Чтобы понять, что такое закон Ома для полной электрической цепи, соберем простую схему состоящую из трех элементов:
У нас есть батарея ЭДС которой составляет E = 8.75 В
Сопротивление номиналом R = 100 Ом
Какой ток покажет амперметр в данной схеме?
Исходя из формулировки закона Ома: Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи, можно попробовать посчитать ток в цепи по знакомой всем формуле: I=U/R
Но, в реальной жизни и с реальными источниками питания эта простая формула не сработает. После подключения резистора напряжение на клеммах батареи просело до значения 8.07 В, а ток составляет всего лишь 80 мА (0.080A)
Вывод здесь достаточно простой. Раз ток в цепи не соответствует нашим ожиданиям, после подключения нагрузки, в цепи где то появилось дополнительное сопротивление (провода откидываем сразу - они медные толстые и короткие). Очевидно, что это сопротивление находится внутри самой батареи (больше негде), а значит осталось нарисовать реальную схему, и вычислить это внутреннее сопротивление.
Формулировка закона Ома для полной цепи звучит следующим образом - "Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению". Мы уже опытным путем выяснили, что в нашей цепи у нас два сопротивления (одно внутри батареи, а второе, то которое подключили к клеммам батареи). Отсюда, формула закона Ома для полной цепи вырисовывается как бы сама собой.
R – внешнее сопротивление [Ом];
r – сопротивление источника ЭДС (внутреннее) [Ом];
I – сила тока [А];
E– ЭДС источника тока [В].
Мы уже путем измерений и вычислений выяснили внутреннее сопротивление нашего источника питания r = 8.5 Ом.
Для нашего практического случая это и есть ответ на вопрос заданный в начале этой статьи и именно этот ток и показал нам амперметр.
Любой реальный источник тока обладает внутренним сопротивлением, которое обусловлено либо сопротивлением растворов электролитов для гальванических элементов и аккумуляторов, либо сопротивлением проводников для генераторов.
Именно внутреннее сопротивление ограничивает ток в цепи при коротком замыкании!
Для обычных батареек такие понятия как села батарея (разрядилась) в физическом смысле означают, что у батареи увеличилось внутреннее сопротивление. Выяснить это проще всего измерив ток короткого замыкания.
Измерение производить кратковременно! Категорически запрещается измерять ток короткого замыкания у аккумуляторов и сетевых блоков питания - многие из этих источников питания изначально созданы для больших токовых нагрузок. В лучшем случае сгорит амперметр или источник питания выйдет из строя - в худшем будет пожар или взрыв.
К примеру ЭДС этой довольно свежей 9 В батареи E = 8.57 В
Ток короткого замыкания в пике 1.33A
Внутреннее сопротивление батареи:
Эта батарея еще поработает....
ЭДС этой батареи 7.27V
Ток короткого замыкания в пике всего 0.5A
Подключив от такой батареи устройство с электроникой требовательной к уровню напряжению питания, посадка которая возникнет в результате внутреннего сопротивления батареи может привести к тому, что устройство будет работать некорректно.
Разумеется то же самое касается и подбора источников питания для самодельных электронных устройств. Мало подобрать источник питания исходя из его ЭДС - необходимо чтобы он еще обладал таким внутренним сопротивлением, чтобы мог "тянуть" подключенную к нему нагрузку.
Полный список статей канала доступен по этой ссылке