II.5.2. Legea lui Ohm pentru întregul circuit.

👀 Experiment: Legea lui Ohm pentru întreg circuitul

Materiale necesare:
Baterii electrice de diferite tensiuni electromotoare cu rezistență internă cunoscută (sursă de tensiune variabilă), rezistor de o anumită valoare (50 Ω), fire de legătură, ampermetru, voltmetru (multimetru).

Descrierea experimentului:

Leagă în serie ampermetrul cu rezistorul de 50 Ω și cu o baterie cu tensiunea electromotoare de 1,5 V și rezistență internă de 21 Ω. Măsoară intensitatea curentului electric ce trece prin rezistor.

Leagă în serie ampermetrul cu rezistorul de 50 Ω și cu o baterie cu tensiunea electromotoare de 4,5 V și rezistență internă de 6,6 Ω. Măsoară intensitatea curentului electric ce trece prin rezistor.

Calculează pentru fiecare măsurătoare rezistența totală a circuitului, R + r.
Trece datele experimentale în următorul tabel și calculează intensitatea curentului electric cu formula

Observații:

Intensitatea curentului electric printr-un circuit crește odată cu creșterea tensiunii electromotoare a sursei (E). Intensitatea curentului electric printr-un circuit crește odată cu scăderea rezistenței totale a circuitului.

Legea lui Ohm pentru întregul circuit:

“Intensitatea curentului electric printr-un circuit simplu este direct proporțională cu tensiunea electromotoare a sursei (E) și invers proporțională cu rezistența totală a circuitului (R+r).“

1) Legea lui Ohm este valabilă în general pentru surse chimice deoarece au rezistența internă mică, dar poate fi particularizată și pentru alte surse.

2) Dacă rezistența exterioară (R) are valori foarte mici, obținută de exemplu prin scurtcircuitarea sursei cu un conductor scurt, adică dacă R = 0, intensitatea curentului debitat de sursă devine maximă:

Acest lucru nu este de dorit, deoarece curenții mari pot provoca daune, iar sursa se consumă rapid.

🔦 Observație

În cazul unui circuit format dintr-un rezistor (ohmic) de rezistență R legat la o sursă electrică de t.e.m. E și rezistență internă r, avem următoarea caracteristică liniară:
I = f(U)

Caracteristica unui generator intersectează axele în punctele de coordonate (I = 0, U = E) și (I_sc = E/r, U = 0).

Rezistența internă a sursei o putem determina din panta graficului:

Tensiunea la bornele rezistorului este mai mică decât tensiunea electromotoare (E) cu produsul dintre rezistența internă a generatorului (r) și intensitatea curentului (I) ce trece prin circuit:
U_R = E – r ∙ I

Dar, U_R = R ∙ I și înlocuind în relația precedentă obținem legea lui Ohm pentru întreg circuitul:

Tensiunea la bornele generatorului (U₀) este egală cu tensiunea electromotoare (U₀ ≈ E) în cazul ideal când rezistența internă este zero (dacă r = 0 și r ∙ I = 0), independentă de intensitatea curentului debitat și vorbim în acest caz de un generator ideal.

T.e.m. a unui generator se măsoară la bornele lui, în circuit deschis (I = 0) cu un voltmetru cu rezistența foarte mare față de r. Spunem în acest caz că generatorul funcționează în gol.

🔓 Problemă rezolvată

1. Pe un bec de lanternă este scris 0,2 A și 6,3 V. Se leagă becul la o baterie de 9 V (becul este în condiții normale de funcționare). Determină:
a) Rezistența electrică a filamentului becului.
b) Sarcina electrică ce trece prin filamentul becului timp de o oră.
c) Tensiunea internă a bateriei.
d) Rezistența internă a bateriei.
e) Intensitatea curentului de scurtcircuit.

Rezolvare:

Notăm datele problemei:
I = 0,2 A
U = 6,3 V
E = 9 V
t = 1h = 3600 s

Calculăm necunoscutele:

a) Scriem formula rezistenței: