内阻与有用功率
电池为什么会掉电压
内阻是电源内部对电流的阻碍,会让接上负载后的端电压降低。负载是使用电能的电路;毫安(mA)是千分之一安培,瓦特(W)是功率单位。
实验台
改变电路设置,预测读数,再检查挑战结果。这些是教学模型,每课都会说明模型的假设。
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工作原理
理想电压源加固定内阻模型。不模拟电池化学、剩余电量、发热或续航。
Vs 是源电压,Ri 是内阻,RL 是负载电阻,I 是电流。I = Vs/(Ri + RL);负载电压 = I × RL。负载功率 = I² × RL;内部损耗 = I² × Ri。
难度
搭建 · 搭建电路
开启电源,设为 9 V、内阻 2 Ω、负载 100 Ω。读出约 8.824 V。
需要提示?
Vs = 9 V; Ri = 2 Ω; RL = 100 Ω → 8.824 V
探索 · 改变一个参数
在 9 V、内阻 5 Ω 下,使负载电压至少 8.5 V,电流至少 50 mA。
需要提示?
Vs = 9 V; Ri = 5 Ω; RL = 100 Ω → 8.571 V; 85.714 mA
独立解题 · 完成挑战
在 9 V、内阻 10 Ω 下,向负载提供 1.2–1.4 W,同时内部损耗不超过 0.35 W。
需要提示?
Vs = 9 V; Ri = 10 Ω; RL = 40 Ω → 1.296 W; 0.324 W
延伸阅读与电路配方
电池为什么会掉电压
有用的规律
电源空载时可能看起来正常,一有电流就掉电压:只测一次电压不能判断内阻。
模型之外
Ri 为正且负载值不受限制时,本模型在 RL = Ri 处达到最大负载功率。此时一半功率损耗在内部,最大功率不等于最高效率;滑块范围可能无法达到该条件。
值得避开的误区
负载电阻越小,要求的电流越大,并不意味着电源负担更小。
源电压和负载不变,内阻增大。负载电压会…
- 升高
- 降低
- 不变
延伸阅读
串联总电阻增大使电流减小,因此 I × RL 降低。