Rzeczywiste ogniwo ma siłę elektromotoryczną ε oraz opór wewnętrzny r. Pod obciążeniem napięcie na zaciskach spada: U=ε−I·r, gdzie I=ε/(R+r). Przy zwarciu (R→0) prawie całe napięcie odkłada się na oporze wewnętrznym i U spada blisko zera; przy rozwartym obwodzie (I=0) U=ε. Zmień R, ε i r.
Co się właśnie stało?
Zwarłeś ogniwo — opór obciążenia spadł niemal do zera, więc prąd wystrzelił, a całe napięcie „usiadło" na oporze wewnętrznym. Na zaciskach zostało prawie nic.
SEM, prąd i napięcie na zaciskach:
— SEM ε to napięcie źródła bez obciążenia (siła elektromotoryczna). r — opór wewnętrzny ogniwa (Ω), R — opór obciążenia (Ω), I — natężenie (A), U — napięcie na zaciskach (V).
Czemu bateria „słabnie" pod obciążeniem?
Każde ogniwo ma opór wewnętrzny r. Gdy płynie prąd, część napięcia gubi się już w środku ogniwa — spadek . Dlatego pod obciążeniem na zaciskach mierzymy mniej niż SEM:
Dwa skrajne przypadki:
Obwód rozwarty (): prąd , więc spadek i U = ε (pełna SEM). Zwarcie (): prąd maksymalny , a U ≈ 0 — całe napięcie na oporze wewnętrznym.
Po co Ci to na maturze:
Zadania z ogniwem to zwykle układ i . Chwyt: woltomierz na zaciskach mierzy U, nie ε — SEM odczytasz dopiero przy rozwartym obwodzie. Znając U i I przy dwóch obciążeniach, wyliczysz ε oraz r.
Zapamiętaj: U = ε − I·r. Pod obciążeniem napięcie na zaciskach jest mniejsze od SEM o spadek na oporze wewnętrznym; przy rozwarciu U = ε, przy zwarciu U ≈ 0.
Siła elektromotoryczna — napięcie źródła przy braku przepływu prądu (obwód rozwarty). Odpowiada energii nadawanej jednostkowemu ładunkowi.
Bo część napięcia (I·r) odkłada się na oporze wewnętrznym; im większy prąd, tym niższe napięcie na zaciskach U=ε−I·r.
Opór samego źródła (elektrolitu, elektrod). Powoduje spadek napięcia na zaciskach przy przepływie prądu.