Tại sao dòng điện không tăng khi pin được kết nối song song?

Tôi đã xây dựng một mạch đơn giản bao gồm hai bộ giữ pin, mỗi bộ gồm pin x2 1,5 V, công tắc trượt, đèn LED và điện trở 100 ohm. Dòng điện tôi đo được bằng đồng hồ vạn năng khi hai giá đỡ pin được kết nối nối tiếp (và công tắc BẬT) là 25,9 mA:

Sau đó, tôi đã kết nối song song các ngăn chứa pin bằng cách kết nối các tiếp điểm dương của các ngăn chứa pin với cáp nhảy màu đỏ và các tiếp điểm âm của các ngăn chứa pin với cáp nhảy màu đen:

Lần này dòng điện đo được là 6,72 mA. Không nên lớn hơn khi các đế pin được kết nối song song?

Trước hết, tôi muốn cảnh báo bạn một chút về việc đặt các hệ thống pin song song. Đó thường không phải là một ý tưởng tốt vì thường hai pin (hoặc hệ thống pin) không có cùng một điện áp. Nếu chúng khác nhau, thì cái có điện áp lớn hơn sẽ cung cấp một số dòng điện vào pin với điện áp thấp hơn và điều này thường không phải là một điều tốt. Nó cũng làm hỏng thí nghiệm của bạn, phần nào, bởi vì nó thêm một sự phức tạp khác cho nó.

Trong trường hợp này, bạn tò mò và tưởng tượng rằng hai pin song song có thể cung cấp nhiều dòng điện hơn. Vì vậy, nó không phục vụ mục đích của bạn để chỉ sử dụng một trong thử nghiệm của bạn vì nó không kiểm tra các giả định của bạn. Vì vậy, bạn phải làm theo cách bạn đã làm. Nhưng tôi chỉ muốn bạn cũng nhận ra rằng có một yếu tố khác (với bạn) mà bạn không tính đến trong thiết kế thử nghiệm của mình. Nhưng bây giờ nó không đủ để lo lắng.

Vì vậy, đặt nó sang một bên ...

Hãy để tôi đề xuất một ý tưởng mới để bạn xem xét. Giả sử rằng đèn LED màu xanh lá cây bạn yêu cầu chính xác để "bật" và nó cũng không biết, điện trở trong của chính xác là . Bạn không thể vào bên trong đèn LED để xem những thứ này. Nhưng hãy nói, như một thử nghiệm suy nghĩ, rằng đây là cách thức hoạt động của đèn LED đặc biệt này.$1.9\:\text{V}$$50\:\Omega$

Ngoài ra, giả sử rằng hệ thống pin của bạn cung cấp chính xác$2.9\:\text{V}$$5.8\:\text{V}$$2.9\:\text{V}$

Giả định của bạn là nếu sự tuân thủ hiện tại nhiều hơn, thì hiện tại là nhiều hơn. Nhưng điều đó đôi khi có thể đúng và không phải người khác. Vì vậy, bây giờ, hãy sử dụng ý tưởng trên của tôi về đèn LED và xem nơi đưa chúng ta đến.

$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}$

Điều này sẽ xuất hiện để dự đoán các phép đo của bạn trong một lỗi khá nhỏ.

Vì vậy, ý tưởng nào bạn nghĩ làm việc tốt hơn ở đây? Suy nghĩ của bạn về hai hệ thống pin song song tăng gấp đôi hiện tại? Hoặc đề nghị của tôi về cách một đèn LED có thể hoạt động? Bạn vẫn còn ý tưởng mà bạn có thể muốn xem xét? Làm thế nào bạn có thể kiểm tra hoặc xác nhận đề nghị trên của tôi? Bạn có thể nghĩ ra một cách khác để thay đổi mạch của mình mà có thể đưa đề xuất của tôi sang một thử nghiệm khác để xem liệu nó có còn giữ được không? Hoặc bạn có thể nghĩ về một phép đo điện áp hoặc đo hiện tại khác mà bạn có thể thử kiểm tra nó?

Trong trường hợp ban đầu, bạn có 6V được áp dụng trên toàn bộ mạch LED của mình. Trong trường hợp sau, nó chỉ là 3V.

Định luật Ohm nói rằng dòng điện qua một dây dẫn giữa hai điểm tỷ lệ thuận với điện áp trên hai điểm.

Khi pin được sắp xếp nối tiếp, điện áp sẽ tăng lên . Điện áp cao hơn, cao hơn sẽ là dòng điện được vẽ bởi mạch của bạn.

Khi pin được kết nối song song, điện áp sẽ giữ nguyên . (Khả năng cung cấp hiện tại sẽ tăng lên, nhưng hãy để chúng tôi sang một bên).

Có một số sai lệch nhỏ xảy ra nhưng tôi tin rằng bạn sẽ học được một chút sau.

Xin vui lòng gửi nghi ngờ của bạn trong cùng một câu hỏi hoặc trong các ý kiến ​​và tôi sẽ vui lòng trả lời nhiều nhất có thể.

Những gì bạn đã phát hiện ra là điện áp và luật hiện hành của Kirchhoff và luật Ohm.

Nói một cách đơn giản, áp dụng luật hiện hành của Kirchhoff cho rằng khi các nguồn điện áp như pin được kết nối nối tiếp thì điện áp của chúng cộng lại.

Hãy quên đi đèn LED một lát; chúng tôi sẽ trở lại với nó

Trong sơ đồ bên dưới, tải (điện trở 100 ohm) nhìn thấy 6 V trên nó.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Trong mạch này (bên dưới), định luật điện áp của Kirchhoff sẽ cho bạn biết rằng các điện áp không cộng vào, vì các nguồn điện áp song song. Tuy nhiên, dòng điện được vẽ bởi tải 100 ohm được phân chia giữa hai.

^{mô phỏng mạch này}

Bây giờ chúng ta đừng quên về đèn LED;

Một đèn LED (đi-ốt phát sáng), đúng như tên gọi, là một "diode". Các thiết bị này rất phức tạp để mô tả sự hài lòng trong một câu trả lời ngắn như thế này, nhưng với mục đích của lời giải thích này, chỉ cần nghĩ rằng nó có điện áp không đổi trên nó, bất kể dòng điện qua nó là gì. Với sự đơn giản hóa đó, điện áp trên diode chỉ có thể được trừ đi khỏi điện áp gây ra bởi các nguồn điện áp (pin) mắc nối tiếp (6 V) hoặc song song (3 V). Điện áp trên một đèn LED phụ thuộc vào đèn LED là gì, nhưng nó thường nằm trong khoảng từ 1,8 V đến 2,1 V tùy thuộc vào màu sắc.

Mạch dưới đây cho thấy tác dụng của đèn LED:

^{mô phỏng mạch này}

Bây giờ theo luật Ohm;

V = R * tôi

I = V / R

R = V / tôi

Ở đâu

V = điện áp

Tôi = hiện tại

R = Kháng

Áp dụng luật Ohm;

4 V / 100 ohm = 40 mA

1 V / 100 ohm = 10 mA

Tôi vừa sử dụng các giá trị tiêu biểu cho ví dụ này, nhưng bạn có thể sử dụng định luật Ohm để quay ngược lại và tính toán điện áp trên đèn LED là gì, hoặc bạn có thể đo nó và tính các giá trị khác. Chúc vui vẻ!

Nhân tiện, thật tuyệt khi bạn đang thực hiện thử nghiệm của riêng mình như thế này, nhưng lần sau không kết nối pin song song như thế. Họ không thích nó;) (Bây giờ tôi không đi sâu vào chi tiết.)

Tôi cố gắng giải thích điện bằng cách so sánh nó với một chất lỏng. Điện áp, hoặc áp suất, là nguyên nhân của dòng điện hoặc dòng chảy, đó là hiệu ứng . Nói chung áp lực tăng sẽ làm tăng lưu lượng. Khi bạn kết nối pin nối tiếp, bạn đang tăng điện áp hoặc áp suất, do đó, đối với một mạch điện trở đơn giản, tương tự như vậy , bạn sẽ tạo ra dòng điện hoặc dòng chảy nhiều hơn. Khi pin được kết nối song song, bạn không tăng áp suất, nhưng bạn đang cung cấp cho pin khả năng cung cấp thêm dòng điện nếu điều kiện mạch cho phép.

Công việc thực sự đằng sau dòng điện là điện áp. Thêm điện áp cho một điện trở cố định, nhiều hơn sẽ là hiện tại. Trong trường hợp đầu tiên của bạn, điện áp tương đương loạt là 3 + 3 = 6V.

Trong trường hợp thứ hai, vì các pin song song và có giá trị bằng nhau, điện áp tương đương của chúng vẫn giữ nguyên, tức là 3V

Do đó nhiều điện áp, nhiều hơn hiện tại.

Nhưng chờ đã, vậy thì tại sao chúng ta đọc trong sách giáo khoa của chúng ta rằng sắp xếp song song giúp tăng hiện tại? Chà, điều đó không thực sự làm tăng dòng điện mà tăng giới hạn trên của dòng điện mà pin của chúng tôi có thể cung cấp. Điều đó có nghĩa là khả năng cung cấp hiện tại của hệ thống tăng lên. Hiện tại vẫn sẽ phụ thuộc vào điện áp. Nhưng nếu điện áp ngày càng cao hơn, hệ thống loạt có thể không thể cung cấp nhiều dòng điện như dự đoán của luật ohms. Nhưng hệ thống song song có thể cung cấp nó. Mặc dù nó cũng sẽ thất bại, nhưng ở điện áp thậm chí cao hơn.

Mọi thứ đều có một số kháng cự.

Pin AA ~ 1 Ohm ~ nguồn 1,5 đến 1,6 V.
Đèn LED trắng ~ 15 Ohms @ ~ 3,1 V @ 20 mA, tắt 2,8 V.
Điện trở 100 ohm.
Dây ~ x mOhm

Do đó, ngân hàng song song = 3,1 V (mới) - 2,8 V LED = (est.) 300 mV chia cho điện trở vòng lặp = 116 ohm sẽ <3 mA gần với kết quả của bạn.

Sau đó, khi 2 ngân hàng trong chuỗi 6.2V (Vbat) -2.8V (Ngưỡng LED) = 3,4V / 116 Ohms (kháng vòng lặp) = 29 mA cũng gần với mức đọc của bạn do dung sai của ước tính.

Không hoàn toàn đơn giản như vậy. Khi bạn đặt hai ô song song, thực tế, bạn đặt các điện trở trong của hai ô song song, do đó làm giảm tổng điện trở trong mạch. Ngay cả khi các tế bào có đầu cuối khác nhau, Điện áp mạch mở và điện trở trong khác nhau, bạn đang giảm điện trở chung của toàn mạch. Và vì vậy, hiện tại nên chảy. Nếu bạn không thấy dòng chảy cao hơn, thì hệ thống đo của bạn không đủ nhạy. Trong thời gian ngắn thử nghiệm của bạn, chúng tôi có thể bỏ qua hệ số nhiệt độ kháng của tất cả các thành phần trong mạch của bạn.

Thận trọng: tháo pin khỏi thiết lập thử nghiệm của bạn khi không sử dụng. Hai trong số các pin được hiển thị trong thiết lập thử nghiệm của bạn có khả năng rò rỉ hóa chất ăn mòn vào ngăn chứa pin nếu được phép xả hoàn toàn và duy trì trong một thời gian dài.

Bạn cho rằng dòng điện không tăng với pin song song. Làm thế nào chắc chắn là bạn về điều này? Điều gì sẽ xảy ra nếu mức tăng hiện tại rất nhỏ và thấp hơn khả năng đo của đồng hồ của bạn?

Đây là nhiệm vụ của bạn:

- có được một đồng hồ chính xác hơn, tốt nhất bạn có thể mượn

- đo dòng điện chỉ với pin số 1.

- đo dòng điện chỉ với pin số 2.

- đo dòng điện với cả hai pin song song.

Tôi dự đoán rằng phép đo thứ ba sẽ lớn hơn mức tối thiểu của hai lần đầu tiên.

Thông thường trong các thiết bị điện tử tự nhiên coi pin là nguồn điện áp. Nhưng pin là thiết bị thực sự rất phức tạp mà nguồn điện áp chỉ là xấp xỉ. Một xấp xỉ tốt hơn là một nguồn điện áp với điện trở giá trị thấp nối tiếp. Bạn thực sự có thể ước tính giá trị của điện trở sê-ri này bằng cách đo điện áp rơi khi tải được áp dụng cho pin và sử dụng các quy tắc thông thường cho điện trở sê-ri và định luật ohm. Hầu hết các kỹ thuật điện dừng lại với điều này, nhưng thậm chí còn có những mô hình phức tạp hơn cho pin đại diện cho hành vi của nó thậm chí còn chính xác hơn.

Tìm hiểu tất cả những gì bạn có thể, nhưng luôn hoài nghi và đặt những câu hỏi thách thức trong khi tôi nạp tiền điện thoại di động.