O que é resistência interna

Suponha que haja um circuito fechado elétrico simples que inclua uma fonte de corrente, por exemplo, um gerador, célula galvânica ou bateria e um resistor de resistência R. Como a corrente no circuito não é interrompida em nenhum lugar, ela também flui dentro da fonte.

Em tal situação, podemos dizer que cada fonte possui alguma resistência interna que impede a passagem da corrente. Essa resistência interna caracteriza a fonte de corrente e é indicada pela letra r. Para célula galvânica ou bateria, a resistência interna é a resistência da solução eletrolítica e dos eletrodos, para um gerador - a resistência dos enrolamentos do estator, etc.

Assim, uma fonte de corrente é caracterizada tanto pela magnitude da EMF quanto pelo valor de sua própria resistência interna r — ambas as características indicam a qualidade da fonte.

Geradores eletrostáticos de alta tensão (como o gerador Van de Graaf ou o gerador Wimshurst), por exemplo, apresentam um enorme EMF medido em milhões de volts, enquanto sua resistência interna é medida em centenas de megohms, portanto, eles não são adequados para obter altas correntes.

Pelo contrário, as células galvânicas (como uma bateria) têm um EMF da ordem de 1 volt, embora sua resistência interna seja da ordem de frações ou no máximo dez ohms e, portanto, correntes de unidades e dezenas de amperes podem ser obtidas de células galvânicas.

Este diagrama mostra uma fonte real com uma carga conectada. Eles são definidos aqui fonte EMF, sua resistência interna, bem como a resistência de carga. De acordo com Lei de Ohm para um circuito fechado, a corrente neste circuito será igual a:

Como a seção do circuito externo é homogênea, a partir da lei de Ohm, a tensão na carga pode ser encontrada:

Expressando a resistência da carga da primeira equação e substituindo seu valor na segunda equação, obtemos a dependência da tensão na carga da corrente em um circuito fechado:

Em malha fechada, a EMF é igual à soma da queda de tensão nos elementos externos do circuito e na resistência interna da própria fonte. A dependência da tensão de carga na corrente de carga é idealmente linear.

O gráfico mostra isso, mas os dados experimentais para um resistor real (cruzamentos próximos ao gráfico) sempre diferem do ideal:

Experimentos e lógica mostram que, com corrente de carga zero, a tensão do circuito externo é igual à fem da fonte e, com tensão de carga zero, a corrente do circuito é corrente de curto circuito… Essa propriedade de circuitos reais ajuda a encontrar experimentalmente o EMF e a resistência interna de fontes reais.

Detecção experimental de resistência interna

Para determinar experimentalmente essas características, é construído um gráfico da dependência da tensão na carga com a magnitude da corrente, após o qual é extrapolado para o ponto de interseção com os eixos.

No ponto de interseção do gráfico com a coluna de tensão está o valor da fem da fonte, e no ponto de interseção com o eixo da corrente está o valor da corrente de curto-circuito. Como resultado, a resistência interna é encontrada pela fórmula:

A potência útil desenvolvida pela fonte é distribuída pela carga. O gráfico da dependência desta potência na resistência de carga é mostrado na figura. Essa curva começa na interseção dos eixos coordenados no ponto zero, sobe até o valor máximo de potência e depois cai para zero com uma resistência de carga igual ao infinito.

Para encontrar a resistência de carga máxima na qual a potência máxima teórica será desenvolvida com uma determinada fonte, a derivada da fórmula de potência em relação a R é tomada e ajustada para zero. A potência máxima será desenvolvida quando a resistência do circuito externo for igual à resistência da fonte interna:

Essa provisão para a potência máxima em R = r permite que você encontre experimentalmente a resistência interna da fonte traçando a potência liberada na carga versus o valor da resistência da carga.Encontrar uma resistência de carga real em vez de teórica que forneça potência máxima determina a resistência interna real da fonte de alimentação.

A eficiência da fonte de corrente indica a relação entre a potência máxima distribuída à carga e a potência total que está sendo desenvolvida atualmente

É claro que se a fonte desenvolver tal potência que a potência máxima possível para uma determinada fonte seja obtida na carga, então a eficiência da fonte será igual a 50%.