内部抵抗と役立つ電力

電池の電圧が下がる理由

内部抵抗は電源内部で電流を妨げ、負荷があると端子電圧を下げます。負荷はエネルギーを使う回路で、ミリアンペア（mA）は1000分の1アンペア、ワット（W）は電力の単位です。

実験台

回路の設定を変え、測定値を予想してから課題を確認しましょう。教材用のモデルで、各レッスンに仮定を説明しています。

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動作の仕組み

理想電圧源と固定内部抵抗のモデルです。電池の化学、充電状態、発熱、使用時間は扱いません。

Vsは電源電圧、Riは内部抵抗、RLは負荷抵抗、Iは電流です。I = Vs/(Ri + RL)、負荷電圧 = I × RL。負荷電力 = I² × RL、内部損失 = I² × Ri。

難易度

組み立て · 組み立てる
9 V、内部抵抗2 Ω、負荷100 Ωで電源を入れ、約8.824 Vを読み取ります。
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Vs = 9 V; Ri = 2 Ω; RL = 100 Ω → 8.824 V
探究 · 一つ変える
9 V、内部抵抗5 Ωで、負荷電圧8.5 V以上、電流50 mA以上を保ちます。
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Vs = 9 V; Ri = 5 Ω; RL = 100 Ω → 8.571 V; 85.714 mA
自力で解く · 課題を解く
9 V、内部抵抗10 Ωで、内部損失を0.35 W以下にして負荷へ1.2–1.4 Wを送ります。
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Vs = 9 V; Ri = 10 Ω; RL = 40 Ω → 1.296 W; 0.324 W

追加の読み物と回路レシピ

無負荷では正常に見える電源も、電流を流すと電圧が下がることがあります。電圧の測定一回だけでは内部抵抗は分かりません。

Riが正で負荷値を制限なく選べる場合、このモデルの負荷電力はRL = Riで最大です。半分は内部で失われ、最大電力は最高効率ではありません。スライダー範囲ではその条件に届かない場合があります。

負荷抵抗が小さいほど要求電流は大きくなります。電源の負担が小さいという意味ではありません。

詳しく読む

直列の抵抗が増すと電流が減り、I × RLも下がります。