Den indre spenning som genereres i en spenningskilde kalles elektromotorisk spenning.

Transkript

1 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 3.5 KOPLNGR MD SYMMTRSK NRGKLDR SPNNNGSKLD Den indre spenning som genereres i en spenningskilde kalles elektromotorisk spenning. lektromotorisk spenning kan ha flere navn som elektrisk kildespenning, ems, emk eller elektromotorisk kraft. Spenningskilde kan f.eks være et batteri eller en generator. Figur 3.5. Batteri: R i R BATTR LDNNGR OG BLASTNNGSMOTSTAND Den elektromotoriske spenningen er den indre spenningen som genereres inne i spenningskilden. Klemmespenningen er mindre enn fordi det er en indre resistans i Batteriet R. Klemmespenningen er den spenningen som kan måles på batteri klemmene. t batteri eller en generator har et indre spenningsfall - effekttap.

2 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 2 Strømmen i kretsen: R 3.5. Klemmespenningen: R Kortslutningsstrømmen ved kortslutning av R : K R K elektromotorisk spenning (V) strømmen gjennom tre krets og batteriet (A) klemmespenningen, spenningen målt på batteripolene (V) indre resistans, resistansen inne i spenningskilden () tre resistans, belastningsresistans () kortslutningsstrømmen (A) Den elektromotoriske spenningen er konstant for en generator. t batteri vil få minkende elektromotorisk spenning og økende indre resistans nær batteriet svekkes. Klemmespenningen til et batteri vil variere med størrelsen av belastningen. Når batteriet ikke er belastet (i tomgang) er klemmespenningen lik elektromotorisk spenning. Virkningsgraden til en energi kilde er forholdet mellom total effekt og effekten over tre resistans (belastningen). nergikildens virkningsgrad: P P R R P P virkningsgraden til spenningskilden i forhold til tre krets effekten over belastningen (W) total effekt, over indre resistans og tre resistans (W)

3 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 3 Belastningslinjen viser hvordan en energikilde forandrer sine verdier når belastningen forandres. Når arbeidspunktet lengst opp langs spenningsaksen er energikilden i tomgang og når arbeidspunktet er lengst langs strømaksen er energikilden kortsluttet på klemmene. Når belastningslinjen er mellom tomgangspunktet eller kortslutningspunktet er det tilknttet en tre belastning. Belastningens størrelse vil gi utslag i vinkelen til resistanslinjen. Figur Belastningslinjen =f(): (V) T O M G A N G S P N K T A R B D S P N K T R S S T A N S L N J N K O R T S L T N N G S P N K T k (A) Resistanslinjen som viser tre resistans R kan utrkkes på formelen: R tan

4 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 4 ksempel 3.5. t batteri har en elektromotorisk spenning på,45 V og en indre resistans på 0,2. Batteriet blir tilkoplet en tre belastningsresistans på 3,0. a) Finn strømmen som går i kretsen. b) Hva blir batteriets klemmespenning? c) Hvor stor blir kortslutningsstrømmen til batteriet hvis det skulle skje kortslutning på batteri klemmene? d) Hvilken virkningsgrad har batteriet? Løsning: a), 45V 0, 453A 453mA R R 0, 2 3, 0 i b) R 0, 453A3, 0, 36V c) K, 45V 7, 25A R 0, 2 i d), 36V 0, 938, 45V

5 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 5 KOPLNG AV SYMMTRSK SPNNNGSKLDR Smmetriske spenningskilder eller energikilder er når flere spenningskilder er koplet sammen og har samme indre resistans og elektromotorisk spenning. Spenningskildene kan koples i serie, parallell eller en blanding av serie og parallell. SRKOPLNG AV SPNNNGSKLDR Når spenningskilder er koplet etter hverandre som perler på en snor er disse seriekoplet. Første spenningskilde er tilkoplet på negativ pol med andre spenningskilde positiv pol. Figur e r e r e r i 2 i2 n in R Sum elektromotorisk spenning: e e e 2 n eller på formene: e n e Når spenningskilder seriekoples øker spenningen. Sum strøm: i 3.5.6

6 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 6 Sum indre resistans: R r r r i i i 2 in eller på formene: r n i r i n antall spenningskilder Store bokstaver benttes for summen av elektromotoriske spenninger og indre resistanser. Små bokstaver benttes pr spenningskilde for elektromotoriske spenninger og indre resistanser. ksempel Tre like spenningskilder er seriekoplet til en tre resistans på 4. Hver spenningskilde har en elektromotorisk spenning på 2,0 V og en indre resistans på 0, a) Finn total elektromotoriskspenning- og indre resistans. b) Hva blir strømmen gjennom tre resistans? c) Regn ut klemmespenningen. Løsning: a) e n 2, 0V 3 6, 0V r n 0, 3 0, 3 i b) 6, 0V, 40A R R 0, 3 4 i c) R, 40A4 5, 6V

7 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 7 PARALLLLKOPLNG AV SPNNNGSKLDR Når plusspolene på flere spenningskilder er koplet sammen er det parallellkopling. Figur r r r i i2 in e e e n R Sum elektromotorisk spenning: e e e 2 n Spenningen øker ikke ved parallellkopling av spenningskilder. Sum strøm: i Ved parallellkopling av spenningskilder kan strømmen øke hvis tre resistans er liten. Sum indre resistans: R r i i NB! Ved parallellkopling av spenningskilder er alltid tre resistans i serie med summen av de indre resistansene.

8 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 8 ksempel Tre like spenningskilder er parallellkoplet til en tre resistans på 4. Hver spenningskilde har en elektromotorisk spenning på 2,0 V og en indre resistans på 0, a) Finn total elektromotoriskspenning- og indre resistans. b) Hva blir strømmen gjennom tre resistans? c) Regn ut klemmespenningen. Løsning: a) e e e 2, 0V 2 3 n 3 R r 0, i i R 0, 033 i b) 2, 0V 0, 496A R R 0, i c) R A4, 98V

9 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR 9 OPPGAVR 3.5. n tre resistans (belastnings resistans) på 4,3 blir forsnt med spenning fra et batteri med elektromotorisk spenning 2,2 V. Batteriets indre resistans er 0,. a) Regn ut strømmen. b) Hva blir klemmespenningen (spenningen over tre resistans)? c) Finn kortslutningsstrømmen når tre resistans blir kortsluttet. d) Tegn belastningslinjen for kretsen i diagram =f(). Merk Tomgangspunkt, arbeidspunkt og kortslutningspunkt Strømmen gjennom en tre resistans på 5 er 0,46 A. Spenningsfallet over indre resistans er V. Finn elektromotorisk spenning og indre resistans To batterier blir seriekoplet og tilkoplet en tre resistans på 4. Batteriene er like og har pr element en elektromotorisk spenning på 2,3 V og indre resistans på 0,05. Regn ut strømmen som går i kretsen, klemmespenningen og spenningsfallet over hver av elementene Fire smmetriske batterier er seriekoplet. Hvert batteri har en elektromotorisk spenning på,55 V og en indre resistans på 0,055 og er tilkoplet en tre resistans på 3,5. a) Finn strømmen som går i kretsen. b) Regn ut klemmespenning og kortslutningsstrøm. c) Tegn belastningslinjen for kretsen i diagram =f(). Merk Tomgangspunkt, arbeidspunkt og kortslutningspunkt To smmetriske batterier er parallellkoplet. Batteriene har en elektromotorisk spenning på,55 V og en indre resistans på 0,055 og er tilkoplet en tre resistans på 4. Regn ut strømmen som går i kretsen, klemmespenningen og grenstrømmene gjennom hver av elementene.

10 3.5 KOPLNGR MD SYMTRSK NRGKLDR Fire smmetriske batterier er parallellkoplet. Batteriene har en elektromotorisk spenning på,6 V og en indre resistans på 0,04 og er tilkoplet en tre resistans på 2,5. a) Finn strømmen som går i kretsen. b) Regn ut klemmespenning og kortslutningsstrøm. c) Tegn belastningslinjen for kretsen i diagram =f(). Merk Tomgangspunkt, arbeidspunkt og kortslutningspunkt Til en tre resistans på 5,0 er det tilkoplet et batteri med flere celler. Den indre resistansen pr celle er 0, og elektromotorisk spenning 2,2 V pr celle. Ledningene mellom batteri og tre resistans har en resistans på 0,2 pr leder. Hvor mange celler må vi seriekoble for å få en strøm på 4 A?