Siła elektromotoryczna i rezystancja wewnętrzna

Siła elektromotoryczna i rezystancja wewnętrzna

Siła elektromotoryczna i rezystancja wewnętrzna toczą niekończącą się walkę we wnętrzu naszych źródeł napięcia. Co kryję się za tymi pojęciami? Jaka łączy je relacja i jakie są konsekwencje ich istnienia?

Pojęcia, o których będę dziś pisał wymagają znajomości pewnych podstaw. Wszystkie je postaram się dzisiaj skrótowo nakreślić, jeśli jednak chcesz dokładnie wiedzieć co i dlaczego się dzieje, to polecam na wstępie zapoznać się z pełnymi artykułami na temat potrzebnych nam dzisiaj podstaw:

Czym jest rezystancja? – artykuł na TeoriaElektryki.pl

Co to jest napięcie elektryczne? – artykuł na TeoriaElektryki.pl

Jak rozumieć spadek napięcia? – artykuł na TeoriaElektryki.pl

Siła elektromotoryczna

Siła elektromotoryczna brzmi jak określenie wyjęte prosto z encyklopedii. Jest surowe, kojarzy się z nudną fizyką i tak naprawdę nie wiadomo do czego służy i co oznacza. Posiada ona też jeden z najdłuższych. jedno-zdaniowych opisów na Wikipedii jaki widziałem:

Siła elektromotoryczna (SEM) – czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym równy energii elektrycznej uzyskanej przez jednostkowy ładunek przemieszczany w urządzeniu (źródle) prądu elektrycznego w stronę przeciwną do siły pola elektrycznego działającego na ten ładunek.

Wikipedia

Tak naprawdę jedynym co warto z tego opisu zapamiętać jest fakt, że siłę elektromotoryczną często nazywa się w skrócie SEM – tak jest zwyczajnie krócej i łatwiej. W angielskiej literaturze odpowiednikiem jest skrót EMF, który rozwija się do Electromotive Force.

Zacznijmy może od tego, że siła elektromotoryczna bardzo często mylona jest z napięciem, zapewne dlatego, że obie te wielkości wyraża się w woltach. Jeśli jednak spojrzymy na definicję napięcia, to gołym okiem widać, że jest ona kompletnie inna od opisu SEM i przy okazji znacznie krótsza:

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego.

Wikipedia

Czy w takim razie SEM to całkiem coś innego, niż napięcie i nie należy tych dwóch wielkości ze sobą mylić? Nie do końca… Tak naprawdę SEM i napięcie to dokładnie ta sama idea fizyczna. Obie te wielkości wyrażamy w woltach, obie wywołują przepływ prądu i obie mówią o energii jaką niesie ze sobą ładunek elektryczny. Co takiego je zatem wyróżnia?

Ujmę to tak: SEM jest tym, o czym marzymy, napięcie jest tym, co dostajemy. Brzmi to może jak wróżba z chińskiego ciasteczka, ale w gruncie rzeczy na tym to polega. Rozwińmy może temat na przykładzie uwielbianej przez elektrotechników instalacji wodnej. Siłę elektromotoryczną nazwałbym w tym wypadku ciśnieniem znamionowym pompy, którą przed chwilą przywiózł kurier i którą wyciągamy z pudełka. Znamionowym, znaczy takim, które pompa jest teoretycznie w stanie wygenerować. Inaczej mówiąc SEM opisuje ile ,,siły pchającej” jest nam w stanie dać źródło. Ale czy na pewno tyle tej siły dostaniemy?

Tutaj przechodzimy do napięcia, którego odpowiednikiem w instalacji wodnej jest faktyczne ciśnienie wody, jakie uzyskujemy po podłączeniu naszej pompy. Oczywiście wszelkie zatory w rurociągu, czy uszkodzenia instalacji skutecznie owo ciśnienie obniżają, tak samo jak rezystor powoduje spadek napięcia w obwodzie. Jeśli czytałeś mój artykuł na temat spadku napięcia to wiesz, że jest on rzeczą całkowicie naturalną. Nas jednak w tym momencie nie interesuje co dzieje się dalej w rurociągu. Chcemy wiedzieć, czy pompa jest w stanie pchnąć wodę z obiecaną przez producenta wydajnością i zwykle… nie jest w stanie. Na tej samej zasadzie jeśli mamy baterię o SEM 9 V, to po jej podłączeniu i zmierzeniu napięcia na jej końcach okazać się może, że napięcie to już tylko 8,5 V. Dlaczego? Powiedzmy na razie, że każde źródło napięcia ma swoje wady, których fizycznie nie jesteśmy w stanie przeskoczyć.

SEM jest zatem wielkością nieco iluzoryczną. Możemy określić ją mianem napięcia, które udałoby nam się uzyskać, gdyby bateria pozbawiona była wad, a jej wydajność wynosiła 100%. Elektronicy wymyślili nawet pojęcie idealnego źródła napięcia, które polega na tym, że w pewnych sytuacjach przymyka się oko na niedoskonałości źródła i przyjmuje się napięcie pracy równe SEM (U = SEM). W rzeczywistości jednak nie ma baterii, akumulatorów i generatorów idealnych, stąd wytwarzane napięcie w trakcie pracy jest zawsze niższe od wartości SEM.

Czy jest się w ogóle czym przejmować? Czy strata ta jest duża? Aby sprawdzić jak to jest z tym SEM w rzeczywistości najprościej będzie wziąć do ręki zwykła baterię typu AA lub AAA. Kiedy tak na nią popatrzysz, to na pewno rzuci ci się w oczy widoczne na jej etykiecie 1,5 V. Wartość ta nazywana jest przez producentów napięciem nominalnym. My, zwykli użytkownicy mówimy na nią po prostu ,,napięcie baterii”. Jak myślisz, czym ona jest? SEM, czy napięciem pracy?

źrodło: rightbattery.com

Aby zmierzyć SEM baterii musimy zaopatrzyć się w woltomierz – im droższy tym pomiar zwykle dokładniejszy. Ważne, żeby mierzona bateria była nowa – chcemy zobaczyć pełnie mocy w jaką wyposażył ją producent, a nie jakieś resztki napięcia pozostałe w zużytej baterii. Baterię oczywiście mierzymy ,,w powietrzu” – wiemy, że w trakcie pracy napięcie jest niższe niż SEM, stąd nie wkładamy jej do żadnego urządzenia. Wyciągamy ją z opakowania i przykładamy do niej sondy miernika.

Pomiar SEM baterii

Postanowiłem zmierzyć w ten sposób kilka baterii różnych producentów i każda z nich dała inny wynik. Raz było to 1,60 V, innym razem 1,65 V, a jeszcze innym 1,57 V. Pytanie numer jeden. Dlaczego na etykiecie każdej z tych baterii widnieje wartość 1,5 V, skoro ich SEM jest wyższe? A może 1,5 V to napięcie ich pracy? Sprawdziłem to. Obciążyłem każdą z nich małym rezystorem i wynik zawsze oscylował między 1,55 V, a 1,62 V, czyli wciąż więcej, niż przewidział producent. O co tutaj chodzi?

Jeśli spojrzymy do książek, ale nie takich ogólnych o elektrotechnice, tylko takich dotyczących stricte baterii, to tam znaleźć możemy definicję nawet 10 różnych rodzajów napięć! Aby to wszystko jakoś uporządkować i określić co jest czym, przedstawiam poniżej kilka przykładów:

  • Napięcie teoretyczne (ang. theoretical voltage) – wartość wynikająca z użytych do budowy baterii materiałów. Na przykład wykorzystanie w roli elektrod cynku i miedzi wytworzy napięcie równe 1,1 V, z kolei najnowocześniejsze ,,mieszanki” baterii litowych osiągają nawet 3,5 V.
  • Napięcie jałowe (ang. open-circuit voltage) – możemy opisać je jako ,,napięcie baterii wyjętej z pudełka” lub po prostu SEM. Wartość ta jest często nieco niższa od napięcia teoretycznego, bowiem konstrukcja baterii niesie ze sobą pewne ograniczenia. Część ogniw jest też delikatnie rozładowywana, nim trafi do pudełek, by zminimalizować ryzyko korozji.
  • Napięcie pracy (ang. closed-circuit  voltage) – tak jak pisałem wcześniej, baterie będące pod obciążeniem gubią nieco swojej SEM i nie da się tego faktu przeskoczyć. To jak duży jest to spadek zależy od kilku rzeczy, o czym opowiem nieco później.
  • Napięcie nominalne – (ang. nominal voltage)  – SEM każdej baterii (węglowej, alkalicznej czy litowej) może być inne – niekiedy jest to 1,55 V, innym razem na przykład 1,62 V. Dlaczego zatem na każdej z nich napisane jest 1,5 V? Powodem jest standaryzacja. Aby uniknąć zamieszania i nie zmuszać konsumenta do  zastanawiania się jakie dokładnie napięcie będzie w danym wypadku najlepsze, wprowadzono kilka napięć standardowych, takich jak 1,5 V, 3 V  i 9 V, do których przypisywane są ogniwa. We wszystkich przypadkach jakie spotkałem SEM była nieco wyższa od napięcia nominalnego, a więc jest to ,,oszustwo” na naszą korzyść.
  • Napięcie odcięcia (ang. cut-off voltage) – rozładowując się, bateria traci energię, a co za tym idzie spada wartość jej SEM jak i napięcia pracy. Po pewnym czasie nadejdzie moment, w którym napięcie będzie zbyt niskie do dalszego zasilania urządzenia i baterię uznamy za ,,wyczerpaną”. Granica ta jest jednak dość płynna i zależy od obciążenia. Rozładowana bateria może nie być w stanie zasilać latarki, ale jeśli przełożymy ją do zegarka, to może ona napędzać go jeszcze kilka dobrych dni.

Tak naprawdę nie ma sensu tego wszystkiego zapamiętywać, bo w rzeczywistości najistotniejsze jest jedno tylko jedno – napięcie w trakcie pracy. W końcu do tego służą baterie – do zasilania urządzeń, czyż nie? Tym bardziej szkoda, że z jakiegoś dziwnego powodu tracą one pod obciążeniem część swojej SEM. Co ciekawe fakt ten dotyczy nie tylko baterii, a wszystkich źródeł napięcia. Spróbuj na przykład zmierzyć napięcie w gniazdku swojego domu o różnych porach dnia. Szybko zauważysz, że praktycznie nigdy nie wynosi ono dokładnie 230 V. Czasami jest 227 V, innym razem 232 V. Skąd bierze się ta rozbieżność? Odpowiedź na to pytanie wymaga poruszenia zupełnie nowego wątku rezystancji wewnętrznej.

Rezystancja wewnętrzna

Rezystancja to zjawisko, które może być postrzegane jako pozytywne i negatywne. Utrudnia ona przepływ prądu, odbiera elektronom energię i powoduje spadek napięcia. Kiedy zjawiska te są dobre? Wtedy, kiedy chcemy zamienić energię elektryczną w ciepło lub światło. Bez niej urządzenia takie jak piekarnik, opiekacz, suszarka, czy żarówka nie miałyby prawa działać.

Negatywną stroną rezystancji jest oczywiście fakt, że obarczone są nią również wszystkie przewody, które dostarczają energię do naszego domu i zasilają nasze urządzenia. Z tego względu one również zużywają, czy raczej w tym wypadku marnują odrobinę energii. Na szczęście rezystancja miedzianych przewodów jest bardzo mała i w domowych warunkach nie odczujemy tych strat. Także dopóki nie jesteś właścicielem elektrowni i nie musisz przesyłać energii na dziesiątki lub setki kilometrów, dopóty nie masz się czym martwić.

Istnieje jednak jeszcze jeden negatywny wariant rezystancji, który dotyka zarówno zakłady energetyczne jak i nas, zwykłych śmiertelników. Nazywany jest on rezystancją wewnętrzną i występuje tam, gdzie najmniej byśmy się tego spodziewali – we wnętrzu źródeł napięcia.

Rezystancję wewnętrzną możemy wprost nazwać wąskim gardłem źródeł napięcia. To właśnie ona jest przyczyną tego, że napięcie robocze jest niższe od siły elektromotorycznej. Innymi słowy marnuje ona energię, zanim ta w ogóle zdąży opuścić nasze baterie, czy generatory w elektrowni! W tym kontekście rezystancja wydaje się być najgorszym typem złego bohatera. Uderza ona dokładnie tam, gdzie boli najbardziej, a w dodatku jest to przeciwnik niemożliwy do pokonania. Tak – od rezystancji wewnętrznej nie da się w normalnych warunkach uciec. Jest ona naturalnie wbudowaną wadą wszystkich źródeł elektryczności – baterii, akumulatorów, paneli słonecznych, turbin wiatrowych czy wszelkich prądnic i generatorów trójfazowych dostarczających energię do naszych domów. Skąd się ona bierze?

Rezystancja wewnętrzna generatorów

Turbogenerator; źródło – Wikipedia

Zacznijmy od generatorów napięcia przemiennego, bo w ich przypadku sprawa jest prostsza. Generatory lub inaczej prądnice to najprościej rzecz ujmując sporych rozmiarów silniki elektryczne. Korzystają one z zasady indukcji elektromagnetycznej, a więc faktu, że poruszający się w pobliżu przewodu magnes wytwarza w nim prąd.

Gdyby Michael Faraday mnie znał, to po takim przedstawieniu jego odkryć przestałby się do mnie zapewne odzywać. W każdym razie… Jeśli weźmiesz do ręki magnes neodymowy i zaczniesz energicznie machać nim w pobliżu jakiegoś przewodu elektrycznego, to wytworzysz w nim prąd. Niestety prąd ten nie wystarczy do zasilenia nawet najmniejszej na świecie diody. Do wytworzenia dużego prądu potrzebny jest po pierwsze znacznie większy magnes, a po drugie znacznie więcej drutu.

Spalając węgiel podgrzewamy wodę i wytwarzamy parę. Para obraca wał, do którego przymocowany jest potężny magnes. Obracający się magnes wytwarza prąd w dziesiątkach metrów zwiniętego drutu, który go otacza. Tak w skrócie opisać możemy podstawę działania generatorów, których oczywiście istnieje wiele rodzajów, ale nie będziemy się nad tym tutaj szeroko rozpisywać. Ważne jest to, że owa ogromna ilość zwiniętego drutu (czasami zastąpiona prętami lub blachami) to niezbędny element każdego generatora, zapewniający odpowiednią ilość ruchomych elektronów reagujących na obroty magnesu.

Tak mniej więcej działa każdy generator napięcia przemiennego

Tak jak pisałem wcześniej, każdy, nawet najlepiej przewodzący przewód ma jakąś rezystancję. Tym bardziej przewrotny jest fakt, że uzwojenia bez których nie byłoby mowy o wytworzeniu prądu są jednocześnie piętą achillesową każdego generatora. Z jednej strony umożliwiają one przepływ prądu, z drugiej, przez istniejącą rezystancję nagrzewają się, wysyłając część energii w powietrze, w postaci ciepła.

Jak energetyka sobie z tym radzi? Przede wszystkim turbogeneratory (bo tak są nazywane) wytwarzają bardzo wysokie napięcie. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie tej samej mocy przy dość niskim natężeniu prądu, a im mniejszy prąd, tym strata z powodu rezystancji mniejsza. Pamiętajmy też, że prąd nim trafi do naszego domu ma do pokonania setki kilometrów, stąd warto jest wysokie napięcie utrzymywać jak najdłużej. W praktyce jest ono obniżane do 230 V dopiero w stacjach transformatorowych rozsianych i pochowanych w naszych miastach. Transformator to również urządzenie zbudowane z ogromnej ilości drutu i siłą rzeczy spadek napięcia również na nim występuje. Jego wartość zależy od obciążenia, także im więcej my i sąsiedzi uruchomimy sprzętów, tym niższe napięcie zmierzymy w gniazdku.

Rezystancja wewnętrzna baterii

Wydawać by się mogło, że jeśli sami nie produkujemy energii to nie musimy się rezystancją wewnętrzną martwić. Niestety nie jest to prawdą, a to za sprawą całej masy małych generatorów, w postaci baterii i akumulatorów, które zasilają coraz więcej urządzeń pochowanych po naszych kieszeniach i szafkach.

Bateria czy akumulator to urządzenia nieposiadające wewnątrz siebie żadnych przewodów, ale nie oznacza to, że rezystancja wewnętrzna ich nie dotyczy. Ogniwa zbudowane są zasadniczo z dwóch materiałów stanowiących elektrody (dodatnią i ujemną), zanurzonych w elektrolicie. Jedna z elektrod, wykonana na przykład z cynku chętnie oddaje elektrony, druga, na przykład miedziana, z wielką radością elektrony przyjmuje. Połączenie obu elektrod przewodem umożliwia przepływ między nimi elektronów. Podtrzymanie wymiany możliwe jest dzięki elektrolitowi, czyli specjalnemu roztworowi dostarczającemu niezbędnych elementów chemicznej układanki. Tak z grubsza działają baterie i jeśli proces ten interesuje Cię dokładniej, to zapraszam do poświęconego temu tematowi artykułu:

Jak działa bateria? – artykuł na TeoriaElektryki.pl

My skupimy się natomiast na tym gdzie w baterii ukryta jest rezystancja wewnętrzna. Odpowiedź niestety nie jest prosta, bowiem w ogniwie zachodzi naprawdę wiele procesów, z których każdy dokłada do wspomnianej rezystancji swoją cegiełkę. Podstawowe to:

  • Niedoskonałości elektrod – każdy materiał ma pewne wady w postaci uszkodzonej struktury, czy zanieczyszczeń. To z kolei wpływa na zdolność do oddawania i przyjmowania elektronów przez elektrody.
  • Ograniczona przewodność elektrolitu – elektrolit wypełniony jest jonami (dodatnio i ujemnie naładowanymi atomami), które przemieszczając się między elektrodami zapewniają równowagę ładunku i zapobiegają jego nagromadzeniu (polaryzacji). Niestety jony to cząstki znacznie cięższe i wolniejsze od elektronów, stąd ich przepływ naznaczony jest pewnym ,,naturalnym oporem”.
  • Korozja elektrod – produkty reakcji chemicznych zachodzących między elektrolitem, a elektrodami muszą gdzieś się podziać. Czasami tworzą one gaz, który ulatnia się z baterii specjalnymi, mikroskopijnymi zaworkami, innym razem jest to ciało stałe, którego nie da się usunąć na zewnątrz. Niestety w przypadku niektórych rodzajów baterii odpady te mogą osiadać na elektrodach tworząc na nich swego rodzaju nalot, który jak łatwo się domyślić, znacznie utrudnia prawidłową pracę baterii.
  • Zużycie elektrod – wymiana elektronów wiąże się ze zmianami struktury elektrod. Elektroda ujemna (np. cynk) oddając elektrony dosłownie rozpuszcza się w elektrolicie. Jej malejąca powierzchnia sprawia, że nie jest ona w stanie wyzwalać elektronów w takim samym tempie, co znacząco obniża parametry pracy baterii, szczególnie tych starszego typu.

Wymienione wyżej przykłady pokazują, że rezystancja baterii to zjawisko znacznie bardziej problematyczne, niż rezystancja generatora i jest tak z co najmniej kilku powodów:

  • Aby wyprodukować baterie o niskiej rezystancji wewnętrznej, trzeba idealnie zgrać ze sobą wiele czynników, co nie jest łatwe,
  • Baterie działają w oparciu o reakcje chemiczne, a te są naturalnie wrażliwe na temperaturę – zbyt niska lub zbyt wysoka momentalnie wyczerpie ogniwo,
  • Rezystancja wewnętrzna baterii jest zmienna. Z powodu degradacji elektrolitu i elektrod rezystancja baterii rośnie wraz z wyczerpywaniem się. Jedynie najnowsze konstrukcje litowowo-jonowe są w stanie zminimalizować ten problem.

A może by tak spróbować zniwelować problem rezystancji wewnętrznej stosując tę samą sztuczkę co energetyka i podnieść napięcie ogniw? Niestety tutaj również napotkamy szereg blokad. Przede wszystkim z reakcji chemicznych nie jesteśmy w stanie wyciągnąć więcej niż jakieś 3,5 V (przynajmniej obecnie). Dlatego właśnie baterie o napięciu 9 V buduje się łącząc ze sobą zwykle 6 ogniw, po 1,5 V każde, co sprawia, że z wysokim napięciem wiążą się duże rozmiary baterii. Najnowsze baterie zasilające elektryczne samochody Tesli generują napięcie rzędu 400 V, ważą ponad 500 kg i zbudowane są z 8256 małych ogniw litowo-jonowych.

Baterie Tesli zajmują całą powierzchnię płyty podłogowej auta; źródło: Wikipedia

Jak obliczyć rezystancję wewnętrzną?

Skoro wiesz już, że z rezystancją wewnętrzną nie da się wygrać, to warto chociaż dowiedzieć się jak można ją zmierzyć i jakie wartości może osiągać. Jeżeli chodzi o generatory napięcia trójfazowego to… niestety nigdzie nie znalazłem takiej informacji. Być może uda mi się w przyszłości dobrać do jakiejś książki na ten temat, wtedy zamieszczę tutaj taką informację. Na szczęście nas i tak bardziej interesuje rezystancja wewnętrzna, z którą mamy do czynienia na co dzień, a więc przede wszystkim rezystancja wewnętrzna baterii. Aby ją poznać sam kalkulator niestety nie wystarczy i potrzebne będzie zrobienie 3 pomiarów. Zanim jednak powiem Ci jak poprawnie zmierzyć rezystancję wewnętrzną, to najpierw powiem ci jak tego nie robić:

POD ŻADNYM POZOREM NIE PRÓBUJ MIERZYĆ REZYSTANCJI ŹRÓDŁA NAPIĘCIA!

Każdy multimetr ma możliwość pomiaru rezystancji. Niech jednak nigdy nie przyjdzie ci do głowy próba zmierzenia rezystancji wewnętrznej jakiegokolwiek źródła napięcia. Ok, możesz spróbować zmierzyć rezystancję 1,5-woltowej baterii. Tak niskie napięcie nie zrobi ci krzywdy, a twój miernik albo nie pokaże nic, albo pokaże jakiś dziwny wynik. Próba pomiaru rezystancji wewnętrznej osiedlowego transformatora poprzez włożenie sond miernika do gniazdka to jeden z najgorszych pomysłów na jakie może wpaść człowiek. Nigdy tego nie próbuj. Szanuj swoje zdrowie i życie.

Jak w takim razie prawidłowo zmierzyć rezystancję wewnętrzną baterii? Są dwie metody, ja pokażę Ci tę prostszą. W pierwszej kolejności zmierz SEM baterii. Może to być nowe ogniwo, albo takie wyjęte z jakiegoś urządzenia. Ustaw multimetr na pomiar napięcia stałego i przyłóż sondy do obu biegunów baterii.

Następnie musisz zmierzyć napięcie pracy baterii. Jak? Najlepiej wziąć rezystor o znanej wartości (u mnie 47 Ω), przyłożyć jego końce do obu biegunów i ponownie zmierzyć napięcie, tak jak przed chwilą.

Jak widzisz na powyższych zdjęciach, różnica między SEM, a napięciem nowej baterii jest bardzo mała – raptem 0,013 V. Dlatego im lepszy miernik posiadasz, tym większa szansa, że uda ci się cokolwiek zmierzyć. Na koniec nie zapomnij jeszcze zmierzyć rezystancji wykorzystywanego rezystora! To, że jest on opisany jako 47 Ω, to nie znaczy, że taka jest jego oporność. W moim przypadku ma on dokładnie 46,1 Ω.

Mając wszystkie pomiary (SEM, napięcia pracy, rezystancji rezystora) wystarczy, że przypomnimy sobie Prawo Ohma, bo to właśnie ono posłuży nam do wykonania niezbędnych obliczeń:

Teraz wykonamy 3 następujące po sobie, proste kroki:

Krok 1 – Obliczamy różnicę miedzy SEM, a napięciem pracy. Jest to wartość, którą pochłonęła rezystancja wewnętrzna, inaczej ,,spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej”. W moim przypadku jest to 1,595 V – 1,583 V = 0,013 V

Krok 2 – Obliczamy prąd płynący w obwodzie w trakcie pracy – W tym celu dzielimy napięcie pracy przez oporność rezystora. Wychodzi nam 1,583 V / 46,1 Ω = 0,034 A

Krok 3 – Obliczamy rezystancję wewnętrzną baterii dzieląc spadek napięcia jaki wywołała, przez prąd jaki przez nią płynął. U mnie będzie to 0,013 V / 0,034 A = 0,382 Ω

Jeśli wolisz bardziej kolorową formę obrazkową, to te same kroki przygotowałem w formie grafiki:

Zachęcam Cię do poeksperymentowania z różnymi rodzajami baterii o różnym stopniu zużycia. Sam z ciekawości wyjąłem z mojej komputerowej myszki baterię, która zasilała ją od kilku miesięcy. Pomiar SEM wskazał wynik 1,349 V

Po podłączeniu rezystancji 46,1 Ω napięcie pracy wyniosło 1,324 V, a zatem rezystancja wewnętrzna spowodowała spadek napięcia o wartości 0,025 V – prawie dwa razy więcej niż w przypadku mierzonej wcześniej nowej baterii! Przeprowadzając resztę obliczeń okazało się, że rezystancja wewnętrzna tej baterii wynosi aż 0,893 Ω.

Dużo to, czy mało? To już zależy od tego do czego baterie chcemy wykorzystać. Dla porównania, w książce ,,Elektronika łatwiejsza niż przypuszczasz” z 1983 roku autor zaznaczył, że rezystancja wewnętrzna typowych baterii AA w tamtym czasie wynosiła od 1 Ω do 3 Ω, czyli kilkukrotnie więcej niż dzisiaj.

Oczywiście w latach 80-tych baterie alkaliczne dopiero wchodziły na rynek, a na litowe trzeba było czekać aż do 1995 roku. Pokazuje to jednak ile w technologii wytwarzania baterii zmieniło się na przestrzeni ostatnich 30 lat. Obniżenie rezystancji wewnętrznej baterii pozwala zmniejszyć straty energii, a co za tym podnieść jej wydajność. Dzisiejsze baterie są w stanie zasilać znacznie bardziej prądożerne urządzenia niż kiedyś, nie grzejąc się przy tym tak mocno i zachowując stałe napięcie pracy przez znacznie dłuższy czas.

Mam nadzieję, że rozumiesz już ideę siły elektromotorycznej i rezystancji wewnętrznej. Przyda nam się ona w kolejnych artykułach na temat obwodów prądu stałego. Będziemy w nich rozpatrywać różne układy źródeł napięcia i rezystorów, stworzymy dzielniki napięcia oraz obliczymy moc potrzebną do zasilania przeróżnych odbiorników. Jeśli chcesz otrzymać informację o każdym nowym artykule, to poniżej znajdziesz możliwość zapisania się na Newsletter, oraz link do strony na Facebooku.

Dzięki za poświęcony czas!


Bibliografia

  1. Elektrotechnika – S. Bolkowski,
  2. Podstawy Elektrotechniki i elektroniki – M. Doległo,
  3. Elektronika łatwiejsza niż przypuszczasz – D. Nuhrmann,
  4. Handbook of Batteries – D. Lingen, T. Reddy

Czekasz na więcej? Napisanie jednego artykułu zajmuje mi około dwa tygodnie. Chcę by moje treści były maksymalnie przydatne, rzetelne i poparte wiedzą naukową. Jeśli masz ochotę dołączyć do grona znawców Teorii Elektryki to zapraszam do zapisania się na newsletter lub do zajrzenia na facebook’a. W ten sposób nie umknie ci żaden nowy artykuł.

*Zapisując się do newslettera, zgadzasz się na otrzymywanie drogą mailową informacji o nowych artykułach i wydarzeniach związanych z serwisem TeoriaElektryki.pl

Ten post ma 4 komentarzy

  1. Zofia

    Bardzo dziękuję za tę stronę, jest tak ciekawie napisana, że dzięki niej w końcu polubiłam przewody elektryczne, a to ogromne osiągnięcie. Wszystkiego dobrego!

  2. Błażej

    Naprawdę świetna strona, która pozwala zrozumieć działanie prądu nawet takiemu laikowi jak ja, czy planuje Pan także rozwinąć zasadę działania paneli fotowoltaicznych? Pozdrawiam

    1. Artur Szulc

      Oczywiście, że planuję i w przyszłości na pewno to zrobię, także polecam śledzić nadchodzące wpisy. Pozdrawiam!

  3. Jerzy

    Bardzo dobry artykuł ale byłbym wdzięczny gdyby Pan od strony fizyki napisał dlaczego w generatorze prądu powstaje różnica potencjałów. Aby powstała różnica potencjałów to w uzwojeniach generatora w pewnych obszarach uzwojenia musi być więcej elektronów niż w pozostałych. Jakie zjawisko(siła) to wywoluje?
    Bardzo proszę o odpowiedż.

Dodaj komentarz