ما هي المقاومة الداخلية؟
كل بطارية أو خلية كهروكيميائية حقيقية تحتوي على قدر بسيط من المقاومة في داخلها، ينشأ عن المحلول الكهربائي ومواد الأقطاب ونقاط التوصيل. هذه المقاومة الداخلية (\(r\)) هي السبب في أن الجهد الذي تقيسه عند طرفي البطارية ينخفض عندما تمدّ حملًا كهربائيًا بالتيار. فالمقاومة الداخلية تحوّل جزءًا من الطاقة الكهربائية إلى حرارة، مما يقلّل الجهد المفيد ويحدّ من مقدار التيار الذي تستطيع الخلية تزويده.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل ثلاث قيم: القوة الدافعة الكهربائية للخلية (EMF، أي جهدها في الدائرة المفتوحة)، وجهد الأطراف المقاس أثناء مرور التيار، والتيار المسحوب من الدائرة. تعرض الحاسبة على الفور قيمة المقاومة الداخلية بالأوم، إلى جانب إجمالي هبوط الجهد عبر هذه المقاومة الداخلية.
شرح المعادلة
تنبع هذه العلاقة من تطبيق قانون كيرشوف للجهد على خلية تُغذّي حملًا:
$$r = \frac{\text{القوة الدافعة} - V}{I}$$
حيث تمثّل القوة الدافعة (EMF) الجهد بلا حمل، وV هو جهد الأطراف تحت الحمل، وI هو التيار. الفرق في البسط (القوة الدافعة − V) هو الجهد «المفقود» داخل البطارية، وعند قسمته على التيار نحصل على المقاومة المسؤولة عن هذا الفقد. وكلما قلّت المقاومة الداخلية كانت الخلية أكثر صحة وكفاءة.
مثال محلول
بطارية جهدها 12 فولت (القوة الدافعة) تُظهر جهد أطراف يبلغ 11.4 فولت بينما تمدّ مصباحًأماميًا بتيار 2 أمبير. يكون هبوط الجهد \(12 - 11.4 = 0.6\) فولت. وبقسمته على التيار البالغ 2 أمبير: $$r = \frac{0.6}{2} = 0.3\ \text{أوم}$$ إذن المقاومة الداخلية لهذه البطارية هي 0.3 أوم.
الأسئلة الشائعة
لماذا تزداد المقاومة الداخلية مع مرور الوقت؟ مع تقادم البطاريات، تؤدّي التغيّرات الكيميائية والتآكل إلى رفع مقاومتها الداخلية، فينخفض جهد الأطراف تحت الحمل وتقلّ سعتها.
كيف أقيس القوة الدافعة الكهربائية؟ قِس جهد الدائرة المفتوحة بجهاز فولتمتر عالي الممانعة بينما لا يمرّ أي تيار، فهذه القراءة تقارب قيمة القوة الدافعة.
ما هي القيمة الجيدة للمقاومة الداخلية؟ يعتمد ذلك على نوع الخلية. فبطارية AA القلوية السليمة كثيرًا ما تكون مقاومتها أقل من 1 أوم بكثير، بينما قد تكون مقاومة بطاريات الرصاص الحمضية الكبيرة بضعة مللي أوم. وعمومًا الأقل هو الأفضل.
