Каков максимальный ток от батареи 9 В?

Если «забыть» о внутреннем сопротивлении, то максимальный ток бесконечен. «Идеальный» компонент, не существующий в реальном мире, может обеспечить математически «чистые» бесконечные или нулевые значения сопротивления, напряжения, тока и всего остального.

Различные составы батарей будут иметь разное количество реальных «нечистых» ограничений. Внутреннее сопротивление, зависимость температуры от ТТХ, эффекты «памяти» и восстановления и так далее.

В один из трудных моментов, когда я изучал электронику, я выполнял расчеты, а затем задавался вопросом, почему физические компоненты на макетной плате разные. Цифры на бумаге говорят, что я должен измерить 9 вольт. На самом деле я измеряю 8,654 вольта. Что дает?

Короткая длина провода может составлять всего 5 мОм, но когда вы подключаете батарею, используя только провод, он не испаряет провод с массивным выбросом почти 2000 ампер. Почему? Потому что батарея ограничена реальной физикой.

Некоторые аккумуляторы способны выдавать очень большой ток. Рассмотрим автомобильные свинцовые аккумуляторы с жидкостными элементами. Вы обнаружите, что они способны на 1000 ампер и более, особенно для проворачивания огромных двигателей во время запуска. В электронике и физике многие вещи являются компромиссом. Если вам нужен сверхвысокий ток, вам, возможно, придется согласиться с более низким напряжением, меньшим сроком службы батареи или чрезвычайно высокой стоимостью.

Конденсатор, как еще один пример, может подавать чрезвычайно высокие токи (по сравнению с батареями), но они накапливают заряд, а не являются зарядным насосом , как батарея. Таким образом, они подобны сверхскоростным батареям с чрезвычайно ограниченной емкостью.

Когда я учился в школе, для меня самым большим открытием стало осознание того, что применение закона Ома к компонентам не совсем просто. Вы должны принять во внимание физику, и это беспорядочно. Конденсатор - это не просто конденсатор: он также имеет некоторое сопротивление и индуктивность. Я думаю, что лучше всего думать о компонентах и ​​батареях так, что любой компонент представляет собой смесь множества других компонентов, но представьте себе панель управления с ползунками. У резистора ползунок «сопротивление» может быть установлен на большое значение, но ползунки «емкость» и «индуктивность» не могут быть на нуле. Резистор с проволочной обмоткой, например, будет иметь большую индуктивность, чем, скажем, резистор из углеродного состава.

Ваша математика неверна, но она предназначена для идеальных компонентов. Ознакомьтесь с паспортом аккумулятора; он предоставит вам некоторые цифры, которые показывают, где он не совсем идеален.

(Если у вас есть 9-вольтовая батарея на 2000 А, я знаю некоторых инженеров по электромобилям, которые хотели бы с вами пообщаться!)

Даже теоретически игнорируя температурные ограничения и внутреннее сопротивление, это кажется заведомо невозможным. Где я ошибаюсь?

Ответ находится прямо в резюме вашего вопроса. Вы упускаете из виду тот факт, что хотя в теории теория и практика совпадают, на практике это не так.

Вы не можете игнорировать внутреннее сопротивление (собственно, реальные электрохимические процессы, которые мы моделируем как сопротивление), потому что оно напрямую ограничивает ток короткого замыкания, а для высокопроизводительных батарей может привести к повреждению батареи (иногда впечатляющему). из-за перегрева.

Действительно простой теоретический подход рассматривает батарею как источник постоянного напряжения, но это работает только для приложений, где сочетание потребляемого тока, времени работы и чувствительности к падению напряжения невелико. Там, где потребление тока достаточно велико, что либо время работы слишком мало, либо падение напряжения слишком велико, вам нужно добавить больше сложности в вашу теорию.

Когда мы рассматриваем батарею как источник напряжения, это предполагает, что вы используете ее в режиме, где это хорошее приближение, потому что это приближение. В диапазоне разрядных токов это будет хорошее приближение, но при очень низких или очень высоких токах оно не сработает. Точно так же, когда мы рисуем провод на схеме, мы считаем, что большую часть времени он имеет нулевое сопротивление, предполагая, что падение напряжения будет достаточно малым, чтобы не иметь значения.

Я набрал «кривую разряда батареи 9 В» в известном поисковике, и одним из результатов была эта страница . Он показывает результаты при 100 мА и 500 мА, комментируя, что 500 мА — это неоправданно большой ток для такой батареи, и даже 100 мА — это довольно много. Если вы хотите использовать батареи за пределами обычного диапазона, я бы посмотрел на конкретных производителей, чтобы узнать, есть ли у них данные. Вероятно, она будет отличаться больше, чем емкость при номинальном токе, потому что емкость — это то, ради чего люди обычно покупают.

Конечно, есть и другие физические эффекты, препятствующие прохождению сколь угодно больших токов за короткое время:

• Индуктивность предотвращает слишком быстрое изменение тока в проводах (например, вам будет сложно разрядить теоретическую батарею за 1 нс).

• В физике, аналогично максимальной скорости света, существует максимальная мощность через поверхность любого размера; это c^5/(4G) или 9,1*10^51 Вт

Я уверен, что есть много других эффектов, которые предотвращают разрядку идеальной батареи за произвольные короткие промежутки времени.

(физический предел мощности соответствует уничтожению материи солнца в чистую энергию и выводу ее через поверхность в течение 20 мкс)

Аккумулятор имеет свое внутреннее сопротивление, которое не только отлично от нуля, но и нелинейно, а также зависит от температуры и степени заряженности аккумулятора. Для типичной батареи форм-фактора 6f22 это что-то 2-20 Ом для новой батареи при комнатной температуре. Она увеличивается по мере разряда батареи, увеличивается с разрядным током и немного снижается при умеренно повышенной температуре (скажем, ~50°С).

Начальный ток короткого замыкания для такой батареи ~1 Ампер.

Зависимость между полезной емкостью и разрядным током аппроксимируется https://en.wikipedia.org/wiki/Peukert%27s_law . Емкость линейна только для малых токов и падает при больших токах разряда.