Siła elektromotoryczna, prawo Ohma dla obwodu zamkniętego
Aby w obwodzie elektrycznym utrzymać prąd, potrzebujemy źródła energii elektrycznej. Takimi źródłami są, np. baterie i generatory elektryczne. Nazywamy je źródłami siły elektromotorycznej SEM. W urządzeniach tych otrzymujemy energię elektryczną w wyniku przetwarzania innej energii, np. energii chemicznej w bateriach, a energii mechanicznej w generatorach.
Siła elektromotoryczna \( \epsilon \) określa energię elektryczną \( \Delta W \) przekazywaną jednostkowemu ładunkowi \( \Delta q \) w źródle SEM
Natomiast gdy czerpiemy prąd ze źródła, napięcie między jego elektrodami, nazywane teraz napięciem zasilania \( U_{z} \), maleje wraz ze wzrostem pobieranego z niego prądu. Dzieje się tak dlatego, że każde rzeczywiste źródło napięcia posiada opór wewnętrzny \( R_{w} \). Napięcie zasilania jest mniejsze od SEM właśnie o spadek potencjału na oporze wewnętrznym
Z tej zależności wynika, że \( U_{z} = \epsilon \), gdy \( I = 0 \)
Typowe wartości oporu wewnętrznego różnych źródeł są zestawione w Tabela 1.
Źródło prądu | Opór wewnętrzny |
akumulator | kilka m \( \Omega \) |
stabilizator sieciowy | 1-50m \( \Omega \) |
bateria typu R20 | 1-3 \( \Omega \) |
mikrofon | ok. 600 \( \Omega \) |
ogniwo słoneczne | 5-100k \( \Omega \) |
Rozpatrzmy teraz pokazany na Rys. 1 najprostszy obwód zamknięty. Linią przerywaną zaznaczono rzeczywiste źródło prądu, tj. źródło siły elektromotorycznej \( \epsilon \) oraz opór wewnętrzny \( R_{w} \). Opornik zewnętrzny \( R_{z} \) przedstawia odbiornik mocy nazywany obciążeniem (np. żarówka, głośnik), a \( U_{z} \) jest napięciem zasilania (na biegunach źródła).
Posłużymy się teraz równaniem ( 1 ), aby znaleźć natężenie prądu w tym obwodzie zamkniętym. Przekształcając ten wzór otrzymujemy
Zgodnie z prawem Ohma \( U_{z} = IR_{z} \) więc
Symulacja 1: Siła elektromotoryczna baterii (SEM)
Pobierz symulacjęSprawdź jak działa bateria. Ustaw napięcie baterii, a zobaczysz ruch ładunków pomiędzy jej końcami. Napięcie na baterii możesz odczytać na woltomierzu.
Symulacja 2: Obwód, bateria, rezystor
Pobierz symulacjęZobacz wizualizację przepływu prądu w prostym obwodzie złożonym z baterii i rezystora.