Przeczytaj
Warto przeczytać
Źródło napięcia to urządzenie, które zapewnia energię elektryczną w obwodzie prądu. Idealne źródło wytwarza napięcie o wartości niezmiennej, niezależnie od tego, jaki obwód zostanie do niego podłączony. Przedstawia to Rys. 1. Takie idealne źródło nazywamy napięciowymnapięciowym, w odróżnieniu od źródła prądowegoźródła prądowego, utrzymującego stałe natężenie prądu.
Wykres przedstawiony na Rys. 1. nazywa się charakterystyką napięciowo‑prądowącharakterystyką napięciowo‑prądową źródła. Nazwa wywodzi się ze sposobu wykonywania takiej charakterystyki. Do źródła podłącza się odbiorniki o różnym oporze, zmieniając w ten sposób natężenie prądu płynącego w obwodzie (czyli także przez źródło). Dla każdej jego wartości notuje się napięcie, jakie panuje na zaciskach źródła. W ten sposób powstaje wykres zależności napięcia źródła od natężenia płynącego przezeń prądu. Schemat obwodu elektrycznego do wykonania takiego badania pokazany jest na Rys. 2.
Rzeczywiste źródła napięcia mają jednak inne własności i inną charakterystykę napięciowo‑prądową. Obciążenie źródła opornikiem zewnętrznym powoduje spadek napięcia na jego zaciskach. Łatwo sobie wyobrazić, że w ekstremalnej sytuacji, gdy dokonamy zwarcia zacisków, napięcie między nimi spadnie do wartości zero woltów. Charakterystykę napięciowo‑prądowąCharakterystykę napięciowo‑prądową rzeczywistego źródła przedstawiono na Rys. 3.
Zastanówmy się nad tym, jaka jest wartość prądu zwarcia źródła, zaznaczonego na wykresie symbolem . Przez jakie elementy płynie ten prąd? Jeśli stwierdzimy, że przez źródło i zerowy opór zewnętrzny, czegoś nam tu będzie jednak brakować. Przecież musi istnieć element, który odbiera energię dostarczaną przez źródło. Doprowadza nas to do wniosku, że każde źródło musi mieć swój opór wewnętrzny. Schematycznie przedstawiono to na Rys. 4.
Ponieważ przy zwarciu źródła cała energia wydziela się na jego oporze wewnętrznym, możemy napisać:
Stąd
Obliczyliśmy, w którym punkcie wykres charakterystyki napięciowo‑prądowej rzeczywistego źródła napięcia przecina oś poziomą.
Napięcie oznaczane przez nas literą , wytwarzane przez źródło wtedy, gdy nie płynie przezeń prąd, nosi nazwę siły elektromotorycznej źródłasiły elektromotorycznej źródła. Więcej na jej temat możesz przeczytać w e‑materiale „Siła elektromotoryczna źródła energii elektrycznej”.
Jeśli weźmiemy pod uwagę rzeczywiste źródło napięcia i zestawimy informacje zawarte na jego schemacie (Rys. 4.) i wykresie charakterystyki (Rys. 3.) dojdziemy do wniosku, że napięcie, które naprawdę panuje między jego zaciskami ma wartość:
gdzie jest aktualną wartością natężenia prądu płynącego w badanym obwodzie. Wykres charakterystyki napięciowo‑prądowej rzeczywistego źródła napięcia, przedstawiony linią ciągłą na Rys. 3., jest w istocie wykresem funkcji opisanej ostatnim wzorem.
Słowniczek
(ang. voltage‑current characteristics) – zależność napięcia panującego na końcach elementu od natężenia prądu płynącego przez niego.
(ang. electromotive force) – napięcie źródła powodujące przepływ prądu w obwodzie, liczbowo równe elektrycznej energii potencjalnej nadawanej ładunkowi jednostkowemu przez źródło (równe napięciu panującemu na zaciskach źródła, do którego nie podłączono obwodu zewnętrznego).
(ang. voltage source) – źródło prądu, które utrzymuje takie samo napięcie dla różnych obciążeń rezystancją zewnętrzną.
(ang. current source) – źródło prądu, które utrzymuje takie samo natężenie prądu dla różnych obciążeń rezystancją zewnętrzną.