Теория:
Любой источник тока имеет не только ЭДС, но и собственное внутреннее сопротивление (\(r\)). У батарейки это сопротивление химического раствора и электродов, у генератора — сопротивление его обмоток.
Когда замыкаем цепь (например, подключаем лампочку), заряды начинают двигаться. При этом они преодолевают сопротивление не только лампочки (внешняя цепь, \(R\)), но и сопротивление самого источника (внутренняя цепь, \(r\)).
Когда замыкаем цепь (например, подключаем лампочку), заряды начинают двигаться. При этом они преодолевают сопротивление не только лампочки (внешняя цепь, \(R\)), но и сопротивление самого источника (внутренняя цепь, \(r\)).
Закон Ома для полной цепи связывает силу тока в цепи с ЭДС источника и общим сопротивлением.
Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению всей цепи:
.
Рассмотрим два важных случая:
1. Режим короткого замыкания. Если внешнее сопротивление очень маленькое (\(R ≈ 0\)), то сила тока становится огромной: . Это может привести к перегреву проводов, выходу из строя источника и даже пожару. Именно поэтому нельзя замыкать провода от аккумулятора накоротко.
2. Разомкнутая цепь. Если цепь разомкнута (\(R =∞\)), то ток не течёт (\(I = 0\)). В этом случае напряжение на клеммах источника равно его ЭДС. Как только мы подключаем нагрузку, напряжение немного падает из-за того, что часть ЭДС «тратится» на преодоление внутреннего сопротивления.
Пример:
У нас есть батарейка с ЭДС \(= 4,5\) В и внутренним сопротивлением \(r = 0,5\) Ом. К ней подключена лампочка с сопротивлением \(R = 4~Ом\). Какова сила тока в цепи?
По закону Ома: \(I =\frac{4,5~ В}{4~Ом~ +~ 0,5~Ом}=\frac{4,5 ~В}{4,5 ~Ом}=1~А.\)
Напряжение на самой лампочке \((U = I ⋅ R)\) будет равно \(1\) А \(⋅~4\) Ом \(= 4\) В. Как видишь, оно меньше ЭДС батарейки, потому что «потерялось» \(0,5\) В на внутреннем сопротивлении самой батарейки.
По закону Ома: \(I =\frac{4,5~ В}{4~Ом~ +~ 0,5~Ом}=\frac{4,5 ~В}{4,5 ~Ом}=1~А.\)
Напряжение на самой лампочке \((U = I ⋅ R)\) будет равно \(1\) А \(⋅~4\) Ом \(= 4\) В. Как видишь, оно меньше ЭДС батарейки, потому что «потерялось» \(0,5\) В на внутреннем сопротивлении самой батарейки.