Любой источник электрического тока имеет в своем составе такой параметр, как "внутреннее сопротивление". В электрогенераторах - это сопротивление обмоток самого генератора, в батарейках и аккумуляторах - это сопротивление электролита и электродов. В этой статье мы подробнее остановимся именно на химических источниках тока.
Модель батарейки или аккумулятора
Давайте рассмотрим схему простой батарейки.
Так как батарейка вырабатывает электрический ток, то есть создает разность потенциалов на своих электродах, значит она является источником ЭДС. Вот так бы выглядела идеальная батарейка:
Но, как вы знаете, нет ничего идеального в нашем мире. Поэтому, реальная модель любого химического источника тока выглядит на самом дела так:
где
E - это источник ЭДС, Вольты
r - внутреннее сопротивление, Ом
Как вы видите, внутреннее сопротивление "соединяется" последовательно с источником ЭДС.
С помощью специальных приборов можно без труда замерить этот параметр. На фото ниже я замерю напряжение и внутреннее сопротивление литий-ионного аккумулятора. Как вы видите, его значение равняется 0,014 Ом или 14 милиОм.
Почему этот параметр так важен?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, давайте рассмотрим работу батарейки или аккумулятора на нагрузку.
Итак, у нас есть какая-либо нагрузка. Это может быть лампочка, спиралька электронной сигареты или даже какой-нибудь вентилятор от компьютера. Обозначим эту нагрузку буквой R.
Далее для более визуально восприятия удалим корпус нашей нарисованной батарейки. Как только мы подключаем нагрузку к нашей батарейке, в цепи начинает течь ток. Обозначим этот ток буквой "I". Думаю, не надо объяснять, что ток течет от плюса к минусу, хотя электроны "бегут" от минуса к плюсу?
Давайте еще раз перерисуем нашу схему для удобства восприятия.
Думаю вы, внимательный читатель, заметили, что у нас получился делитель напряжения. Как вы знаете, при последовательном соединении проводников сила тока в любых частях цепи одна и та же. То есть через все сопротивления в цепи в нашем случае будет проходить один и тот же ток I. С этим, вроде как, разобрались.
Как только появился ток в цепи, у нас сразу же на каждом сопротивлении появляется падение напряжения:
Итак, далее вспоминаем, что сумма падений напряжений в замкнутом контуре равняется ЭДС. Или буквами:
Как же высчитать падение напряжения на какой-либо нагрузке? Из закона Ома: I=U/R ----> U=IR.
Значит:
Вывод: чем больше ток в цепи, тем больше падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока (r).
Именно поэтому при вращении стартера автомобиля при включенных фарах можно увидеть, что свечение фар становится тусклее. При вращении стартера в цепи течет колоссальная сила тока. В этом случае на внутреннем сопротивлении аккумулятора оседает приличное напряжение, и до фар автомобиля доходит уже только часть напряжения от полного напряжения аккумулятора.
Почему греется батарейка?
Как вы знаете, при прохождении тока через сопротивление, на этом сопротивлении рассеивается мощность. В нашем случае на внутреннем сопротивлении батарейки рассеиваемая мощность вычисляется по формуле:
где
P - рассеиваемая мощность, Ватты
I - сила тока в цепи, Амперы
r - внутреннее сопротивление, Омы
В каком случае ток в цепи аккумулятора или батарейки может быть увеличен?
Разумеется, если сопротивление нагрузки (R) в цепи будет очень малО. Чем меньше это сопротивление, тем больше будет сила тока в цепи. Чем больше сила тока в цепи, тем больше рассеиваемая мощность на внутреннем сопротивлении r. Чем больше рассеиваемая мощность на внутреннем сопротивлении r, тем сильнее будет греться батарейка.
К чему приведет нулевое сопротивление R или, как говорится, короткое замыкание вывод аккумулятора или батарейки?
Сила тока в цепи достигнет сразу же бешенного значения (Iк.з.).
К.З. - Короткое Замыкание.
В этом случае ток короткого замыкания будет определяться по формуле:
Это запрещенный режим работы любого источника тока. Как вы уже знаете, мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении будет выражаться формулой:
Теперь представьте, какая мощность будет выделятся внутри аккумулятора либо батарейки, если учесть, что внутреннее сопротивление будет даже каких-то пару десятков милиОм. В этом случае батарейка или аккумулятор начнут бесконтрольно и быстро нагреваться, что в результате может привести к возгоранию или даже взрыву.
Поэтому, никогда не превышайте максимальные значения силы тока в нагрузку, которые заявлены производителем. Не во всех батарейках и аккумуляторах есть защита от короткого замыкания.
А вот и продолжение статьи.