Світлодіодні та лампові серії - чому лампочка не горить?

Мій 6-річний син щойно почав експериментувати з комплектом стилів Snap Circuits і вже у нас є дуже основне питання.

Якщо ми організуємо світлодіод та лампу паралельно, що живиться від батарей, то і світлодіод, і лампа яскраво засвічуються.

Однак якщо ми розташовуємо світлодіодні та лампові послідовно, то вмикається лише світлодіод.

Очевидно струм проходить через лампу (якщо я відкручую лампу, світлодіод згасне).

То чому лампочка не горить?

Я трохи дешевший, тому замість того, щоб купувати належні замикаючі схеми, я купив аналогічний універсальний набір з Китаю на eBay (Див.: Комплект електронних блоків W-58 )

(Вибачте, якщо це занадто просто для цього форуму, але я ще не знайшов відповіді через Google)

Для паралельно підключених світлодіодів та лампи кожен має всю напругу акумулятора.

При послідовно з'єднаних, напруга на кожен з них повинен підводити до напруги батареї.

Без будь-якої іншої інформації, ніж наведено, найбільш вірогідною відповіддю є те, що напруга на лампі, яка повинна дорівнювати напрузі акумулятора за вирахуванням напруги на світлодіоді, є недостатньою для отримання видимого світла.

Вводячи цю відповідь, я бачу, що ви додали кілька зображень. Виявляється, загальна напруга акумулятора становить близько 3В. Зважаючи на те, що багато світлодіодів мають напругу вперед, що перевищує 2 В, це залишає менше 1 В по лампочці.

Чи є у вас вольтметр зі своїм набором? Якщо так, вимірюйте напругу на лампі для послідовного підключення.

Світлодіод падає стільки напруги, що для лампочки залишається дуже мало.

У вас є лише два батареї на 1,5 В, яких, як наслідок, ледве вистачає для напруги світлодіодного руху вперед.

Лампи розжарювання швидко тьмяніють, коли потужність, яку вони розсіюють, зменшується: потужність напруги в квадраті, поділене на опір.

Саме з цієї причини затемнення ламп розжарювання не економить багато енергії. Лише невелике дробове зменшення розсіяної потужності тьмяніє лампочку майже на всьому шляху.

Нитки генерують в основному тепло, і лише невелику частину як видиме світло. Це дуже чутливо до температури, яка дуже чутлива до розсіяної потужності.

Спробуйте подивитися на лампу в темній кімнаті; можливо, ви зможете побачити слабке червоне сяйво. Також світло від світлодіода може не заважати вам бачити, яке б тьмяне сяйво лампочка гасне, навіть у темній кімнаті. Прикрийте також світлодіод.

ОБОВ'ЯЗКОВО має бути резистор послідовно зі світлодіодом. Світлодіод - це діод, і діоди швидко збільшують струм, який вони проходять, коли прикладена напруга піднімається вище певної точки, значно нижче 3В. Отже без резистора, що обмежує струм, світлодіод пропустив би стільки струму, що він би вигорів.

Попередні відповіді, які говорять про те, що світлодіод падає, напруга є правильним, але падіння відповідає комбінації світлодіода та прихованого резистора. Лампочка просто додає трохи більше опору, що трохи зменшує струм, але лише зробить світлодіод крихітним бітком. Але лампочка позбавлена ​​мінімальної напруги, яку вона повинна запалити.

Додатковим і цікавим фактором є те, що опір розжарювання лампи розжарювання, коли холодний, становить приблизно 1/10 його опору, коли він гарячий.

Замість 10 Ом холодна лампа без освітлення, ймовірно, ближче до 1 Ом.

$P = I^2 \cdot R$

Лампа серії - це трохи більше, ніж фігурний шматочок дроту, що завершує ланцюг світлодіодного світла.

З іншого боку, особливість коефіцієнта позитивно- температурного коефіцієнта ламп розжарювання може бути корисною; перегляньте ранній аудіо осцилятор HP і прочитайте про генератори Wien Bridge .

Чудове запитання! Як зазначалося, це паралельні проти серії ланцюги. Паралельно і лампа, і світлодіодні модулі отримують повний 3 Вольт. Серією вони мають розділити 3 Вольта, тому кожен отримує по кілька. Якби це 2 однотипні лампочки, кожна отримала б 1/2 напруги. По 3 цибулини послідовно, кожна отримує по 1/3 тощо. Світлодіодний модуль робить його більш складним. Але давайте спочатку зробимо найбільше питання.

$\dfrac{E}{I}=R$$\dfrac{3V}{0.3A} = 10 \Omega$

$\dfrac{V}{A}=R$$\dfrac{1}{V}: \dfrac{V}{AV}=\dfrac{R}{V}$$\dfrac{V}{V}$$\dfrac{1}{A}=\dfrac{R}{V}$$A=\dfrac{V}{R}$$10 \Omega + 10 \Omega = 20 \Omega$$\dfrac{3V}{20\Omega} = .150A$$RA=V$$10 \Omega \times .15 A = 1.5 V$

$A=\dfrac{3V - 1.xV}{10 + 33 \Omega}$$\dfrac{1.9V}{43 \Omega}$$\dfrac{1.1V}{43 \Omega}$

Для обговорення, червоні світлодіоди мають перепад напруги вперед (щось) вольт, зелений - близько 2 Вольт, синій - навіть вище. Звичайно, вони мають кінцеві значення опору, але найпростіше думати про них як про просто зняття фіксованої напруги. Струм потім може бути обчислений як напруга, що залишилася через резистор. Якщо резистор відсутній, потрібен якийсь більш продуманий спосіб обмеження струму.

Для більшої розваги поставте електричний двигун відповідного розміру послідовно з лампочкою, відзначте, наскільки яскрава лампочка, а потім покладіть на мотор якесь навантаження - пальцем обережно натискаючи, лезом вентилятора чи веслом для переміщення повітря тощо. Див. якісь зміни?

Один із способів візуалізації, а отже і розуміння того, що відбувається в ланцюзі, це дуже спрощене пояснення чи аналогія, - подумавши, що світлодіод не пропускає достатньо струму, щоб запалити лампу. Простіше кажучи, він має набагато більший опір, ніж лампа по суті. Якщо ви розміщуєте два світильники однакового типу послідовно, вони повинні світитися однаково яскраво, яскраво, як струм, що забезпечується джерелом живлення. Як справді проста аналогія, для двох ламп змінного струму 115 вольт однакової потужності, розміщених послідовно, знадобиться + - 230 Вольт для повного освітлення.

Однак світлодіод Він має набагато більший опір, ніж лампа, а точніше - напівпровідник і має перепад напруги вперед.

Спрощено: передній перепад напруги на світлодіоді становить приблизно 2 вольта при скажімо струмі 20 мА (я не можу пригадати точні цифри зараз), і це виглядає як 3-вольтова конфігурація акумулятора, яка б залишала лише приблизно один вольт для лампа. Крім того, світлодіод не пройде достатньо струму для нагрівання нитки (що класифікується як індуктор, а світлодіод - напівпровідник, тому моя аналогія неточна), але лампа, ймовірно, не повністю засвітиться, навіть якби напруга, що подається, була більша для компенсації для прямого падіння напруги світлодіода.

Сподіваюся, це має сенс. Прошу вибачення, якщо ні, але я поспішив і побачив це лише тоді, коли мені вже доведеться вийти з лінії та зробити щось інше.

Ваше запитання нагадує мені подібний експеримент, у якому дві нерівні потужності, але однакові лампи напруги з'єднані послідовно. Напруга, що вдвічі перевищує розмір однієї з ламп, раптово подається на розташування - просто дивіться, що відбувається. Вибираючи напругу, будь ласка, пам’ятайте про електробезпеку. Лампи на 6 вольт спрацювали б чудово. Запропонуйте автомобільну зупинку / бокову лампу на 6 вольт буде добре. Цей експеримент був використаний на практичному іспиті з фізики GCE "A" близько 30 років тому!

Ще одна річ, яку ви можете спробувати, це підключення різних ламп накаливання на 240 вольт із прозорими скляними оболонками до 12 вольт - якщо я добре пам’ятаю, лампи на 25 Вт добре працюють і дадуть ніжне сяйво нитки, яке дуже приємно для перегляду. Знову будьте в курсі електробезпеки.

Я просто на хвилину ігнорую падіння напруги і поясню це з точки зору струму.

При послідовному розміщенні зі світлодіодом струм, що проходить через світлодіод, також проходить через лампочку, але теплота, що надходить у розжарювальну нитку (струм квадратний, помножений на опір лампочки), недостатня для того, щоб нитка нагрілася достатньо для отримання видимого світла .

Світло від світлодіода приблизно пропорційне струму, що проходить через нього ，, тоді як яскравість лампочки (для тьмяної / малопотужної лампочки!) Має пропорційність ближче до куба вхідного струму. Якщо поставити лампу "зерно пшениці" (20 мкм), послідовно зі світлодіодом, і відрегулювати струм, це стане зрозумілим.

Тепер для фізики: батареї являють собою майже ідеальне джерело напруги. Це тому, що всередині батареї відбувається хімічна реакція, яка переміщує електрони від катода (+) до анода (-), поки різниця потенціалів між двома клемами не досягне відкритого -схема напруги. Я назву цього Вбатта.

Коли електричне з'єднання здійснюється між двома клемами, електрони протікають у зовнішньому з'єднанні від (-) до (+) терміналу через цю різницю потенціалів, створюючи "ланцюг" електронів. Цей потік електронів зменшує різницю потенціалів між клемами, викликаючи прискорення реакції та подачу більшої кількості електронів, а струм збільшується. При цьому це створює зростаючу напругу в навантаженні через опір. Різниця струму та потенціалу на клемах зростає, поки це не достатньо для припинення збільшення швидкості реакції. Математика, I1 * R1 = Вбатт.

@Mark McLaren Цікаве запитання .... але якщо ви зможете поміняти положення світлодіодної та лампочки без зміни полярності (як це є) в ланцюзі серій, то лампочка загориться, якщо моя логіка правильна .... Потрібно говорити, що напруга спочатку падає на світлодіод, а решта напруги (напруга 3 VOLT MINUS, що використовується світлодіодом) недостатньо для лампочки. Електрони протікають з - полярності акумуляторів в першу чергу до світлодіоду, і тому саме напруга спочатку падає на світлодіод, а решту на лампу .... будь ласка, спробуйте поміняти положення світлодіода та лампи і подивіться, чи світиться лампа. .. сподіваюсь, що навіть світлодіод засвітиться, оскільки для світлодіода потрібна низька напруга, а напруги, що залишилася, буде достатньо для світлодіодів. мені цікаво