Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Zapisz jako PDF Udostępnij materiał

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 napięciowymŹródło napięciowenapięciowym, w odróżnieniu od źródła prądowegoŹródło prądoweźródła prądowego, utrzymującego stałe natężenie prądu.

RAQnF8WQAabQi
Rys. 1. Charakterystyka napięciowo-prądowa idealnego źródła napięcia

Wykres przedstawiony na Rys. 1. nazywa się charakterystyką napięciowo‑prądowąCharakterystyka napięciowo‑prądowacharakterystyką 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.

Rpt88vmF4UhoH
Rys. 2. Schemat obwodu do wyznaczania charakterystyki napięciowo-prądowej źródła

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‑prądowąCharakterystyka napięciowo‑prądowaCharakterystykę napięciowo‑prądową rzeczywistego źródła przedstawiono na Rys. 3.

RGpcwqMtyPUmh
Rys. 3. Charakterystyka prądowo-napięciowa rzeczywistego źródła w porównaniu ze źródłem idealnym

Zastanówmy się nad tym, jaka jest wartość prądu zwarcia źródła, zaznaczonego na wykresie symbolem I2. 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.

RuGueHE93KbZG
Rys. 4. Źródło napięcia z zaznaczonym jego oporem wewnętrznym (Rw)

Ponieważ przy zwarciu źródła cała energia wydziela się na jego oporze wewnętrznym, możemy napisać:

E=I2Rw.

Stąd

I2=ERw.

Obliczyliśmy, w którym punkcie wykres charakterystyki napięciowo‑prądowej rzeczywistego źródła napięcia przecina oś poziomą.

Napięcie oznaczane przez nas literą E, wytwarzane przez źródło wtedy, gdy nie płynie przezeń prąd, nosi nazwę siły elektromotorycznej źródłaSiła elektromotorycznasiły 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:

U=E-IRw,

gdzie I 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 U(I) opisanej ostatnim wzorem.

Słowniczek

Charakterystyka napięciowo‑prądowa
Charakterystyka napięciowo‑prądowa

(ang. voltage‑current characteristics) – zależność napięcia panującego na końcach elementu od natężenia prądu płynącego przez niego.

Siła elektromotoryczna
Siła elektromotoryczna

(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).

Źródło napięciowe
Źródło napięciowe

(ang. voltage source) – źródło prądu, które utrzymuje takie samo napięcie dla różnych obciążeń rezystancją zewnętrzną.

Źródło prądowe
Źródło prądowe

(ang. current source) – źródło prądu, które utrzymuje takie samo natężenie prądu dla różnych obciążeń rezystancją zewnętrzną.