Transferencia máxima de potencia
Muy pequeña pierde, muy grande pierde
La curva dorada de la gráfica es la potencia que recibe la carga según su resistencia, y el punto sobre la curva es la carga actual. Con una resistencia de carga 0 no hay tensión en la carga, y con una sin límite no circula corriente, así que en ambos casos la potencia es 0. Busca el único punto entre ellos en que la potencia es máxima, R_L = R_th.
No puedes tener tensión y corriente a la vez
La potencia es el producto de la tensión en la carga por la corriente que la atraviesa. Con una resistencia de carga pequeña la corriente es grande pero casi no hay tensión, y con una grande la tensión es alta pero casi no circula corriente. Una cosa se cambia por la otra, así que inclinarse hacia cualquiera de los dos lados reduce el producto, y la potencia es máxima cuando ambas están equilibradas.
El equilibrio está en R_L = R_th
Si se deriva la potencia P = (V_th/(R_th+R_L))²·R_L respecto a R_L y se iguala a 0, el máximo sale exactamente en R_L = R_th. Esta condición, igualar la resistencia de carga a la resistencia interna de la fuente, se llama adaptación. Entonces la tensión se reparte a partes iguales, en la carga queda V_th/2, y la potencia máxima es P_max = V_th²/(4R_th). La fuente de la gráfica tiene 12 V y 6 Ω, así que la potencia llega a su máximo de 6 W cuando R_L vale 6 Ω.
Potencia máxima no es eficiencia máxima
En la adaptación la resistencia de carga y la interna son iguales, de modo que la potencia total se reparte a partes iguales entre ellas. En la resistencia interna se pierde como calor tanta potencia como recibe la carga, así que la eficiencia es exactamente del 50%. Cuando el objetivo es sacar la mayor potencia, la adaptación es la respuesta, pero donde importa la eficiencia, como en la transmisión de energía, se hace a propósito grande la resistencia de carga para reducir pérdidas. Máxima potencia y máxima eficiencia son objetivos distintos.
De vuelta a la primera pantalla
Al cambiar la resistencia de carga, la potencia en la carga partió de 0, subió hasta un pico y volvió a bajar, y ese pico estaba exactamente en R_L = R_th, la línea punteada donde la carga iguala a la resistencia interna. Allí la tensión se repartía a partes iguales y la eficiencia era del 50%. Una vez que el equivalente de Thévenin pliega un circuito en una fuente y una resistencia, qué conectar para recibir la mayor potencia se ve así de un vistazo.