Qu'est-ce que la résistance interne

Supposons qu'il existe un simple circuit électrique fermé qui comprend une source de courant, par exemple un générateur, une cellule galvanique ou une batterie, et une résistance de résistance R. Puisque le courant dans le circuit n'est interrompu nulle part, il circule également à l'intérieur de la source.

Dans une telle situation, on peut dire que chaque source a une résistance interne qui empêche le courant de circuler. Cette résistance interne caractérise la source de courant et est notée par la lettre r. Pour pile galvanique ou batterie, la résistance interne est la résistance de la solution d'électrolyte et des électrodes, pour un générateur - la résistance des enroulements du stator, etc.

Ainsi, une source de courant est caractérisée à la fois par l'amplitude de l'EMF et par la valeur de sa propre résistance interne r - les deux caractéristiques indiquent la qualité de la source.

Les générateurs électrostatiques haute tension (tels que le générateur Van de Graaf ou le générateur Wimshurst) par exemple, présentent une énorme force électromagnétique mesurée en millions de volts, tandis que leur résistance interne est mesurée en centaines de mégohms, ils ne conviennent donc pas pour obtenir courants élevés.

Au contraire, les cellules galvaniques (comme une batterie) ont une force électromotrice de l'ordre de 1 volt, bien que leur résistance interne soit de l'ordre de fractions ou au plus de dix ohms, et donc des courants d'unités et de dizaines d'ampères peuvent être obtenus à partir de cellules galvaniques.

Ce diagramme montre une source réelle avec une charge connectée. Ils sont définis ici Source CEM, sa résistance interne ainsi que la résistance de charge. Selon Loi d'Ohm pour un circuit fermé, le courant dans ce circuit sera égal à :

La section de circuit externe étant homogène, la loi d'Ohm permet de déterminer la tension aux bornes de la charge :

En exprimant la résistance de la charge à partir de la première équation et en substituant sa valeur dans la deuxième équation, nous obtenons la dépendance de la tension dans la charge au courant dans un circuit fermé :

Dans une boucle fermée, la FEM est égale à la somme de la chute de tension sur les éléments du circuit externe et sur la résistance interne de la source elle-même. La dépendance de la tension de charge sur le courant de charge est idéalement linéaire.

Le graphique le montre, mais les données expérimentales pour une résistance réelle (croix près du graphique) diffèrent toujours de l'idéal :

Les expériences et la logique montrent qu'à courant de charge nul, la tension du circuit externe est égale à la force électromotrice de la source et à tension de charge nulle, le courant du circuit est courant de court-circuit… Cette propriété des circuits réels aide à trouver expérimentalement la FEM et la résistance interne des sources réelles.

Détection expérimentale de la résistance interne

Pour déterminer expérimentalement ces caractéristiques, un graphique de la dépendance de la tension dans la charge à l'amplitude du courant est construit, après quoi il est extrapolé au point d'intersection avec les axes.

Au point d'intersection du graphique avec la colonne vertébrale de tension se trouve la valeur de la source emf, et au point d'intersection avec l'axe du courant se trouve la valeur du courant de court-circuit. En conséquence, la résistance interne est trouvée par la formule :

La puissance utile développée par la source est répartie sur la charge. Le graphique de la dépendance de cette puissance à la résistance de charge est représenté sur la figure. Cette courbe part de l'intersection des axes de coordonnées au point zéro, puis monte jusqu'à la valeur de puissance maximale, puis redescend à zéro avec une résistance de charge égale à l'infini.

Pour trouver la résistance de charge maximale à laquelle la puissance maximale théorique sera développée avec une source donnée, la dérivée de la formule de puissance par rapport à R est prise et mise à zéro. La puissance maximale sera développée lorsque la résistance du circuit externe est égale à la résistance de la source interne :

Cette disposition de la puissance maximale à R = r permet de trouver expérimentalement la résistance interne de la source en traçant la puissance dégagée à la charge en fonction de la valeur de la résistance de charge.Trouver une résistance de charge réelle plutôt que théorique qui fournit une puissance maximale détermine la résistance interne réelle de l'alimentation.

L'efficacité de la source de courant indique le rapport de la puissance maximale distribuée à la charge à la puissance totale en cours de développement

Il est clair que si la source développe une puissance telle que la puissance maximale possible pour une source donnée est obtenue à la charge, alors le rendement de la source sera égal à 50 %.