Làm thế nào để tìm điện trở trong của một nguồn hiện tại. Định luật Ohm cho mạch điện hoàn chỉnh
8,5. Tác dụng nhiệt của dòng điện
8.5.1. Nguồn điện hiện tại
Tổng công suất của nguồn hiện tại:
P tổng = P hữu ích + P tổn thất,
trong đó P hữu ích - công suất hữu ích, P hữu ích = I 2 R; Tổn thất P - tổn thất điện năng, tổn thất P = I 2 r; I - cường độ dòng điện trong mạch; R - điện trở tải (mạch ngoài); r là điện trở trong của nguồn dòng.
Công suất biểu kiến có thể được tính bằng một trong ba công thức:
P đầy = I 2 (R + r), P đầy = ℰ 2 R + r, P đầy = I ℰ,
trong đó ℰ là suất điện động (EMF) của nguồn dòng điện.
Công suất ròng- đây là năng lượng được giải phóng ở mạch ngoài, tức là trên một tải (điện trở) và có thể được sử dụng cho một số mục đích.
Công suất ròng có thể được tính bằng một trong ba công thức:
P hữu ích = I 2 R, P hữu ích = U 2 R, P hữu ích = IU,
I là cường độ dòng điện trong mạch; U là điện áp tại các cực (kẹp) của nguồn dòng; R - điện trở tải (mạch ngoài).
Mất điện là năng lượng được giải phóng trong nguồn hiện tại, tức là. trong mạch bên trong và được sử dụng cho các quá trình diễn ra trong chính nguồn; Việc mất điện không thể được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào khác.
Tổn thất điện năng thường được tính theo công thức
P tổn thất = I 2 r,
trong đó I là cường độ dòng điện trong mạch; r là điện trở trong của nguồn dòng.
Trong thời gian ngắn mạch, công suất hữu ích về 0
P hữu ích = 0,
vì không có điện trở tải trong trường hợp ngắn mạch: R = 0.
Tổng công suất khi ngắn mạch của nguồn trùng với công suất tổn thất và được tính theo công thức
P đầy = ℰ 2 r,
trong đó ℰ là suất điện động (EMF) của nguồn dòng điện; r là điện trở trong của nguồn dòng.
Sức mạnh hữu ích có gia trị lơn nhât trong trường hợp điện trở tải R bằng điện trở trong r của nguồn dòng:
R = r.
Công suất hữu ích tối đa:
P hữu ích tối đa = 0,5 P đầy đủ,
trong đó Ptot là tổng công suất của nguồn hiện tại; P đầy = ℰ 2 / 2 r.
Công thức tính toán rõ ràng công suất hữu ích tối đa như sau:
P hữu ích tối đa = ℰ 2 4 r .
Để đơn giản hóa việc tính toán, cần nhớ hai điểm:
- nếu với hai điện trở tải R 1 và R 2, cùng một công suất hữu ích được giải phóng trong mạch thì sức đề kháng nội bộ nguồn dòng r có liên hệ với điện trở được chỉ định theo công thức
r = R 1 R 2 ;
- nếu công suất hữu ích cực đại được giải phóng trong mạch thì cường độ dòng điện I* trong mạch bằng một nửa cường độ dòng điện ngắn mạch i:
Tôi * = tôi 2 .
Ví dụ 15. Khi chập mạch đến điện trở 5,0 Ohms, một pin gồm các tế bào tạo ra dòng điện 2,0 A. Dòng điện ngắn mạch của pin là 12 A. Tính công suất hữu ích tối đa của pin.
Giải pháp . Hãy để chúng tôi phân tích tình trạng của vấn đề.
1. Khi nối một pin với điện trở R 1 = 5,0 Ohm, một dòng điện có cường độ I 1 = 2,0 A chạy trong mạch, như trong Hình 2. a, được xác định theo định luật Ôm cho toàn bộ mạch điện:
I 1 = ℰ R 1 + r,
trong đó ℰ - EMF của nguồn hiện tại; r là điện trở trong của nguồn dòng.
2. Khi pin bị đoản mạch, sẽ có dòng điện ngắn mạch chạy trong mạch, như trong Hình 2. b. Dòng điện ngắn mạch được xác định theo công thức
trong đó i là dòng điện ngắn mạch i = 12 A.
3. Khi nối một pin với điện trở R 2 = r, một dòng điện I 2 chạy trong mạch như minh họa ở Hình 2. trong , được xác định theo định luật Ohm cho toàn bộ mạch:
I 2 = ℰ R 2 + r = ℰ 2 r;
trong trường hợp này, công suất hữu ích tối đa được giải phóng trong mạch:
P hữu ích tối đa = I 2 2 R 2 = I 2 2 r.
Như vậy, để tính công suất hữu ích cực đại cần xác định điện trở trong của nguồn dòng r và cường độ dòng điện I2.
Để tìm cường độ dòng điện I 2, ta viết hệ phương trình:
i = ℰ r , tôi 2 = ℰ 2 r )
và chia các phương trình:
tôi tôi 2 = 2 .
Điều này nghĩa là:
I 2 = i 2 = 12 2 = 6,0 A.
Để tìm điện trở trong của nguồn r, ta viết hệ phương trình:
I 1 = ℰ R 1 + r, i = ℰ r)
và chia các phương trình:
Tôi 1 tôi = r R 1 + r .
Điều này nghĩa là:
r = I 1 R 1 i − I 1 = 2,0 ⋅ 5,0 12 − 2,0 = 1,0 Ohm.
Hãy tính công suất hữu ích tối đa:
P hữu ích tối đa = I 2 2 r = 6,0 2 ⋅ 1,0 = 36 W.
Như vậy, công suất sử dụng tối đa của pin là 36 W.
Định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh, định nghĩa liên quan đến giá trị của dòng điện trong mạch thực, phụ thuộc vào nguồn dòng và điện trở tải. Định luật này còn có một tên khác - định luật Ohm cho mạch kín. Nguyên tắc hoạt động của luật này như sau.
Như ví dụ đơn giản nhất, một bóng đèn điện, là vật tiêu thụ dòng điện, cùng với nguồn dòng điện không gì khác hơn là một mạch kín. Mạch điện này được thể hiện rõ ràng trong hình.
Dòng điện chạy qua bóng đèn cũng đi qua chính nguồn điện đó. Do đó, khi đi qua mạch điện, dòng điện sẽ chịu điện trở không chỉ của dây dẫn mà còn cả điện trở trực tiếp của chính nguồn dòng điện. Trong nguồn, điện trở được tạo ra bởi chất điện phân nằm giữa các bản cực và các lớp ranh giới của bản cực và chất điện phân. Theo đó, trong một mạch kín, tổng điện trở của nó sẽ bao gồm tổng các điện trở của bóng đèn và nguồn dòng điện.
Điện trở bên ngoài và bên trong
Điện trở của tải, trong trường hợp này là bóng đèn, nối với nguồn dòng điện được gọi là điện trở ngoài. Điện trở trực tiếp của nguồn hiện tại được gọi là điện trở trong. Để thể hiện quy trình một cách trực quan hơn, tất cả các giá trị phải được chỉ định theo quy ước. I - , R - điện trở ngoài, r - điện trở trong. Khi dòng điện chạy qua một mạch điện, để duy trì nó, phải có sự chênh lệch điện thế giữa hai đầu của mạch điện ngoài, có giá trị IxR. Tuy nhiên, dòng điện cũng được quan sát thấy ở mạch bên trong. Điều này có nghĩa là để duy trì dòng điện trong mạch bên trong, cũng cần có sự chênh lệch điện thế ở hai đầu điện trở r. Giá trị của chênh lệch tiềm năng này bằng Iхr.
Sức điện động của pin
Pin phải có giá trị suất điện động sau có khả năng duy trì dòng điện yêu cầu trong mạch: E=IxR+Ixr. Từ công thức, rõ ràng suất điện động của pin là tổng của bên ngoài và bên trong. Giá trị hiện tại phải được lấy ra khỏi ngoặc: E=I(r+R). Nếu không, bạn có thể tưởng tượng: I=E/(r+R) . Hai công thức cuối cùng biểu thị định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh, định nghĩa của nó như sau: trong một mạch kín, cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với suất điện động và tỷ lệ nghịch với tổng điện trở của mạch này.
EMF và điện áp. Điện trở trong của nguồn điện.
Chương trình giáo dục là một chương trình giáo dục như vậy!
Định luật Ohm. Ý tôi là thế.
Chúng ta đã nói về định luật Ohm. Hãy nói chuyện lại - từ một góc độ hơi khác. Không đi sâu vào chi tiết vật lý và nói bằng ngôn ngữ mèo đơn giản, định luật Ohm nêu rõ: emf càng lớn. (điện động lực), dòng điện càng lớn thì điện trở càng lớn thì dòng điện càng nhỏ.
Dịch câu thần chú này sang ngôn ngữ của các công thức khô khan, chúng ta nhận được:
Tôi=E/R
trong đó: I - cường độ dòng điện, E - E.M.F. - suất điện động R - điện trở
Dòng điện được đo bằng ampe, emf. - tính bằng vôn, và điện trở mang cái tên đáng tự hào là Đồng chí Ohm.E.m.f. - đây là đặc tính của một máy phát lý tưởng, điện trở trong của nó được coi là vô cùng nhỏ. Trong đời thực, điều này hiếm khi xảy ra, vì vậy định luật Ohm cho mạch nối tiếp (quen thuộc hơn với chúng ta) có hiệu lực:
Tôi=U/R
trong đó: U là điện áp nguồn trực tiếp tại các cực của nó.
Hãy xem xét một ví dụ đơn giản.
Hãy tưởng tượng một cục pin thông thường ở dạng nguồn emf. và một điện trở nhất định mắc nối tiếp với nó, điện trở này sẽ đại diện cho điện trở trong của pin. Hãy kết nối một vôn kế song song với pin. Điện trở đầu vào của nó lớn hơn đáng kể so với điện trở trong của pin, nhưng không lớn đến mức vô hạn - nghĩa là dòng điện sẽ chạy qua nó. Giá trị điện áp mà vôn kế hiển thị sẽ nhỏ hơn giá trị emf. chỉ bằng mức điện áp rơi trên điện trở tưởng tượng bên trong ở một dòng điện nhất định. Tuy nhiên, chính giá trị này được coi là điện áp của pin.
Công thức ứng suất cuối cùng sẽ có dạng sau:
U(baht)=E-U(nội bộ)
Vì điện trở trong của tất cả các loại pin đều tăng theo thời gian nên điện áp rơi trên điện trở trong cũng tăng theo. Trong trường hợp này, điện áp ở cực pin giảm. Meo!
Đã tìm ra nó!
Điều gì xảy ra nếu bạn kết nối ampe kế với pin thay vì vôn kế? Vì điện trở trong của ampe kế có xu hướng bằng 0 nên thực tế chúng ta sẽ đo dòng điện chạy qua điện trở trong của pin. Vì điện trở trong của nguồn rất nhỏ nên dòng điện đo được trong trường hợp này có thể đạt tới vài ampe.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng điện trở trong của nguồn là thành phần của mạch giống như tất cả các thành phần khác. Do đó, khi dòng điện tải tăng thì điện áp rơi trên điện trở trong cũng sẽ tăng, dẫn đến điện áp trên tải giảm. Hoặc như chúng tôi hay nói như mèo radio - sụt điện áp.
Để đảm bảo rằng sự thay đổi tải ít ảnh hưởng nhất đến điện áp đầu ra của nguồn, họ cố gắng giảm thiểu điện trở trong của nguồn.
Bạn có thể chọn các phần tử của mạch nối tiếp theo cách sao cho tại bất kỳ phần tử nào trong số chúng, bạn sẽ có được điện áp giảm so với ban đầu bao nhiêu lần tùy thích.
Trong thời đại điện, có lẽ không có người nào là không biết đến sự tồn tại của dòng điện. Nhưng ít người nhớ được nhiều điều từ một khóa học vật lý ở trường hơn là tên của các đại lượng: dòng điện, điện áp, điện trở, định luật Ohm. Và chỉ rất ít người nhớ được ý nghĩa của những từ này là gì.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về cách dòng điện xuất hiện, cách nó truyền qua mạch điện và cách sử dụng đại lượng này trong tính toán. Nhưng trước khi chuyển sang phần chính, chúng ta hãy quay lại lịch sử phát hiện ra dòng điện và nguồn của nó, cũng như định nghĩa lực điện động là gì.
Câu chuyện
Điện như một nguồn năng lượng đã được biết đến từ thời cổ đại, bởi vì chính thiên nhiên đã tạo ra nó với khối lượng khổng lồ. Một ví dụ nổi bật là tia sét hoặc đường dốc điện. Bất chấp sự gần gũi với con người như vậy, người ta chỉ có thể hạn chế năng lượng này vào giữa thế kỷ XVII: Otto von Guericke, burgomaster đến từ Magdeburg, đã tạo ra một cỗ máy cho phép tạo ra điện tích. Vào giữa thế kỷ 18, Peter von Muschenbroek, một nhà khoa học đến từ Hà Lan, đã tạo ra tụ điện đầu tiên trên thế giới, đặt tên là bình Leyden để vinh danh trường đại học nơi ông làm việc.
Có lẽ, kỷ nguyên của những khám phá thực sự dành riêng cho điện bắt đầu với công trình của Luigi Galvani và Alessandro Volta, những người lần lượt nghiên cứu dòng điện trong cơ và sự xuất hiện của dòng điện trong cái gọi là tế bào điện. Nghiên cứu sâu hơn đã mở mang tầm mắt của chúng tôi về mối liên hệ giữa điện và từ, cũng như một số hiện tượng rất hữu ích (chẳng hạn như cảm ứng điện từ), nếu không có hiện tượng này thì không thể tưởng tượng được cuộc sống của chúng ta ngày nay.
Nhưng chúng ta sẽ không đi sâu vào hiện tượng từ tính mà sẽ chỉ tập trung vào hiện tượng điện. Vì vậy, chúng ta hãy xem điện phát sinh như thế nào trong các tế bào điện và nó có ý nghĩa gì.
Một tế bào điện là gì?
Có thể nói rằng nó tạo ra điện do các phản ứng hóa học xảy ra giữa các bộ phận của nó. Pin điện đơn giản nhất được phát minh bởi Alessandro Volta và được đặt theo tên ông là cột điện. Nó bao gồm nhiều lớp, xen kẽ với nhau: một tấm đồng, một miếng đệm dẫn điện (trong phiên bản thiết kế gia đình, bông gòn được làm ẩm bằng nước muối được sử dụng) và một tấm kẽm.
Những phản ứng nào xảy ra trong đó?
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các quy trình cho phép chúng ta tạo ra điện bằng cách sử dụng tế bào điện. Chỉ có hai sự biến đổi như vậy: quá trình oxy hóa và khử. Khi một nguyên tố, chất khử, bị oxy hóa, nó sẽ nhường electron cho nguyên tố khác, chất oxy hóa. Đến lượt chất oxi hóa bị khử bằng cách nhận electron. Bằng cách này, các hạt tích điện di chuyển từ tấm này sang tấm khác và điều này, như đã biết, được gọi là dòng điện.
Và bây giờ chúng ta hãy chuyển sang chủ đề chính của bài viết này - EMF của nguồn hiện tại. Và trước tiên, chúng ta hãy xem sức điện động (EMF) này là gì.
EMF là gì?
Đại lượng này có thể được biểu diễn dưới dạng công của các lực (cụ thể là “công”) được thực hiện khi một điện tích di chuyển dọc theo một mạch điện kín. Họ cũng thường xuyên giải thích rằng điện tích nhất thiết phải dương và bằng đơn vị. Và đây là một sự bổ sung cần thiết, vì chỉ trong những điều kiện này, suất điện động mới có thể được coi là một đại lượng có thể đo được chính xác. Nhân tiện, nó được đo bằng đơn vị giống như điện áp: vôn (V).
EMF của nguồn hiện tại
Như các bạn đã biết, mỗi cục pin hay cục pin đều có một giá trị điện trở riêng mà nó có thể tạo ra. Giá trị này, emf của nguồn hiện tại, cho biết lực bên ngoài thực hiện bao nhiêu công để di chuyển điện tích dọc theo mạch mà pin hoặc ắc quy được kết nối.
Cũng cần làm rõ loại nguồn tạo ra: không đổi, xoay chiều hoặc xung. Các tế bào điện, bao gồm cả ắc quy và pin, luôn chỉ tạo ra dòng điện một chiều. EMF của nguồn hiện tại trong trường hợp này sẽ có độ lớn bằng điện áp đầu ra tại các tiếp điểm của nguồn.
Bây giờ là lúc tìm hiểu tại sao nói chung lại cần một đại lượng như EMF và cách sử dụng nó khi tính toán các đại lượng khác của mạch điện.
công thức EMF
Chúng tôi đã phát hiện ra rằng EMF của nguồn hiện tại bằng công của các ngoại lực làm di chuyển điện tích. Để rõ ràng hơn, chúng tôi quyết định viết công thức cho đại lượng này: E = A ngoại lực / q, trong đó A là công, và q là điện tích thực hiện công. Xin lưu ý rằng tổng phí được tính chứ không phải phí đơn vị. Điều này thực hiện được vì chúng ta xét công của các lực làm di chuyển mọi điện tích trong một dây dẫn. Và tỷ số giữa công và điện tích này sẽ luôn không đổi đối với một nguồn nhất định, vì cho dù bạn lấy bao nhiêu hạt tích điện thì lượng công cụ thể của mỗi hạt sẽ như nhau.
Như bạn có thể thấy, công thức tính suất điện động không quá phức tạp và chỉ bao gồm hai đại lượng. Đã đến lúc chuyển sang một trong những câu hỏi chính nảy sinh từ bài viết này.
Tại sao cần có EMF?
Người ta đã nói rằng EMF và điện áp thực sự có cùng đại lượng. Nếu chúng ta biết giá trị của EMF và điện trở trong của nguồn dòng điện thì sẽ không khó để thay thế chúng theo định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh, trông như sau: I=e/(R+r) , trong đó I là cường độ dòng điện, e là EMF, R là điện trở mạch, r - điện trở trong của nguồn dòng. Từ đây chúng ta có thể tìm thấy hai đặc điểm của mạch điện: I và R. Cần lưu ý rằng tất cả các đối số và công thức này chỉ có giá trị đối với mạch điện một chiều. Trong trường hợp một biến, các công thức sẽ hoàn toàn khác vì nó tuân theo các quy luật dao động của chính nó.
Nhưng vẫn chưa rõ ứng dụng EMF của nguồn hiện tại là gì. Trong một mạch điện, theo quy luật, có rất nhiều phần tử thực hiện chức năng của chúng. Trong bất kỳ chiếc điện thoại nào cũng có một bảng mạch, bảng mạch này cũng không gì khác hơn là một mạch điện. Và mỗi mạch như vậy cần có một nguồn dòng để hoạt động. Và điều rất quan trọng là EMF của nó phù hợp với các tham số cho tất cả các phần tử của mạch. Nếu không, mạch sẽ ngừng hoạt động hoặc cháy do điện áp cao bên trong nó.
Phần kết luận
Chúng tôi nghĩ rằng bài viết này hữu ích cho nhiều người. Thật vậy, trong thế giới hiện đại, điều rất quan trọng là phải biết càng nhiều càng tốt về những gì xung quanh chúng ta. Bao gồm những kiến thức cần thiết về bản chất của dòng điện và hoạt động của nó bên trong mạch điện. Và nếu bạn nghĩ rằng những thứ như mạch điện chỉ được sử dụng trong phòng thí nghiệm và bạn còn xa nó, thì bạn đã nhầm to: tất cả các thiết bị tiêu thụ điện thực sự đều bao gồm các mạch điện. Và mỗi người trong số họ có nguồn hiện tại riêng, tạo ra EMF.
Mạng hai đầu cuối và mạch tương đương của nó
Điện trở trong của mạng hai đầu cuối là trở kháng trong mạch tương đương của mạng hai đầu cuối, bao gồm một máy phát điện áp và trở kháng mắc nối tiếp (xem hình). Khái niệm này được sử dụng trong lý thuyết mạch khi thay thế một nguồn thực bằng các phần tử lý tưởng, nghĩa là khi chuyển sang một mạch tương đương.
Giới thiệu
Hãy xem một ví dụ. Trên ô tô khách, chúng tôi sẽ cung cấp năng lượng cho mạng trên xe không phải từ pin axit chì tiêu chuẩn có điện áp 12 volt và công suất 55 Ah, mà từ tám pin được mắc nối tiếp (ví dụ: cỡ AA, với một công suất khoảng 1 Ah). Hãy thử khởi động động cơ. Kinh nghiệm cho thấy khi chạy bằng pin, trục khởi động sẽ không quay một độ nào. Hơn nữa, ngay cả rơle điện từ cũng không hoạt động.
Bằng trực giác, rõ ràng rằng pin “không đủ mạnh” cho một ứng dụng như vậy, nhưng việc xem xét các đặc tính điện được công bố của nó - điện áp và điện tích (công suất) - không đưa ra mô tả định lượng về hiện tượng này. Điện áp là như nhau trong cả hai trường hợp:
Pin: 12V
Tế bào mạ điện: 8·1,5 volt = 12 volt
Dung lượng cũng khá đủ: một giờ ampe trong pin đủ để quay bộ khởi động trong 14 giây (ở dòng điện 250 ampe).
Có vẻ như, theo định luật Ohm, dòng điện trong cùng một tải với các nguồn giống nhau về mặt điện cũng phải giống nhau. Tuy nhiên, trên thực tế điều này không hoàn toàn đúng. Các nguồn sẽ hoạt động tương tự nếu chúng là máy phát điện áp lý tưởng. Để mô tả mức độ khác biệt giữa nguồn thực và máy phát lý tưởng, người ta sử dụng khái niệm điện trở trong.
Sức đề kháng và sức đề kháng nội bộ
Đặc điểm chính của mạng hai đầu cuối là điện trở (hoặc trở kháng) của nó. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể mô tả đặc điểm của mạng hai đầu cuối chỉ với điện trở. Thực tế là thuật ngữ điện trở chỉ áp dụng cho các phần tử hoàn toàn thụ động, nghĩa là những phần tử không chứa nguồn năng lượng. Nếu mạng hai cực chứa nguồn năng lượng, thì khái niệm “điện trở” đơn giản là không thể áp dụng cho nó, vì định luật Ohm trong công thức U=Ir không được thỏa mãn.
Như vậy, đối với mạng hai cực chứa nguồn (tức là máy phát điện áp và máy phát dòng điện) cần phải nói cụ thể về điện trở trong (hoặc trở kháng). Nếu mạng hai đầu cuối không chứa nguồn, thì “điện trở nội” đối với mạng hai đầu cuối như vậy có nghĩa tương tự như “điện trở” đơn giản.
Điều khoản liên quan
Nếu trong bất kỳ hệ thống nào có thể phân biệt được đầu vào và/hoặc đầu ra thì các thuật ngữ sau thường được sử dụng:
Điện trở đầu vào là điện trở trong của mạng hai đầu cuối, là đầu vào của hệ thống.
Điện trở đầu ra là điện trở trong của mạng hai đầu cuối, là đầu ra của hệ thống.
Nguyên tắc vật lý
Mặc dù thực tế là trong mạch tương đương, điện trở trong được biểu thị dưới dạng một phần tử thụ động (và điện trở chủ động, nghĩa là nhất thiết phải có một điện trở trong nó), điện trở trong không tập trung ở bất kỳ phần tử nào. Mạng hai đầu cuối chỉ hoạt động bên ngoài như thể nó có trở kháng bên trong tập trung và một máy phát điện áp. Trong thực tế, điện trở trong là biểu hiện bên ngoài của một tập hợp các tác dụng vật lý:
Nếu trong mạng hai cực chỉ có một nguồn năng lượng mà không có bất kỳ mạch điện nào (ví dụ: tế bào điện) thì điện trở trong hoàn toàn hoạt động, đó là do các hiệu ứng vật lý không cho phép nguồn điện này cung cấp tải vượt quá một giới hạn nhất định. Ví dụ đơn giản nhất về hiệu ứng này là điện trở khác 0 của dây dẫn trong mạch điện. Tuy nhiên, theo nguyên tắc, đóng góp lớn nhất vào việc hạn chế công suất lại đến từ các hiệu ứng phi điện. Vì vậy, ví dụ, trong nguồn hóa học, năng lượng có thể bị giới hạn bởi diện tích tiếp xúc của các chất tham gia phản ứng, trong máy phát thủy điện - bởi áp suất nước hạn chế, v.v.
Trong trường hợp mạng hai cực có chứa mạch điện bên trong, điện trở trong được “phân tán” trong các phần tử mạch (ngoài các cơ chế được liệt kê ở trên trong nguồn).
Điều này cũng hàm ý một số tính chất của điện trở trong:
Không thể loại bỏ điện trở trong khỏi mạng hai đầu cuối
Điện trở trong không phải là giá trị ổn định: nó có thể thay đổi khi có bất kỳ điều kiện bên ngoài nào thay đổi.
Ảnh hưởng của điện trở trong đến các tính chất của mạng hai cực
Ảnh hưởng của điện trở trong là một đặc tính không thể thiếu của bất kỳ mạng hai đầu cuối nào. Kết quả chính của sự hiện diện của điện trở trong là hạn chế công suất điện có thể thu được trong tải được cung cấp từ mạng hai cực này.
Nếu tải có điện trở R được nối với nguồn có suất điện động của máy phát điện áp E và điện trở trong r tác dụng thì dòng điện, điện áp và công suất trong tải được biểu thị như sau.
Phép tính
Khái niệm tính toán áp dụng cho một mạch điện (nhưng không áp dụng cho một thiết bị thực). Tính toán được đưa ra cho trường hợp điện trở trong hoàn toàn chủ động (sự khác biệt về điện kháng sẽ được thảo luận dưới đây).
Giả sử có một mạng hai đầu cuối, có thể được mô tả bằng mạch tương đương ở trên. Mạng hai đầu cuối có hai tham số chưa biết cần tìm:
Máy phát điện áp EMF U
Điện trở trong r
Nói chung, để xác định hai ẩn số, cần thực hiện hai phép đo: đo điện áp ở đầu ra của mạng hai cực (nghĩa là hiệu điện thế Uout = φ2 − φ1) ở hai dòng tải khác nhau. Khi đó các tham số chưa biết có thể tìm được từ hệ phương trình:
trong đó Uout1 là điện áp đầu ra ở dòng I1, Uout2 là điện áp đầu ra ở dòng I2. Giải hệ phương trình ta tìm được ẩn số:
Thông thường, một kỹ thuật đơn giản hơn được sử dụng để tính điện trở trong: điện áp ở chế độ không tải và dòng điện ở chế độ ngắn mạch của mạng hai cực được tìm thấy. Trong trường hợp này, hệ (1) được viết như sau:
trong đó Uoc là điện áp đầu ra ở chế độ mạch hở, nghĩa là ở dòng điện tải bằng không; Isc - dòng tải ở chế độ ngắn mạch, nghĩa là với tải có điện trở bằng 0. Ở đây cần tính đến rằng dòng điện đầu ra ở chế độ không tải và điện áp đầu ra ở chế độ ngắn mạch bằng 0. Từ phương trình cuối cùng ta có ngay:
Đo đạc
Khái niệm đo lường áp dụng cho một thiết bị thực (nhưng không áp dụng cho mạch điện). Không thể đo trực tiếp bằng ôm kế vì không thể kết nối đầu dò của thiết bị với các cực điện trở bên trong. Do đó, một phép đo gián tiếp là cần thiết, về cơ bản không khác với tính toán - điện áp trên tải cũng được yêu cầu ở hai giá trị dòng điện khác nhau. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể sử dụng công thức đơn giản hóa (2), vì không phải mạng hai cực thực sự nào cũng cho phép hoạt động ở chế độ ngắn mạch.
Phương pháp đo đơn giản sau đây không yêu cầu tính toán thường được sử dụng:
Điện áp mạch hở được đo
Một điện trở thay đổi được kết nối như một tải và điện trở của nó được chọn sao cho điện áp trên nó bằng một nửa điện áp mạch hở.
Sau các quy trình được mô tả, điện trở của điện trở tải phải được đo bằng ôm kế - nó sẽ bằng điện trở trong của mạng hai cực.
Dù sử dụng phương pháp đo nào, người ta cũng nên cảnh giác với việc làm quá tải mạng hai đầu cuối với dòng điện quá mức, nghĩa là dòng điện không được vượt quá giá trị tối đa cho phép đối với mạng hai đầu cuối nhất định.
Kháng nội bộ phản ứng
Nếu mạch tương đương của mạng hai cực chứa các phần tử phản kháng - tụ điện và/hoặc cuộn cảm, thì việc tính điện trở trong phản kháng được thực hiện theo cách tương tự như mạch hoạt động, nhưng thay vì điện trở của điện trở, trở kháng phức tạp của các phần tử có trong mạch được lấy, và thay vì điện áp và dòng điện, biên độ phức tạp của chúng được lấy, nghĩa là phép tính được thực hiện bằng phương pháp biên độ phức tạp.
Phép đo điện kháng bên trong có một số tính năng đặc biệt vì đây là hàm có giá trị phức chứ không phải là giá trị vô hướng:
Bạn có thể tìm kiếm các tham số khác nhau của một giá trị phức: mô đun, đối số, chỉ phần thực hoặc phần ảo, cũng như toàn bộ số phức. Theo đó, kỹ thuật đo lường sẽ phụ thuộc vào những gì chúng ta muốn đạt được.
