Чому вимірювання напруги цього ланцюга відрізняється при включенні комутатора?

Я побудував просту схему з двома лампами та перемикачем, що живиться від двох батарей на 1,5 В. Коли вимикач вимкнений, напруга ланцюга, виміряне мультиметром, становить 3,15 В:

Однак, коли слайд-вимикач увімкнено, а лампи запалюються, вимірювана напруга ланцюга становить 2,99 В.

Я не розумію, чому вимірювання напруги не є однаковим в обох випадках. Чому існує така різниця?

Перш за все, молодець для виконання практичного експерименту. Добре бачити людей, які намагаються щось робити і хочуть знати відповідь.

Візуалізувати це схемою може бути простіше. Як було зазначено в попередній відповіді, батареї мають внутрішній опір. Отже, якщо до нього додати навантаження, ви створите дільник напруги. У міру того, як акумулятор все більше і більше виснажується, внутрішній опір збільшується, що припиняє можливість живлення навантаження.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Подивіться на наведену схему. Всі ми знаємо Закон Ома, який є V = I * R. Якщо ми дамо значення резисторам, ми можемо розрахувати, скільки буде падіння, коли ви закриєте вимикач. Якщо сказати, що внутрішній опір акумулятора становить 0,5 Ом, а навантаження - 100 Ом, ми можемо дізнатись струм в ланцюзі. Для цього ми переставляємо рівняння Закону Ома для I: I = V / R = 9 / (100 + 0,5) = 0,0896 A, або 89,6mA. Знову використовуючи Закон Ома (ви побачите, що це, мабуть, найкорисніше рівняння, яке ви зустрінете в електроніці!), Ми можемо виявити падіння напруги над опором акумулятора:

Пам'ятайте: V = I * R = 0,0896 * 0,5 = 0,0448В. Відніміть це від 9В акумулятора, який вперше постачається, і ви отримаєте напругу, яку будете вимірювати, коли вимикач закритий: 9-0.0448 = 8.95В

Використовуючи ці знання, якщо ви хотіли продовжити свої експерименти, чому б не отримати відомий резистор як навантаження, а не живити його за допомогою різних батарей. За допомогою свого мультиметра ви можете виміряти струм і напругу, що дасть вам усі цифри, необхідні для обчислення внутрішніх опорів акумуляторів.

Як зазначає Маркус Мюллер, температура може впливати і на це, тож чому б не зробити тест до і після, розрахуйте свій внутрішній опір до і після того, як покладіть їх у холодильник / морозильну камеру, і подивіться, наскільки вона змінюється. Спробуйте також на декількох різних типах акумуляторів ... Ви можете зробити багато класних експериментів, які розширять ваше розуміння того, що відбувається, і покращать ваші навички розв’язання мікросхем.

Тримайте це і удачі!

Це надзвичайно приємний експеримент!

У мене є ідея додати коментар jonk :

Це дуже добре, що ви перевіряєте, що відбувається так! Як уже було передбачено, відповідь полягає в тому, що акумулятор знаходиться під деяким напруженням при включенні вогнів, і напруга трохи знижується під цим навантаженням. Коли акумулятор наблизиться до закінчення терміну експлуатації, він ще більше знищиться.

Поставте батареї в холодильник на годину або близько того, поки вони не холодні (ви також можете заморозити їх, але не нижче ніж -20 ° C), і повторіть експеримент. Ви побачите, що вони кусаються набагато важче зараз! Вимкніть і зачекайте, поки знову не буде кімнатної температури: вони повинні почати працювати так само, як раніше.

Що відбувається?

У акумуляторі хімічна реакція призводить до того, що два контакти акумулятора мають різний електричний потенціал - між ними є напруга!

Коли ви підключаєте дві речі, контакти вашого акумулятора, які знаходяться на різній напрузі, починає текти струм . Ось що запалює вашу лампочку!

Тепер уявіть, що між вашою батареєю та позитивним зондом вашого мультиметра є невеликий резистор (наприклад, 2 Ом). Його насправді немає, але ви "відчуваєте" його існування:

Резистор показує падіння напруги, коли через нього протікає струм. У вашому випадку через сотню міліампер протікає лампочка, вимикач і назад у вашу батарею - і це призводить до падіння напруги на пару сотень мілівольт над тим «уявленим» резистором.

Ось що ми називаємо "внутрішнім опором". Саме недосконалість джерела напруги (як ваші батареї) призводить до зниження напруги, чим більше струму ви проводите.

Внутрішній опір може бути багатьма речами - насамперед справжні акумулятори виготовлені з реальних матеріалів, а реальні матеріали мають стійкість. Але для батарей це зазвичай лише незначна частина внутрішнього опору. Більша частина полягає в тому, що для здійснення потоку струму хімічні реакції (і іонні блукання) всередині повинні відбуватися досить швидко. Якщо є більше струм - дро , ніж хімічна реакція може витримати, напруга падає.

Тепер, коли ви охолодили акумулятори, ви сповільнили всі хімічні реакції всередині, і особливо те, як швидко заряджаються атоми можуть бродити всередині акумулятора. Ось чому ми маємо холодильники та морозильні камери: коли всі хімічні реакції сповільнюються зниженою температурою, харчові продукти не йдуть погано так швидко, тому що всі речі, які роблять їжу поганою (тобто ріст бактерій та хімічне розкладання речей ) просто відбуваються у повільному русі.

Коли хімічна реакція в акумуляторі сповільнилася, акумулятор просто не може «бути в курсі» так добре, як струм, і напруга падає навіть далі, ніж при теплому акумуляторі.

Батареї не є ідеальними. Вони мають внутрішній опір. Коли через нього протікає струм, напруга падає.

Завжди пам’ятайте, що в послідовній схемі це постійний струм, а в паралельному ланцюзі - це напруга, яка є постійною.

Просте те, що ви послідовно підключили резистивне навантаження з перемикачем. Отже, коли перемикач закритий, навантаження нападне, тому ви ніколи не отримаєте такої ж напруги, як, коли перемикач відкритий. Ви також можете побачити схему. Дякую. З повагою #ENGE. Абдулла.