II.9. Gruparea generatoarelor identice.

Prin gruparea mai multor surse se obține o „sursă echivalentă“ cu o tensiune electromotoare echivalentă și o rezistență internă echivalentă.

👀 Experiment: Rezistența internă a unei baterii

Materiale necesare:
Baterii electrice de diferite tensiuni electromotoare, rezistor, fire de legătură, ampermetru, voltmetru (multimetru).

Descrierea experimentului:

• Realizează următorul montaj legând în paralel bornele voltmetrului la bornele bateriei, pentru a-i determina tensiunea electromotoare, E. (pentru o baterie nouă apare înscrisă pe baterie).

• Realizează circuitul din următorul montaj și notează indicațiile ampermetrului ( I ).

• Din expresia legii lui Ohm pentru întreg circuitul, scoatem rezistența internă a bateriei :

• Formula pentru rezistența internă:

• Repetă întreaga procedură pentru altă baterie cu tensiune electromotoare diferită și trece datele în următorul tabel :

Concluzia experimentului:
Fiecare sursă electrică de o anumită tensiune electromotoare are o anumită rezistență internă.

Observație:

Pe măsură ce bateria “îmbătrânește” și gradul de deteriorare a bateriei crește (chiar dacă aceasta nu este folosită), rezistența internă a bateriei crește.

👀 Experiment: Gruparea în serie a generatoarelor

Materiale necesare:
Două baterii cu parametrii determinați în montajul anterior, un voltmetru, fire de legătură.

Descrierea experimentului:

• Măsoară, pe rând, tensiunea electromotoare a fiecărei baterii, legând în paralel voltmetrul la bornele bateriei. Notează-le cu E₁, E₂.
• Grupează două baterii în serie, legând borna plus a uneia la borna minus a celeilalte.

• Măsoară tensiunea electromotoare a grupării, E_S (la mers în gol - fără să fie conectate în circuit).
• Compară E_s cu E₁ + E₂.

Concluzia experimentului:
Tensiunea electromotoare echivalentă este suma tensiunilor electromotoare ale bateriilor din grupare.

Teorema a doua a lui Kirchhoff pentru circuitul analizat este:
E₁ + E₂ = I (R_bec + r₁ + r₂)

Obținem legea lui Ohm pentru întregul circuit:

Pentru o grupare în serie de n surse identice: tensiunea electromotoare a grupării serie de generatoare electrice:

E_s = n · E

Tensiunea electromotoare a grupării serie de generatoare electrice este egală cu suma t.e.m. a generatoarelor:

Rezistența internă a grupării serie de generatoare electrice identice:

r_s = n · r

Rezistența internă a grupării serie de generatoare electrice este egală cu suma rezistențelor interioare a generatoarelor:

🔦 Observație

Dacă avem mai multe baterii la dispoziție și avem nevoie de o tensiune mai mare decât a unei baterii, grupăm în serie bateriile.

👀 Experiment: O baterie din lămâi

Materiale necesare:
Lămâi, monede de 5 bani, agrafe de birou, fire de legătură, un voltmetru.

Descrierea experimentului:

• Introdu într-o lămâie într-o parte o monedă și în cealaltă parte agrafa de birou.
• Prinde câte un fir de legătură de monedă, respectiv de agrafă și conectează-le la un voltmetru în paralel. Notează tensiunea electromotoare a acesteia.
• Grupează în serie cu prima lămâie o altă lămâie, legând moneda uneia de agrafa celeilalte și leagă capetele acestei grupări la voltmetru în paralel. Notează tensiunea electromotoare a acestei grupări.
• Ce observi ?

  Crește tensiunea electromotoare a grupării de lămâi.

• Dacă mai dispui de lămâi poți continua cu o grupare mai mare de baterii din lămâi.

Concluzia experimentului:
Bateriile din lămâi generează curent electric ca și celelalte baterii, prin transformarea energiei chimice a reacțiilor care au loc între cele două metale diferite și sucul de lămâie în energie electrică.
Prin legarea mai multor baterii în serie crește tensiunea electromotoare a grupării respective.

👀 Experiment: Gruparea în paralel a generatoarelor

Materiale necesare:
Două baterii cu parametrii determinați în montajul anterior, un voltmetru, fire de legătură.

Descrierea experimentului:

• Măsoară, pe rând, tensiunea electromotoare a fiecărei baterii, legând în paralel voltmetrul la bornele bateriei. Notează-le cu E₁, E₂.
• Grupează două baterii în paralel, legând borna plus a uneia la borna plus a celeilalte și borna minus a uneia la borna minus a celeilalte.

• Măsoară tensiunea electromotoare la bornele grupării paralel la mers în gol, E_p.

Concluzia experimentului:
Pentru cazul particular în care cele două surse sunt identice se obține:
E_p = E₁ = E₂

Pentru o grupare în paralel de n surse identice: tensiunea electromotoare a grupării paralel de generatoare electrice:

E_p = E₁ = E₂ = … = E_n

Pentru o grupare în paralel de n surse tensiunea electromotoare a grupării paralel de generatoare electrice:

Rezistența internă a grupării serie de generatoare electrice identice:

Rezistența internă a grupării serie de generatoare electrice:

🔦 Observație

Dacă avem nevoie de un curent de o intensitate mai mare pentru un anumit circuit, grupăm bateriile în paralel.