«Descubre el fenómeno intrigante que sucede durante la descarga de una batería: ¿por qué el voltaje terminal parece disminuir en comparación con la EMF? Exploraremos las causas detrás de esta aparente paradoja y desvelaremos los secretos ocultos que hacen que este proceso sea posible. ¡Prepárate para sumergirte en el fascinante mundo de la energía eléctrica!»
El circuito equivalente de la batería se muestra a continuación. Una fuente de voltaje se puede representar como una fuente EMF con resistencia en serie interna.
Sin condiciones de carga, la corriente que fluye a través de la batería o celda es cero, y el voltaje terminal es exactamente igual a la FEM de la celda o batería.
Cuando la celda o batería está conectada a la carga, la batería suministra corriente a la carga. Ahora, si medimos el voltaje a través de la carga (que es el mismo punto en los terminales de la batería), el voltaje medido será algo menor que la EMF de la batería. El voltaje medido en la terminal de la batería cuando la batería suministra corriente a la carga se llama voltaje terminal.
¿Cuál es la razón de la reducción en el voltaje de la batería? Debe haber alguna caída de voltaje dentro de la batería. Sí, la caída de tensión se produce en el interior de la celda por la resistencia interna de la batería. La resistencia interna de la fuente de voltaje es cero para una fuente de voltaje ideal. Sin embargo, la fuente de voltaje nunca puede ser una fuente ideal y su resistencia interna no puede ser cero. La resistencia interna de la batería o celda puede reducirse al mínimo posible seleccionando la metalurgia adecuada para los materiales de la batería.
La fuente de voltaje tiene cierta resistencia interna que hace que el voltaje caiga durante la descarga de la batería, y el voltaje del terminal será menor que la FEM de la batería en el momento de la descarga. ¿El voltaje del terminal es el mismo para todos los tipos de cargas? No, depende del valor de la carga. Cuanto mayor sea el valor de la carga, mayor será la corriente de la batería y, en consecuencia, el voltaje terminal será menor. Entendamos este fenómeno con la ley de voltaje de Kirchhoff.
En el circuito anterior, la carga es infinitiva y la corriente que fluye a través de la batería es cero. La caída de voltaje a través de la resistencia interna es ILRs es igual a cero porque yoL es cero, y en esta condición, se dice que la batería está en circuito abierto. En condiciones de circuito abierto, el voltaje del terminal de la batería es igual a la FEM de la batería.
El voltaje de la celda que tiene EMF V está conectado a la carga RL. La celda suministra corriente IL a la carga De acuerdo con la ley de voltaje de Kirchhoff, la suma de las caídas de potencial en un circuito eléctrico de circuito cerrado es cero.
V = yoLRs + yoLRL
V = yoLRs + (VT/RL) RL
V = yoLRs +VT
Si la batería está en circuito abierto, yoL=0
V = yoLRs + yoLRL
V=0xRs + (VT/RL) RL
V = 0 + VT
VT =V
Cuando la batería no está conectada a la carga, la corriente de carga es cero y la FEM de la batería es igual al voltaje terminal.
Ahora, si la carga está conectada a la batería, la batería comienza a suministrar corriente a la carga.
V = yoLRs + yoLRL
V = yoLRs + (VT/RL) RL
V = yoLRs +VT
VT = V-yoLRs
De lo anterior, está claro que el voltaje del terminal VT es menor que el EMF de la batería. La razón por la que el voltaje en los terminales es menor cuando la batería está bajo carga es la caída de voltaje dentro de la batería causada por la resistencia interna de la batería Rs.
El voltaje terminal depende además de la magnitud de la carga. La corriente de carga depende del valor de la resistencia de carga. El valor más bajo de la resistencia de carga hace que se extraiga más corriente de la batería y, en consecuencia, se produce una mayor caída de voltaje dentro de la batería y habrá menos voltaje en los terminales. Entendamos esto con un ejemplo ilustrativo.
Caso 1: cuando una batería no tiene carga
Cuando no fluye corriente a través de la batería, el voltaje terminal es igual a la FEM de la batería. La EMF de la batería es de 9 voltios y el voltaje del terminal es igual a la EMF de la batería, que es de 9 voltios.
Caso 2: cuando una batería está bajo carga: la carga es 9 Ω
Cuando la batería de 9 voltios EMF se conecta a una resistencia de 9 Ω, la batería suministrará 1,49 amperios. corriente al circuito y el voltaje terminal es de 8.94 voltios. La caída de tensión en la resistencia interna de la batería es de 0,015 voltios.
Caso 3: cuando una batería está bajo carga: la carga es de 6 Ω
Cuando la batería de 9 voltios EMF se conecta a una resistencia de 6 Ω, la batería suministrará 0,99 amperios. corriente al circuito y el voltaje terminal es de 8.91 voltios. La caída de tensión en la resistencia interna de la batería es de 0,001 voltios.
Desde arriba, está claro que la caída de voltaje a través de la resistencia interna aumenta con un aumento en la corriente.
Cuando no fluye corriente a través de la batería, el voltaje terminal es igual a la FEM de la batería. La EMF de la batería es de 9 voltios y el voltaje del terminal es igual a la EMF de la batería, que es de 9 voltios.
El voltaje terminal disminuye con un aumento en la corriente de carga o la corriente a través de la batería. El gráfico que muestra la relación entre el voltaje y la corriente se muestra a continuación.
Ejemplo ilustrativo:
Una batería tiene una fem de 9 voltios y una resistencia interna de 0,1 ohmios. Calcular
a) Calcule el voltaje del terminal de la batería cuando está conectada a una carga de 15 ohmios.
b) El voltaje terminal cuando está conectado a una carga de 1.0 Ohmios.
b) Cuando la batería está conectada a una carga de 1,0 ohmios
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