Feladat: 1194. fizika feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Pálfalvi György 
Füzet: 1974/december, 234 - 235. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Áram hőhatása (Joule-hő), Galvánelemek, Áramforrások belső ellenállása, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1974/február: 1194. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Egy elem teljesítménye P=I(E0-Ir0)=IE0-I2r0, ahol I az áramerősség, E0 az elektromotoros erő, r0 a belső ellenállás. E teljesítmény az I*=E0/2r0 áramerősség mellett maximális, P*=E02/(4r0). Számadatainkkal I*=0,5A, P*=0,25W. A 21 db elem összesen 210,25W=5,25 W-nál többet tehát semmiképpen sem adhat le; de ezt is csak akkor, ha sikerül megvalósítani, hogy valamennyi cellán 0,5A áram folyjék. Ez azonban egyéb okok mellett azért is lehetetlen, mert az 5 ohmos terhelő ellenálláson 5,25W akkor esik, ha rajta 1,05 A áram folyik, ez az érték pedig nem egész számú többszöröse a 0,5A-nek.
Az Eötvös-verseny feladatának megoldásában levezetett összefüggés szerint x darab elemet sorba kapcsolva és y ilyen oszlopot párhuzamosan kötve, a legnagyobb teljesítményt x=NRr0 esetén érhetjük el (N a cellák száma). Esetünkben x=10,24; az ehhez közel eső egész számok körében kell a megoldást keresni. Az x=10, y=2 esetben P=5W és marad egy elem. A problémát a maradék elem elhelyezése okozza.

 

 

Többszöri próbálkozás után azt találjuk, hogy a legjobb 10, illetve 11 cellát sorba kapcsolni, és a két oszlopot párhuzamosan kötni. Ekkor a főágban IR=44/43A erősségű áram folyik, alig kisebb a maximálisnál. A teljesítmény P=5,236W, gyakorlati szempontból eléri az elméleti maximumot.
 

 Pálfalvi György (Győr, Révai M. Gimn., IV. o. t.)
 

Megjegyzés. Néhány egyéb lehetőséget a fenti táblázatban foglaltunk össze. Jelölések: E: eredő elektromotoros erő, r: eredő belső ellenállás, IR: a főágban folyó áram, P: leadott teljesítmény. Az ábrán egy pont egy cellát jelöl.