SEM i opór wewnętrzny ogniwa

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 $I\cdot r$. Dlatego pod obciążeniem na zaciskach mierzymy mniej niż SEM:

Dwa skrajne przypadki:

Obwód rozwarty ($R\to\infty$): prąd $I=0$, więc spadek $I\cdot r=0$ i U = ε (pełna SEM). Zwarcie ($R\to 0$): prąd maksymalny $I=\varepsilon/r$, a U ≈ 0 — całe napięcie na oporze wewnętrznym.

Po co Ci to na maturze:

Zadania z ogniwem to zwykle układ $I=\varepsilon/(R+r)$ i $U=\varepsilon-Ir$. 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.