Режим нагрузки

Режимом нагрузки называют такой режим работы источника электрической энергии, при котором электрическая цепь замкнута и по ней проходит некоторый ток I, определяемый сопротивлением приёмников электрической энергии, подключенных к источнику. В этом случае внутри источника электрической энергии имеет место потеря напряжения ∆U ₀=Ir ₀, зависящая от силы тока I, созданного данной нагрузкой: чем больше ток нагрузки, тем меньше напряжение покажет вольтметр на зажимах источника электрической энергии.

Выясним, как изменяется напряжение на зажимах источника при уменьшении внешнего нагрузочного сопротивления Rн.

Рассмотрим следующий пример.

Пусть имеется источник ЭДС, у которого Е = 60 В и r₀ = 100 Ом. К нему подключен прибор, сопротивление которого равно Rн = 500 Ом.

1. Требуется найти ток в цепи, напряжение на зажимах источника и падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника ЭДС.

2. Найти те же параметры в рассмотренном примере, если Rн уменьшилось до 200 Ом.

1. Решение Найдем полное сопротивление цепи: R_общ=r₀+R_н Rобщ = 100 + 500 = 600 Ом. Ток определим, разделив ЭДС на полное сопротивление цепи: I=E/R_общ I = 60: 600 = 0,1 А. Применив закон Ома к внешней части цепи, т. е, умножив ток на внешнее сопротивление, найдем напряжение на зажимах источника U=I·R_н U = 0,1(А)·500(Ом) = 50 В. Ясно, что напряжение внутри источника составляет 10 В. Это можно также найти, применяя закон Ома к внутреннему сопротивлению: U₀ = I·r₀ = 0,1(А)· 100(Ом) = 10 В.

2. Решение Найдем полное сопротивление цепи: R_общ=r₀+R_н Rобщ = 100 + 200 = 300 Ом. Ток определим, разделив ЭДС на полное сопротивление цепи: I=E/R_общ I = 60: 300 = 0,2 А. Применив закон Ома к внешней части цепи, т. е, умножив ток на внешнее сопротивление, найдем напряжение на зажимах источника U=I·R_н U = 0,2(А)·200(Ом) = 40 В. Ясно, что напряжение внутри источника составляет 10 В. Это можно также найти, применяя закон Ома к внутреннему сопротивлению: U₀ = I·r₀ = 0,2(А)· 100(Ом) = 20 В.

Как видим, уменьшение внешнего сопротивления невыгодно, так как оно сопровождается уменьшением напряжения на зажимах генератора и увеличением напряжения, теряемого внутри него.

Чем меньше внешнее сопротивление, тем меньше полезное напряжение на зажимах источника и тем больше потери напряжения внутри генератора.

В зависимости от величины внутреннего сопротивления r₀источники электрической энергии условно подразделяются на источники напряжения и источники тока.

В источниках напряжения сопротивление r ₀ мало и обычно во много раз меньше сопротивления внешней цепи Rн вследствие чего изменение внешнего сопротивления вызывает заметное изменение силы тока. Напряжение же U₀на зажимах источника изменяется мало. В идеальном источнике это напряжение считается неизменным, так как в этом случае r ₀принимается равным нулю.

Источниками напряжения являются генераторы, аккумуляторы и гальванические элементы.

В источниках тока сопротивление r_о велико и обычно во много раз больше сопротивления Rн, поэтому изменение r ₀мало сказывается на величине тока. Ток идеального источника тока считается неизменным, так как внешнее сопротивление r принимается равным нулю.

Источниками тока являются различные устройства электроники, выполненные на транзисторах и электронных лампах, имеющих большое внутреннее сопротивление.