Egy nem elhanyagolható belső ellenállású feszültségforrásra változtatható ellenállást kapcsolunk. Hogyan változik a feszültségforrás kapocsfeszültsége, ha a külső ellenállást növeljük?
A) A kapocsfeszültség csökken.
B) A kapocsfeszültség állandó marad.
C) A kapocsfeszültség növekszik.
D) A kapocsfeszültség egy bizonyos értékig növekszik, majd csökken.
A) A kapocsfeszültség csökken.
B) A kapocsfeszültség állandó marad.
C) A kapocsfeszültség növekszik.
D) A kapocsfeszültség egy bizonyos értékig növekszik, majd csökken.
Az \(U_\mathrm{k}\) kapocsfeszültség az, ami a galvánelem kapcsai, kivezetései között megjelenik. Ez a kémiai reakció által szétválasztott töltések között felépülő elektromos mező \(U_0\) belső feszültségének csak egy része, a maradéka, ugyanis ha a galvánelem lead áramot, akkor a saját \(R_\mathrm{b}\) belső ellenállásán már bekövetkezik egy feszültségesés, ez az \(U_\mathrm{b}\) belső-feszültségesés, ami
\[U_\mathrm{b}=I\cdot R_\mathrm{b}\]
Ez alapján az \(U_\mathrm{k}\) kapocsfeszültség:
\[U_\mathrm{k}=U_0-U_\mathrm{b}\]
\[U_\mathrm{k}=U_0-I\cdot R_\mathrm{b}\]
Mi történik, ha az \(R_\mathrm{k}\) külső ellenállást növeljük? Az egész áramkör eredő ellenállása a galvánelem \(R_\mathrm{b}\) belső ellenállásából és az \(R_\mathrm{k}\) külső ellenállásból áll, amik soros kapcsolásban vannak. Így az eredő ellenállás:
\[R_\mathrm{e}=R_\mathrm{b}+R_\mathrm{k}\]
Ez alapján, ha a külső ellenállás növekszik, akkor az eredő ellenállás is növekedni fog. Márpedig ha az eredő ellenállás növekszik, akkor az áramkörben meginduló \(I\) áramerősség csökken, hiszen:
\[I=\frac{U_0}{R_\mathrm{e}}\]
Ha az áramerősség csökken, akkor a galvánelem \(R_\mathrm{b}\) belső ellenállásán eső feszültség \((U_\mathrm{b})\) is csökkken, hiszen az:
\[U_\mathrm{b}=I\cdot R_\mathrm{b}\]
Emiatt a galvánelem kapcsaira "több marad" az \(U_0\) belső feszültségből, hiszen
\[U_\mathrm{k}=U_0-U_\mathrm{b}\]
\[U_\mathrm{k}=U_0-I\cdot R_\mathrm{b}\]