Внутреннее сопротивление

Модель внутреннего сопротивления источника напряжения , где ε — электродвижущая сила источника, R — сопротивление нагрузки , V — падение напряжения на нагрузке, I — ток, подаваемый источником, а r — внутреннее сопротивление.

В электротехнике практический источник электроэнергии , представляющий собой линейную цепь , может, согласно теореме Тевенена , быть представлен как идеальный источник напряжения, включенный последовательно с импедансом . Это сопротивление называется внутренним сопротивлением источника. Когда источник питания подает ток , измеренное выходное напряжение ниже напряжения холостого хода ; разница заключается в падении напряжения ( произведении тока и сопротивления ), вызванном внутренним сопротивлением. Концепция внутреннего сопротивления применима ко всем видам электрических источников и полезна для анализа многих типов цепей.

Батарея

Батарею можно смоделировать как источник напряжения , включенный последовательно с сопротивлением. Эти типы моделей известны как модели эквивалентных схем . Другой распространенной моделью являются физико-химические модели физического характера, включающие концентрации и скорости реакций. На практике внутреннее сопротивление батареи зависит от ее размера, состояния заряда, химических свойств, возраста, температуры и тока разряда. Он имеет электронный компонент из-за удельного сопротивления материалов компонентов и ионный компонент из-за электрохимических факторов, таких как электролита проводимость , подвижность ионов, скорость электрохимической реакции и площадь поверхности электрода. Измерение внутреннего сопротивления батареи является показателем ее состояния, но может применяться только в условиях испытаний. Измерение переменного тока , обычно с частотой 1 кГц , может привести к недооценке сопротивления, поскольку частота может быть слишком высокой, чтобы учитывать более медленные электрохимические процессы. Внутреннее сопротивление зависит от температуры; например, свежий Щелочная первичная батарея Energizer E91 AA падает с примерно 0,9 Ом при -40 °C, когда низкая температура снижает подвижность ионов, до примерно 0,15 Ом при комнатной температуре и примерно 0,1 Ом при 40 °C. Большая часть этого падения обусловлена ​​увеличением величины коэффициента диффузии электролита.

Внутреннее сопротивление батареи можно рассчитать по напряжению холостого хода V _NL , напряжению нагрузки V _FL и сопротивлению нагрузки R _L :

$R_{\text{int}}=\left({{\frac {V_{\text{NL}}}{V_{\text{FL}}}}-1}\right){R_{\text{L}}}$

Это также можно выразить через перенапряжение η и ток I:

$R_{int}={\frac {\eta }{I}}$

Многие измерители эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) , в основном миллиомметры переменного тока, обычно используемые для измерения ESR конденсаторов, могут использоваться для оценки внутреннего сопротивления батареи, в частности, для проверки состояния разряда батареи, а не для получения точного значения постоянного тока. На некоторых зарядных устройствах для аккумуляторов указывается ESR.

При использовании напряжение на клеммах одноразовой батареи, питающей нагрузку, уменьшается до тех пор, пока не упадет настолько низко, что станет непригодным для использования; во многом это связано с увеличением внутреннего сопротивления, а не с падением напряжения эквивалентного источника.

В перезаряжаемых литий-полимерных батареях внутреннее сопротивление в значительной степени не зависит от состояния заряда, но увеличивается по мере старения батареи из-за образования пассивационного слоя на электродах, называемого межфазной фазой твердого электролита ; таким образом, это хороший индикатор ожидаемой жизни.

См. также

• Теорема Нортона
• Выходное сопротивление

Ссылки

• Справочное руководство для студентов для лабораторий электронного приборостроения (2-е издание) - Стэнли Вольф и Ричард Ф.М. Смит
• Основы электрических цепей (4-е издание) - Чарльз Александр и Мэтью Садику

Внешние ссылки

• Соединение двух аудиоустройств — выходное сопротивление и входное сопротивление