Савченко · Глава 8. Электрический ток · § 8.3. Электрические цепи

Савченко, задача 8.3.21

Задача 8.3.21ток КЗ аккумулятора
Условие

Через аккумулятор под конец его зарядки течёт ток 4 А. При этом напряжение на его клеммах 12,6 В. При разрядке того же аккумулятора током 6 А напряжение составляет 11,1 В. Найдите ток короткого замыкания.

зарядка 12,6 В A 4 А I → в батарею разрядка 11,1 В A 6 А R I ← из батареи
К задаче 8.3.21. Зарядка 4 А / 12,6 В и разрядка 6 А / 11,1 В.
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Решение
Идея При зарядке ток втекает в аккумулятор, \(V=\mathcal{E}+Ir\). При разрядке вытекает, \(V=\mathcal{E}-Ir\). Два уравнения — \(\mathcal{E}\) и \(r\), ток КЗ есть \(\mathcal{E}/r\).

Конец зарядки: ток \(I_{\text{зар}}=4\) А втекает, напряжение на клеммах 12,6 В. Внутреннее падение добавляется к ЭДС: \[ 12{,}6=\mathcal{E}+4r. \tag{1} \]

Разрядка: ток \(I_{\text{раз}}=6\) А вытекает, напряжение 11,1 В. Внутреннее падение вычитается: \[ 11{,}1=\mathcal{E}-6r. \tag{2} \]

Вычитаем (2) из (1): \[ 1{,}5=10r\qquad\Longrightarrow\qquad r=0{,}15\ \text{Ом}. \] Из (2): \(\mathcal{E}=11{,}1+6\cdot0{,}15=11{,}1+0{,}9=12{,}0\) В. Из (1): \(12{,}6-4\cdot0{,}15=12{,}6-0{,}6=12{,}0\) В. Сошлось.

Ток короткого замыкания — клеммы соединены, \(V=0=\mathcal{E}-I_{\text{кз}}r\): \[ I_{\text{кз}}=\frac{\mathcal{E}}{r}=\frac{12{,}0}{0{,}15}=80\ \text{А}. \]

Проверка. Автомобильный аккумулятор 12 В действительно имеет внутреннее порядка 0,01–0,1 Ом и ток КЗ сотни ампер; у нас 80 А — слегка «подсевший» или маленький аккумулятор, для учебной задачи нормально. На зарядке клеммы выше ЭДС, на разрядке ниже — оба факта в числах 12,6 и 11,1 видны невооружённым глазом.
Ответ\(I=80\) А.
Следующая задача 8.3.22 →