ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Prąd elektryczny i obwodyklasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/sem-i-opor-wewnetrzny-ogniwa/

Fizyka · Prąd elektryczny i obwody · kl. 3 · zakres rozszerzony

SEM i opór wewnętrzny ogniwa

Bateria nie daje pełnego napięcia, gdy czerpiesz z niej prąd, bo sama ma opór. Zobacz, ile napięcia „ginie” w środku.

ok. 3 min czytania8 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1SEM i opór wewnętrzny

  • Oznaczenia: ε — siła elektromotoryczna źródła [V]; W — praca sił zewnętrznych (nieelektrostatycznych, np. chemicznych) przy przeniesieniu ładunku przez źródło [J]; q — ładunek [C]; r — opór wewnętrzny źródła [Ω]; R — opór obwodu zewnętrznego [Ω]; I — natężenie [A]; U — napięcie na zaciskach [V].
  • SEM to energia, którą źródło dostarcza jednostce ładunku: ε = W przez q. Mierzy się ją w woltach, ale nie jest równa napięciu na zaciskach pod obciążeniem.
  • Każde ogniwo ma opór wewnętrzny r. Gdy płynie prąd, na r powstaje spadek napięcia I · r.
Rεr+IIU0εε/rnachylenie −r
Źródło o SEM ε i oporze wewnętrznym r z opornikiem R oraz wykres napięcia na zaciskach U od natężenia I
Zapamiętaj

I = ε przez R + r, a napięcie na zaciskach U = ε − I · r (= I · R). Napięcie na zaciskach równa się ε tylko wtedy, gdy I = 0.

  • Zwarcie (R ≈ 0): Izw = ε przez r. Akumulator samochodowy ma bardzo małe r, więc prąd zwarcia jest ogromny – przewody mogą się stopić.

2Przykład

  • Dane: ε = 4,5 V, r = 0,5 Ω, R = 8,5 Ω.
  • Wzory: I = ε przez R + r, U = ε − I · r.
  • Obliczenia: I = 4,5 V przez 8,5 Ω + 0,5 Ω = 0,5 A; U = 4,5 V − 0,5 A · 0,5 Ω = 4,25 V. Sprawdzenie: I · R = 0,5 A · 8,5 Ω = 4,25 V.
  • Odpowiedź: I = 0,5 A, U = 4,25 V; na oporze wewnętrznym „ginie” 0,25 V.
Sprawdź, czy rozumiesz

Siła elektromotoryczna źródła to

3Jak wyznaczyć ε i r

  • Woltomierz o bardzo dużym oporze dołączony do nieobciążonego źródła pokazuje w przybliżeniu ε. Pod obciążeniem mierzysz I i U, a wtedy r = ε − U przez I; dla danych z przykładu r = 4,5 V − 4,25 V przez 0,5 A = 0,5 Ω.
  • Dokładniej: wykonaj kilka pomiarów (I, U) przy różnych R i narysuj wykres U(I). Punkt przecięcia z osią U to ε, nachylenie prostej to −⁠r, a przecięcie z osią I to prąd zwarcia.
Uwaga na błąd

„Napięcie baterii zawsze równa się jej SEM”

Tak jest tylko bez prądu; im większy prąd, tym niższe napięcie na zaciskach.

✎Ściąga: SEM i opór wewnętrzny ogniwa

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • I = ε przez R + r, a napięcie na zaciskach U = ε − I · r (= I · R). Napięcie na zaciskach równa się ε tylko wtedy, gdy I = 0.
  • Oznaczenia: ε — siła elektromotoryczna źródła [V]; W — praca sił zewnętrznych (nieelektrostatycznych, np. chemicznych) przy przeniesieniu ładunku przez źródło [J]; q — ładunek [C]; r — opór wewnętrzny źródła [Ω]; R — opór obwodu zewnętrznego [Ω]; I — natężenie [A]; U — napięcie na zaciskach [V].
  • SEM to energia, którą źródło dostarcza jednostce ładunku: ε = W przez q. Mierzy się ją w woltach, ale nie jest równa napięciu na zaciskach pod obciążeniem.
  • Zwarcie (R ≈ 0): Izw = ε przez r. Akumulator samochodowy ma bardzo małe r, więc prąd zwarcia jest ogromny – przewody mogą się stopić.
  • Dane: ε = 4,5 V, r = 0,5 Ω, R = 8,5 Ω.
  • Wzory: I = ε przez R + r, U = ε − I · r.
  • Obliczenia: I = 4,5 V przez 8,5 Ω + 0,5 Ω = 0,5 A; U = 4,5 V − 0,5 A · 0,5 Ω = 4,25 V. Sprawdzenie: I · R = 0,5 A · 8,5 Ω = 4,25 V.
  • Odpowiedź: I = 0,5 A, U = 4,25 V; na oporze wewnętrznym „ginie” 0,25 V.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Natężenie prądu w obwodzie ze źródłem o SEM ε i oporze wewnętrznym r oraz z opornikiem R wynosi

    1. AI = ε/R
    2. BI = (R + r)/ε
    3. CI = ε/(R + r)
    4. DI = ε·R/(R + r)
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: I = ε/(R + r) – Opory R i r są połączone szeregowo, więc I = ε/(R + r); wyrażenie ε·R/(R + r) to napięcie na zaciskach.

  2. Dla ε = 4,5 V, r = 0,5 Ω i R = 8,5 Ω natężenie prądu wynosi

    1. A0,5 A
    2. B2 A
    3. C0,53 A
    4. D9 A
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 0,5 A – I = 4,5 V / (8,5 Ω + 0,5 Ω) = 0,5 A; pominięcie r dałoby ok. 0,53 A.

  3. Napięcie na zaciskach źródła, z którego płynie prąd I, wynosi

    1. Aε·r
    2. Bε − I·r
    3. Cε + I·r
    4. Dε/(I·r)
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: ε − I·r – Część SEM „zużywa się” na oporze wewnętrznym, więc U jest mniejsze o I·r.

  4. Kiedy napięcie na zaciskach źródła jest równe jego SEM?

    1. AZawsze
    2. BGdy prąd nie płynie (I = 0)
    3. CGdy opór wewnętrzny jest duży
    4. DGdy źródło jest zwarte (R = 0)
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Gdy prąd nie płynie (I = 0) – Bez prądu nie ma spadku napięcia I·r na oporze wewnętrznym.

  5. Jakie jest natężenie prądu przy zwarciu źródła o ε = 9 V i r = 0,3 Ω?

    1. A0,03 A
    2. B30 A
    3. C9 A
    4. D2,7 A
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 30 A – I = ε/r = 9 V / 0,3 Ω = 30 A; 2,7 A to iloczyn ε·r.

  6. Źródło ma ε = 4,5 V. Przy prądzie 0,5 A woltomierz na zaciskach pokazuje 4,25 V. Opór wewnętrzny wynosi

    1. A9 Ω
    2. B0,25 Ω
    3. C8,5 Ω
    4. D0,5 Ω
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 0,5 Ω – r = (ε − U)/I = 0,25 V / 0,5 A = 0,5 Ω; 8,5 Ω to opór zewnętrzny (U/I).

  7. Siła elektromotoryczna źródła to

    1. Amoc źródła
    2. Benergia dostarczana przez źródło jednostce ładunku
    3. Cprąd płynący w obwodzie
    4. Dopór wewnętrzny źródła
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: energia dostarczana przez źródło jednostce ładunku – ε = W/q, jednostką jest wolt.

  8. Wykres napięcia na zaciskach U od natężenia I dla źródła z oporem wewnętrznym to

    1. Aprosta malejąca, przecinająca oś U w punkcie ε
    2. Bprosta pozioma
    3. Cprosta rosnąca przez początek układu
    4. Dparabola
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: prosta malejąca, przecinająca oś U w punkcie ε – U = ε − I·r jest funkcją liniową malejącą z wyrazem wolnym ε i nachyleniem −⁠r.

Cały dział „Prąd elektryczny i obwody”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki