ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

Величина электродвижущей силы является основным параметром любого источника. Другой важный параметр - внутреннее сопротивление источника, оказываемое цепью элемента протекающему току. Оно зависит от материала и размеров электродов, объема источника, а также от скорости разделения зарядов.

Есть и другие параметры. Так, например, гальванический элемент по мере растворения одного из электродов изнашивается (в быту говорят “садится”). Мера длительности работы элемента оценивается энергетической емкостью элемента[5]. Этот параметр измеряется в А×час и показывает общую величину заряда Q = I× t, который данный элемент способен разделить за время службы.

К дополнительным параметрам относятся: габариты, вес, мощность, отдаваемая источником, отнесенная к килограмму веса, степень токсичности при пользовании и утилизации и т.п.

В работе инженера, при замене типов источников или при проектировании, необходимо обращать внимание на электрические параметры. Так, иногда важно, чтобы напряжение питания практически не изменялось при изменениях сопротивления цепи, а иногда - наоборот, должен оставаться неизменным ток. В соответствии с этими задачами, один и тот же электрический источник можно включить в режиме источника напряжения или в режиме источника тока. Как это можно осуществить?

Воспользуемся законом Ома. Ток на участке цепи, содержащей источник, равен: . Здесь использованы стандартные обозначения: E- э.д.с. источника, R- общее сопротивление внешней цепи (часто называемое нагрузкой), r- внутреннее сопротивление источника.

Отсюда следует, что U = I×R = E - I×r. Последнее означает, что величина падения напряжения U =I×R, измеренная вольтметром на клеммах включенного в цепь источника, меньше величины э.д.с. на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Различие между E и U тем больше, чем больше ток в цепи.

В зависимости от соотношения между R и r возможны два предельных случая.

1. R << r. В этом случае можно практически пренебречь слагаемым R в знаменателе и записать: .

Смысл полученного результата состоит в том, что если для данной цепи (нагрузки) подобрать источник, у которого внутреннее сопротивление будет значительно больше сопротивления цепи, то ток практически не будет зависеть от значения сопротивления нагрузки и, следовательно, от его небольших возможных изменений. В этом случае говорят, что источник питания схемы работает в режиме источника тока или в режиме короткого замыкания или в режиме ограничения тока внутренним сопротивлением источника. Различные названия используют в зависимости от того, какую сторону явления хотят подчеркнуть. Этот режим используют для питания двигателей, электромагнитов, свечей зажигания и других силовых электроустановок, сопротивления которых изменяются во время работы устройства, а ток должен оставаться постоянным, чтобы, например, создающего заданную величину магнитного поля, стабильный разряд и проч.

2. R >> r. В этом случае можно пренебречь малым слагаемым r и, соответственно, падение напряжения на нагрузке будет U = I×R = E. Таким образом, при возможных изменениях сопротивления внешней цепи напряжение будет сохраняться примерно постоянным и равным э.д.с. Этот режим называют режимом источника напряжения или режимом холостого хода. Он важен, например, для питания самых различных радиосхем, токи в которых изменяются в широких пределах при изменениях сопротивлений транзисторов под действием сигналов.

При невыполнении отмеченных предельных соотношений между сопротивлениями источник работает в некотором промежуточном режиме. Среди них иногда важным является режим равенства внутреннего сопротивления источника и нагрузки: R = r, обеспечивающий передачу максимальной мощности от источника к нагрузке - режим согласования по мощности. В таком режиме работают обычно передающие линии, кабели, связывающие усилитель и нагрузку, и проч.