Чому струм не збільшується при паралельному підключенні акумуляторів?

Я побудував просту схему, що складається з двох держателів акумуляторів, кожен з яких включав батареї x2 1,5 В, слайд-вимикач, світлодіод та резистор 100 Ом. Струм, який я вимірював мультиметром, коли два держателя акумулятора були підключені послідовно (а вимикач увімкнено), становив 25,9 мА:

Потім я паралельно з'єднав тримачі акумуляторів, з'єднавши позитивні контакти утримувачів акумуляторів з червоним перемикаючим кабелем та негативні контакти держателів акумуляторів із чорним кабелем перемички:

На цей раз вимірюваний струм становить 6,72 мА. Чи не повинна вона бути більшою, ніж при підключенні тримачів акумуляторів паралельно?

По-перше, я хочу попередити вас трохи про паралельне встановлення акумуляторних систем. Зазвичай це не гарна ідея, оскільки часто два акумулятори (або акумуляторні системи) не мають однакової напруги. Якщо вони різні, то той, що має більшу напругу, подасть деякий струм в акумулятор із меншою напругою, і це часто не дуже добре. Це також дещо псує ваш експеримент, тому що додає йому ще одного ускладнення.

У цьому випадку вам цікаво і уявляєте, що дві батареї паралельно можуть подавати більше струму. Тому він не відповідає вашим цілям використовувати лише один у своєму експерименті, оскільки він не перевіряє ваші припущення. Отже, ви повинні робити це так, як ви робили. Але я просто хочу, щоб ви також зрозуміли, що є ще один невідомий (для вас) фактор, який ви не враховуєте в своєму експериментальному дизайні. Але хвилюватись зараз недостатньо.

Тож відкладіть це ...

$1.9\:\text{V}$$50\:\Omega$ . Ви не можете потрапити всередину світлодіода, щоб побачити ці речі. Але, скажімо, в якості продуманого експерименту, що саме так працює цей світлодіод.

$2.9\:\text{V}$$5.8\:\text{V}$$2.9\:\text{V}$ до ланцюга. Єдиною відмінністю тут може бути відповідність струму (можливість подачі більшого або меншого струму на навантаження, якщо потрібно).

Ваше припущення полягає в тому, що якщо поточного дотримання більше, то поточного більше. Але це може бути правдою іноді, а не іншими. Тож зараз давайте скористаємося моїм вище уявленням про світлодіод і подивимось, куди це нас веде.

$100\:\Omega$$50\:\Omega$$150\:\Omega$$1.9\:\text{V}$

$I_\text{parallel}=\frac{2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 6.7\:\text{mA}$$I_\text{series}=\frac{2\cdot 2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 26\:\text{mA}$

Це, здається, передбачить ваші вимірювання в межах досить малої помилки.

То яка ідея, на вашу думку, працює тут краще? Ваші думки щодо двох паралельних акумуляторних систем, що подвоюють струм? Або моя пропозиція про те, як може поводити світлодіод? Чи є у вас ще подальші ідеї, які ви, можливо, захочете розглянути? Як ви можете перевірити чи підтвердити мою вище пропозицію? Чи можете ви придумати інший спосіб змінити свою схему, який міг би поставити мою пропозицію на інший тест, щоб побачити, чи він все ще тримається? Або ви можете придумати ще одне вимірювання напруги або вимірювання струму, яке ви можете спробувати перевірити?

У початковому випадку у вас застосовується 6 В у вашому світлодіодному ланцюзі. В останньому випадку це лише 3В.

Закон Ома говорить, що струм через провідник між двома точками прямо пропорційний напрузі на двох точках.

Коли батареї розташовані послідовно, напруга збільшується . Чим вище напруга, тим вищим буде струм, який проводить ваша схема.

Якщо паралельно підключити батареї, напруга залишиться колишньою . (Потужність подачі струму збільшиться, але нехай це залишимо осторонь).

Трапляються деякі крихітні відхилення, але я вважаю, що ви дізнаєтесь трохи пізніше.

Будь ласка, опублікуйте свої сумніви в тому ж запитанні або в коментарях, і я з радістю відповім, наскільки зможу.

Що ви виявили - це напруга та діючі закони Кірхгофа та закон Ома.

Простіше кажучи, застосування діючого закону Кірхгофа дає те, що коли джерела напруги, такі як батареї, підключаються послідовно, їх напруги збільшуються.

Давайте на мить забудемо про світлодіод; ми повернемося до цього.

На наведеній нижче схемі навантаження (резистор 100 Ом) бачить 6 В поперек нього.

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

У цій схемі (нижче) закон напруги Кірхгофа скаже вам, що напруги не складаються, оскільки джерела напруги знаходяться паралельно. Однак струм, набраний навантаженням 100 Ом, розділений між двома.

^{моделювати цю схему}

Тепер не будемо забувати про світлодіод;

Світлодіод (світлодіод) - це, як випливає з назви, - «діод». Ці пристрої складно описати для задоволення в такій короткій відповіді, як ця, але для цілей цього пояснення просто подумайте про це як на постійне напруга через нього, незалежно від того, який струм через нього. При цьому спрощення напруги на діоді можна просто відняти від напруги, викликаної джерелами напруги (акумуляторами), що є послідовно (6 В) або паралельно (3 В). Напруга на світлодіоді залежить від того, який це світлодіод, але він зазвичай становить від 1,8 В до 2,1 В залежно від кольору.

На схемі нижче показаний ефект світлодіода:

^{моделювати цю схему}

Тепер до закону Ома;

V = R * I

I = V / R

R = V / I

де

V = напруга

I = струм

R = Опір

Застосування закону Ома;

4 В / 100 Ом = 40 мА

1 В / 100 Ом = 10 мА

Я щойно використовував типові значення для цього прикладу, але ви можете використовувати закон Ома, щоб повернутися назад і обчислити, яка напруга на світлодіоді, або ви можете виміряти його та обчислити інші значення. Веселіться!

До речі, це чудово, що ви так робите власні експерименти, але наступного разу не підключайте батареї паралельно так. Їм це не подобається;) (я зараз не вникаю в деталі.)

Я намагаюся пояснити електрику, порівнюючи її з рідиною. Напруга, або тиск, є причиною струму чи потоку, що є наслідком . Зазвичай підвищення тиску збільшить витрату. Коли послідовно підключати батареї, ви збільшуєте напругу чи тиск, тож для простого резистивного ланцюга, на який схожий ваш , ви будете виробляти більше струму чи потоку. Якщо батареї підключаються паралельно, ти не збільшуєш тиск, але ти даєш акумуляторам можливість подавати більше струму, якщо це дозволяють умови контуру.

Справжня робоча коня за струмом - це напруга. Чим більше напруга для фіксованого опору, тим більше буде струм. У вашому першому випадку серія еквівалентної напруги становить 3 + 3 = 6В.

У другому випадку, оскільки батареї розташовані паралельно і мають однакове значення, їх еквівалентна напруга залишається такою ж, тобто 3В

Звідси більше напруги, більше струму.

Але зачекайте, тоді чому ми читаємо в наших підручниках, що паралельне розташування допомагає збільшити струм? Ну, це насправді не збільшує струм, але збільшує верхню межу струму, яку наші батареї здатні забезпечити. Це означає, що поточна потужність системи забезпечує підвищення. Струм все одно залежатиме від напруги. Але якщо напруга зростає і вище, система серії може не в змозі забезпечити стільки струму, як передбачено законом Ом. Але паралельна система може це забезпечити. Хоча він теж вийде з ладу, але ще при більш високих напругах.

Все чинить певний опір.

AA Акумулятор ~ 1 Ом ~ 1,5-1,6 В джерело.
Білий світлодіод ~ 15 Ом @ ~ 3,1 В при 20 мА, вимкнено 2,8 В.
100 Ом резистор.
Дріт ~ х мОм

Таким чином, паралельний банк = 3,1 В (новий) - 2,8 В світлодіод = (орієнтовно) 300 мВ, розділений на опір петлі = 116 Ом, буде <3 мА близьким до вашого результату.

Тоді, коли 2 банки серії 6.2V (Vbat) -2.8V (Wh. Поріг світлодіода) = 3.4V / 116 Ом (опір петлі) = 29 мА, що також близьке до вашого читання через допуск до оцінок.

Не зовсім так просто. Коли ви ставите дві комірки паралельно, фактично ви ставите внутрішні опори двох комірок паралельно, тим самим знижуючи загальний опір у ланцюзі. Навіть якщо комірки мають різні кінцеві напруги, напруги відкритого контуру та різні внутрішні опори, ви зменшуєте загальний опір усього ланцюга. І так, більше струму має надходити. Якщо ви не бачите більш високого потоку струму, то ваша вимірювальна система недостатньо чутлива. За короткий час вашого експерименту ми можемо ігнорувати температурний коефіцієнт опору всіх компонентів у вашому ланцюзі.

Обережно: вийміть батареї з тестової установки, коли вона не використовується. Дві батареї, показані у вашій тестовій установці, швидше за все просочуються корозійними хімічними речовинами в держатель акумулятора, якщо їм буде дозволено повністю розрядитися і зберегтись довгий час.

Ви стверджуєте, що струм не збільшується при паралельній батареї. Наскільки ви впевнені в цьому? Що робити, якщо збільшення струму дуже незначне і менше, ніж здатність вимірювального приладу вимірювати?

Ось ваше завдання:

- отримати більш точний лічильник, найкращий, що можна позичити

- вимірювати струм лише за допомогою акумулятора №1.

- вимірювати струм лише за допомогою акумулятора №2.

- вимірюйте струм обох батарей паралельно.

Я прогнозую, що третє вимірювання буде більше, ніж мінімум перших двох.

У виробничій електроніці прийнято розглядати акумулятори як джерело напруги. Але батареї дійсно дуже складні пристрої, для яких джерело напруги є лише наближенням. Кращим наближенням є джерело напруги з низькозначним резистором послідовно. Фактично можна оцінити значення цього серійного резистора, вимірявши падіння напруги при навантаженні на акумулятор і використовуючи звичайні правила для серійних резисторів та закон Ома. Більшість електротехнічних робіт зупиняється на цьому, але є ще більш складні моделі для акумулятора, які ще більш точно представляють його поведінку.

Дізнайтеся все, що можете, але будьте завжди скептичні і задавайте складні запитання, поки я заряджаю свій мобільний телефон.