내부저항 계산기

계산 입력

기전력 EMF (볼트)

단자전압 (볼트)

전류 (암페어)

결과

내부저항

0.3

옴 (Ω)

전압강하 (EMF − V)	0.6 V

내부저항이란?

모든 실제 배터리와 전기화학 전지는 내부에 약간의 저항을 가지고 있습니다. 이는 전해질, 전극 재료, 내부 연결부 등에서 비롯됩니다. 바로 이 내부저항(\(r\)) 때문에 배터리가 부하에 전류를 공급할 때 단자에서 측정되는 전압이 떨어지게 됩니다. 내부저항은 전기 에너지의 일부를 열로 바꾸어 실제로 쓸 수 있는 전압을 줄이고, 전지가 공급할 수 있는 최대 전류도 제한합니다.

실제 전지는 이상적인 기전력원과 내부 저항 \(r\)를 직렬로 연결해 외부 부하를 구동하는 것으로 모델링된다.

계산기 사용 방법

세 가지 값을 입력하세요. 전지의 기전력(EMF, 즉 개방 회로 전압), 전류가 흐르는 동안 측정한 단자전압, 그리고 회로에 흐르는 전류입니다. 그러면 계산기가 내부저항을 옴(Ω) 단위로 즉시 보여주며, 내부저항에서 발생하는 전체 전압강하도 함께 알려줍니다.

공식 풀이

이 관계식은 부하를 구동하는 전지에 키르히호프 전압법칙을 적용해 얻어집니다.

$$r = \frac{\text{EMF} - \text{Terminal Voltage}}{\text{Current}}$$

여기서 EMF는 무부하 상태의 전압, \(V\)는 부하가 걸린 상태의 단자전압, \(I\)는 전류입니다. 분자인 \((\text{EMF} - V)\)는 배터리 내부에서 "잃어버린" 전압을 의미하며, 이를 전류로 나누면 그 손실을 일으킨 저항값이 나옵니다. 내부저항이 낮을수록 더 건강하고 효율이 좋은 전지라는 뜻입니다.

단자 전압 \(V\)는 기전력에서 내부 전압 강하 \(I\cdot r\)를 뺀 값이다.

계산 예시

기전력 12 V인 배터리가 헤드라이트에 2 A를 공급하는 동안 단자전압이 11.4 V로 나타났다고 합시다. 전압강하는 \(12 - 11.4 = 0.6\ \text{V}\)입니다. 이를 전류 2 A로 나누면 $$r = \frac{0.6}{2} = 0.3\ \Omega$$이 됩니다. 즉, 이 배터리의 내부저항은 0.3옴입니다.

자주 묻는 질문

내부저항은 왜 시간이 지나면서 커지나요? 배터리가 노화되면 화학적 변화와 부식이 일어나 내부저항이 높아집니다. 그 결과 부하 시 단자전압이 떨어지고 용량도 줄어듭니다.

기전력(EMF)은 어떻게 측정하나요? 전류가 흐르지 않는 상태에서 고임피던스 전압계로 개방 회로 전압을 측정하세요. 이 측정값이 기전력에 가까운 값입니다.

좋은 내부저항 값은 어느 정도인가요? 전지 종류에 따라 다릅니다. 건강한 AA 알칼라인 전지는 보통 1 Ω보다 훨씬 낮고, 대형 납축전지는 수 밀리옴 수준일 수 있습니다. 일반적으로 낮을수록 좋습니다.