闭合电路动态实验台

电源输出功率与效率的权衡

电动势 E=12 V 内阻 r=2.0 Ω

拖动外电阻,盯住两条曲线:输出功率会先增后减,效率却一直上升。它们追求的不是同一个“最好”。

2.0 Ω
总功率 P总=EI36.00 W
输出功率 P出=I²R18.00 W
内耗功率 P内=I²r18.00 W
效率 η=R/(R+r)50.0%
含内阻电源连接可变外电阻的闭合电路 电源电动势为12伏,内阻2欧,外电阻由滑块控制。 12 V 内阻 2 Ω R=2.0 Ω

每秒供出的电能去了哪里?

整条能量条代表电源总功率;绿色部分送到外电路,红色部分消耗在电源内阻上。

外电路 50.0%
内阻 50.0%

输出功率:先增大,后减小

虚线标出 R=r;圆点是当前状态。

0R/Ω P出/W18 当前

效率:外电阻越大,越接近 100%

但效率接近 100% 时,电流很小,输出功率也趋近于零。

0R/Ω η100%50% 当前
功率峰值

此刻 R=r:输出功率达到最大值 18.00 W,但效率只有 50%。最大输出功率不等于最高效率。

I=E/(R+r)P总=EIP出=UI=I²RP内=I²rη=P出/P总=R/(R+r)