Fysiikka 6: luku 1.6 Paristot

1.6 Paristot

Lähdejännite E on kuormittamattoman pariston napojen välinen jännite ja napajännite U kuormitetun pariston napojen välinen jännite. Pariston lähdejännite saadaan ekstrapoloimalla (I,U)  -kuvaajan U-akselin leikkauskohta: tällöin sähkövirta I = 0 A, ja pariston läpi ei kulje sähkövirtaa.

Suurin piirissä kulkeva sähkövirta saataisiin oikosulkemalla sähköpari – tätä virtaa kutsutaan oikosulkuvirraksi I₀. Oikosulkuvirta voidaan määrittää (I,U) –kuvaajasta ekstrapoloimalla I-akselin leikkauskohta. Oikosulkuvirta saadaan myös laskettua yhtälöstä

I₀ = E / R_s

missä R_s on pariston sisäinen resistanssi. (I,U) – koordinaatistoon piirrettyä suoraa kutsutaan pariston kuormituskäyräksi. Ulkoista vastusta kutsutaan usein virtapiirin kuormaksi. Kuormitetun jännitelähteen napajännite U on

U = E - R_s I

jossa U on napajännite, E lähdejännite ja R_sI jännitelähteessä tapahtuva jännitehäviö. Kuormittamattoman jännitelähteen napajännite on yhtä suuri kuin lähdejännite.

Paristojen sarja- ja rinnankytkentä

Jännitelähteitä, kuten sähköpareja tai paristoja, voidaan kytkeä yhteen eri tavoin. Kytketyt jännitelähteet toimivat kuten yksi jännitelähde. Sarjakytkennässä paristojen erimerkkiset navat on yhdistetty. Paristot ovat rinnan, jos niiden samanmerkkiset navat on yhdistetty keskenään.

Sarjakytkennässä paristojen jännite kasvaa ja rinnankytkennässä jännite ei muutu. Sarjakytkennässä paristoyhdistelmän lähdejännite E on paristojen lähdejännitteiden summa, eli

E = E₁ + E₂ + E₃ + ...+ E_n

Sarjakytkennässä napajännite on U =  U₁ + U₂ + U₃ + ...+ U_n ja sisäinen resistanssi Rs =  R_s1 + Rs₂ + Rs₃ + ...+ Rs_n

Vastusten rinnankytkennässä vastusyhdistelmän resistanssi on aina pienempi kuin yksittäiset resistanssit. Rinnan kytkettyjen paristojen, joilla on yhtä suuri lähdejännite E ja sisäinen resistanssi R_s, lähdejännite on E ja sisäinen resistanssi R_s saadaan yhtälöstä

1/ R_s = 1/ R_s1 + 1/ R_s2 + ...+ 1/ R_sn

Rinnan kytketyillä paristoilla on oltava sama lähdejännite E. Jos näin ei ole, paristojen välille syntyy sisäisiä sähkövirtoja, vaikka yhdistelmää ei kuormitettaisikaan. Paristo, jonka lähdejännite on pienin, kuormittaa muita.