Как замерить сопротивление аккумулятора мультиметром

Использование параметра внутреннего сопротивления при отработке технологии изготовления источников тока и диагностике их состояния

Измерения внутреннего сопротивления ХИТ
могут быть использованы разработчиками при
отработке технологии их изготовления. В этом
случае наиболее полезной является информация о сопротивлении R_Ω, так как она дает возможность лучше выявить все зависимости
между конструктивными и технологическими
параметрами и конечными характеристиками
изделия. Такая информация помогает быстрее
выбрать лучший сепарационный материал, определить допуски при дозировке электролита,
оценить плотность сборки.

Для диагностики технического состояния
ХИТ (степени разряженности, степени деградации, состояния после длительного хранения) в зависимости от природы источников
тока разных электрохимических систем полезной может быть информация и об омическом сопротивлении, и о поляризационном.

У герметичных источников тока с водным
электролитом (щелочных и свинцово-кислотных) осушение сепаратора в результате разбухания электродов и некоторых потерь воды,
изменение плотности сборки электродов и деформация аккумуляторов в результате повышенного давления приводят к увеличению
омического сопротивления. У литиевых источников тока этот эффект выражен меньше, а изменение поверхностной анодной пленки сказывается на поляризационном сопротивлении.

К сожалению, изменения параметров внутреннего сопротивления ХИТ в литературе обычно описывают только качественно.
Из-за большого спектра используемых в разных приложениях источников тока, разнообразия их конструкций и технологий изготовления диагностика состояния ХИТ по величине их внутреннего сопротивления может стать
возможной лишь при накоплении данных относительно конкретных источников тока ,
так как:

• разброс R_Ω свежеизготовленных ХИТ конкретного типа может быть соизмерим с изменением RΩ этого источника тока в процессе разряда; это в наибольшей степени касается отечественных аккумуляторов;
• разброс внутреннего сопротивления аккумуляторов ведущих зарубежных компаний, таких как SAFT, SANYO, PANASONIC, обычно не превышает 20%;
• изменения R_Ω при изменении степени разряженности зависят от типа источника тока и его емкости;
• изменения R_Ω при изменении степени разряженности и степени деградации различны у разных производителей;
• диагностика литиевых источников тока по их внутреннему сопротивлению затруднена из-за быстрой пассивации анода, а разброс сопротивления пассивной пленки значительно увеличивается со временем хранения.

Возможности диагностирования состояния
литий-ионных аккумуляторов изучены плохо, но известно, что их омическое сопротивление в процессе разряда увеличивается мало,
а пассивация их анодов разного состава соизмерима с пассивацией металлического литиевого анода в литиевых элементах.

Из сказанного следует, что определение состояния источника тока с неизвестной предысторией эксплуатации весьма проблематично.
Однако при периодическом измерении R_Ω
ХИТ в процессе эксплуатации (при одинаковой высокой степени заряженности и температуре) можно прогнозировать его работоспособность. Обычно источники тока считаются работоспособными до тех пор, пока их
фактическая разрядная емкость С_раз не станет
менее 60–50% от номинальной емкости (С_н).
Зависимость С_раз и омического сопротивления в пределах этого периода эксплуатации
достаточно точно описывается эмпирическим
уравнением

С_раз R_Ω = const

Поэтому, измерив омическое сопротивление
R_Ω используемого источника тока в начале эксплуатации, при периодических последующих
его измерениях можно с достаточной точностью предсказывать реальную емкость ХИТ.
И эта процедура занимает всего несколько секунд. Измерения сопротивления возможны
и на работающих в буферном режиме батареях.

Выявление момента ускорения деградации
источников тока позволяет своевременно принять меры по восстановлению их работоспособности или замене.

По скорости изменения сопротивления в течение срока службы можно судить и о правильности условий эксплуатации.

Сравнение величин R_Ω аккумуляторов в составе батареи можно использовать для быстрого выявления «слабых». Деформация аккумуляторов или высыхание сепаратора приводит
к значительному увеличению сопротивления
относительно среднего его значения для всех
аккумуляторов батареи.

Связанные факторы

Между показателями губчатого свинца и решетки минусового электрода разницы практически нет. Однако сопротивление перекиси свинца в 10 000 раз больше, чем таковое у решетки плюсового электрода, на которую он нанесен. Сами электроды устройства могут быть выполнены по-разному, что обуславливает разницу в показателях. Различаться могут, в том числе:

• качество электрического контакта обмазки и решеток;
• конструкция электрода;
• конструкция решетки;
• наличие легирующих компонентов в АКБ.

На R сепараторов влияет перемена пористости и толщины. У электролита оно зависит от его температуры и концентрации. Если электролит замерзнет, то показатель достигнет бесконечности.

Можно ли использовать внутреннее сопротивление аккумулятора для проверки аккумулятора?

Уже довольно давно известны приборы для проверки аккумуляторов, принцип действия которых базируется на связи между внутренним сопротивлением аккумулятора и емкостью аккумулятора. Некоторые приборы (нагрузочные вилки и подобные приборы) предлагают оценить состояние аккумулятора по напряжению аккумулятора под нагрузкой (что похоже на измерение внутреннего сопротивления аккумулятора на постоянном токе). Применение других (измерителей внутреннего сопротивления аккумулятора на переменном токе) основано на связи внутреннего сопротивления с состоянием аккумулятора. Третий тип приборов (измерители спектров) позволяет сравнивать спектры внутреннего сопротивления аккумуляторов на переменном токе различных частот и делать выводы о состоянии аккумулятора на их основе.

Само по себе внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора позволяет только качественно оценить состояние аккумулятора. К тому же, производители подобных приборов не указывают, на какой частоте происходит измерение проводимости и каким током производится испытание. А, как мы уже знаем, внутреннее сопротивление аккумулятора зависит и от частоты и и от тока. Следовательно, измерение проводимости не дает количественной информации, которая позволила бы пользователю прибора определить, сколько времени проработает аккумулятор при следующем разряде на нагрузку. Этот недостаток связан с тем, между емкостью аккумулятора и внутренним сопротивлением аккумулятора нет однозначной зависимости.

Методика контрольного разряда

Чтобы проверить аккумулятор мультиметром способом контрольного разряда, предварительно рассчитывается нагрузка. Он должна составлять силе тока разрядки. Этот параметр зафиксирован в технической документации, которая прилагается к источнику питания.

Как проверить емкость аккумулятора, если паспорт отсутствует? Данные легко на сайте компании-производителя.

Мультиметр остается подключенным до тех пор, пока сила тока не снизится до 50–60%. Значение, которое было получено, сравнивают с тем, которое прописано в техническом паспорте. Если они существенно отличаются, то рекомендуется замена источника питания.

Проверка других параметров автомобильного источника питания

Современный мультиметр отличается многофункциональностью. С его помощью измеряется не только остаточная емкость аккумулятора.

Виды батареек

Портативные элементы питания различаются как по принципу работы, так и по внешнему виду. Основные типы батареек:

Читать также: Как выбрать ступенчатое сверло

• Пальчиковые (обозначение размера АА);
• Мизинчиковые (размер ААА);
• Большие цилиндрические (размером D);
• Средние цилиндрические (обозначаются С);
• Тип Крона (форма — параллелепипед);
• Плоские (форма — уплощенный параллелепипед).

В маломощных приборах уменьшение вольтажа батарейки долго не сказывается на работоспособности, а в мощных, типа фотоаппаратов или электродвигателей, даже небольшое проседание напряжения вызовет отказ оборудования.

По типу внутреннего наполнения элементы питания также различаются. Выделяют такие виды:

• «Солевые», «сухие» — угольно-цинковые. Этот тип батареек наиболее дешевый, но быстрее всего разряжается и плохо работает в холодных условиях и с мощными нагрузками;
• HeavyDuty — хлоридно-цинковые, похожи на предыдущий тип, имеют чуть большую емкость;
• «Алкалиновые», щелочные — лучше работают при низких температурах и держат заряд при большом токе, но быстро разряжаются;
• С применением ртути — высокоемкие, их трудно быстро разрядить, однако из-за опасности ртути они вышли из употребления;
• С использованием серебра — медленно разряжаются и хорошо работают с мощной нагрузкой, но дорогие;
• Литиевые — имеют наивысшую ёмкость и наименьшую массу среди подобных. Долгий срок годности. Высокая цена.

Также все батареи делятся на два типа: первичные, то есть гальванические элементы и вторичные, то есть перезарядные или аккумуляторные. Первые обычно дешевле, но после использования их необходимо утилизировать. Вторые часто имеют меньшую емкость, более дороги, но могут быть перезаряжены зарядным устройством.

Проверка заряда и емкости

Заряд аккумулятора можно проверить, только переведя полученные данные от мультиметра. Проверять рекомендуется при условии, что с момента его отключения от автомобиля или подзарядки прошло около 5 часов. Это позволит получить более точные данные. Стоит отметить, что температура окружающей среды не может оказать влияние на точность показаний.

При рассмотрении показателей отметим следующую закономерность:

1. Напряжение 12.8 В говорит о полном заряде аккумулятора. Данное значение может быть даже несколько выше. Однако, значительное превышение говорит о серьезных неисправностях.
2. Показатель 12.6 В соответствует 75% заряда.
3. Напряжение 12.2 В – АКБ имеет только половину заряда.
4. 12 В на мультиметре говорит о заряде 25 %.

Если напряжение в созданной цепи менее 12 В то заряд опустился ниже 25%.

Еще одним важным показателем можно назвать емкость аккумулятора.

Провести проверку емкости можно следующим образом:

1. Следует провести полную зарядку АКБ.
2. Для того, чтобы получить необходимые данные на аккумулятор, следует подать нагрузку, для чего можно соединить несколько автомобильных фар в одну цепь.
3. Тусклое свечение при показателе меньше чем 12.4 В говорит о том, что в зимнее время возможны проблемы с заводом автомобиля.
4. Если показатель опустился менее 12 В, значит следует провести замену АКБ.

Как проверить заряд аккумулятора мультиметром — в домашних условиях

Можно ли использовать внутреннее сопротивление аккумулятора для проверки аккумулятора?

Уже довольно давно известны приборы для проверки
аккумуляторов, принцип действия которых базируется на связи между внутренним сопротивлением
аккумулятора и емкостью аккумулятора. Некоторые
приборы (нагрузочные вилки и подобные приборы) предлагают оценить состояние аккумулятора
по напряжению аккумулятора под нагрузкой (что похоже на измерение внутреннего сопротивления аккумулятора
на постоянном токе). Применение других (измерителей внутреннего сопротивления
аккумулятора на переменном токе) основано на связи внутреннего сопротивления с состоянием
аккумулятора. Третий тип приборов (измерители спектров) позволяет сравнивать спектры
внутреннего сопротивления аккумуляторов на переменном токе различных частот и делать
выводы о состоянии аккумулятора на их основе.

Само по себе внутреннее сопротивление (или проводимость)
аккумулятора позволяет только качественно оценить состояние аккумулятора. К тому же, производители
подобных приборов не указывают, на какой частоте происходит измерение проводимости и каким
током производится испытание. А, как мы уже знаем, внутреннее сопротивление аккумулятора
зависит и от частоты и и от тока. Следовательно, измерение проводимости не дает количественной
информации, которая позволила бы пользователю прибора определить, сколько времени проработает
аккумулятор при следующем разряде на нагрузку. Этот недостаток связан с тем, между
емкостью аккумулятора и
внутренним сопротивлением аккумулятора нет однозначной зависимости.

Самые современные тестеры аккумуляторов
основаны на анализе осциллограммы отклика аккумулятора на сигнал специальной формы. Они быстро
оценивают емкость аккумулятора, что позволяет
следить за износом и старением свинцового аккумулятора,
рассчитать длительность разряда аккумулятора при данном его состоянии и составить
прогноз оставшегося ресурса свинцового аккумулятора.

Как проверить емкость аккумулятора?

Что такое емкость аккумуляторной батареи? Насколько значим этот параметр?

Емкость автомобильного аккумулятора показывает, какой «объем» энергии агрегат отдает за определенный временной промежуток. Зная реальную емкость аккумулятора, легко определить, в течение какого периода устройство будет работать.

Проверка с помощью тестера

Для проверки работоспособности источника питания, установления емкости используют тестеры. Ведь эти устройства выделяются обширным функционалом. Ими пользуются для проверки различных источников питания.

Перед тем как воспользоваться тестером, необходимо изучить, как измерить емкость аккумулятора.

В состав тестера включена кнопка, при помощи которой измеряются различные параметры: емкость, нагрузка, сила тока. Перед тестированием выбирается необходимый режим.

Полученное в процессе измерения значение считается приблизительным. Для установления точного значения используют математические формулы.

Применение мультиметра

Проверку емкости аккумулятора мультиметром провести несложно. Ведь это устройство отличается простотой конструкции, несколькими режимами работы.

Чтобы проверить мультиметром емкость акб, используют несколько способов.

Тестирование под нагрузкой

В качестве нагрузки во время измерения емкости аккумулятора выступает лампочка. Если в процессе тестирования яркость лампочки снижается, она тускнет, проверка прекращается. Ведь это свидетельствует о неработоспособности источника питания.

При определении нагрузки, которая требуется для измерения емкости аккумулятора, учитывается ампераж. Если номинальная емкость составляет 7 А/ч, то величина нагрузки – 3,5 Вольт. При таких показателях для тестирования можно использовать автомобильную фару.

Для установления аккумулятора емкости выполняют такие действия:

1. Отключение источника питания от генератора.
2. Подведение нагрузки. Под нагрузкой аккумуляторная батарея работает 1–2 минуты.
3. Отключение нагрузки.
4. Подключение к устройству мультиметра. Емкость аккумулятора мультиметром измеряется в течение 10–20 секунд.
5. Фиксация показаний.

Напряжение в 12,4–12,5 Вольт свидетельствует о том, что автоаккумулятор нормально функционирует. Если определяется значение в 12 Вольт и ниже, то возникает необходимость в замене источника питания.

Проверяем уровень электролита

Как уже было сказано выше перед тестированием необходимо провести техническое обслуживание аккумулятора. Первое, что нужно сделать, проверить уровень электролита в банках и его плотность. Дело в том, что со временем из электролита, а особенно летом в жару вода испаряется или выкипает при зарядке. Уровень электролита понижается и обнажаются пластины. Пониженный уровень и повышенная его плотность приводят к снижению характеристик аккумулятора.

Аккумулятор производившийся в СССР

На старых, советских АКБ доступ к банкам был прост, открутил крышку, и всё. На большинстве современных доступ к банкам скрыт под платиной, а у некоторых необслуживаемых, доступа вовсе нет. Такие батареи нужно менять или искать возможность провести ТО и «оживить» его.

К стати такие батареи было очень удобно проверять на замыкание. Необходимо было просто проверить напряжение каждой банки. Если напряжение отсутствовало, эту банку просто закорачивали перемычкой. Общее напряжение падало, но эксплуатация была возможна. Минус был в постоянном кипении и быстром выходе её из строя.

Обслуживаемые аккумуляторы обычно имеют пластину, закрывающую крышки банок, либо сама пластина устроена, так что закрывает отверстия банок. Достаточно поддеть её отвёрткой и снять вверх. Открутив крышки, вы увидите через отверстия уровень каждой банки. Если оценить количество электролита визуально не удаётся можно опустить, что-нибудь в отверстие. Только не допустите попадания мусора.

Крышка может быть совмещена с пробками банок АКБ

Нормальным уровнем считается, когда электролит накрывает пластины примерно на сантиметр. Если меньше, то необходимо долить дистиллированную воду. Заметьте, именно воду, а не электролит. После доливки воды необходимо АКБ нужно зарядить, а после зарядки проконтролировать его плотность ареометром. Для большей части России считается нормальной плотность электролита 1,27 г/см³ при полностью заряженном аккумуляторе.

Ареометр для проверки плотности электролита

Ниже привожу таблицу рекомендуемой плотности электролита в зависимости от климата.

Плотность электролита и климатические условия

Внутреннее сопротивление аккумулятора — что это

Данный технический показатель не настолько прост для объяснения, поэтому начать лучше на доступных примерах и ситуациях. Скажем, когда приобретается новая батарея, то у неё напряжение будет равно 13 В. Каждый подключенный потребитель тока обладает собственным сопротивлением, а, стало быть, потенциал батареи будет постоянно меньше максимального значения.

Измерение напряжения на аккумуляторе с помощью мультиметра

Это идёт в разрез с общеизвестной формулой, которая говорит нам, что:

Сила тока = напряжение / сопротивление.

Оказывается, что уменьшение силы тока происходит не только после подключения к АКБ внешних потребителей. Благодаря процессам, происходящим внутри аккумулятора, он и сам теряет свои максимальные характеристики.

Как проверить внутреннее сопротивление

Для вычисления внутреннего сопротивления аккумулятора 18650 выполняют нижеуказанные манипуляции:

• К АКБ подключают нагрузку: лампу, мотор или другое специальное устройство;
• Дают нагрузке пару секунд для полноценной работы;
• Измеряют напряжение электропитания (U1);
• Выключают полностью нагрузку и ждут пару секунд;
• Снова измеряют электронапряжение на полюсах АКБ (U2);
• Находят разницу между 2 значениями U1 и U2, потом делят ее на номинальную указанную создателем питания, разность потенциалов, после переводят результат в процентные данные. Если выведенный показатель меньше 0,4%, значит, внутреннего типа сопротивление нормальное.

Компоненты с показателем 0,5% и более, являются непригодными для последующей эксплуатации и подлежат замене. Даже если вы продолжите их использовать, они все равно долго не продержатся.

Реактивное внутреннее сопротивление

Кроме гальванических и электролитических двухполюсников, существуют источники питания, схемы которых включают в себя реактивные элементы. При определении их внутреннего сопротивления используют метод комплексных амплитуд. Он подразумевает использовать при расчётах комплексные сопротивления элементов, включённых в схему. Величины токов и напряжений заменяются значениями их комплексных амплитуд. Сам алгоритм вычисления такой же, как при расчёте активного сопротивления.

Процесс измерений r-реактивного немного отличается от измерения активной составляющей сопротивления. Методы зависят от того, какие параметры этой комплексной функции нужно узнать: отдельные составляющие или комплексное число.

На эти параметры влияет частота, поэтому, чтобы при тестировании добиться информации о внутреннем реактивном значении r, нужно убрать частотную зависимость. Это достигается комплексом замеров на всём диапазоне частот, генерируемых таким двухполюсником.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Разберем, как измерить внутреннее сопротивление стартовых кислотных аккумуляторов. Используем галогеновую автомобильную лампу мощностью 60 Вт, силой тока 5 А в качестве сопротивления с известными параметрами. При условии, что потери на внутреннее сопротивление не должны превышать 1 %, проведем замеры.

Параллельно аккумулятору нужно подключить вольтметр и лампу. Записать напряжение. Отключить лампу, записать напряжение. Сопротивление лампы в 5А должно создать потерю напряжения 0,05 В при токе в 100 А. ( 1В*5А/100А)

Если при замерах сопротивление увеличилось до 0,05 В, аккумулятор исправен. Величина больше 0,2 В показывает, в аккумуляторе велико внутреннее сопротивление, нужно искать причину.

Измерение внутреннего измерения свинцового аккумулятора мало изменяется от конструктивных элементов , отрицательных электродов и губчатого свинца. А вот активная замазка и положительный электрод оказывают сопротивление прохождению тока в 10 тысяч раз большее. С повышением степени сульфатирования, усиливается сопротивление, при постоянном напряжении падает сила тока. При получении зарядного тока кристаллы разрушаются, сопротивление уменьшается.

Важно, что прямое воздействие на внутреннее сопротивление оказывает температура электролита. При замерзании электролита он работает, как изолятор

Идеально электролитическая реакция идет при 15 0 С и плотности электролита 1,25 г/см3. Повышение температуры также негативно сказывается на проходимости заряда-разряда в аккумуляторе автомобиля. Каким должно быть внутреннее сопротивление в рассматриваемый момент зависит от температуры и степени заряда аккумулятора.

Отдельно нужно рассмотреть сопротивление сепаратора – прокладки между положительной и отрицательной пластиной. Она не является препятствием для движения диссациированной массы электролита, но создает сопротивление поляризации. На поверхности создается двойной электрический слой, являющийся препятствием к прохождению заряда.

Свойство стартерных аккумуляторов накапливать и отдавать большой ток, обусловлено низким внутренним сопротивлением этого вида аккумуляторов. Показатель также зависит от частоты питающего тока.

Норма внутреннего сопротивления нового аккумулятора составляет 0,005 Ом при температуре 15-20 0 С, но с момента эксплуатации величина неуклонно растет. Какое состояние устройства в текущий момент можно определить с помощью нагрузочной вилки.

Если разряжается аккумулятор

Бывают случаи, когда автомобиль стоит на стоянке и за ночь садится аккумулятор. Сначала нужно проверить сам АКБ нагрузочной вилкой. Если он в порядке проверять ток утечки следующим образом:

1. Переводим тестер в режим измерения постоянного тока.
2. Ставим диапазон на 10 А.
3. Выключаем зажигание и вытаскиваем ключ с замка.
4. Отключаем минусовую или плюсовую клемму аккумулятора, какую удобно. Ставим клещи прибора в разрыв. То есть один щуп на клемму самого АКБ, а второй на провод от автомобиля.
5. На приборе мы увидим тока утечки, потребляемый автомобилем и его системами в данный момент.

Схема подключения тестера

Нужно иметь в виду, что многие современные машины имеют систему электропитания, которая засыпает через 10-15 минут после выключения зажигания. Поэтому приходится ждать пока электроника не уснет. Нормальное значение для тока утечки порядком 0,01 – 0,08 А. Если значение превышает, нужно искать причину высокого потребления.

Не подключайте мультиметр в режиме измерения тока к плюсу и минусу аккумулятора одновременно, может сгореть предохранитель или сама плата внутри.

Для того, чтобы найти оборудование, которое потребляет повышенный ток, его нужно исключить из общей цепи автомобиля. Находим монтажный блок и поочередно отключаем предохранители и реле от потребителей. Как только ток утечки снизился, смотрим какой предохранитель вынули и за что он отвечает. Если и эта проверка не помогла, отключаем плюс от стартера и генератора.

• akbvavto.ru/maintenance/proverka-akkumulyatora-nagruzochnoy-vilkoy.html
• AutoTopik.ru/jelektrika/akb/1330-proverka-nagruzochnoy-vilkoy.html
• TechAutoPort.ru/elektrooborudovanie-i-elektronika/istochniki-pitaniya/nagruzochnaya-vilka.html
• remam.ru/elektrik/kak-proverit-akkumulyator-nagruzochnoj-vilkoj.html
• AvtoSotka.ru/sovety-i-opyt/proverka-akb-nagruzochnoj-vilkoj-pokazaniya.html
• diagnozbibike.ru/proverka-akkumulyatora/

Реактивное внутреннее сопротивление

Кроме гальванических и электролитических двухполюсников, существуют источники питания, схемы которых включают в себя реактивные элементы. При определении их внутреннего сопротивления используют метод комплексных амплитуд. Он подразумевает использовать при расчётах комплексные сопротивления элементов, включённых в схему. Величины токов и напряжений заменяются значениями их комплексных амплитуд. Сам алгоритм вычисления такой же, как при расчёте активного сопротивления.

Процесс измерений r-реактивного немного отличается от измерения активной составляющей сопротивления. Методы зависят от того, какие параметры этой комплексной функции нужно узнать: отдельные составляющие или комплексное число.

На эти параметры влияет частота, поэтому, чтобы при тестировании добиться информации о внутреннем реактивном значении r, нужно убрать частотную зависимость. Это достигается комплексом замеров на всём диапазоне частот, генерируемых таким двухполюсником.

Расчет внутреннего сопротивления источника напряжения

Реальные источники напряжения обладают собственным электрическим сопротивлением, которое называется «внутреннее сопротивление». Присоединенная на выводы источника нагрузка обозначается под названием «внешнее сопротивление» – R.

Батарея аккумуляторов генерирует ЭДС:

ε = E/Q, где:

• Е – энергия (Дж);
• Q – заряд (Кл).

Суммарная ЭДС аккумуляторного элемента является напряжением его разомкнутой цепи при отсутствии нагрузки. Его можно проконтролировать с хорошей точностью цифровым мультиметром. Разность потенциалов, измеренная на выходных контактах батареи, когда она включена на нагрузочный резистор, составит меньшую величину, чем ее напряжение при незамкнутой цепи, по причине протекания тока через нагрузочное внешнее и через внутреннее сопротивление источника, это приводит к рассеиванию энергии в нем как теплового излучения.

Внутреннее сопротивление аккумулятора с химическим принципом действия находится между долей ома и несколькими омами и в основном связано с сопротивлением электролитических материалов, используемых при изготовлении батареи.

Если резистор сопротивлением R подсоединить к батарее, ток в цепи I = ε/(R + r).

Внутреннее сопротивление – не постоянная величина. На него влияет род батареи (щелочная, свинцово-кислотная и т. д.), оно изменяется в зависимости от нагрузочного значения, температуры и срока использования аккумулятора. К примеру, у разовых батареек внутреннее сопротивление возрастает во время использования, а напряжение в связи с этим падает до прихода в состояние, непригодное для дальнейшей эксплуатации.

Если ЭДС источника – заранее данная величина, внутреннее сопротивление источника определяется, измеряя ток, протекающий через нагрузочное сопротивление.

1. Так как внутреннее и внешнее сопротивление в приближённой схеме включены последовательно, можно использовать законы Ома и Кирхгофа для применения формулы:

1. Из этого выражения r = ε/I — R.

Пример.

Аккумулятор с известной ЭДС ε = 1.5 В и соединен последовательно с лампочкой. Падение напряжения на лампочке составляет 1,2 В. Следовательно, внутреннее сопротивление элемента создает падение напряжения: 1,5 — 1,2 = 0,3 В. Сопротивление проводов в цепи считается пренебрежимо малым, сопротивление лампы не известно. Измеренный ток, проходящий через цепь: I = 0,3 А. Нужно определить внутреннее сопротивление аккумулятора.

1. По закону Ома сопротивление лампочки R = U/I = 1,2/0,3 = 4 Ом;
2. Теперь по формуле для расчета внутреннего сопротивления r = ε/I — R = 1,5/0,3 — 4 = 1 Ом.

В случае короткого замыкания внешнее сопротивление падает почти до нуля. Ток может ограничивать свое значение только маленьким сопротивлением источника. Сила тока, возникающая в такой ситуации, настолько велика, что источник напряжения может быть поврежден тепловым воздействием тока, существует опасность возгорания. Риск пожара предотвращается установкой предохранителей, например, в цепях автомобильных аккумуляторов.

Внутреннее сопротивление источника напряжения – важный фактор, когда решается вопрос, как передать наиболее эффективную мощность подсоединенному электроприбору.

Важно!

Максимальная передача мощности происходит, когда внутреннее сопротивление источника равно сопротивлению нагрузки.

Однако при этом условии, помня формулу Р = I² x R, идентичное количество энергии отдается нагрузке и рассеивается в самом источнике, а его КПД составляет всего 50%.

Требования нагрузки должны быть тщательно рассмотрены для принятия решения о наилучшем использовании источника. Например, свинцово-кислотная автомобильная батарея должна обеспечивать высокие токи при сравнительно низком напряжении 12 В. Ее низкое внутреннее сопротивление позволяет ей это делать.

В некоторых случаях источники питания высокого напряжения должны иметь чрезвычайно большое внутреннее сопротивление, чтобы ограничить ток к. з.