Tinkercad-ban 9V-os elemre kapcsolva mekkora terhelésnél kapunk legnagyobb teljesítményt?

Elvileg 0 Ohm ellenállásnál, hisz:

R = U / I => I = U / R = 9 V / 0 ohm = ∞ A

így, mivel:

P = U * I = 9 V * ∞ A = ∞ W

viszont - mint egy TinkerCAD szimulációjában láthatjuk:

[link]

- 0 picoohm-os terhelőellenállásnál csak 6A áramerősség folyik az áramkörben, ugyanis az elemnek van belső ellenállása - a szimulációban:

R = U / I = 9 V / 6 A = 1,5 ohm

Másrészt a való életben egy elemnek/akkumulátornak van egy bizonyos terheléshez rendelhető kapacitása, nem meríthető a végtelenségig - pár példa:

- [link]

- [link]

- [link]

- [link]

- [link]

Akkor, ha a terhelő ellenállás megegyezik az elem belső ellenállásával. Ehhez megállapítod az elem belső ellenállását. Az elememet rövidrezárod és megméred a rövidrezárási áramát, melynek alapján a belső ellenállása: Rb=Uo/Iz. A 2-es által linkelt kép szerint: Rb=9/6=1,5 Ω. Ebben az esetben akkor lesz a legnagyobb teljesítmény a terhelésen, ha Rt=Rb=1,5 Ω.

Vagy úgy is megállapíthatod, hogy az elemre kapcsolsz egy voltmérőt, amely terhelés nélkül Uo=9 V-ot mutat. Ezután az elemre kapcsolsz különböző ellenállásokat. Annál az ellenállásnál lesz a legnagyobb a teljesítmény, amellyel terhelve az elemet annak kapocsfeszültsége az üresjárási feszültség felére, Uk=4,5 V-ra csökken. Azért, mert, amikor Rt=Rb, akkor Uk=Uo/2.

Ez így az áramkör szimulátorban működik, de a valóságban nem annyira, mert egy elemet nem szép dolog rövidrezárni, vagy annyira leterhelni, hogy a feszültsége a felére csökkenjen. Az 1,5 Ω-os belső ellenállás pedig nagyon távol van a valóságtól, egy 9 V-os elem belső ellenállása sokkal nagyobb.

A fenti példa egy áramkör szimulátorban:

Rt=0,75 Ω (Rt<Rb):

[link]

A terhelésre jutó teljesítmény: Pt=3·4=12 W

Rt=1,5 Ω (Rt=Rb):

[link]

A terhelésre jutó teljesítmény: Pt=4,5·3=13,5 W

Rt=3 Ω (Rt>Rb):

[link]

A terhelésre jutó teljesítmény: Pt=6·2=12 W