить ЭДС и внутреннее сопротивление реальных источников.

Экспериментальное нахождение внутреннего сопротивления

Чтобы экспериментально определить данные характеристики, строят график зависимости напряжения на нагрузке от величины тока, затем экстраполируют его до пересечения с осями.

В точке пересечения графика с остью напряжения находится значение ЭДС источника, а в точке пересечения с осью тока находится величина тока короткого замыкания. В итоге внутреннее сопротивление находится по формуле:

Развиваемая источником полезная мощность выделяется на нагрузке. График зависимости этой мощности от сопротивления нагрузки приведен на рисунке. Эта кривая начинается от пересечения осей координат в нулевой точке, затем возрастает до максимального значения мощности, после чего спадает до нуля при сопротивлении нагрузки равном бесконечности.

Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически разовьется максимальная мощность при данном источнике, берется производная от формулы мощности по R и приравнивается к нулю. Максимальная мощность разовьется при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Это положение о максимальной мощности при R = r, позволяет экспериментально найти внутреннее сопротивление источника, построив зависимость мощности, выделяемой на нагрузке, от величины сопротивления нагрузки. Найдя реальное, а не теоретическое, сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную мощность, определяют реальное внутреннее сопротивление источника питания.

КПД источника тока показывает отношение максимальной выделяемой на нагрузке мощности к полной мощности, которую в данный момент развивает источник:

Ясно, что если источник развивает такую мощность, что на нагрузке получается максимум возможной мощности для данного источника, то КПД источника окажется равным 50%.

Закон Ома для полной цепи, определение которого касается значения электрического тока в реальных цепях, находится в зависимости от источника тока и от сопротивления нагрузки. Этот закон носит и другое название – закон Ома для замкнутых цепей. Принцип действия данного закона заключается в следующем.

В качестве самого простого примера, электрическая лампа, являющаяся потребителем электрического тока, совместно с источником тока есть не что иное, как замкнутая электрическая цепь. Данная электрическая цепь наглядно показана на рисунке.

Электроток, проходя через лампочку, также проходит и через сам источник тока. Таким образом, во время прохождения по цепи, ток испытает сопротивление не только проводника, но и сопротивление, непосредственно, самого источника тока. В источнике сопротивление создается электролитом, находящимся между пластинами и пограничными слоями пластин и электролита. Отсюда следует, что в замкнутой цепи, ее общее сопротивление будет состоять из суммы сопротивлений лампочки и источника тока.

Внешнее и внутреннее сопротивление

Сопротивление нагрузки, в данном случае лампочки, соединенной с источником тока, носит название внешнего сопротивления. Непосредственное сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением. Для более наглядного изображения процесса, все значения необходимо условно обозначить. I – сила тока, R – внешнее сопротивление, r – внутреннее сопротивление. Когда по электрической цепи протекает ток, то для того, чтобы поддерживать его, между концами внешней цепи должна присутствовать разность потенциалов, которая имеет значение IхR. Однако, протекание тока наблюдается и во внутренней цепи. Значит, для того, чтобы поддержать электроток во внутренней цепи, также необходима разность потенциалов на концах сопротивления r. Значение этой разности потенциалов равно Iхr.

Электродвижущая сила аккумулятора

Аккумулятор должен иметь следующее значение электродвижущей силы, способной поддерживать необходимый ток в цепи: Е=IхR+Iхr . Из формулы видно, что электродвижущая сила аккумулятора составляет сумму внешнего и внутреннего напряжения. Значение тока нужно вынести за скобки: Е=I(r+R) . Иначе можно представить: I=Е/(r+R) . Двумя последними формулами выражается закон Ома для полной цепи, определение которого звучит следующим образом: в замкнутой цепи сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сумме сопротивлений этой цепи.

Величина, характеризующая количество энергетических потерь, возникающих при протекании тока через его источник, определяется как внутреннее сопротивление источника тока. Как и обычное сопротивление, имеет единицу измерения, равную 1 Ом. Ток, двигаясь через источник, теряет часть своей энергии, которая переходит в тепло, точно так же, как на любом нагрузочном сопротивлении. Это значит, что величина напряжения на выводах источника зависит от величины тока, а не от ЭДС.

Если рассмотреть замкнутую электрическую цепь, в которую включён источник тока (батарейка, аккумулятор или генератор), и нагрузку R, то ток течёт и внутри источника. Внутреннее сопротивление источника, обозначаемое буквой r, ему препятствует.

У генератора r – это внутреннее сопротивление обмоток статора, у аккумулятора – сопротивление электролита.

Измерение сопротивления петли фаза-нуль

Петля «фаза – нуль» – это электрическая цепь переменного тока, которая может возникнуть в результате короткого замыкания между проводами: «фаза» и «ноль» или «фаза» и «фаза». Разрушение изоляции, механические повреждения или случайное соединение оголённых участков кабеля между собой могут стать этому причиной. В установках с глухо заземлённой нейтралью нулевой проводник физически связан с нейтралью трансформатора, она подключена к контуру заземления. При замыкании на корпус или соединении фаз между собой образуется цепь (петля).

Главная задача проводимых измерений – узнавать, каким будет величина тока через петлю при КЗ. Это обязательно для расчёта и подбора защитного оборудования. Хорошим результатом будет маленькое сопротивление петли, тогда ток Iк.з. будет наибольшим. От его величины зависит, как быстро сработает защитный автоматический выключатель.

Чем меньше времени будет затрачено на отключение повреждённой или закороченной цепи, тем больше шансов предотвратить пожар от возгорания кабельной сети. При попадании человека под удар электрического тока в результате прикосновения или короткого замыкания автоматическое снятие напряжения спасёт ему жизнь.

На предприятиях ежегодно проводится комплекс измерений защитного заземления и сопротивления петли фаза – ноль. При неудовлетворительных результатах проводится ряд мероприятий:

  • заменяются участки провода, не отвечающие требованиям по диаметру сечения;
  • перекручиваются болтовые соединения с обязательной установкой врезных шайб;
  • вскрываются контуры защитных заземлений и осматриваются на предмет целостности сварных соединений и состояния элементов заземления;
  • при необходимости в контур защитного заземления добавляются дополнительные элементы;
  • исключается последовательное подключение корпусов устройств к общей шине заземления.

После выполнения комплекса мероприятий измерения проводятся повторно.

Нахождение внутреннего сопротивления

Его можно находить двумя путями: рассчитать или измерить. Первым путём идут при работе с электрическими схемами, второй – выбирают, занимаясь с реальными устройствами.

Простой расчёт производится с использованием формулы Закона Ома для участка полной цепи:

Чтобы узнать силу тока, нужно напряжение ЭДС делить на сумму сопротивлений.

Выразив отсюда r, получают формулу для его вычисления:

где:

  • r – внутреннее сопротивление источника;
  • ε – ЭДС источника;
  • I – сила тока в полной цепи;
  • R – сопротивление в полной цепи.

Комплекс измерений этого параметра у настоящего устройства не подразумевает непосредственных замеров. Тестируются напряжения на нагрузочном сопротивлении в двух режимах тока: холостом и КЗ.

Так как не любой источник может выдержать даже кратковременный режим замыкания, берётся метод измерения без вычислений.

В схему включается внешнее сопротивление нагрузки в виде подстроечного резистора Rн. Выставляется такое значение, при котором падение напряжения на резисторе равнялось бы 1/2 U холостого хода. Тогда измеренное омметром Rн будет соответствовать внутреннему сопротивлению источника.

Малое внутреннее сопротивление

Малой величины внутреннего сопротивления добиваются применением обратной связи в схемах, куда включён двухполюсник. В стабилизаторах напряжения r достигает значений менее 9*10-4 Ом. Автомобильная АКБ 6СТ-60 обладает сопротивлением около 0,01 Ом. Если произвести измерения петли фаза-ноль бытовой сети, то норма значения лежит в пределах 0,05-1 Ом.

Реактивное внутреннее сопротивление

Кроме гальванических и электролитических двухполюсников, существуют источники питания, схемы которых включают в себя реактивные элементы. При определении их внутреннего сопротивления используют метод комплексных амплитуд. Он подразумевает использовать при расчётах комплексные сопротивления элементов, включённых в схему. Величины токов и напряжений заменяются значениями их комплексных амплитуд. Сам алгоритм вычисления такой же, как при расчёте активного сопротивления.

Процесс измерений r-реактивного немного отличается от измерения активной составляющей сопротивления. Методы зависят от того, какие параметры этой комплексной функции нужно узнать: отдельные составляющие или комплексное число.

На эти параметры влияет частота, поэтому, чтобы при тестировании добиться информации о внутреннем реактивном значении r, нужно убрать частотную зависимость. Это достигается комплексом замеров на всём диапазоне частот, генерируемых таким двухполюсником.

Большое внутреннее сопротивление

Пьезоэлектрические датчики, конденсаторные микрофоны и другие источники импульсов обладают повышенным внутренним импедансом. Чтобы эффективно использовать такие устройства, нужно правильно согласовать схему считывания сигнала. При неудачном согласовании неизбежны потери.

Важно! Удачное согласование по напряжению получается при использовании для снятия сигнала устройства, с большим входным сопротивлением, чем у источника сигнала. В случае высокоомного источника для считывания сигнала применяется буферный усилитель.

Внутреннее сопротивление и импеданс

Импеданс – полное (комплексное) внутреннее сопротивление эквивалентного двухполюсника переменному току. Обозначается буквой Z и так же измеряется в Омах.

Двухполюсник и его эквивалентная схема

Двухполюсник представляет собой электрическую цепь, содержащую две точки присоединения к другим цепям. Бывает два вида электрических цепей:

  • цепи, содержащие источник тока или напряжения;
  • двухполюсники, не являющиеся источниками.

Первые характеризуются электрическими параметрами: силой тока, напряжением и импедансом. Для расчёта параметров таких двухполюсников предварительно производят замену реальных элементов цепи на идеальные элементы. Комбинация, которая получается в результате подобной замены, называется эквивалентной схемой.

Внимание! При работе со сложными электрическими схемами с учётом того, что устройство работает на одной частоте, допустимо преобразовывать последовательные и параллельные ветви до получения простой схемы, доступной для расчёта параметров.

Второй вид двухполюсников можно охарактеризовать только величиной внутреннего сопротивления.

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Чем оно выше, тем меньшую мощность выдаёт источник при подключении нагрузки. Определить мощность в нагрузке можно по формуле:

где:

  • E – напряжение ЭДС;
  • R – сопротивление нагрузки;
  • r – активное внутреннее сопротивление двухполюсника.

Формула применима к двухполюсникам, не отдающим энергию.

К сведению. Когда величина внутреннего сопротивления двухполюсника приближается по своему значению к сопротивлению нагрузки, передача мощности достигает максимума.

Разрядная емкость источника

Величина, зависящая от силы тока разряда, называется разрядной ёмкостью источника. Это электрический заряд, который отдаёт источник в процессе эксплуатации в зависимости от тока нагрузки. Эту величину можно считать постоянной условно. Так, стартерный аккумулятор, имеющий разрядную ёмкость С = 55 А*ч, при токе разряда 5,5 А проработает 10 часов. При запусках холодного или имеющего неисправность автомобиля аккумулятор можно разрядить за несколько минут.

Для того чтобы найти остаточную разрядную ёмкость, производят циклы «заряд – разряд». Они выполняются при помощи нагрузочных сопротивлений. Разряд на нагрузочное сопротивление производят до минимально допустимых значений плотности электролита. При этом замеряется время работы под нагрузкой. Это актуально при сезонном обслуживании аккумуляторов для выявления процессов саморазряда.

Внутреннее сопротивление источников тока – важная величина. Методы, применяемые для её снижения, являются прямыми путями увеличения отдаваемой мощности источника, значит, повышения производительности двухполюсников. Правильное измерение и вычисление импеданса эквивалентных схем позволяют приблизить двухполюсник к идеальному источнику.

Видео

Как определить внутреннее сопротивление. Электродвижущая сила

ЭДС и напряжение. Внутреннее сопротивление источников питания.
Ликбез так ликбез!
Закон Ома. Вот я о чем.
О законе Ома мы уже говорили. Поговорим еще раз — с несколько иной стороны. Не вдаваясь в физические подробности и выражаясь простым кошачьим языком, закон Ома гласит: чем больше э.д.с. (электродвижущая сила), тем больше ток, чем больше сопротивление, тем меньше ток.
Переведя сие заклинание на язык сухих формул получаем:

I=E/R

где:I — сила тока,E — Э.Д.С. — электродвижущая силаR — сопротивление
Ток измеряется в амперах, э.д.с. — в вольтах, а сопротивление носит гордое имя товарища Ома.Э.д.с. — это есть характеристика идеального генератора, внутренне сопротивление которого принято считать бесконечно малым. В реальной жизни такое бывает редко, поэтому в силу вступает закон Ома для последовательной цепи (более знакомый нам):

I=U/R

где:U — напряжение источника непосредственно на его клеммах.
Рассмотрим простой пример.
Представим себе обычную батарейку в виде источника э.д.с. и включенного последовательно с ним некоего резистора, который будет олицетворять собой внутреннее сопротивление батарейки. Подключим параллельно батарейке вольтметр. Его входное сопротивление значительно больше внутреннего сопротивления батарейки, но не бесконечно большое — то есть, через него потечет ток. Величина напряжения, которую покажет вольтметр будет меньше величины э.д.с. как раз на величину падения напряжения на внутреннем воображаемом резисторе при данном токе.Но, тем не менее именно эта величина и принимается за напряжение батарейки.
Формула конечного напряжения при этом будет иметь следующий вид:

U(бат)=E-U(внутр)

Так как со временем у всех элементов питания внутреннее сопротивление увеличивается, то и падение напряжения на внутреннем сопротивлении тоже увеличивается. При этом напряжение на клеммах батарейки уменьшается. Мяу!
Разобрались!
Что же происходит, если вместо вольтметра к батарейке подключить амперметр? Так как собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, мы фактически будем измерять ток, протекающий через внутреннее сопротивление батарейки. Так как внутренне сопротивление источника очень небольшое, измеренный при этом ток может достигать н ескольких ампер.
Однако следует заметить, что внутреннее сопротивление источника является таким же элементом цепи, как и все остальные. Поэтому при увеличении тока нагрузки падение напряжения на внутреннем сопротивлении также увеличится, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке. Или как мы, радиокоты, любим выражаться — к просадке напруги.
Чтобы изменение нагрузки как можно меньше влияло на выходное напряжение источника его внутреннее сопротивление стараются свести к минимуму.
Можно так подобрать элементы последовательной цепи, чтобы на каком-нибудь из них получить напряжение, уменьшенное, по сравнению с исходным, во сколько угодно раз.

Двухполюсник и его эквивалентная схема

Вну́треннее сопротивле́ние двухполюсника — импеданс в эквивалентной схеме двухполюсника, состоящей из последовательно включенных генератора напряжения и импеданса (см. рисунок). Понятие применяется в теории цепей при замене реального источника идеальными элементами, то есть при переходе к эквивалентной схеме.

Введение

Рассмотрим пример. В легковом автомобиле запитаем бортовую сеть не от штатного свинцово-кислотного аккумулятора напряжением 12 вольт и ёмкостью 55 А·ч, а от последовательно соединённых восьми батареек (например, типоразмера АА, ёмкостью около 1 А·ч). Попробуем завести двигатель. Опыт показывает, что при питании от батареек вал стартера не повернётся ни на градус. Более того, не сработает даже втягивающее реле.

Интуитивно понятно, что батарейка «недостаточно мощная» для подобного применения, однако рассмотрение её заявленных электрических характеристик — напряжения и заряда (ёмкости) — не даёт количественного описания данного явления. Напряжение в обоих случаях одинаково:

Аккумулятор: 12 вольт

Гальванические элементы: 8·1,5 вольт = 12 вольт

Ёмкости также вполне достаточно: одного ампер·часа в батарейке должно хватить, чтобы вращать стартер в течение 14 секунд (при токе 250 ампер).

Казалось бы, в соответствии с законом Ома ток в одинаковой нагрузке при электрически одинаковых источниках также должен быть одинаковым. Однако в действительности это не совсем так. Источники вели бы себя одинаково, если бы были идеальными генераторами напряжения. Для описания степени отличия реальных источников от идеальных генераторов и применяется понятие внутреннее сопротивление.

Сопротивление и внутреннее сопротивление

Основной характеристикой двухполюсника является его сопротивление (или импеданс). Однако характеризовать двухполюсник одним только сопротивлением не всегда возможно. Дело в том, что термин сопротивление примени́м только для чисто пассивных элементов, то есть не содержащих в себе источников энергии. Если двухполюсник содержит источник энергии, то понятие «сопротивление» к нему просто не применимо, поскольку закон Ома в формулировке U=Ir не выполняется.

Таким образом, для двухполюсников, содержащих источники (то есть генераторы напряжения и генераторы тока) необходимо говорить именно о внутреннем сопротивлении (или импедансе). Если же двухполюсник не содержит источников, то «внутреннее сопротивление» для такого двухполюсника означает то же самое, что и просто «сопротивление».

Родственные термины

Если в какой-либо системе можно выделить вход и/или выход, то часто употребляются следующие термины:

Входное сопротивление — внутреннее сопротивление двухполюсника, которым является вход системы.

Выходное сопротивление — внутреннее сопротивление двухполюсника, которым является выход системы.

Физические принципы

Несмотря на то, что на эквивалентной схеме внутреннее сопротивление представлено как один пассивный элемент (причем активное сопротивление, то есть резистор в нем присутствует обязательно), внутреннее сопротивление не сосредоточено в каком-либо одном элементе. Двухполюсник лишь внешне ведет себя так, словно в нем имеется сосредоточенный внутренний импеданс и генератор напряжения. В действительности внутреннее сопротивление является внешним проявлением совокупности физических эффектов:

Если в двухполюснике имеется только источник энергии без какой-либо электрической схемы (например, гальванический элемент), то внутреннее сопротивление чисто активное, оно обусловлено физическими эффектами, которые не позволяют мощности, отдаваемой этим источником в нагрузку, превысить определенный предел. Наиболее простой пример такого эффекта — ненулевое сопротивление проводников электрической цепи. Но, как правило, наибольший вклад в ограничение мощности вносят эффекты неэлектрической природы. Так, например, в химическом источнике мощность может быть ограничена площадью соприкосновения участвующих в реакции веществ, в генераторе гидроэлектростанции — ограниченным напором воды и т. д.

В случае двухполюсника, содержащего внутри электрическую схему, внутреннее сопротивление «рассредоточено» в элементах схемы (в дополнение к перечисленным выше механизмам в источнике).

Отсюда также следуют некоторые особенности внутреннего сопротивления:

Внутреннее сопротивление невозможно убрать из двухполюсника

Внутреннее сопротивление не является стабильной величиной: оно может изменяться при изменении каких-либо внешних условий.

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Эффект внутреннего сопротивления является неотъемлемым свойством любого двухполюсника. Основной результат наличия внутреннего сопротивления — это ограничение электрической мощности, которую можно получить в нагрузке, питаемой от этого двухполюсника.

Если к источнику с ЭДС генератора напряжения E и активным внутренним сопротивлением r подключена нагрузка с сопротивлением R, то ток, напряжение и мощность в нагрузке выражаются следующим образом.

Расчёт

Понятие расчёт применимо к схеме (но не к реальному устройству). Расчёт приведён для случая чисто активного внутреннего сопротивления (отличия реактивного сопротивления будут рассмотрены далее).

Пусть, имеется двухполюсник, который может быть описан приведенной выше эквивалентной схемой. Двухполюсник обладает двумя неизвестными параметрами, которые необходимо найти:

ЭДС генератора напряжения U

Внутреннее сопротивление r

В общем случае, для определения двух неизвестных необходимо сделать два измерения: измерить напряжение на выходе двухполюсника (то есть разность потенциалов Uout = φ2 − φ1) при двух различных токах нагрузки. Тогда неизвестные параметры можно найти из системы уравнений:

где Uout1 — выходное напряжение при токе I1, Uout2 — выходное напряжение при токе I2. Решая систему уравнений, находим искомые неизвестные:

Обычно для вычисления внутреннего сопротивления используется более простая методика: находится напряжение в режиме холостого хода и ток в режиме короткого замыкания двухполюсника. В этом случае система (1) записывается следующим образом:

где Uoc — выходное напряжение в режиме холостого хода (англ. open circuit), то есть при нулевом токе нагрузки; Isc — ток нагрузки в режиме короткого замыкания (англ. short circuit), то есть при нагрузке с нулевым сопротивлением. Здесь учтено, что выходной ток в режиме холостого хода и выходное напряжение в режиме короткого замыкания равны нулю. Из последних уравнений сразу же получаем:

Измерение

Понятие измерение применимо к реальному устройству (но не к схеме). Непосредственное измерение омметром невозможно, поскольку нельзя подключить щупы прибора к выводам внутреннего сопротивления. Поэтому необходимо косвенное измерение, которое принципиально не отличается от расчета — также необходимы напряжения на нагрузке при двух различных значениях тока. Однако воспользоваться упрощенной формулой (2) не всегда возможно, поскольку не каждый реальный двухполюсник допускает работу в режиме короткого замыкания.

Часто применяется следующий простой способ измерения, не требующий вычислений:

Измеряется напряжение холостого хода

В качестве нагрузки подключается переменный резистор и его сопротивление подбирается таким образом, чтобы напряжение на нем составило половину от напряжения холостого хода.

После описанных процедур сопротивление резистора нагрузки необходимо измерить омметром — оно будет равно внутреннему сопротивлению двухполюсника.

Какой бы способ измерения ни использовался, следует опасаться перегрузки двухполюсника чрезмерным током, то есть ток не должен превышать максимально допустимого значениях для данного двухполюсника.

Реактивное внутреннее сопротивление

Если эквивалентная схема двухполюсника содержит реактивные элементы — конденсаторы и/или катушки индуктивности, то расчет реактивного внутреннего сопротивления выполняется также, как и активного, но вместо сопротивлений резисторов берутся комплексные импедансы элементов, входящих в схему, а вместо напряжений и токов — их комплексные амплитуды, то есть расчет производится методом комплексных амплитуд.

Измерение реактивного внутреннего сопротивления имеет некоторые особенности, поскольку оно является комплекснозначной функцией, а не скалярным значением:

Можно искать различные параметры комплексного значения: модуль, аргумент, только вещественную или мнимую часть, а также комплексное число полностью. Соответственно, методика измерений будет зависеть от того, что хотим получить.

Допустим, есть простейшая электрическая замкнутая цепь, включающая в себя источник тока, например генератор, гальванический элемент или аккумулятор, и резистор, обладающий сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, то и внутри источника он течет.

В такой ситуации можно сказать, что любой источник обладает некоторым внутренним сопротивлением, препятствующим току. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r. Для или аккумулятора внутреннее сопротивление — это сопротивление раствора электролита и электродов, для генератора — сопротивление обмоток статора и т. д.

Таким образом, источник тока характеризуется как величиной ЭДС, так и величиной собственного внутреннего сопротивления r – обе эти характеристики свидетельствуют о качестве источника.

Электростатические высоковольтные генераторы (как генератор Ван де Граафа или генератор Уимшурста), к примеру, отличаются огромной ЭДС измеряемой миллионами вольт, при этом их внутреннее сопротивление измеряется сотнями мегаом, потому они и непригодны для получения больших токов.


Гальванические элементы (такие как батарейка) — напротив — имеют ЭДС порядка 1 вольта, хотя внутреннее сопротивление у них порядка долей или максимум — десятка Ом, и от гальванических элементов поэтому можно получать токи в единицы и десятки ампер.

На данной схеме показан реальный источник с присоединенной нагрузкой. Здесь обозначены , его внутреннее сопротивление, а также сопротивление нагрузки. Согласно , ток в данной цепи будет равен:

Поскольку участок внешней цепи однороден, то из закона Ома можно найти напряжение на нагрузке:

Выразив из первого уравнения сопротивление нагрузки, и подставив его значение во второе уравнение, получим зависимость напряжения на нагрузке от тока в замкнутой цепи:

В замкнутом контуре ЭДС равна сумме падений напряжений на элементах внешней цепи и на внутреннем сопротивлении самого источника. Зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки в идеальном случае линейна.

График это показывает, но экспериментальные данные на реальном резисторе (крестики возле графика) всегда отличаются от идеала:


Эксперименты и логика показывают, что при нулевом токе нагрузки напряжение на внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении на нагрузке ток в цепи равен . Это свойство реальных цепей помогает экспериментально находить ЭДС и внутреннее сопротивление реальных источников.

Экспериментальное нахождение внутреннего сопротивления

Чтобы экспериментально определить данные характеристики, строят график зависимости напряжения на нагрузке от величины тока, затем экстраполируют его до пересечения с осями.

В точке пересечения графика с остью напряжения находится значение ЭДС источника, а в точке пересечения с осью тока находится величина тока короткого замыкания. В итоге внутреннее сопротивление находится по формуле:

Развиваемая источником полезная мощность выделяется на нагрузке. График зависимости этой мощности от сопротивления нагрузки приведен на рисунке. Эта кривая начинается от пересечения осей координат в нулевой точке, затем возрастает до максимального значения мощности, после чего спадает до нуля при сопротивлении нагрузки равном бесконечности.


Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически разовьется максимальная мощность при данном источнике, берется производная от формулы мощности по R и приравнивается к нулю. Максимальная мощность разовьется при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Это положение о максимальной мощности при R = r, позволяет экспериментально найти внутреннее сопротивление источника, построив зависимость мощности, выделяемой на нагрузке, от величины сопротивления нагрузки. Найдя реальное, а не теоретическое, сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную мощность, определяют реальное внутреннее сопротивление источника питания.

КПД источника тока показывает отношение максимальной выделяемой на нагрузке мощности к полной мощности, которую в данный момент развивает

Необходимость введения термина можно проиллюстрировать следующим примером. Сравним два химических источника постоянного тока с одинаковым напряжением:

  • Автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор напряжением 12 вольт и ёмкостью 55 А·ч
  • Восемь батареек типоразмера АА, соединенных последовательно. Суммарное напряжение такой батареи также 12 вольт, ёмкость значительно меньше — примерно 1 А·ч

Несмотря на одинаковое напряжение, эти источники значительно отличаются при работе на одинаковую нагрузку. Так, автомобильный аккумулятор способен отдать в нагрузку большой ток (от аккумулятора заводится двигатель автомобиля, при этом стартер потребляет ток 250 ампер), а от цепочки батареек стартер вообще не вращается. Относительно небольшая емкость батареек не является причиной: одного ампер-часа в батарейках хватило бы для того, чтобы вращать стартер в течение 14 секунд (при токе 250 ампер).

Таким образом, для двухполюсников, содержащих источники (то есть генераторы напряжения и генераторы тока) необходимо говорить именно о внутреннем сопротивлении (или импедансе). Если же двухполюсник не содержит источников, то «внутреннее сопротивление» для такого двухполюсника означает то же самое, что и просто «сопротивление».

Родственные термины

Если в какой-либо системе можно выделить вход и/или выход, то часто употребляются следующие термины:

Физические принципы

Несмотря на то, что на эквивалентной схеме внутреннее сопротивление представлено как один пассивный элемент (причём активное сопротивление , то есть резистор в нём присутствует обязательно), внутреннее сопротивление не сосредоточено в каком-либо одном элементе. Двухполюсник лишь внешне ведёт себя так, словно в нём имеется сосредоточенный внутренний импеданс и генератор напряжения. В действительности внутреннее сопротивление является внешним проявлением совокупности физических эффектов:

  • Если в двухполюснике имеется только источник энергии без какой-либо электрической схемы (например, гальванический элемент), то внутреннее сопротивление практически чисто активное (если только речь не идет об очень высоких частотах), оно обусловлено физическими эффектами, которые не позволяют мощности , отдаваемой этим источником в нагрузку, превысить определённый предел. Наиболее простой пример такого эффекта — ненулевое сопротивление проводников электрической цепи. Но, как правило, наибольший вклад в ограничение мощности вносят эффекты неэлектрической природы. Так, например, в мощность может быть ограничена площадью соприкосновения участвующих в реакции веществ, в генераторе гидроэлектростанции — ограниченным напором воды и т. д.
  • В случае двухполюсника, содержащего внутри электрическую схему , внутреннее сопротивление «рассредоточено» в элементах схемы (в дополнение к перечисленным выше механизмам в источнике).

Отсюда также следуют некоторые особенности внутреннего сопротивления:

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Эффект внутреннего сопротивления является неотъемлемым свойством любого активного двухполюсника. Основной результат наличия внутреннего сопротивления — это ограничение электрической мощности, которую можно получить в нагрузке, питаемой от этого двухполюсника.

Пусть, имеется двухполюсник, который может быть описан приведённой выше эквивалентной схемой. Двухполюсник обладает двумя неизвестными параметрами, которые необходимо найти:

  • ЭДС генератора напряжения U
  • Внутреннее сопротивление r

В общем случае, для определения двух неизвестных необходимо сделать два измерения: измерить напряжение на выходе двухполюсника (то есть разность потенциалов U out = φ 2 − φ 1 ) при двух различных токах нагрузки. Тогда неизвестные параметры можно найти из системы уравнений:

где U out1 I 1 , U out2 — выходное напряжение при токе I 2 . Решая систему уравнений, находим искомые неизвестные:

Обычно для вычисления внутреннего сопротивления используется более простая методика: находится напряжение в режиме холостого хода и ток в режиме короткого замыкания двухполюсника. В этом случае система () записывается следующим образом:

где U oc — выходное напряжение в режиме холостого хода (англ. open circuit ), то есть при нулевом токе нагрузки; I sc — ток нагрузки в режиме короткого замыкания (англ. short circuit ), то есть при нагрузке с нулевым сопротивлением. Здесь учтено, что выходной ток в режиме холостого хода и выходное напряжение в режиме короткого замыкания равны нулю. Из последних уравнений сразу же получаем:

Измерение

Понятие измерение применимо к реальному устройству (но не к схеме). Непосредственное измерение омметром невозможно, поскольку нельзя подключить щупы прибора к выводам внутреннего сопротивления. Поэтому необходимо косвенное измерение , которое принципиально не отличается от расчёта — также необходимы напряжения на нагрузке при двух различных значениях тока. Однако воспользоваться упрощённой формулой (2) не всегда возможно, поскольку не каждый реальный двухполюсник допускает работу в режиме короткого замыкания.

Иногда применяется следующий простой способ измерения, не требующий вычислений:

  • Измеряется напряжение холостого хода
  • В качестве нагрузки подключается переменный резистор и его сопротивление подбирается таким образом, чтобы напряжение на нём составило половину от напряжения холостого хода.

После описанных процедур сопротивление резистора нагрузки необходимо измерить омметром — оно будет равно внутреннему сопротивлению двухполюсника.

Какой бы способ измерения ни использовался, следует опасаться перегрузки двухполюсника чрезмерным током, то есть ток не должен превышать максимально допустимого значениях для данного двухполюсника.

Реактивное внутреннее сопротивление

Если эквивалентная схема двухполюсника содержит реактивные элементы — конденсаторы и/или катушки индуктивности , то расчет реактивного внутреннего сопротивления выполняется также, как и активного, но вместо сопротивлений резисторов берутся комплексные импедансы элементов, входящих в схему, а вместо напряжений и токов — их комплексные амплитуды , то есть расчет производится методом комплексных амплитуд .

Измерение реактивного внутреннего сопротивления имеет некоторые особенности, поскольку оно является комплекснозначной функцией , а не скалярным значением:

  • Можно искать различные параметры комплексного значения: модуль , аргумент , только вещественную или мнимую часть, а также комплексное число полностью. Соответственно, методика измерений будет зависеть от того, что хотим получить.
  • Любой из перечисленных параметров зависит от частоты. Теоретически, чтобы получить путем измерения полную информацию о реактивном внутреннем сопротивлении, необходимо снять зависимость от частоты, то есть провести измерения на всех частотах, которые может генерировать источник данного двухполюсника.

Применение

В большинстве случаев следует говорить не о применении внутреннего сопротивления, а об учете его негативного влияния, поскольку внутреннее сопротивление является скорее негативным эффектом. Тем не менее, в некоторых системах наличие внутреннего сопротивления с номинальным значением является просто необходимым.

Упрощение эквивалентных схем

Представление двухполюсника как совокупность генератора напряжения и внутреннего сопротивления является наиболее простой и часто используемой эквивалентной схемой двухполюсника.

Согласование источника и нагрузки

Согласование источника и нагрузки — это выбор соотношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника с целью достижения заданных свойств полученной системы (как правило, стараются достичь максимального значения какого-либо параметра для данного источника). Наиболее часто используются следующие типы согласования:

Согласование по току и мощности следует использовать с осторожностью, так как есть опасность перегрузить источник.

Понижение высоких напряжений

Иногда к источнику искусственно добавляют большое сопротивление (оно добавляется к внутреннему сопротивлению источника) для того, чтобы значительно понизить получаемое от него напряжение. Однако добавление резистора в качестве дополнительного сопротивления (так называемый гасящий резистор) ведёт к бесполезному выделению мощности на нём. Чтобы не расходовать энергию впустую, в системах переменного тока используют реактивные гасящие импедансы, чаще всего конденсаторы . Таким образом строятся конденсаторные блоки питания. Аналогично, при помощи ёмкостного отвода от высоковольтной ЛЭП можно получить небольшие напряжения для питания каких-либо автономных устройств.

Минимизация шума

При усилении слабых сигналов часто возникает задача минимизации шума, вносимого усилителем в сигнал. Для этого используются специальные малошумящие усилители , однако они спроектированы таким образом, что наименьший коэффициент шума достигается лишь в определенном диапазоне выходного сопротивления источника сигнала. Например, малошумящий усилитель обеспечивает минимальный шум только в диапазоне выходных сопротивлений источника от 1 кОм до 10 кОм; если источник сигнала обладает меньшим выходным сопротивлением (например, микрофон с выходным сопротивлением 30 Ом), то следует применить между источником и усилителем повышающий трансформатор , который повысит выходное сопротивление (а также напряжение сигнала) до необходимого значения.

Ограничения

Понятие внутреннего сопротивления вводится через эквивалентную схему, поэтому имеют силу те же ограничения , что и для применимости эквивалентных схем.

Примеры

Значения внутреннего сопротивления относительны: то, что считается малым, например, для гальванического элемента, является очень большим для мощного аккумулятора. Ниже приведены примеры двухполюсников и значения их внутреннего сопротивления r . Тривиальные случаи двухполюсников без источников оговорены особо.

Малое внутреннее сопротивление

Большое внутреннее сопротивление

Отрицательное внутреннее сопротивление

Существуют двухполюсники, внутреннее сопротивление которых имеет отрицательное значение. В обычном активном сопротивлении происходит диссипация энергии, в реактивном сопротивлении энергия запасается, а затем выделяется обратно в источник. Особенность отрицательного сопротивления в том, что оно само является источником энергии. Поэтому отрицательное сопротивление в чистом виде не встречается, оно может быть только имитировано электронной схемой, которая обязательно содержит источник энергии. Отрицательное внутреннее сопротивление может быть получено в схемах путём использования:

  • элементов с отрицательным дифференциальным сопротивлением , например, туннельных диодов

Системы с отрицательным сопротивлением потенциально неустойчивы и поэтому могут быть использованы для построения автогенераторов .

См. также

Ссылки

Литература

  • Зернов Н. В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. — М. — Л.: Энергия, 1965. — 892 с.
  • Джонс М. Х. Электроника — практический курс. — М.: Техносфера, 2006. — 512 с.

Внутреннее сопротивление источника тока это

Допустим, есть простейшая электрическая замкнутая цепь, включающая в себя источник тока, например генератор, гальванический элемент или аккумулятор, и резистор, обладающий сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, то и внутри источника он течет.

В такой ситуации можно сказать, что любой источник обладает некоторым внутренним сопротивлением, препятствующим току. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r. Для гальванического элемента или аккумулятора внутреннее сопротивление — это сопротивление раствора электролита и электродов, для генератора — сопротивление обмоток статора и т. д.

Таким образом, источник тока характеризуется как величиной ЭДС, так и величиной собственного внутреннего сопротивления r – обе эти характеристики свидетельствуют о качестве источника.

Электростатические высоковольтные генераторы (как генератор Ван де Граафа или генератор Уимшурста), к примеру, отличаются огромной ЭДС измеряемой миллионами вольт, при этом их внутреннее сопротивление измеряется сотнями мегаом, потому они и непригодны для получения больших токов.

Гальванические элементы (такие как батарейка) — напротив — имеют ЭДС порядка 1 вольта, хотя внутреннее сопротивление у них порядка долей или максимум – десятка Ом, и от гальванических элементов поэтому можно получать токи в единицы и десятки ампер.

На данной схеме показан реальный источник с присоединенной нагрузкой. Здесь обозначены ЭДС источника, его внутреннее сопротивление, а также сопротивление нагрузки. Согласно закону Ома для замкнутой цепи, ток в данной цепи будет равен:

Поскольку участок внешней цепи однороден, то из закона Ома можно найти напряжение на нагрузке:

Выразив из первого уравнения сопротивление нагрузки, и подставив его значение во второе уравнение, получим зависимость напряжения на нагрузке от тока в замкнутой цепи:

В замкнутом контуре ЭДС равна сумме падений напряжений на элементах внешней цепи и на внутреннем сопротивлении самого источника. Зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки в идеальном случае линейна.

График это показывает, но экспериментальные данные на реальном резисторе (крестики возле графика) всегда отличаются от идеала:

Эксперименты и логика показывают, что при нулевом токе нагрузки напряжение на внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении на нагрузке ток в цепи равен току короткого замыкания. Это свойство реальных цепей помогает экспериментально находить ЭДС и внутреннее сопротивление реальных источников.

Экспериментальное нахождение внутреннего сопротивления

Чтобы экспериментально определить данные характеристики, строят график зависимости напряжения на нагрузке от величины тока, затем экстраполируют его до пересечения с осями.

В точке пересечения графика с остью напряжения находится значение ЭДС источника, а в точке пересечения с осью тока находится величина тока короткого замыкания. В итоге внутреннее сопротивление находится по формуле:

Развиваемая источником полезная мощность выделяется на нагрузке. График зависимости этой мощности от сопротивления нагрузки приведен на рисунке. Эта кривая начинается от пересечения осей координат в нулевой точке, затем возрастает до максимального значения мощности, после чего спадает до нуля при сопротивлении нагрузки равном бесконечности.

Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически разовьется максимальная мощность при данном источнике, берется производная от формулы мощности по R и приравнивается к нулю. Максимальная мощность разовьется при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Это положение о максимальной мощности при R = r, позволяет экспериментально найти внутреннее сопротивление источника, построив зависимость мощности, выделяемой на нагрузке, от величины сопротивления нагрузки. Найдя реальное, а не теоретическое, сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную мощность, определяют реальное внутреннее сопротивление источника питания.

КПД источника тока показывает отношение максимальной выделяемой на нагрузке мощности к полной мощности, которую в данный момент развивает источник:

Ясно, что если источник развивает такую мощность, что на нагрузке получается максимум возможной мощности для данного источника, то КПД источника окажется равным 50%.

Теги статьи: Добавить тег

ЭДС и напряжение. Внутреннее сопротивление источников питания.

Автор: ДЖИНА
Опубликовано 01.01.1970

Небольшое дополнение к разговору о батарейках и аккумуляторах, а также – о законе Ома. Прислала ДЖИНА.

Ликбез так ликбез!
Несмотря на то, что многие из посетителей этого сайта являются продвинутыми радиокотами и уже успешно занимаются программированием и конструированием, существуют еще отдельные котята, у которых возникают иногда вопросы, связанные с азами радио- (или даже электро) техники.

Итак, вернемся к азам. По азу- я всех везу! Ой! Это из другой оперы.

Закон Ома. Вот я о чем.

О законе Ома мы уже говорили. Поговорим еще раз – с несколько иной стороны. Не вдаваясь в физические подробности и выражаясь простым кошачьим языком, закон Ома гласит: чем больше э.д.с. ( электродвижущая сила), тем больше ток, чем больше сопротивление, тем меньше ток.

Переведя сие заклинание на язык сухих формул получаем:

где:
I – сила тока,
E – Э.Д.С. – электродвижущая сила
R – сопротивление

Ток измеряется в амперах, э.д.с. – в вольтах, а сопротивление носит гордое имя товарища Ома.
Э.д.с. – это есть характеристика идеального генератора, внутренне сопротивление которого принято считать бесконечно малым. В реальной жизни такое бывает редко, поэтому в силу вступает закон Ома для последовательной цепи (более знакомый нам):

где:
U – напряжение источника непосредственно на его клеммах.

Рассмотрим простой пример.

Представим себе обычную батарейку в виде источника э.д.с. и включенного последовательно с ним некоего резистора, который будет олицетворять собой внутреннее сопротивление батарейки. Подключим параллельно батарейке вольтметр. Его входное сопротивление значительно больше внутреннего сопротивления батарейки, но не бесконечно большое – то есть, через него потечет ток. Величина напряжения, которую покажет вольтметр будет меньше величины э.д.с. как раз на величину падения напряжения на внутреннем воображаемом резисторе при данном токе.
Но, тем не менее именно эта величина и принимается за напряжение батарейки.

Формула конечного напряжения при этом будет иметь следующий вид:

Так как со временем у всех элементов питания внутреннее сопротивление увеличивается, то и падение напряжения на внутреннем сопротивлении тоже увеличивается. При этом напряжение на клеммах батарейки уменьшается. Мяу!

Что же происходит, если вместо вольтметра к батарейке подключить амперметр? Так как собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, мы фактически будем измерять ток, протекающий через внутреннее сопротивление батарейки. Так как внутренне сопротивление источника очень небольшое, измеренный при этом ток может достигать н ескольких ампер.

Однако следует заметить, что внутреннее сопротивление источника является таким же элементом цепи, как и все остальные. Поэтому при увеличении тока нагрузки падение напряжения на внутреннем сопротивлении также увеличится, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке. Или как мы, радиокоты, любим выражаться – к просадке напруги.

Чтобы изменение нагрузки как можно меньше влияло на выходное напряжение источника его внутреннее сопротивление стараются свести к минимуму.

Можно так подобрать элементы последовательной цепи, чтобы на каком-нибудь из них получить напряжение, уменьшенное, по сравнению с исходным, во сколько угодно раз.

Простейший делитель напряжения состоит из двух резисторов.
Чем меньшую часть исходного напряжения мы хотим получить и передать в нагрузку, тем меньше должно быть сопротивление резистора, с которого оно снимается. Кроме того, сопротивление этого резистора должно быть значительно меньше, чем сопротивление нагрузки, иначе подключение нагрузки изменит сопротивление всего участка, и напряжение на нем изменится.

Частенько вместо одного из резисторов делителя используют саму нагрузку. В этом случае второй резистор, на котором гасится избыток напряжения, называют гасящим сопротивлением.

Подключив резистор параллельно нагрузке, можно уменьшить идущий через нее ток. Резистор, который включается для ответвления лишнего тока, порядочные коты называют шунтом (ШУНТ в переводе на русский – обходной путь).

Нормальные герои всегда идут шунтом! (Шутка!)

Чем меньше сопротивление шунта, тем большая часть тока пойдет через него и меньшая через нагрузку.
Уф! Запарилась писать такие объемы на своей КПКошке.
Вопросы есть? Будут – пишите. Может, чего еще из школьной программы вспомню.

Величина, характеризующая количество энергетических потерь, возникающих при протекании тока через его источник, определяется как внутреннее сопротивление источника тока. Как и обычное сопротивление, имеет единицу измерения, равную 1 Ом. Ток, двигаясь через источник, теряет часть своей энергии, которая переходит в тепло, точно так же, как на любом нагрузочном сопротивлении. Это значит, что величина напряжения на выводах источника зависит от величины тока, а не от ЭДС.

Если рассмотреть замкнутую электрическую цепь, в которую включён источник тока (батарейка, аккумулятор или генератор), и нагрузку R, то ток течёт и внутри источника. Внутреннее сопротивление источника, обозначаемое буквой r, ему препятствует.

У генератора r – это внутреннее сопротивление обмоток статора, у аккумулятора – сопротивление электролита.

Измерение сопротивления петли фаза-нуль

Петля «фаза – нуль» – это электрическая цепь переменного тока, которая может возникнуть в результате короткого замыкания между проводами: «фаза» и «ноль» или «фаза» и «фаза». Разрушение изоляции, механические повреждения или случайное соединение оголённых участков кабеля между собой могут стать этому причиной. В установках с глухо заземлённой нейтралью нулевой проводник физически связан с нейтралью трансформатора, она подключена к контуру заземления. При замыкании на корпус или соединении фаз между собой образуется цепь (петля).

Главная задача проводимых измерений – узнавать, каким будет величина тока через петлю при КЗ. Это обязательно для расчёта и подбора защитного оборудования. Хорошим результатом будет маленькое сопротивление петли, тогда ток Iк.з. будет наибольшим. От его величины зависит, как быстро сработает защитный автоматический выключатель.

Чем меньше времени будет затрачено на отключение повреждённой или закороченной цепи, тем больше шансов предотвратить пожар от возгорания кабельной сети. При попадании человека под удар электрического тока в результате прикосновения или короткого замыкания автоматическое снятие напряжения спасёт ему жизнь.

На предприятиях ежегодно проводится комплекс измерений защитного заземления и сопротивления петли фаза – ноль. При неудовлетворительных результатах проводится ряд мероприятий:

  • заменяются участки провода, не отвечающие требованиям по диаметру сечения;
  • перекручиваются болтовые соединения с обязательной установкой врезных шайб;
  • вскрываются контуры защитных заземлений и осматриваются на предмет целостности сварных соединений и состояния элементов заземления;
  • при необходимости в контур защитного заземления добавляются дополнительные элементы;
  • исключается последовательное подключение корпусов устройств к общей шине заземления.

После выполнения комплекса мероприятий измерения проводятся повторно.

Нахождение внутреннего сопротивления

Его можно находить двумя путями: рассчитать или измерить. Первым путём идут при работе с электрическими схемами, второй – выбирают, занимаясь с реальными устройствами.

Простой расчёт производится с использованием формулы Закона Ома для участка полной цепи:

Чтобы узнать силу тока, нужно напряжение ЭДС делить на сумму сопротивлений.

Выразив отсюда r, получают формулу для его вычисления:

где:

  • r – внутреннее сопротивление источника;
  • ε – ЭДС источника;
  • I – сила тока в полной цепи;
  • R – сопротивление в полной цепи.

Комплекс измерений этого параметра у настоящего устройства не подразумевает непосредственных замеров. Тестируются напряжения на нагрузочном сопротивлении в двух режимах тока: холостом и КЗ.

Так как не любой источник может выдержать даже кратковременный режим замыкания, берётся метод измерения без вычислений.

В схему включается внешнее сопротивление нагрузки в виде подстроечного резистора Rн. Выставляется такое значение, при котором падение напряжения на резисторе равнялось бы 1/2 U холостого хода. Тогда измеренное омметром Rн будет соответствовать внутреннему сопротивлению источника.

Малое внутреннее сопротивление

Малой величины внутреннего сопротивления добиваются применением обратной связи в схемах, куда включён двухполюсник. В стабилизаторах напряжения r достигает значений менее 9*10-4 Ом. Автомобильная АКБ 6СТ-60 обладает сопротивлением около 0,01 Ом. Если произвести измерения петли фаза-ноль бытовой сети, то норма значения лежит в пределах 0,05-1 Ом.

Реактивное внутреннее сопротивление

Кроме гальванических и электролитических двухполюсников, существуют источники питания, схемы которых включают в себя реактивные элементы. При определении их внутреннего сопротивления используют метод комплексных амплитуд. Он подразумевает использовать при расчётах комплексные сопротивления элементов, включённых в схему. Величины токов и напряжений заменяются значениями их комплексных амплитуд. Сам алгоритм вычисления такой же, как при расчёте активного сопротивления.

Процесс измерений r-реактивного немного отличается от измерения активной составляющей сопротивления. Методы зависят от того, какие параметры этой комплексной функции нужно узнать: отдельные составляющие или комплексное число.

На эти параметры влияет частота, поэтому, чтобы при тестировании добиться информации о внутреннем реактивном значении r, нужно убрать частотную зависимость. Это достигается комплексом замеров на всём диапазоне частот, генерируемых таким двухполюсником.

Большое внутреннее сопротивление

Пьезоэлектрические датчики, конденсаторные микрофоны и другие источники импульсов обладают повышенным внутренним импедансом. Чтобы эффективно использовать такие устройства, нужно правильно согласовать схему считывания сигнала. При неудачном согласовании неизбежны потери.

Важно! Удачное согласование по напряжению получается при использовании для снятия сигнала устройства, с большим входным сопротивлением, чем у источника сигнала. В случае высокоомного источника для считывания сигнала применяется буферный усилитель.

Внутреннее сопротивление и импеданс

Импеданс – полное (комплексное) внутреннее сопротивление эквивалентного двухполюсника переменному току. Обозначается буквой Z и так же измеряется в Омах.

Двухполюсник и его эквивалентная схема

Двухполюсник представляет собой электрическую цепь, содержащую две точки присоединения к другим цепям. Бывает два вида электрических цепей:

  • цепи, содержащие источник тока или напряжения;
  • двухполюсники, не являющиеся источниками.

Первые характеризуются электрическими параметрами: силой тока, напряжением и импедансом. Для расчёта параметров таких двухполюсников предварительно производят замену реальных элементов цепи на идеальные элементы. Комбинация, которая получается в результате подобной замены, называется эквивалентной схемой.

Внимание! При работе со сложными электрическими схемами с учётом того, что устройство работает на одной частоте, допустимо преобразовывать последовательные и параллельные ветви до получения простой схемы, доступной для расчёта параметров.

Второй вид двухполюсников можно охарактеризовать только величиной внутреннего сопротивления.

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Чем оно выше, тем меньшую мощность выдаёт источник при подключении нагрузки. Определить мощность в нагрузке можно по формуле:

где:

  • E – напряжение ЭДС;
  • R – сопротивление нагрузки;
  • r – активное внутреннее сопротивление двухполюсника.

Формула применима к двухполюсникам, не отдающим энергию.

К сведению. Когда величина внутреннего сопротивления двухполюсника приближается по своему значению к сопротивлению нагрузки, передача мощности достигает максимума.

Разрядная емкость источника

Величина, зависящая от силы тока разряда, называется разрядной ёмкостью источника. Это электрический заряд, который отдаёт источник в процессе эксплуатации в зависимости от тока нагрузки. Эту величину можно считать постоянной условно. Так, стартерный аккумулятор, имеющий разрядную ёмкость С = 55 А*ч, при токе разряда 5,5 А проработает 10 часов. При запусках холодного или имеющего неисправность автомобиля аккумулятор можно разрядить за несколько минут.

Для того чтобы найти остаточную разрядную ёмкость, производят циклы «заряд – разряд». Они выполняются при помощи нагрузочных сопротивлений. Разряд на нагрузочное сопротивление производят до минимально допустимых значений плотности электролита. При этом замеряется время работы под нагрузкой. Это актуально при сезонном обслуживании аккумуляторов для выявления процессов саморазряда.

Внутреннее сопротивление источников тока – важная величина. Методы, применяемые для её снижения, являются прямыми путями увеличения отдаваемой мощности источника, значит, повышения производительности двухполюсников. Правильное измерение и вычисление импеданса эквивалентных схем позволяют приблизить двухполюсник к идеальному источнику.

Видео

Почему внутри источника существует внутреннее сопротивление. Реактивное внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление источников тока пренебрежимо мало.
Внутреннее сопротивление источника тока пренебрежимо мало.
Внутреннее сопротивление источника тока, рассчитанное по данной формуле, будет, строго говоря, действительно только для данного интервала нагрузок вследствие того, что поляризация не пропорциональна плотности тока.
Внутреннее сопротивление источника тока — сопротивление, которым обладает, источник тока. Это важная характеристика всякого источника тока, определяющая его внутреннее падение напряжения, напряжение, которое может создать источник на концах питаемой им цепи, и тот наибольший ток, который может дать источник при коротком замыкании.
Внутреннее сопротивление источника тока — сопротивление, которым обладает источник тока.
Внутренним сопротивлением источника тока, сопротивлениями соединительных проводов и контактов в ключах пренебречь.
Чему равно внутреннее сопротивление источника тока, ЭДС которого равна 30 В, если после включения внешней цепи сопротивлением 6 Ом напряжение на зажимах батареи стало равным 18 В.
Отсюда находим внутреннее сопротивление источника тока.
Здесь и далее внутренним сопротивлением источника тока и подводящих проводов следует пренебречь, если оно не задано в условии.
Здесь тэар при небольшом внутреннем сопротивлении источника тока и соответственно небольшом сопротивлении лампы rgK относительно невелико. Соответственно тзар, определяющееся в основном высоким сопротивлением RgK (получающимся в результате того, что при разряде потенциал сетки оказывается под отрицательным потенциалом относительно катода), становится во много раз больше, чем тзар и длина экспоненциального импульса на выходе (считая продолжительность для половины амплитуды) в несколько десятков раз превышает длительность импульса, по-данного на вход.
Определить электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока, если при одном положении движка реостата амперметр показывает 0 2 А, вольтметр — 1 8 В, а при другом положении движка — 0 4 Аи 1 6 В соответственно.
Обозначим через г — внутреннее сопротивление источника тока, через R — сопротивление каждого из вольтметров.
Ничем, так как внутреннее сопротивление источника тока бесконечно велико.
Сначала определим ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Для определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока к его выходу был подключен сначала резистор сопротивлением Д 2 Ом, затем — резистор сопротивлением Л2 4 Ом.
Наклон этих кривых определяется внутренним сопротивлением источника тока. В это понятие включается обычно как собственно омическое сопротивление, так и сопротивление, обусловленное поляризацией.
Здесь пренебрегают сопротивлением соединительных проводников и внутренним сопротивлением источника тока.
Для создания такого режима необходимо, чтобы внутреннее сопротивление источника тока было больше сопротивления базо-эмиг-терного перехода как в открытом, так и в закрытом состоянии. Чаще всего это условие выполняется при включении последовательно входу транзнсюра индуктивной катушки, которая одновременно является контурной катушкой.
При прохождении тока часть мощности выделяется на внутреннем сопротивлении источника тока.
К каким отрицательным последствиям приводит то, что внутреннее сопротивление источника тока дифференциального каскада имеет конечное значение.
Цепь из двух параллельных ветвей. U (в в течение t сек. равна.| Соотношения между единицами энергии. Мощность, передаваемая нагрузке, будет максимальной при раввщ ве внутреннего сопротивления источника тока и сопротивления нагрузки.
Зачастую серьезные недоразумения возникают у учащихся из-за неумения правильно учитывать влияние внутреннего сопротивления источников тока на режим работы всей электрической цепи. Ряд задач параграфа (например, 383, 385, 386, 392 — 395 и др.) посвящен специально выяснению этого вопроса, а также выяснению вопроса о выборе наиболее выгодных условий работы источников тока.
Кристаллы аммиаката цинка не-электропроводны, и образование этого соединения приводит к увеличению внутреннего сопротивления источника тока.
В любом замкнутом контуре (например, а ] 6, с алгебраическая сумма электродвижущих сил равна алгебраической сумме произведений величин токов на сопротивления отдельных участков цепи. Вычисляя сумму произведений токов на сопротивления отдельных участков цепи, следует учитывать также и внутренние сопротивления источников тока.
Если предположить, что емкость C0z пренебрежимо мала или включить ее в схему четырехполюсника Q, то внутреннее сопротивление источника тока / g можно считать действительным и равным У.
Получили, что максимальная мощность выделяется на нагрузке при условии, что величина внешнего сопротивления цепи R равна внутреннему сопротивлению источника тока.
Здесь под R понимается сопротивление всех резисторов, образующих цепь (сопротивление нагрузки), а под г — внутреннее сопротивление источника тока.

Здесь под R понимается сопротивление всех резисторов, образующих цепь (сопротивление нагрузки), а под т — внутреннее сопротивление источника тока.
Механическая система и ее электрические модели (метод четырехполюсников. Как уже указывалось выше, внутреннее сопротивление источника напряжения (первая система аналогий) должно быть весьма малым, а внутреннее сопротивление источника тока (вторая система аналогий) — весьма большим, по сравнению с сопротивлением модели.
К положительным качествам рассматриваемого преобразователя следует отнести то, что в нем не предъявляется особо жестких требований к переходному сопротивлению ключей, так как величина их переходного сопротивления составляет лишь незначительную часть внутреннего сопротивления источника тока и не оказывает влияния на точность преобразования.
Итак, при последовательном включении п одинаковых источников тока электродвижущая сила образующейся батареи в п раз превышает электродвижущую силу отдельного источника тока, однако в этом случае складываются не только электродвижущие силы, но также и внутренние сопротивления источников тока. Такое включение является выгодным, когда внешнее сопротивление цепи весьма велико в сравнении с внутренним сопротивлением.
Следует отметить, что схема рис. 1 — 2 6 эквивалентна схеме рис. 1 — 1 а только в отношений энергии, выделяющейся в сопротивлении нагрузки R, и не эквивалентна ей в отношении энергии, выделяющейся во внутреннем сопротивлении источника тока.
Но Сумма разностей потенциалов замкнутой цепи равна нулю, сумма сопротивлений всех участков замкнутой цепи — это ее суммарное сопротивление, которое обычно записывают в виде двух слагаемых: R — внешнее (по отношению к источникам) сопротивление иг — внутреннее сопротивление источников тока.
Второй [ IMAGE ] Схема к примеру. В этом уравнении г и г % — внутренние сопротивления источни-ков тока е и е2 — на схеме не показаны; IR, IR2 и IRS — падения напряжения на внешних сопротивлениях цепи; / г, и / г2 — падения напряжений на внутренних сопротивлениях источников тока.
Внутреннее сопротивление источника тока может быть как чисто активным, так и реактивным.
Зависимость р / ро — отношения (выраженного в децибелах звукового давления на поверхности жесткого цилиндра (с высотой, равной его диаметру, куба, сферы к звуковому давлению, имевшему место в поле до их внесения, от отношения dA (или. /. — диаметра цилиндра или сферы (или ребра куба к длине волны. Параметр семейства кривых — угол Ф между осью цилиндра, куба, сферы и направлением прихода звука. При расчете микрофонных усилителей исходят из следующих соображений. Номинальное сопротивление микрофона является внутренним сопротивлением источника тока на входе усилителя, входное сопротивление усилителя — сопротивлением нагрузки микрофона.
В качестве источников тока в потенциометрии чаще всего применяют аккумуляторы или сухие элементы, значительно реже — стабилизированные источники постоянного тока. Современные потенциометры устроены таким образом, что внутреннее сопротивление источника тока не отражается на работе потенциометра. При работе с сухими батареями и аккумуляторами необходимо учитывать зависимость разрядного тока от времени, которая имеет минимальную крутизну через 10 — 15 мин после включения.
Распределение электрического напряжения вдоль обмотки сверхпроводящего магнита при образовании в нем нормальной зоны. На самом деле (рис. 9.2) высокий потенциал развивается внутри обмотки, где существует активная компонента напряжения, направленная навстречу индуктивной. Небольшая разность потенциалов между подводящими проводами обусловлена внутренним сопротивлением источника тока, который обычно автоматически отключается при переходе магнита в нормальное состояние. Но даже если это не произойдет, напряжение на источнике тока будет составлять всего лишь несколько вольт по сравнению с сотнями и, возможно, тысячами вольт в нормальной зоне. Поэтому напряжением источника можно пренебречь, но источник тока следует по возможности быстро отключить, чтобы не допустить длительного тепловыделения в обмотке и криостате.

Символом Rt на рис. 5.12, а обозначено внутреннее сопротивление источника тока.
Ключ, закорачивающий точку А на землю, с малым сопротивлением в открытом состоянии. Сопротивление открытого ключа обычно пренебрежимо мало по срав-нению с внутренним сопротивлением источника тока. Поэтому падение напряжения на ключе вызывает ничтожную погрешность.
Зависимость зарядного тока гео. На рис. 3 показана зависимость зарядного тока геометрической емкости от времени без учета токов абсорбции. Необходимо отметить, что спад тока в этом случае определяется внутренним сопротивлением источника тока, а не состоянием изоляции.
Хорошо, что при решении задачи Вы воспользовались методом эквивалентного активного двухполюсника. К сожалению, Вы ошиблись в определении значения сопротивления активного двухполюсника R3K: внутреннее сопротивление источника тока бесконечно велико, поэтому пассивный двухполюсник, к которому преобразуется схема рис. 6.13 а, при определении R3K будет содержать два резис-тивных элемента, соединенных последовательно.
К, так как в противном случае в выражении (5.1) должно быть учтено также напряжение непосредственно на входе усилителя. Вторым ограничивающим условием при выводе соотношения (5.1) является предположение о том, что внутреннее сопротивление источника тока весьма мало.
Таким образом, трансформатор изменяет величину сопротивления R в k2 раз. Этим широко пользуются при разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источников тока.
Основные типы однофазных трансформаторов.| Однофазные трансформаторы большой мощности. Таким образом, трансформатор изменяет величину сопротивления г в k2 раз. Этим свойством широко пользуются ьри разработке различных электрических схем для согласования сопротивлений нагрузки с внутренним сопротивлением источников тока.
Простей-шая электрическая цепь. Закон Ома справедлив не только для участка, но и для всей электрической цепи. В этом случае в значение R подставляется суммарное сопротивление всех элементов цепи, в том числе и внутреннее сопротивление источника тока. Однако при простейших расчетах цепей обычно пренебрегают сопротивлением соединительных проводников и внутренним сопротивлением источника тока.
Цепь постоянного тока. Напряжение, действующее во внешней электрической цепи источника тока, может быть представлено в виде суммы падений напряжения на отдельных элементах этой цепи. Но ведь ток, циркулирующий в цепи, протекает и через источник тока, который имеет свое сопротивление, называемое внутренним сопротивлением источника тока.

Допустим, есть простейшая электрическая замкнутая цепь, включающая в себя источник тока, например генератор, гальванический элемент или аккумулятор, и резистор, обладающий сопротивлением R. Поскольку ток в цепи нигде не прерывается, то и внутри источника он течет.

В такой ситуации можно сказать, что любой источник обладает некоторым внутренним сопротивлением, препятствующим току. Это внутреннее сопротивление характеризует источник тока и обозначается буквой r. Для или аккумулятора внутреннее сопротивление — это сопротивление раствора электролита и электродов, для генератора — сопротивление обмоток статора и т. д.

Таким образом, источник тока характеризуется как величиной ЭДС, так и величиной собственного внутреннего сопротивления r – обе эти характеристики свидетельствуют о качестве источника.

Электростатические высоковольтные генераторы (как генератор Ван де Граафа или генератор Уимшурста), к примеру, отличаются огромной ЭДС измеряемой миллионами вольт, при этом их внутреннее сопротивление измеряется сотнями мегаом, потому они и непригодны для получения больших токов.

Гальванические элементы (такие как батарейка) — напротив — имеют ЭДС порядка 1 вольта, хотя внутреннее сопротивление у них порядка долей или максимум — десятка Ом, и от гальванических элементов поэтому можно получать токи в единицы и десятки ампер.

На данной схеме показан реальный источник с присоединенной нагрузкой. Здесь обозначены , его внутреннее сопротивление, а также сопротивление нагрузки. Согласно , ток в данной цепи будет равен:

Поскольку участок внешней цепи однороден, то из закона Ома можно найти напряжение на нагрузке:

Выразив из первого уравнения сопротивление нагрузки, и подставив его значение во второе уравнение, получим зависимость напряжения на нагрузке от тока в замкнутой цепи:

В замкнутом контуре ЭДС равна сумме падений напряжений на элементах внешней цепи и на внутреннем сопротивлении самого источника. Зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки в идеальном случае линейна.

График это показывает, но экспериментальные данные на реальном резисторе (крестики возле графика) всегда отличаются от идеала:

Эксперименты и логика показывают, что при нулевом токе нагрузки напряжение на внешней цепи равно ЭДС источника, а при нулевом напряжении на нагрузке ток в цепи равен . Это свойство реальных цепей помогает экспериментально находить ЭДС и внутреннее сопротивление реальных источников.

Экспериментальное нахождение внутреннего сопротивления

Чтобы экспериментально определить данные характеристики, строят график зависимости напряжения на нагрузке от величины тока, затем экстраполируют его до пересечения с осями.

В точке пересечения графика с остью напряжения находится значение ЭДС источника, а в точке пересечения с осью тока находится величина тока короткого замыкания. В итоге внутреннее сопротивление находится по формуле:

Развиваемая источником полезная мощность выделяется на нагрузке. График зависимости этой мощности от сопротивления нагрузки приведен на рисунке. Эта кривая начинается от пересечения осей координат в нулевой точке, затем возрастает до максимального значения мощности, после чего спадает до нуля при сопротивлении нагрузки равном бесконечности.

Чтобы найти максимальное сопротивление нагрузки, при котором теоретически разовьется максимальная мощность при данном источнике, берется производная от формулы мощности по R и приравнивается к нулю. Максимальная мощность разовьется при сопротивлении внешней цепи, равном внутреннему сопротивлению источника:

Это положение о максимальной мощности при R = r, позволяет экспериментально найти внутреннее сопротивление источника, построив зависимость мощности, выделяемой на нагрузке, от величины сопротивления нагрузки. Найдя реальное, а не теоретическое, сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную мощность, определяют реальное внутреннее сопротивление источника питания.

КПД источника тока показывает отношение максимальной выделяемой на нагрузке мощности к полной мощности, которую в данный момент развивает

Введение

Необходимость введения термина можно проиллюстрировать следующим примером. Сравним два химических источника постоянного тока с одинаковым напряжением:

Несмотря на одинаковое напряжение, эти источники значительно отличаются при работе на одинаковую нагрузку. Так, автомобильный аккумулятор способен отдать в нагрузку большой ток (от аккумулятора заводится двигатель автомобиля, при этом стартер потребляет ток 250 ампер), а от цепочки батареек стартер вообще не вращается. Относительно небольшая емкость батареек не является причиной: одного ампер-часа в батарейках хватило бы для того, чтобы вращать стартер в течение 14 секунд (при токе 250 ампер).

Таким образом, для двухполюсников, содержащих источники (то есть генераторы напряжения и генераторы тока) необходимо говорить именно о внутреннем сопротивлении (или импедансе). Если же двухполюсник не содержит источников, то «внутреннее сопротивление» для такого двухполюсника означает то же самое, что и просто «сопротивление».

Родственные термины

Если в какой-либо системе можно выделить вход и/или выход, то часто употребляются следующие термины:

Физические принципы

Несмотря на то, что на эквивалентной схеме внутреннее сопротивление представлено как один пассивный элемент (причём активное сопротивление , то есть резистор в нём присутствует обязательно), внутреннее сопротивление не сосредоточено в каком-либо одном элементе. Двухполюсник лишь внешне ведёт себя так, словно в нём имеется сосредоточенный внутренний импеданс и генератор напряжения. В действительности внутреннее сопротивление является внешним проявлением совокупности физических эффектов:

  • Если в двухполюснике имеется только источник энергии без какой-либо электрической схемы (например, гальванический элемент), то внутреннее сопротивление практически чисто активное (если только речь не идет об очень высоких частотах), оно обусловлено физическими эффектами, которые не позволяют мощности , отдаваемой этим источником в нагрузку, превысить определённый предел. Наиболее простой пример такого эффекта — ненулевое сопротивление проводников электрической цепи. Но, как правило, наибольший вклад в ограничение мощности вносят эффекты неэлектрической природы. Так, например, в мощность может быть ограничена площадью соприкосновения участвующих в реакции веществ, в генераторе гидроэлектростанции — ограниченным напором воды и т. д.
  • В случае двухполюсника, содержащего внутри электрическую схему , внутреннее сопротивление «рассредоточено» в элементах схемы (в дополнение к перечисленным выше механизмам в источнике).

Отсюда также следуют некоторые особенности внутреннего сопротивления:

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Эффект внутреннего сопротивления является неотъемлемым свойством любого активного двухполюсника. Основной результат наличия внутреннего сопротивления — это ограничение электрической мощности, которую можно получить в нагрузке, питаемой от этого двухполюсника.

Пусть, имеется двухполюсник, который может быть описан приведённой выше эквивалентной схемой. Двухполюсник обладает двумя неизвестными параметрами, которые необходимо найти:

  • ЭДС генератора напряжения U
  • Внутреннее сопротивление r

В общем случае, для определения двух неизвестных необходимо сделать два измерения: измерить напряжение на выходе двухполюсника (то есть разность потенциалов U out = φ 2 − φ 1 ) при двух различных токах нагрузки. Тогда неизвестные параметры можно найти из системы уравнений:

где U out1 I 1 , U out2 — выходное напряжение при токе I 2 . Решая систему уравнений, находим искомые неизвестные:

Обычно для вычисления внутреннего сопротивления используется более простая методика: находится напряжение в режиме холостого хода и ток в режиме короткого замыкания двухполюсника. В этом случае система () записывается следующим образом:

где U oc — выходное напряжение в режиме холостого хода (англ. open circuit ), то есть при нулевом токе нагрузки; I sc — ток нагрузки в режиме короткого замыкания (англ. short circuit ), то есть при нагрузке с нулевым сопротивлением. Здесь учтено, что выходной ток в режиме холостого хода и выходное напряжение в режиме короткого замыкания равны нулю. Из последних уравнений сразу же получаем:

Измерение

Понятие измерение применимо к реальному устройству (но не к схеме). Непосредственное измерение омметром невозможно, поскольку нельзя подключить щупы прибора к выводам внутреннего сопротивления. Поэтому необходимо косвенное измерение , которое принципиально не отличается от расчёта — также необходимы напряжения на нагрузке при двух различных значениях тока. Однако воспользоваться упрощённой формулой (2) не всегда возможно, поскольку не каждый реальный двухполюсник допускает работу в режиме короткого замыкания.

Иногда применяется следующий простой способ измерения, не требующий вычислений:

  • Измеряется напряжение холостого хода
  • В качестве нагрузки подключается переменный резистор и его сопротивление подбирается таким образом, чтобы напряжение на нём составило половину от напряжения холостого хода.

После описанных процедур сопротивление резистора нагрузки необходимо измерить омметром — оно будет равно внутреннему сопротивлению двухполюсника.

Какой бы способ измерения ни использовался, следует опасаться перегрузки двухполюсника чрезмерным током, то есть ток не должен превышать максимально допустимого значениях для данного двухполюсника.

Реактивное внутреннее сопротивление

Если эквивалентная схема двухполюсника содержит реактивные элементы — конденсаторы и/или катушки индуктивности , то расчет реактивного внутреннего сопротивления выполняется также, как и активного, но вместо сопротивлений резисторов берутся комплексные импедансы элементов, входящих в схему, а вместо напряжений и токов — их комплексные амплитуды , то есть расчет производится методом комплексных амплитуд .

Измерение реактивного внутреннего сопротивления имеет некоторые особенности, поскольку оно является комплекснозначной функцией , а не скалярным значением:

  • Можно искать различные параметры комплексного значения: модуль , аргумент , только вещественную или мнимую часть, а также комплексное число полностью. Соответственно, методика измерений будет зависеть от того, что хотим получить.
  • Любой из перечисленных параметров зависит от частоты. Теоретически, чтобы получить путем измерения полную информацию о реактивном внутреннем сопротивлении, необходимо снять зависимость от частоты, то есть провести измерения на всех частотах, которые может генерировать источник данного двухполюсника.

Применение

В большинстве случаев следует говорить не о применении внутреннего сопротивления, а об учете его негативного влияния, поскольку внутреннее сопротивление является скорее негативным эффектом. Тем не менее, в некоторых системах наличие внутреннего сопротивления с номинальным значением является просто необходимым.

Упрощение эквивалентных схем

Представление двухполюсника как совокупность генератора напряжения и внутреннего сопротивления является наиболее простой и часто используемой эквивалентной схемой двухполюсника.

Согласование источника и нагрузки

Согласование источника и нагрузки — это выбор соотношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника с целью достижения заданных свойств полученной системы (как правило, стараются достичь максимального значения какого-либо параметра для данного источника). Наиболее часто используются следующие типы согласования:

Согласование по току и мощности следует использовать с осторожностью, так как есть опасность перегрузить источник.

Понижение высоких напряжений

Иногда к источнику искусственно добавляют большое сопротивление (оно добавляется к внутреннему сопротивлению источника) для того, чтобы значительно понизить получаемое от него напряжение. Однако добавление резистора в качестве дополнительного сопротивления (так называемый гасящий резистор) ведёт к бесполезному выделению мощности на нём. Чтобы не расходовать энергию впустую, в системах переменного тока используют реактивные гасящие импедансы, чаще всего конденсаторы . Таким образом строятся конденсаторные блоки питания. Аналогично, при помощи ёмкостного отвода от высоковольтной ЛЭП можно получить небольшие напряжения для питания каких-либо автономных устройств.

Минимизация шума

При усилении слабых сигналов часто возникает задача минимизации шума, вносимого усилителем в сигнал. Для этого используются специальные малошумящие усилители , однако они спроектированы таким образом, что наименьший коэффициент шума достигается лишь в определенном диапазоне выходного сопротивления источника сигнала. Например, малошумящий усилитель обеспечивает минимальный шум только в диапазоне выходных сопротивлений источника от 1 кОм до 10 кОм; если источник сигнала обладает меньшим выходным сопротивлением (например, микрофон с выходным сопротивлением 30 Ом), то следует применить между источником и усилителем повышающий трансформатор , который повысит выходное сопротивление (а также напряжение сигнала) до необходимого значения.

Ограничения

Понятие внутреннего сопротивления вводится через эквивалентную схему, поэтому имеют силу те же ограничения , что и для применимости эквивалентных схем.

Примеры

Значения внутреннего сопротивления относительны: то, что считается малым, например, для гальванического элемента, является очень большим для мощного аккумулятора. Ниже приведены примеры двухполюсников и значения их внутреннего сопротивления r . Тривиальные случаи двухполюсников без источников оговорены особо.

Малое внутреннее сопротивление

Большое внутреннее сопротивление

Отрицательное внутреннее сопротивление

Существуют двухполюсники, внутреннее сопротивление которых имеет отрицательное значение. В обычном активном сопротивлении происходит диссипация энергии, в реактивном сопротивлении энергия запасается, а затем выделяется обратно в источник. Особенность отрицательного сопротивления в том, что оно само является источником энергии. Поэтому отрицательное сопротивление в чистом виде не встречается, оно может быть только имитировано электронной схемой, которая обязательно содержит источник энергии. Отрицательное внутреннее сопротивление может быть получено в схемах путём использования:

Системы с отрицательным сопротивлением потенциально неустойчивы и поэтому могут быть использованы для построения автогенераторов .

См. также

Ссылки

Литература

  • Зернов Н. В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. — М. — Л.: Энергия, 1965. — 892 с.
  • Джонс М. Х. Электроника — практический курс. — М.: Техносфера, 2006. — 512 с. ISBN 5-94836-086-5

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 . Политехнический терминологический толковый словарь

Сопротивление вольтметра — Мегаобучалка

Внутреннее сопротивление вольтметра

Вольтметр обладает внутренним сопротивлением. Чем больше величина внутреннего сопротивления, тем более точно прибор показывает измеряемую величину. В идеальном вольтметре эта величина должна равняться бесконечности.

Внутреннее сопротивление можно измерить с помощью чувствительного амперметра, источника питания и вольтметра. Подключив приборы к источнику питания, по показаниям приборов, используя закон Ома можно вычислить искомое значение сопротивления.

Также можно взять аккумуляторную батарею(RБ), сопротивление(R) и вольтметр. Измерить напряжение на вольтметре с включенным последовательно в цепь сопротивлением, записать показания U1. Измерить напряжение на вольтметре с закороченным сопротивлением, и также записать показания U2. Затем по формуле отыскать значение сопротивления. RВ=R/(U2/U1-1)-RБ. Чем выше величина R, тем точнее будут измерения.

Добавочное сопротивление вольтметра

Добавочное сопротивление используют для расширения величины измеряемого напряжения вольтметра. Оно подключается последовательно к прибору

Величина рассчитывается по формуле Rдоб=RВ(n-1)

Где Rдоб — добавочное сопротивление вольтметра, RВ – внутреннее сопротивление вольтметра, n – отношение величины желаемого измеряемого напряжения к реально измеряемому напряжению.

Добавочное сопротивление состоит из проволоки, намотанной на каркас и располагают внутри прибора или вне прибора. Для измерения больших напряжений вольтметр включают через измерительный трансформатор напряжения.

Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определениянапряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Идеальный вольтметр должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением. В реальном вольтметре, чем выше внутреннее сопротивление, тем меньше влияния прибор будет оказывать на измеряемый объект и, следовательно, тем выше будет точность и разнообразнее области применения.



Содержание

[убрать]

· 1 Классификация и принцип действия

o 1.1 Классификация

o 1.2 Аналоговые электромеханические вольтметры

o 1.3 Аналоговые электронные вольтметры общего назначения

o 1.4 Цифровые электронные вольтметры общего назначения

o 1.5 Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока

o 1.6 Импульсные вольтметры

o 1.7 Фазочувствительные вольтметры

o 1.8 Селективные вольтметры

· 2 Наименования и обозначения

o 2.1 Видовые наименования

o 2.2 Обозначения

· 3 Основные нормируемые характеристики

· 4 История

· 5 См. также

o 5.1 Другие средства измерения напряжений и ЭДС

o 5.2 Прочие ссылки

· 6 Литература и документация

o 6.1 Литература

o 6.2 Нормативно-техническая документация

· 7 Ссылки

Классификация и принцип действия[править | править вики-текст]

Классификация[править | править вики-текст]

· По принципу действия вольтметры разделяются на:

· электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;

· электронные — аналоговые и цифровые

· По назначению:

· постоянного тока;

· переменного тока;

· импульсные;

· фазочувствительные;

· селективные;

· универсальные

· По конструкции и способу применения:

· щитовые;

· переносные;

· стационарные

Аналоговые электромеханические вольтметры[править | править вики-текст]

· Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собойизмерительные механизмы соответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются добавочные сопротивления. Технические характеристики аналогового вольтметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокоомные добавочные резисторы можно применить. А значит, входное сопротивление вольтметра будет более высоким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.

·

· ПРИМЕРЫ: М4265, М42305, Э4204, Э4205, Д151, Д5055, С502, С700М

· Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства.

· ПРИМЕРЫ: Ц215, Ц1611, Ц4204, Ц4281

· Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала.

· ПРИМЕРЫ: Т16, Т218

Аналоговые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст]

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.  


Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель(постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения.

Цифровые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст]

Дополнительные сведения: [[Цифровой мультиметр]]

Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразова­нии измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме.

Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока[править | править вики-текст]

Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды.

· ПРИМЕРЫ: В3-49, В3-63 (используется пробник 20 мм)

В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Последние в скором времени могут быть допущены к примирению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.

Импульсные вольтметры[править | править вики-текст]

1. Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.

 

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.  

Фазочувствительные вольтметры[править | править вики-текст]

Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчета действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр дает возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников, например усилителей.

Селективные вольтметры[править | править вики-текст]

Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять какизмерительный приёмник.

· ПРИМЕРЫ: В6-4, В6-6, В6-9, В6-10, SMV 8.5, SMV 11, UNIPAN 233 (237), Селективный нановольтметр «СМАРТ»

Наименования и обозначения[править | править вики-текст]

Видовые наименования[править | править вики-текст]

· Нановольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мкВ)

· Микровольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мВ)

· Милливольтметр — вольтметр для измерения малых напряжений (единицы — сотни милливольт)

· Киловольтметр — вольтметр для измерения больших напряжений (более 1 кВ)

· Векторметр — фазочувствительный вольтметр

Обозначения[править | править вики-текст]

· Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия

· Дxx — электродинамические вольтметры

· Мxx — магнитоэлектрические вольтметры

· Сxx — электростатические вольтметры

· Тxx — термоэлектрические вольтметры

· Фxx, Щxx — электронные вольтметры

· Цxx — вольтметры выпрямительного типа

· Эxx — электромагнитные вольтметры

· Радиоизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их функционального назначения по ГОСТ 15094

· В2-xx — вольтметры постоянного тока

· В3-xx — вольтметры переменного тока

· В4-xx — вольтметры импульсного тока

· В5-xx — вольтметры фазочувствительные

· В6-xx — вольтметры селективные

· В7-xx — вольтметры универсальные

Основные нормируемые характеристики[править | править вики-текст]

· Диапазон измерения напряжений

· Допустимая погрешность или класс точности

· Диапазон рабочих частот

История[править | править вики-текст]

Первым в мире вольтметром был «указатель электрической силы» русского физика Г. В. Рихмана (1745). Принцип действия «указателя» используется в современном электростатическом вольтметре.

 

Как измерить внутреннее сопротивление батареи? — Зачем это делать

Батарейки находят и используют везде! Все видели их и раньше использовали батарею. В другой предыдущей статье — Что происходит в электрической цепи: напряжение по сравнению с током, мы определили и объяснили, что такое напряжение, ток и сопротивление. Однако знаете ли вы, что каждая батарея имеет собственное сопротивление течению тока? Это известно как Внутреннее сопротивление .

Мы говорили о сопротивлении — сопротивление относится к мере сопротивления протеканию тока.Внутреннее сопротивление — это, по сути, противодействие потоку, который в настоящее время обеспечивается самими элементами и батареями. В этой статье мы поговорим о том, как измерить внутреннее сопротивление батареи:

  • Что такое внутреннее сопротивление?
  • Как измерить внутреннее сопротивление?
  • Рекомендуемые инструменты и продукты, которые помогут вам.

Что такое внутреннее сопротивление?

Источник: hk-phy

Как уже упоминалось, внутреннее сопротивление относится к противодействию протеканию тока, создаваемому самими элементами и батареями.Все материалы в некоторой степени сопротивляются току, даже элементы и батареи. Это связано с материалами, из которых изготовлены батареи.

Элементы, из которых состоит типичная батарея, включают цинк, углерод, литий, ртуть, серебро и т. Д. Все они не являются идеальными проводниками электричества. Поэтому найти аккумулятор с нулевым внутренним сопротивлением будет сложно, а может, и невозможно.

Внутреннее сопротивление можно рассматривать как привратник батареи. Более низкое сопротивление означает меньшее ограничение.При высоком сопротивлении аккумулятор нагревается и напряжение падает.

Как внутреннее сопротивление влияет на напряжение и ток?

Чтобы лучше понять это, воспользуемся законом Ома. Закон Ома — это формула, определяющая соотношение между напряжением, током и сопротивлением в цепи. Закон Ома гласит, что В = IR. V относится к напряжению, I относится к току, а R относится к сопротивлению, в нашем случае внутреннему сопротивлению.

Ключевым моментом для понимания является то, что напряжение и внутреннее сопротивление являются независимыми переменными, главное, на что влияют, — это зависимая переменная, т.е.е. электрический ток. Когда внутреннее сопротивление увеличивается на V / R = I, ток уменьшается. Когда внутреннее сопротивление меньше, ток, наоборот, увеличивается. Они обратно пропорциональны. Однако все это основано только на формуле закона Ома.

В реальном мире напряжение уменьшается при увеличении внутреннего сопротивления. Таким же образом мы можем измерить внутреннее сопротивление батареи.

В двух словах,

Внутреннее сопротивление — это сопротивление в цепи, которое исходит от самого элемента или батареи.При более высоком внутреннем сопротивлении ток и напряжение будут ниже.

Имея это в виду, давайте теперь исследуем, почему мы должны измерять внутреннее сопротивление?

Как измерить внутреннее сопротивление?

Что вам понадобится:
  • Новая батарейка (AA)

Цифровой вольтметр постоянного тока со светодиодной подсветкой 0,28 дюйма — желтый

RESK — Комплект резисторов

Шагов:
  1. Подключите аккумулятор и вольтметр в следующей конфигурации.

[не обращайте внимания на треугольник (GND) в нижнем левом углу]

  1. Снимите измерения с вольтметра. 1.500V

Вольтметр должен показывать величину напряжения в соответствии со спецификацией вашей батареи. Это связано с тем, что к цепи не подключена нагрузка. Это также известно как напряжение холостого хода (VOC).

Напряжение холостого хода (VOC) — это напряжение, когда оно не подключено к какой-либо нагрузке в цепи.

  1. Подключите аккумулятор, вольтметр и резистор в этой конфигурации.

[не обращайте внимания на треугольник (GND) в нижнем левом углу]

В нашем примере мы будем использовать резистор на 4 Ом.

  1. Снимите измерения с помощью вольтметра. 1.446V

Вольтметр должен показывать более низкое значение напряжения. Падение напряжения вызвано внутренним сопротивлением батареи. Мы можем рассчитать внутреннее сопротивление, если мы снимем показания напряжения холостого хода (VOC) и напряжения на батарее с подключенной нагрузкой, которая в нашем случае является резистором 4 Ом.

  1. Используйте формулу закона Ома и формулу закона Кирхгофа для расчета внутреннего сопротивления.

Сначала мы подставим полученное значение в закон Ома, чтобы определить ток, протекающий по цепи.

Сокращение:

В = Напряжение

I = текущий

R = Сопротивление

VL = Напряжение нагрузки

RL = номинал резистора

В = I · R

VL = I · RL

1.446 В = I · 4 Ом

I = 1,446 В 4 Ом

I = 0,3615A

Затем мы будем использовать Закон Кирхгофа для определения напряжения на внутреннем резисторе в батарее. Это значение также является падением напряжения на внутреннем резисторе.

Сокращение:

VOC = Напряжение холостого хода

VI = напряжение на внутреннем резисторе

VL = Напряжение нагрузки

ЛОС = VI + VL

1.500 В = VI + 1.446 В

VI = 1.500 — 1.446V

VI = 0,054

Теперь у нас есть значение падения напряжения на внутреннем резисторе и ток, протекающий по цепи. Теперь мы можем снова использовать закон Ома, чтобы найти внутреннее сопротивление батареи.

Сокращение

VI = напряжение на внутреннем резисторе

I = текущий

RI = внутреннее сопротивление

VI = I · RI

0.054V = 0,3615A · RI

RI = 0,149 Ом

Отсюда видно, что внутреннее сопротивление батареи AA составляет 0,149 Ом !

Рекомендуемые инструменты и продукты

Надеюсь, вы научились измерять внутреннее сопротивление батареи, а также как и когда его применять! Вот несколько инструментов и продуктов, связанных с батареями, которые могут помочь вам в ваших проектах IoT!

Модуль ИБП для Raspberry Pi Pico — Источник бесперебойного питания

Этот источник бесперебойного питания (ИБП) представляет собой модуль, предназначенный для обеспечения работы вашего Raspberry Pi Pico от литий-ионного аккумулятора.Он также оснащен микросхемой контроля напряжения / тока и индикатором состояния батареи.

Характеристики

  • Стандартный заголовок Raspberry Pi Pico
  • Совместимость литий-ионных аккумуляторов с динамическим управлением питанием для стабильного источника питания
  • Связь по шине I2C для контроля напряжения, тока, мощности и оставшейся емкости аккумулятора
  • Несколько мер защиты аккумулятора, т.е. защита от разряда, защита от перегрузки по току, защита от короткого замыкания, обратная защита и функция выравнивающего заряда
  • Встроенный индикатор зарядки, питания и заряда аккумулятора

0.28-дюймовый светодиодный цифровой вольтметр постоянного тока

Это супермини-светодиодный дисплей с диагональю 0,28 дюйма. Пусть вас не обманывает его небольшой внешний вид, он оснащен функцией защиты от обратного подключения. Этот вольтметр можно использовать для измерения заряда аккумулятора мобильного телефона, аккумулятора автомобиля и других подобных приложений. Также доступны несколько цветов: желтый, красный, зеленый и синий.

Спецификация

  • Диапазон напряжения: 2,5 — 30 В
  • Рабочий ток <30 мА
  • Размер: 30 × 11.7 × 9,2 мм
  • Скорость измерения: 200 мс / один раз
  • Точность 3%

18650 Корпус держателя батареи — 2 слота с переключателем

Это батарейный отсек для ваших аккумуляторов 18650! Этот футляр для батарейного отсека может вместить две перезаряжаемые батареи 18650 и оснащен встроенным переключателем. В корпус встроены провода для пайки / подключения к вашим IoT-проектам!

18650 Корпус держателя батареи — 4 слота

Это четырехслотовый батарейный отсек для аккумуляторов 18650! В этот чехол можно установить четыре аккумуляторных батареи 18650.Подобно вышеупомянутому корпусу держателя батареи, в корпус встроены провода для пайки / подключения к вашим проектам IoT!

Сводка

Надеюсь, вы узнали больше об измерении внутреннего сопротивления батарей. Это может быть забавный проект, если вы новичок в построении схем. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять их в комментариях ниже!

Следите за нами и ставьте лайки:

Продолжить чтение

Батарейки, счетчики и закон Ома

Эта неделя, возможно, была разочаровывающим исследованием сопротивления и закона Ома.Большинство ссылок на этой странице будут на сайт гиперфизики. Ранее на этой неделе «Рейвенкло» добились впечатляющих успехов. Фактически они были в полном огне, когда в своем эксперименте обнаружили падение напряжения на проводе и начали измерять сопротивление проводов в своем эксперименте. Как гласит теория, более длинные провода имеют большее сопротивление. Более толстые провода имеют меньшее сопротивление. Не все провода соответствовали этим общим наблюдениям, так как то, что было внутри изоляции, не было видно.Некоторые провода могут быть алюминиевыми, а не медными.

Уравнение сопротивления было упомянуто на прошлой неделе для сопротивления провода, равного

.

где R — сопротивление, rho — удельное сопротивление, L — длина, а A — площадь поперечного сечения. Если вы поиграете с компьютерной моделью цепи, вы обнаружите, что действительно можете имитировать удельное сопротивление провода и измерить падение напряжения на проводах. Щелкните здесь, чтобы просмотреть таблицу значений удельного сопротивления для различных материалов.

Медь 1.-8 .0045 1,79

Теперь, когда мы немного присмотримся к этой таблице, мы обычно не используем вольфрам для проводки… за исключением лампочек. Но также удельное сопротивление увеличивается с температурой из-за движения атомов. Наши силовые резисторы, которые не сильно нагреваются, были изготовлены из карбона. Сопротивление углерода незначительно увеличивается с температурой по сравнению с вольфрамом. Однако лампы накаливания были изготовлены из вольфрама. Мы измерили сопротивление их нитей в холодном состоянии.Но что происходит, когда они достаточно горячие, чтобы светиться? Возможная ошибка? Отличается ли сопротивление горячей лампочки от холодной лампочки ???? Что сказано в вашем учебнике?

Некоторым из вас, возможно, удавалось комбинировать резисторы последовательно и параллельно. Откуда берутся эти уравнения? Есть кое-что для изучения на следующей неделе.

Если вы продолжите экспериментировать с моделированием PHET, вы можете отметить еще кое-что интересное. Вы можете изменить напряжение батарей в симуляции.Этого следовало ожидать. Но у них есть особенность под названием «внутреннее сопротивление?» Что это? Гриффиндорцы предположили, что концы батареи могут иметь некоторое сопротивление, что делает разницу между батареями 1,2 В и 1,5 В. Собственно, вся магия внутри. Эта разница на самом деле связана с выбором химикатов, но об этом позже.
Батареи обладают внутренним сопротивлением из-за скорости химической реакции. Настоящая разница между D-элементом и батареей AAA, помимо количества хранимой химической потенциальной энергии, заключается в величине этого внутреннего сопротивления.И, размещая батареи параллельно, мы уменьшаем общее сопротивление этих батарей. Вы можете легко измерить это внутреннее сопротивление, измерив падение напряжения в батарее при отсутствии нагрузки по сравнению с током, протекающим через батарею. Так что батарея на 1,5 В может выдавать только 0,8 В, когда она очень сильно работает! Часть этой химической потенциальной энергии становится электрической потенциальной энергией, но большая ее часть может стать теплом! Почувствуйте батарею. Тепло?

Некоторые примеры внутреннего сопротивления угольно-цинковой батареи старого образца:

Батарейка AA 0.29 Ом

Батарейка AAA 0,44 Ом

Батарея C 0,47 Ом

D аккумулятор 0,27 Ом

Это возвращает нас к тому, что на самом деле происходит с батареей, и откуда берутся такие числа, как 1,5 В? В батарее два металла: анод и катод. Оба они взаимодействуют через электролит. У каждого электрода есть полупотенциал, который в сумме дает 1,5 В. Таким образом, реакция углерода с электролитом может генерировать +0,74 вольт, а цинк с электролитом может генерировать -0.76 вольт, таким образом, общая разница составляет 1,5 В. Таким образом, напряжение зависит от химической реакции, а не от того, является ли он перезаряжаемым. Кроме того, батареи с жидкими элементами, такие как свинцово-кислотные батареи, часто имеют очень низкое внутреннее сопротивление и поэтому могут быть очень опасными.

По химии вы изучите электросерий для металлов и то, что такое полупотенциалы. Вот пара примеров.

Имейте в виду, что в электродах используются не чистый никель и кадмий. Фактическая реакция —

В качестве заключительных мыслей.Как работает счетчик? На сайте Hyperphysics есть хорошая сводка метров. Вольтметры всегда подключены параллельно и измеряют разность потенциалов между двумя точками вашей цепи. Амперметр — это расходомер, который измеряет, сколько тока проходит через одну точку в цепи, поэтому он всегда подключается последовательно с цепью. Размещение амперметра параллельно или непосредственно к батарее может привести к короткому замыканию. Омметр измеряет сопротивление, посылая небольшой ток через резистор или устройство.Таким образом, он измеряет ток, который он создает. Таким образом, вы не можете измерить внутреннее сопротивление батареи с помощью омметра, как и вы не можете измерить сопротивление, когда через цепь проходит электричество от источника питания. Внутреннее сопротивление можно рассчитать, исследуя падение напряжения на батарее.

Измерение внутреннего сопротивления ячейки

Что на самом деле подразумевается под внутренним сопротивлением и почему его следует измерять, было самым большим вопросом, который нужно было решить, поскольку в примере с батареей возникла батарея, точно так же, как другой компонент, представляет собой электрическую цепь, которая имеет сопротивление, и это сопротивление известно как внутреннее сопротивление.Из этого ясно, что применить формулу Ома сложнее, чем получить ответ, чем просто почувствовать правильное значение для V, I или R в формуле. Нет необходимости находить внутреннее сопротивление, поскольку оно отображается путем измерения разности потенциалов. через батарею, и она всегда меньше ЭДС батареи. Всякий раз, когда обсуждается внутреннее сопротивление, должен быть пример батареи, поскольку это подходящая форма и пример обращения для этого.

Как измеряется внутреннее сопротивление?

Существует так много примеров и иллюстраций, которые объясняют, как измеряется это внутреннее сопротивление, особенно если брать за основу почти каждый пример, поскольку внутреннее сопротивление батареи является измерением комплексного импеданса и известно как модель цепи Рэндлса.В этих моделях каждая окислительно-восстановительная реакция электрода представляет собой модель с резистором и конденсатором, которые представляют сопротивление переноса заряда. Почти для всех ячеек это вспомогательный электролит, который в конечном итоге в конечном итоге доминирует над величиной сопротивления. График EIS используется для правильного измерения внутреннего сопротивления и для измерения комплексного импеданса ячейки в рабочем диапазоне тока ячейки. Таким образом, существует краткий и краткий метод получения внутреннего сопротивления по току для батарей и некоторых электромагнитных ячеек с использованием метода прерывания тока.

Что такое импеданс?

Импеданс электричества — это мера сопротивления, которое цепь представляет току при приложении напряжения, поскольку импеданс двухполюсного элемента схемы является отношением комплексного представления и, как правило, зависит от частоты синусоидальное напряжение. В большинстве случаев импеданс расширяет понятие сопротивления для цепей переменного тока, а также величины и фазы, которые имеют только величину. Сопротивление и импеданс одинаковы в единицах измерения и выражаются комплексными числами.Адмиттанс — это величина, обратная импедансу, единицей СИ которого является сименс, и он также известен как mho, они обратно пропорциональны методу, который они используют в приложении.

Внутреннее сопротивление батареи

Университетская физика, Лаборатория 3: Внутреннее сопротивление батареи

В этом эксперименте вы будете измерять внутреннее сопротивление от обычной батареи (размер D, 1,5 В).

Аппарат:

Два мультиметра, набор из нескольких лампочек, две D аккумуляторы, провода, аккумуляторный отсек с концевыми проводниками.

Меры предосторожности:

Убедитесь, что вы понимаете правильное подключение Амперметр к цепи. Если вы не обязательно спросите у инструктора. Подключение параллельный амперметр может вызвать перегорание предохранителя. Обратите внимание, что у амперметра очень низкое внутреннее сопротивление; поэтому если подключенный к источнику питания, это вызовет короткое замыкание. Правильный выбор подключения щупа к измеритель и правильный выбор положения ручки требуется для подготовки мультиметра для использования в качестве амперметра.Зарезервировать большой мультиметр как амперметр. Его провода должны быть подключены правильно, а шкала должна быть в мА.

Процедура:

Лампочка I-One:

Используйте пример цветовой кодировки, показанный ниже (на следующей странице), чтобы установить правильно подключите схему. Если есть различных цветных измерительных щупов, адаптируйте их к порядку цветовой кодировки, приведенному в пример. В показанной схеме внизу, r — внутреннее сопротивление батареи, R1 — лампочка, и R2 — общее сопротивление всех используемых измерительных проводов.

Подключите схему, как показано, и измерьте напряжение V ab (это напряжение замкнутой цепи аккумулятора) и ток I. Затем отсоедините один из выводов от аккумуляторного отсека и измерьте ЭДС (е) на его выводах (это напряжение холостого хода). Запишите ответы ниже, используя правильные единицы измерения.

V ab : _________

e: ____________

И: _____________

II.Две лампочки параллельно:

Подключите другую лампочку параллельно первой и повторите измерения.

V ab : _________

e: ____________

И: _____________

Вычисления:
Для каждого набора данных найти r из,

и сравните результат двух наборов.

r (с использованием данных одной лампы) ___________ r (с использованием данных двух ламп) ________

Эти значения должны представлять внутреннее сопротивление аккумулятор.Посетите веб-страницу некоторых из производителей, чтобы узнать, предоставляют ли они какую-либо информацию о том, что внутреннее сопротивление должно быть для свежего аккумулятора.

Вы можете попросить инструктора предоставить вам один — со свежей батареей, чтобы повторить эксперимент.

(PDF) Внутреннее сопротивление батареи

2

автомобилей, в то время как другие, такие как никель-кадмиевые или литий-ионные

, используются в мобильных телефонах и портативных компьютерах.Аккумулятор

обычно состоит из двух электродов из разного материала

, погруженных в электролит, который может быть жидкостью или влажной пастой

. Электролит химически взаимодействует с электродами

и из-за их химических реакций толкает положительные заряды

к одной клемме, называемой положительным электродом

, и отрицательные заряды к другой клемме

, называемой отрицательный электрод.Независимо от марки

батареи (ее типа, размера, объема, природы электродов

и электролита и деталей их химических реакций

и т. Д.), Батарея в конечном итоге вызывает разделение положительных и

электродов.

отрицательных зарядов, создающих электрический потенциал на

батарее. Химический потенциал, который представляет собой линейный интеграл

силы на единицу заряда из-за химических реакций (от отрицательного электрода

к положительному), называется ЭДС батареи

(исторически называемая электродвижущей силой

). что на самом деле является неправильным, так как это не сила, а

вместо разности потенциалов между двумя электродами).В первом приближении к

мы можем записать эффективную силу, обусловленную химическими реакциями

на заряде, как, где

— расстояние между двумя электродами. Именно эта сила обусловлена ​​химическими реакциями

, которые толкают положительные заряды к положительному электроду

, а отрицательные заряды к отрицательному электроду

внутри батареи или элемента, создавая

разности электрических потенциалов между двумя электродами. .

В целом изменение электрического потенциала в батарее

может быть нелинейным и в основном локализовано на границе раздела электрод —

электролит, но с энергетической точки зрения то, что в конечном итоге имеет значение

, — это чистая разность потенциалов между

два электрода. Это, в свою очередь, приводит к возникновению электрического поля

внутри батареи, которое оказывает на каждый заряд

электрическую силу в направлении, противоположном силе

из-за химических реакций.В результате суммарная сила заряда

, толкающая его к соответствующему электроду в батарее

, становится равной

(1)

. батарею к их

соответствующим электродам, при этом все больше и больше зарядов осаждаются там

. Однако с увеличением будет уменьшаться

, уменьшая ток внутри батареи, пока на электродах

не появится разница напряжений.Затем (1) и движение заряда

и

сводится к нулю внутри аккумулятора. Таким образом, в разомкнутой цепи

батарея будет получать на своих выводах

напряжение, равное ее ЭДС, то есть ее химическому потенциалу

(рис. (1a)), без чистой силы на заряды и, следовательно,

электрического ток внутри батареи, несмотря на наличие электрического потенциала

на ее выводах.

Теперь подключите нагрузку (внешний резистор) к

батарее, замыкая цепь.Сразу же электрический ток

начнется от положительной клеммы к отрицательной

через внешнее сопротивление. На самом деле электрический ток в цепи

возникает из-за потока электронов в направлении, противоположном направлению

тока, обычно показываемого в цепи (рис.

(1c)), но это не меняет физику цепи. эта проблема.

Рис. 2. Напряжения и токи в батарее ЭДС при перезарядке

другой батареи ЭДС.

Внешний ток вызывает недостаток некоторых отрицательных зарядов

на отрицательном электроде, а также нейтрализует некоторые положительные

зарядов на положительном электроде, уменьшение зарядов

вызывает небольшое падение напряжения по сравнению с начальным разомкнутым контуром

Стоимость

. Это означает, что электрическое поле внутри батареи

теперь будет меньше, чем значение разомкнутой цепи (или

), и электрическая сила не будет полностью компенсировать

силу, воздействующую на заряды внутри батареи из-за химического вещества

. реакции.Это, в свою очередь, вызовет перемещение зарядов

согласно (1), что приведет к возникновению положительного тока от отрицательного электрода

к положительному электроду внутри батареи.

Первоначально, поскольку ток в батарее может быть меньше, чем

во внешней цепи, количество зарядов, пополняемых на клеммах

, будет меньше, чем количество разряженных на

протекания внешнего тока, следовательно, напряжение будет падать

еще дальше.И по мере увеличения это должно вызывать не

, а только еще более высокий ток в батарее, это также вызовет падение

, даже небольшое, во внешнем токе при падении напряжения

на внешнем резисторе. Однако очень скоро будет достигнута стадия

, когда внутренний ток в батарее

станет равным току во внешней цепи. Теперь, начиная с

, больше не будет никаких изменений напряжения на клеммах батареи

и достигнуто состояние равновесия.Однако

будет оставаться постоянной борьбой за батарею, через внутренний ток

, чтобы восполнить заряды

на своих выводах разряжались внешним током. Таким образом, мы видим, что ток

будет перетекать от более низкого электрического потенциала к более высокому

внутри батареи из-за большего толчка

зарядов в этом направлении силой, обусловленной химическими реакциями

, чем Противодействующая сила электрического поля

переходит от более высокого к более низкому потенциалу.

III. ВНУТРЕННЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

В замкнутой цепи электрический ток, протекающий в батарее

, происходит из-за химических реакций, которые будут иметь место

, только если напряжение на батарее отличается от химического потенциала

. Устойчивое состояние означает, что внутренний ток

внутри батареи должен быть равен току

через внешнее сопротивление. Внутреннее сопротивление может быть определено как

.Следует отметить, что

ток увеличивается при уменьшении. Принимая постоянную

в определенном диапазоне около и отмечая, что

когда, мы получаем. Из этого

Омметр Конструкция | Цепи измерения постоянного тока

Хотя механические омметры (измерители сопротивления) сегодня используются редко, их работа в значительной степени заменена цифровыми приборами, тем не менее, их работа интригует и заслуживает изучения.

Назначение омметра

Назначение омметра, конечно же, состоит в том, чтобы измерить сопротивление, помещенное между его выводами.Это показание сопротивления отображается с помощью механического счетчика, работающего от электрического тока. В этом случае омметр должен иметь внутренний источник напряжения для создания необходимого тока для управления движением, а также иметь соответствующие резисторы для измерения дальности, чтобы пропускать только нужное количество тока через движение при любом заданном сопротивлении.

Как работает омметр?

Начнем с простого механизма и схемы батареи, давайте посмотрим, как он будет работать как омметр:

При бесконечном сопротивлении (отсутствие непрерывности между измерительными выводами) через движение измерителя проходит нулевой ток, а стрелка указывает в крайний левый угол шкалы.В этом отношении показание омметра «назад», потому что максимальное показание (бесконечность) находится слева от шкалы, в то время как измерители напряжения и тока имеют ноль слева от шкалы.

Если измерительные провода этого омметра напрямую закорочены (при измерении ноль Ом), через движение измерителя будет проходить максимальный ток, ограниченный только напряжением батареи и внутренним сопротивлением механизма:

При напряжении батареи 9 В и сопротивлении движению всего 500 Ом ток в нашей цепи составит 18 мА, что намного превышает номинальные характеристики механизма.Такое превышение тока может повредить счетчик.

Не только это, но наличие такого состояния ограничивает полезность устройства. Если крайняя левая шкала на циферблате измерителя представляет собой бесконечное сопротивление, тогда полная правая шкала должна представлять ноль. В настоящее время наша конструкция «привязывает» движение измерителя жестко вправо, когда между выводами приложено нулевое сопротивление. Нам нужен способ сделать так, чтобы движение просто регистрировалось в полном масштабе, когда тестовые провода замкнуты вместе.Это достигается добавлением последовательного сопротивления в цепь счетчика:

.

Чтобы определить правильное значение для R, мы вычисляем полное сопротивление цепи, необходимое для ограничения тока до 1 мА (полное отклонение движения) с напряжением 9 В от батареи, а затем вычитаем внутреннее сопротивление механизма из этого числа:

Теперь, когда правильное значение R было вычислено, у нас все еще осталась проблема с диапазоном измерения. В левой части шкалы у нас есть «бесконечность», а в правой части — ноль.Помимо того, что эта шкала «отстает» от шкал вольтметров и амперметров, эта шкала странная, потому что она идет от ничего ко всему, а не от ничего к конечному значению (например, 10 вольт, 1 ампер и т. Д.).

Можно сделать паузу, чтобы спросить: «Что представляет собой середина шкалы? Какая фигура лежит точно между нулем и бесконечностью? » Бесконечность — это больше, чем просто очень большая сумма : это неисчислимая величина, больше, чем может быть любое определенное число. Если показание половины шкалы на любом другом типе измерителя представляет 1/2 значения полной шкалы, то что такое половина бесконечности на шкале омметра?

Логарифмическая шкала омметра

Ответом на этот парадокс является нелинейная шкала .Проще говоря, шкала омметра не движется плавно от нуля до бесконечности, когда стрелка движется справа налево. Скорее, шкала начинает «расширяться» с правой стороны, с последовательными значениями сопротивления, которые становятся все ближе и ближе друг к другу по направлению к левой части шкалы:

Бесконечность не может быть приближена линейным (четным) способом, потому что шкала никогда не достигнет ! При нелинейной шкале величина сопротивления, охватываемого для любого заданного расстояния на шкале, увеличивается по мере того, как шкала приближается к бесконечности, что делает бесконечность достижимой целью.

Однако у нас все еще есть вопрос о диапазоне для нашего омметра. Какое значение сопротивления между измерительными проводами вызовет отклонение стрелки ровно на 1/2 шкалы? Если мы знаем, что у механизма номинальный диапазон полной шкалы 1 мА, то 0,5 мА (500 мкА) должно быть значением, необходимым для отклонения на половину шкалы. Следуя нашему проекту с батареей на 9 В в качестве источника, мы получаем:

При внутреннем сопротивлении перемещению 500 Ом и резисторе последовательного диапазона 8,5 кОм остается 9 кОм для внешнего (между выводами) испытательного сопротивления по шкале 1/2.Другими словами, испытательное сопротивление, дающее 1/2 отклонения шкалы в омметре, равно по величине (внутреннему) последовательному полному сопротивлению цепи измерителя.

Используя закон Ома еще несколько раз, мы можем определить значение испытательного сопротивления для отклонения 1/4 и 3/4 шкалы:

Отклонение шкалы на 1/4 (0,25 мА тока счетчика):

Отклонение шкалы на 3/4 (0,75 мА тока счетчика):

Итак, шкала этого омметра выглядит примерно так:

Одной из основных проблем этой конструкции является то, что она полагается на стабильное напряжение батареи для точного измерения сопротивления.Если напряжение батареи снизится (как и все химические батареи с возрастом и использованием), шкала омметра потеряет точность. При постоянном значении резистора последовательного диапазона 8,5 кОм и снижении напряжения батареи измеритель больше не будет отклоняться на полную шкалу вправо, когда измерительные провода замкнуты вместе (0 Ом). Точно так же испытательное сопротивление 9 кОм не сможет отклонить стрелку точно до 1/2 шкалы при меньшем напряжении батареи.

Существуют методы проектирования, используемые для компенсации изменения напряжения батареи, но они не решают проблему полностью и в лучшем случае должны рассматриваться как приблизительные.По этой причине, а также ввиду наличия нелинейной шкалы омметры этого типа никогда не считались прецизионными.

Следует упомянуть еще одно последнее предостережение относительно омметров: они работают правильно только при измерении сопротивления, на которое не подается питание от источника напряжения или тока. Другими словами, вы не можете измерить сопротивление омметром в «живой» цепи! Причина этого проста: точные показания омметра зависят от того, что единственным источником напряжения является его внутренняя батарея.Наличие любого напряжения на измеряемом компоненте будет мешать работе омметра. Если напряжение достаточно велико, это может даже повредить омметр.

ОБЗОР:

  • Омметры содержат внутренние источники напряжения для питания при измерении сопротивления.
  • Аналоговая шкала омметра находится «в обратном направлении» от шкалы вольтметра или амперметра, стрелка движения показывает нулевое сопротивление при полной шкале и бесконечное сопротивление в состоянии покоя.
  • Аналоговые омметры также имеют нелинейные шкалы, «расширенные» в нижней части шкалы и «сжатые» в верхней части, чтобы иметь возможность изменять сопротивление от нуля до бесконечности.
  • Аналоговые омметры не являются точными приборами.
  • Омметры никогда не должны подключаться к цепи под напряжением (то есть цепи с собственным источником напряжения). Любое напряжение, приложенное к измерительным проводам омметра, приведет к недействительности его показаний.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Как внутреннее сопротивление влияет на работу аккумулятора погрузчика

Какое внутреннее сопротивление батареи?

Внутреннее сопротивление иногда называют «привратником» батареи.Батареи являются источником напряжения, но все они имеют определенное внутреннее сопротивление, которое ограничивает подачу напряжения и определяет время работы батареи.

Внутреннее сопротивление измеряется в миллиомах, и существует множество различных факторов, которые влияют на уровень внутреннего сопротивления, в том числе:

Отслеживание внутреннего сопротивления батареи помогает определить ее возможности, оценить ее производительность и понять состояние ее здоровья.

В этом блоге мы рассмотрим, почему внутреннее сопротивление влияет на производительность аккумулятора погрузчика, и обсудим способы проверки внутреннего сопротивления и смягчения некоторых из этих эффектов.

How to F ind Падение напряжения в батарее

Когда электрический ток течет по цепи, выходное напряжение всегда ниже входного — эта разница известна как падение напряжения.

Падение напряжения является произведением силы тока и сопротивления, поэтому, зная величину падения напряжения, вы можете определить, насколько энергоэффективен ваш аккумулятор.

Чем ниже внутреннее сопротивление, тем лучше производительность батареи. Чем выше внутреннее сопротивление батареи, тем сильнее она нагревается, вызывая падение напряжения.

Электролит батареи и внутреннее сопротивление

Что вызывает более высокое внутреннее сопротивление в батарее? Это зависит от состава батареи.

Никелевые батареи:

В никелевых батареях образование кристаллов способствует более высокому уровню внутреннего сопротивления и может быть обращено вспять с помощью глубокого цикла.

Кристаллическое образование, иногда известное как «эффект памяти», происходит, когда никелевый аккумулятор не заряжается должным образом.

Если их повторно заряжать после того, как они были частично разряжены, кажется, что батарея «запоминает» более низкий уровень емкости, и ее общая емкость уменьшается.

Чтобы предотвратить этот эффект, пользователи должны периодически разряжать аккумулятор до одного вольта на элемент, примерно каждые несколько месяцев или около того.

Свинцово-кислотные батареи :

Для свинцово-кислотных аккумуляторов сульфатирование и коррозия сетевых аккумуляторов могут вызвать увеличение внутреннего сопротивления, а также снижение температуры.

Коррозия сетки происходит, когда вывод положительной сетки превращается в диоксид свинца и в результате разрушается свинцовые пластины.

Коррозия сетки — одна из наиболее частых неисправностей в сроке службы свинцово-кислотных аккумуляторов, и ее можно сократить, но полностью избежать ее невозможно.

Сульфатирования можно избежать с помощью надлежащих методов зарядки, что означает отказ от частичных зарядов и всегда позволяя ему полностью разряжаться, полностью заряжаться и проходить требуемый период охлаждения после зарядки.

Литий-ионные батареи :

Для литий-ионных аккумуляторов старение и продолжительное использование приведут к накоплению межфазной границы твердого электролита, или SEI, на аноде. Этот нарост со временем становится толще и препятствует взаимодействию с графитом, что увеличивает его внутреннее сопротивление.

Многие производители литий-ионных аккумуляторов разработали собственные способы компенсации этого эффекта с помощью специальных добавок к электролиту. По мере развития технологии литий-ионных аккумуляторов их эффективность значительно повысилась.

Как проверить Внутренний Сопротивление

Одна из основных причин, по которой вы можете захотеть проверить уровень внутреннего сопротивления батареи, — это понять ее состояние, поскольку показание выше нормы будет указывать на то, что срок службы батареи близок к концу.

Это показание наиболее полезно по сравнению с показанием аккумулятора при первом вводе в эксплуатацию.

Есть разные способы проверить внутреннее сопротивление батареи, и это посмотреть на постоянный ток (DC) и переменный ток (AC):

  • Постоянный ток — измеряет падение напряжения при заданном токе, смотрит только на чистое сопротивление
  • Переменный ток — учитывает реактивное сопротивление и предоставляет полное сопротивление, которое может отличаться от значения постоянного тока, но оба значения верны.

Сравнение внутреннего сопротивления батареи

Уровень внутреннего сопротивления аккумулятора зависит от всех перечисленных выше факторов, а также от состояния заряда.

Никелевые батареи:
  • Внутреннее сопротивление в этих типах аккумуляторов уменьшается в процессе разряда примерно до середины цикла разряда, а затем снова постепенно увеличивается.

Свинцово-кислотные батареи :
  • Внутреннее сопротивление возрастает во время разряда, что вызвано истощением электролита по мере того, как он становится более водянистым, что снижает его удельный вес.
  • Свинцово-кислотные батареи имеют падение напряжения из-за внутреннего сопротивления от непрерывного сильноточного разряда.

Литий-ионные батареи :

  • Сопротивление литий-ионного аккумулятора довольно стабильно от разряда до полного заряда, что обеспечивает стабильность его характеристик.
  • Литий-ионные батареи
  • имеют одно из самых низких внутренних сопротивлений, и их высокий уровень кулоновской эффективности, или рейтинг CE, является подтверждением этого.

Внутреннее сопротивление и производительность аккумулятора погрузчика

Понимание концепции внутреннего сопротивления полезно для всех, кто работает с аккумуляторными батареями для вилочных погрузчиков и принимает решения о них на регулярной основе.

Аккумуляторы становятся больше, чем просто источником энергии после размышлений; это инвестиции в технологии, которые могут помочь повысить производительность, производительность и общую эффективность организации.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *