Three Batteries Side by Side — Internal Resistance in Every Branch

Électricité et magnétisme Avancé Gratuit VR · AR
Three Batteries Side by Side — Internal Resistance in Every Branch – Électricité et magnétisme
Three Batteries Side by Side — Internal Resistance in Every Branch – Électricité et magnétisme

Trois batteries au plomb étanches sont posées sur une plaque de circuit, côte à côte dans trois branches : 15 V sur le bord arrière, 10 V au milieu et 3 V à l'avant, chacune avec sa résistance interne écrite sur une étiquette. Deux résistances de charge à droite, 9,5 Ω et 1,4 Ω, ferment deux mailles. Un ampèremètre de tableau dans chaque branche à batterie mesure le courant dans le sens de sa flèche imprimée, et un multimètre est pincé aux bornes de la batterie arrière. Lancez l'animation : une charge d'essai parcourt la maille abcfa puis la maille fcdef, et la palissade au-dessus des fils monte et descend avec le potentiel, si bien qu'on voit chaque batterie l'élever et sa propre résistance interne en reprendre un peu. Huit curseurs règlent chaque f.é.m., chaque résistance interne et les deux charges.

Comment utiliser cette simulation

Ce qu’il faut observer

La physique derrière

Une batterie réelle se comporte comme une f.é.m. idéale V_B en série avec une résistance interne r. En la traversant de − à + dans le sens du courant, le potentiel monte de V_B puis descend de I r : entre ses bornes on mesure donc V = V_B − I r. Avec les sens supposés (I₁ de a vers b, I₂ de c vers f, I₃ de e vers d), la loi des nœuds en f donne I₂ = I₁ + I₃. En parcourant la maille abcfa dans le sens horaire : 15 + 10 = (1 + 9,5) I₁ + 0,5 I₂. En parcourant la maille fcdef dans le sens horaire, on rencontre les deux batteries de + à − et les deux courants vont contre le parcours : −10 − 3 = −0,5 I₂ − (0,1 + 1,4) I₃. En résolvant ensemble : I₁ = 2 A, I₂ = 8 A et I₃ = 6 A, tous positifs ; tous les sens supposés étaient justes et les trois batteries fournissent de l'énergie. Vérification par l'énergie : 15 × 2 + 10 × 8 + 3 × 6 = 128 W produits, et 2² × (1 + 9,5) + 8² × 0,5 + 6² × (0,1 + 1,4) = 128 W changés en chaleur. Les tensions aux bornes valent 13 V, 6 V et 2,4 V : la batterie de 10 V perd 4 V en elle-même parce qu'elle porte le plus grand courant.

Kirchhoff's lawsjunction ruleloop ruleinternal resistanceterminal voltageV = V_B − I rmulti-loop circuitpower produced = power consumed3D