Il generatore reale: la resistenza interna
Una pila reale si comporta come un generatore ideale di forza elettromotrice ε in serie con una piccola resistenza interna r. Quando eroga corrente, una parte della tensione si perde al suo interno: la tensione ai morsetti è ε − r I. La potenza che arriva al carico è massima quando la sua resistenza è uguale a quella interna.
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V = ε − r I, Pcarico = R I²
La forza elettromotrice della pila è 9 V. A circuito aperto (R molto grande) la corrente è nulla e ai morsetti si misura proprio ε. Chiudendo su un carico la corrente I = ε / (R + r) attraversa anche la resistenza interna, e la tensione ai morsetti scende a ε − r I.
In cortocircuito (R = 0) la corrente è la massima possibile, ε / r, e tutta la potenza si dissipa dentro la pila, che si scalda. La potenza al carico, R I², è zero sia con R = 0 sia con R molto grande: nel mezzo ha un massimo, che il grafico mostra per R = r.
Al massimo di potenza il rendimento è solo del 50 %: metà dell’energia si spreca nella pila. Per questo gli impianti non lavorano mai al massimo di potenza trasferita, ma con carichi molto più resistenti della sorgente, e rendimenti vicini al 100 %.
L’animazione mostra, la spiegazione fa capire
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