مقاومت داخلی

تا كنون مدارهایی را بررسی كرده ایم كه باتری می توانست اختلاف پتانسیل ثابتی در آن ها به وجود آورد. اما هر باتری واقعی به همراه خود مقاومتی دارد. این مقاومت را مقاومت داخلی باتری یا مقاومت داخلی مولد می‌نامند. مقاومت داخلی باتری ها ناشی از وجود مواد شیمیایی داخل آن هاست. در مولد، مقاومت داخلی به واسطه وجود سیم پیچ و سایر اجزاء ایجاد می گردد.

در شكل زیر، مقاومت داخلی r  به صورت نمایشی نشان داده شده است .

این شكل تأكید می‌كند كه وقتی مقاومت خارجی (R) به باتری متصل می‌شود، در واقع این مقاومت به صورت سری به مقاومت داخلی (r) متصل شده است. اندازه مقاومت داخلی یك باتری عملیاتی بسیار كوچك است (مثلاًًًًً برای باتری نو ماشین در حد چند صدم اهم است)، با این حال اثر مقاومت داخلی قابل صرفه نظر نیست.

اگر باتری به هیچ مصرف كننده ای متصل نباشد، ولتاژ آن حداكثر بوده و به آن نیرو محركه باتری می‌گویند. نیرو محركه باتری را با نماد نشان می دهند. عددی كه روی باتری به عنوان ولتاژ آن نوشته می‌شود در حقیقت نیرو محركه باتری است.

در مثال زیر مشاهده خواهید كرد كه وقتی جریان از باتری كشیده می‌شود، مقاومت داخلی باعث كاهش ولتاژ باتری نسبت به مقدار نیروی محركه خواهد شد. در این حالت، ولتاژی كه بین دو سر باتری وجود دارد به عنوان ولتاژ پایانه  معرفی می‌شود.

مثال:

شكل مقابل باتری ماشینی را نشان می‌دهد كه نیرو محركه آن 12 ولت و مقاومت داخلی آن 01/0 اهم است. این مقاومت داخلی نسبتاً زیاد است، زیرا باتری كهنه و پایانه‌های آن فرسوده شده اند.

اگر از باتری در حالت (الف) 10 آمپر و در حالت (ب) 100 آمپر جریان كشیده شود، ولتاژ پایانه‌های آن چقدر خواهد بود؟

راهنمایی:

ولتاژ بین پایانه‌های باتری، 12 ولت نیست، زیرا بخشی از نیروی محركه باتری صرف ایجاد جریان در مقاومت داخلی می‌شود. ولتاژ مورد نیاز برای ایجاد جریان در مقاومت داخلی به كمك قانون اهم به دست می آید: (V=Ir).  بر اساس این رابطه، ایجاد جریان بیشتر محتاج ولتاژ بیشتری در دو سوی مقاومت داخلی است، این امر باعث كاهش ولتاژ پایانه‌های باتری می‌گردد.

الف) ولتاژ دو سر مقاومت داخلی هنگامی كه جریان 10 ولت است: V = Ir = 10 * 0/01 = 0/1V

برای به دست آوردن ولتاژ پایانه‌ها به یاد داشته باشید كه جهت جریان قراردادی همیشه از طرف پتانسیل بیشتر به سمت پتانسیل كمتر است. برای تأكید بر این موضوع، علامت مثبت و منفی در طرف راست و چپ مقاومت داخلی r گذاشته می‌شود.

برای تعیین ولتاژ پایانه‌های باتری از پایانه منفی به سمت پایانه مثبت حركت می‌كنیم. توجّه كنید كه ولتاژ چگونه زیاد و كم می‌شود. در ابتدا ولتاژ به اندازة 12 ولت افزایش می‌یابد (به واسطه نیرو محركه باتری) ولی در ادامه به اندازه 0.1 v كاهش می‌یابد (به واسطه اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت داخلی)، بنابراین ولتاژ پایانه‌های باتری برابر است با : 11/9 V = 12 - 0/1

ب) وقتی جریان 100 آمپری از باتری كشیده می‌شود، اختلاف پتانسیل دو سوی مقاومت داخلی 1 ولت خواهد بود:

V = Ir = 0/1 * 100 = 1V

با استدلالی مشابه قسمت (الف) ولتاژ پایانه‌های باتری به دست می آید: V = 12 - 1 = 11 V.

وقتی چراغ های ماشین روشن است، جریانی در حدود 10 آمپر از باتری كشیده می‌شود (مثل قسمت الف). در هنگام استارت ‌زدن، ماشین جریان خیلی زیادی از باتری می‌كشد (حدود 100A )، به همین علت ولتاژ پایانه‌های باتری كاهش یافته و لامپ‌ها كم نور می‌گردند.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا