物理 実験 電池の内部抵抗と起電力

質問

物理の授業で、電池の内部抵抗と起電力を測定する実験をおこないました。
抵抗値を小さくし電流を増加させた時の電圧と抵抗値を大きくし電流を減少させた時の電圧
を計測しました。

実験の結果、起電力や内部抵抗は記録できたのですがわからないことが一つあります

抵抗を小さくし電流を増加させながら測った電圧より、抵抗を大きくしながら
電流を減少させたときの電圧ほうが小さくなりました

とりわけ大きな差でもなく人の目で計測した誤差かとも思ったのですが
ちゃんと理由があるのでしょうか？

自分的には,増加・減少時に勢い(加速)がつたのかな？というような意見ぐらいしか思い浮かびませんでした・・・

回答No.3

Tann3 · ベストアンサー

No.1です。補足に関して。

＞私が言っていたのは電池内の内部電圧ではなく端子電圧です。

　了解です。でも、回路全体の構成と、何を測定していたのかの全体が分からないので何とも言えませんが、可変抵抗の両端の端子電圧と、電池の電圧は同じかもしれませんね・・・。（導線の抵抗を無視すれば）
　また、全体の回路構成と測定場所によっては、電圧計の内部抵抗などの影響も考えられるので確認した次第です。

＞内部電圧は下がると起電力も下がるのでしょうか？

　電池も回路を構成する素子の一つですので、回路全体を流れる電流によって電池の内部抵抗で発生する電圧と、起電力とは等しくなるはずですので、電流が一定ならそうなるはずです。（逆に、電池の内部抵抗は、直接測定できないので電流と起電力で求めるはず）

お礼

補足回答していただきありがとうございます。

もうしわけありません。
質問した際にもう少し具体的に回路図等を提示しておくべきでしたね。かさねがさね説明不足ですみません

電圧計や導線の抵抗は考えていませんでしたので参考になります。

あと内部抵抗と打つべきところを内部電圧と打ってしまってますね。申し訳ないです

色々とお答えいただきありがとうございました。

回答No.2

rnakamra

考えられる要因としては
1.可変抵抗の摺動子の位置のずれ
2.内部抵抗の温度変化

が考えられます。(そのほかにもあるとは思いますが)

1.負荷を変化させるために可変抵抗を使用していると思いますが、これはぴったりとメモリをあわせたとしても必ず抵抗値がまったくずれがなくなるというわけではないでしょう。特に回転させるタイプの場合、ギアが入っているとバックラッシと呼ばれる遊びが出てくることは十分考えられます。バックラッシが原因であれば回転方向の違いで再現性のあるずれが生じます。
これが原因であるかどうかを調べるためには可変抵抗だけを取り外して実際に抵抗値の変化を調べてみるとよいでしょう。

2.については電流が流れることで電池自体の温度も変化しますが、この微小な変化が影響している可能性があります。
負荷を小さくすると内部抵抗による発熱は大きくなります。この発熱が大きくなりすぎると時にはとんでもない電圧を出力することもあります(最近、４つ直列につないだ乾電池をショートさせてしまったことがあるのですが、一部の電池が異常発熱し、その電池だけ見た目の出力がマイナスになってしまったこともあります。この場合も電池の起電力がマイナスになったのではなく、その電池だけ温度が高くなりすぎて内部抵抗が大きくなり、電圧降下が起電力を上回ることになったのです)
この場合は、十分時間をおくと温度平衡に達すると思いますが、この平衡点が必ず一致するとも言えません。
明確な差がるのであれば温度をモニタすればわかる可能性があります。

お礼

回答していただきありがとうございます。1.2と分けてあって読みやすかったです

抵抗器はすべり抵抗器をつかいました。ので1の後半の問題は大丈夫だと思います

2の実体験も参考になりました。ありがとうございます
今回はこまめにスイッチを切っていたりしたので温度による大幅な誤差
はないと自分では考えています。もちろん確証はありませんが^^；

今回の実験の参考以外にも、今後役に立ちそうなお話が聞けて良かったです

回答No.1

Tann3

「増加・減少時に勢い(加速)がついた」というのは、あまり科学的な表現ではないですね。

　物事には、行きと帰りで違う特性を取ることが良くあります。「ヒステリシス特性」などと呼ばれます。

　この場合にそれが当てはまるのかは、正確にはわかりません。ただ、電池の中では「化学反応」が起こっているわけなので、急に電流を大きくしたり、逆に急に減少させたり、という変化に対する応答特性が異なる可能性はあり得ます。減らすのは簡単だが、増やすのには時間がかかる、というのがありそうな現象です。
　質問者さんのおっしゃる「電圧」はどこの電圧なのでしょうか。電池の電圧であれば、電流を増加させるときに、まず科学反応を大量に行うため内部抵抗と起電力が大きくなって、次に科学反応が安定して内部抵抗が下がり電流が増加する、というような現象が起こっているのではないかと思います。これに対して、電流が減少するときには、電池の化学反応としては楽になる方向なので、内部抵抗が下がって起電力が減少したように見えるのでは。
　想像も入っていますが。

補足

回答していただきありがとうございます。
私が言っていたのは電池内の内部電圧ではなく端子電圧です。説明不足で済みません

「内部抵抗が下がって起電力が減少したように見えるのでは。」
質問なのですが、内部電圧は下がると起電力も下がるのでしょうか？
自分はてっきり内部抵抗が下がると起電力は増加すると思っていたのですが…