質問: 電池の内部抵抗 今、内部抵抗について勉強してます。 じきに、レポートを書かないと駄目なので今からレポートの内容を考えようとしています。 内容は、電池(単三)の内部抵抗を測ろうとしているんですが、その内部抵抗はどうやって計算するのですか?
回答: まだ、質問として残っていましたので。考え方をお話します。 内部抵抗とは、何か、という事です。 内部にある抵抗です。で良いのですが、抵抗器をつないであるわけでありませんね。電流を外に流したときに、どれくらい電流の流れを単三電池の中で通りずらい状態で流れ出てくるか、それを電池の内部抵抗というのです。 こんなことぐらい馬鹿にしないでと言います。 ところが、忘れていけないのは、流してみて、初めてわかるわけです。 ふさわしい例でないかもしれませんが、丁度、有名タレントのショウ(ミューズイック)が終わって、満員会場から観客が1つの出口から流れ出るのに似ています。 少しづつ整然と流れ出ると抵抗が少ない。急ぐ人が多いと、流れ出る数は多くなるが、衝突してあるくから、正比例して流れが増えるわけでない、つまり出口の幅に加え衝突や摩擦抵抗がふえてスムーズに出られなくなる。スムースに出たときに比べ正比例比例してして流れが増えないから、会場からの抵抗が増えたと言う事が出来る。火事だとパニック状態で出ると?話が行き過ぎるからやめます。 電池の中では、分子同志の化学的相性で電流になれる自由電子を生産しています。電流を流して電池を使えば、その分、化合し、中和し化学変化を起こす物質が減りますから、電流の元になる自由電子の生産能力が落ちてきます。長年放置しておくと、自己放電をして、自由電子の生産能力が落ちる事も考えられます。 つまり、電池の会場から出る時の抵抗は、化学変化による自由電子の生産能力と、流し出す観客の電流量で、電池の出口までの抵抗(化学変化の対応と電極までの会場内の通過速度の抵抗・・)が違ってくるという事です。電流が多いと内部抵抗が大きくなる。と考えるのが、厳密な内部抵抗の考え方です。電池の消耗状態で違うという事です。 そんな厳密な事は、実用的でない、と考え、現実的には、外部に流れ出た観客の電流数からテスターで、電圧降下値(抵抗部分に電流が流れた時、抵抗の両端に現れる電圧の事)を測定して、no.2さん、no.3さん、の様にするしかないでしょう。 静電電圧計があれば、測定する時、測定器(電圧測定器)に電流を流さないですむので良いのですが、現実的でないので、これも、し方ありません。 というのは、テスターで電圧を測定する事は、テスターを並列につなぐ事です。テスターに流れ込む電流でテスターの抵抗に生じる電圧降下値を電流の力で指針やディスプレーで表示するのです。本体の抵抗体に流れる電流を取り込んで減らすことですから。極力減らすように、テスターの抵抗を大きく設計しています。が、この値も考えに入れて、計算しましょう。 極端ですが、相手の抵抗がテスタート同じ値だったら、半分流れてしまいますからね。 テスターにも電流を流して計っているのだ。と言う事と、電池の中は試験管の中の化学変化と同じに、電子が移動して化学変化が進み結合すると、中和して安定し、別な物質に変わってしまう風に動いているのだ。と考えるのが、電池の内部で起きている内部抵抗です。流し出す電流次第で電池の内部抵抗が大きくなるものだ。と。 最後に、我々消費者の立場からは、内部抵抗など必要ないのです。化学変化が進んで変化を起こす物質がなくなった、で十分科学的です。 内部抵抗の考え方は、科学的に抵抗という物理的にはっきり数値で割り切らせる考え方を取り入れたので、電池の内部電流通路にもこの考え方を実感して、自然現象を、等価変換して、割り切れるようにしよう(これが科学の理念)。内部抵抗を外部から総合的に見て、出てくる電流量からオームの考え方で、固定した抵抗器は存在しないけれど、あるものとして等価変換してみよう。というのが科学者の常識的考え方です。内部抵抗は等価変換の最適例題として、実感させ、この等価変換の概念で、発明発見、技術の改良に役立ててもらいたいとの願望が科学教育の根幹にあります。 電気回路の、勉強にもなります。技術に携わる人に欠かせない、等価変換の知識です。人の流れ、流体、・・にと、科学の世界は等価変換の連続です。一言でいうと、科学は等価変換の知識です。以上。 せっかくですので、電池の内部抵抗で考えられる科学的考えを大略お話ししました。 図が書けると良いのですが、まだ他の人の様に出来ません。 電池(1,5vの電圧の出口を持ち、無限に大量に電子を生産出来る理想的電池の事)+抵抗(状況次第でどう変わるか分らない。その時々で違う)=実物の単三電池と考えて下さい。これがno.2さんの説明。 | --||--/`/`/`/`-----`/`/`/`/`/`/----| | | | | eo r r || | | | | | | | ----------------------------------------- この図に、テスターをつなぐと、テスターの高い抵抗?を並列に接続する事ですから、それで考えてください。 実用的には、テスターの抵抗が、測定する部分の回路(電池、または、抵抗器)の抵抗に比較して何万倍も大きければ、本体回路の電流に影響しないと考え、オームの計算式r=v/i、rやrの値を計算します。 テスターに出る電圧値は、専門語では、抵抗の電圧降下の値(上に説明)を計っています。 くどくなってすみません。すぐ夢中になるものですから。この問題の全てです。