내부 저항과 유용한 전력

배터리 전압이 떨어지는 이유

내부 저항은 전원 안에서 전류를 방해하여 부하를 연결하면 단자 전압을 낮춥니다. 부하는 에너지를 사용하는 회로이며, 밀리암페어(mA)는 1000분의 1암페어이고 와트(W)는 전력 단위입니다.

실험대

회로 설정을 바꾸고 측정값을 예상한 뒤 과제를 확인하세요. 학습용 모델이며 각 수업에서 가정을 설명합니다.

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동작 원리

이상적인 전압원과 고정 내부 저항 모델입니다. 배터리 화학, 충전 상태, 발열과 사용 시간은 계산하지 않습니다.

Vs는 전원 전압, Ri는 내부 저항, RL은 부하 저항, I는 전류입니다. I = Vs/(Ri + RL), 부하 전압 = I × RL. 부하 전력 = I² × RL, 내부 손실 = I² × Ri.

난이도

만들기 · 회로 만들기
9 V, 내부 저항 2 Ω, 부하 100 Ω으로 전원을 켜고 약 8.824 V를 읽으세요.
힌트가 필요한가요?
Vs = 9 V; Ri = 2 Ω; RL = 100 Ω → 8.824 V
탐구하기 · 한 가지 바꾸기
9 V, 내부 저항 5 Ω에서 부하 전압을 8.5 V 이상, 전류를 50 mA 이상으로 유지하세요.
힌트가 필요한가요?
Vs = 9 V; Ri = 5 Ω; RL = 100 Ω → 8.571 V; 85.714 mA
스스로 풀기 · 문제 해결
9 V, 내부 저항 10 Ω에서 내부 손실은 0.35 W 이하로 하고 부하에 1.2–1.4 W를 전달하세요.
힌트가 필요한가요?
Vs = 9 V; Ri = 10 Ω; RL = 40 Ω → 1.296 W; 0.324 W

추가 읽기와 회로 레시피

부하가 없을 때 정상처럼 보이는 전원도 전류가 흐르면 전압이 내려갈 수 있습니다. 전압 측정 하나만으로 내부 저항을 알 수는 없습니다.

Ri가 양수이고 부하값에 제한이 없으면 RL = Ri에서 부하 전력이 최대입니다. 절반은 내부 손실이므로 최대 전력은 최대 효율이 아닙니다. 슬라이더 범위에서는 그 조건에 도달하지 못할 수 있습니다.

부하 저항이 작으면 더 많은 전류를 요구합니다. 전원의 부담이 작다는 뜻이 아닙니다.

직렬 저항이 커지면 전류가 줄어 I × RL도 낮아집니다.