¿Qué es la resistencia interna?

Supongamos que hay un circuito eléctrico cerrado simple que incluye una fuente de corriente, por ejemplo, un generador, una celda galvánica o una batería, y una resistencia de resistencia R. Dado que la corriente en el circuito no se interrumpe en ninguna parte, también fluye dentro de la fuente.

En tal situación, podemos decir que cada fuente tiene alguna resistencia interna que evita que fluya la corriente. Esta resistencia interna caracteriza la fuente de corriente y se denota con la letra r. Para célula galvánica o batería, la resistencia interna es la resistencia de la solución electrolítica y los electrodos, para un generador - la resistencia de los devanados del estator, etc.

Por lo tanto, una fuente de corriente se caracteriza tanto por la magnitud de la EMF como por el valor de su propia resistencia interna r; ambas características indican la calidad de la fuente.

Los generadores electrostáticos de alto voltaje (como el generador Van de Graaf o el generador Wimshurst), por ejemplo, cuentan con una EMF enorme medida en millones de voltios, mientras que su resistencia interna se mide en cientos de megaohmios, por lo que no son adecuados para obtener altas corrientes.

Por el contrario, las pilas galvánicas (como una batería) tienen una FEM del orden de 1 voltio, aunque su resistencia interna es del orden de fracciones o como máximo diez ohmios, y por tanto se pueden obtener corrientes de unidades y decenas de amperios. de celdas galvánicas.

Este diagrama muestra una fuente real con una carga conectada. se definen aqui fuente de campos electromagnéticos, su resistencia interna así como la resistencia de carga. De acuerdo a Ley de Ohm para un circuito cerrado, la corriente en este circuito será igual a:

Dado que la sección del circuito externo es homogénea, a partir de la ley de Ohm se puede encontrar el voltaje en la carga:

Expresando la resistencia de la carga a partir de la primera ecuación y sustituyendo su valor en la segunda ecuación, obtenemos la dependencia de la tensión en la carga de la corriente en un circuito cerrado:

En un circuito cerrado, la EMF es igual a la suma de la caída de voltaje en los elementos del circuito externo y en la resistencia interna de la fuente misma. La dependencia de la tensión de carga de la corriente de carga es idealmente lineal.

El gráfico muestra esto, pero los datos experimentales para una resistencia real (cruces cerca del gráfico) siempre difieren del ideal:

Los experimentos y la lógica muestran que a corriente de carga cero, el voltaje del circuito externo es igual a la fem de la fuente y a voltaje de carga cero, la corriente del circuito es corriente de cortocircuito… Esta propiedad de los circuitos reales ayuda a encontrar experimentalmente la EMF y la resistencia interna de las fuentes reales.

Detección experimental de resistencia interna

Para determinar experimentalmente estas características, se construye un gráfico de dependencia del voltaje en la carga con la magnitud de la corriente, luego de lo cual se extrapola al punto de intersección con los ejes.

En el punto de intersección del gráfico con la columna de voltaje está el valor de la fem de la fuente, y en el punto de intersección con el eje de la corriente está el valor de la corriente de cortocircuito. Como resultado, la resistencia interna se encuentra mediante la fórmula:

La potencia útil desarrollada por la fuente se distribuye a través de la carga. El gráfico de la dependencia de esta potencia de la resistencia de carga se muestra en la figura. Esta curva parte de la intersección de los ejes de coordenadas en el punto cero, luego sube hasta el valor de potencia máxima, luego cae a cero con una resistencia de carga igual a infinito.

Para encontrar la resistencia de carga máxima a la que se desarrollará la potencia máxima teórica con una fuente dada, se toma la derivada de la fórmula de potencia con respecto a R y se establece en cero. La potencia máxima se desarrollará cuando la resistencia del circuito externo sea igual a la resistencia de la fuente interna:

Esta provisión para la potencia máxima en R = r le permite encontrar experimentalmente la resistencia interna de la fuente al graficar la potencia liberada en la carga versus el valor de la resistencia de la carga.Encontrar una resistencia de carga real en lugar de teórica que proporcione la potencia máxima determina la resistencia interna real de la fuente de alimentación.

La eficiencia de la fuente de corriente indica la relación entre la potencia máxima distribuida a la carga y la potencia total que se está desarrollando actualmente.

Está claro que si la fuente desarrolla tal potencia que se obtiene la máxima potencia posible para una fuente dada en la carga, entonces la eficiencia de la fuente será igual al 50%.