Влияние внутреннего сопротивления источника
Внутреннее сопротивление источника приводит к тому, что при подключении нагрузки часть энергии теряется внутри источника. Поэтому напряжение на его зажимах обычно меньше электродвижущей силы, а при увеличении тока это напряжение уменьшается.
Идеальный источник имеет нулевое внутреннее сопротивление: его напряжение не зависит от тока. У реального источника сопротивление \(r>0\), поэтому при подключении внешнего сопротивления \(R\) выполняется закон Ома для полной цепи. Электродвижущая сила \(\mathcal{E}\) расходуется на внешнем участке и внутри источника.
Из формул видно: если \(R\) уменьшается, сила тока \(I\) возрастает, но напряжение на зажимах \(U=\mathcal{E}-Ir\) падает. При коротком замыкании \(R\approx0\) ток достигает значения \(I_{кз}=\frac{\mathcal{E}}{r}\), а напряжение на зажимах становится почти равным нулю. Поэтому короткое замыкание опасно для источника.
Пусть \(\mathcal{E}=12\) В, \(r=1\) Ом, а \(R=5\) Ом. Тогда \(I=\frac{12}{5+1}=2\) А. Напряжение на зажимах источника равно \(U=IR=2\cdot5=10\) В. Остальные \(2\) В теряются внутри источника: \(Ir=2\cdot1\) В.
Электродвижущая сила \(\mathcal{E}\) — работа сторонних сил на единицу заряда внутри источника, а напряжение \(U\) — разность потенциалов на его зажимах. Для реального источника при токе \(U<\mathcal{E}\).
Как изменится напряжение на зажимах реального источника, если сопротивление нагрузки уменьшить?
Главное
- В реальном источнике часть напряжения теряется на внутреннем сопротивлении: \(U=\mathcal{E}-Ir\).
- При уменьшении сопротивления нагрузки ток увеличивается, а напряжение на зажимах уменьшается.
- При коротком замыкании ток ограничивается внутренним сопротивлением источника.