Đèn LED và đèn nối tiếp - tại sao bóng đèn không sáng?

Con trai 6 tuổi của tôi vừa bắt đầu thử nghiệm bộ công cụ kiểu Snap Circuits và chúng tôi đã có một câu hỏi rất cơ bản.

Nếu chúng ta sắp xếp một đèn LED và đèn song song chạy bằng pin thì cả đèn LED và đèn đều sáng lên.

Tuy nhiên, nếu chúng ta sắp xếp đèn LED và đèn nối tiếp thì chỉ có đèn LED bật sáng.

Rõ ràng dòng điện đang đi qua đèn (nếu tôi tháo bóng đèn thì đèn LED tắt).

Vậy tại sao bóng đèn không sáng?

Tôi là một người tầm thường vì vậy thay vì mua Mạch Snap phù hợp Tôi đã mua một bộ chung tương tự từ Trung Quốc trên eBay (Xem: Bộ khối điện tử W-58 )

(Xin lỗi nếu điều này quá cơ bản cho diễn đàn này nhưng tôi chưa tìm thấy câu trả lời qua Google)

Đối với đèn LED và đèn được kết nối song song, mỗi đèn có toàn bộ điện áp pin.

Khi nối tiếp, điện áp trên mỗi điện áp phải tổng với điện áp pin.

Không có nhiều thông tin hơn được đưa ra, câu trả lời rất có thể là điện áp trên đèn, phải bằng điện áp pin trừ điện áp trên đèn LED, không đủ để tạo ra ánh sáng khả kiến.

Trong khi gõ câu trả lời này, tôi thấy rằng bạn đã thêm một số hình ảnh. Có vẻ như tổng điện áp pin là khoảng 3V. Cho rằng nhiều đèn LED có điện áp chuyển tiếp vượt quá 2V, điều này để lại ít hơn 1V trên bóng đèn.

Bạn có một vôn kế với bộ của bạn? Nếu vậy, đo điện áp trên đèn cho kết nối loạt.

Đèn LED giảm điện áp rất nhiều đến nỗi chỉ còn lại rất ít cho bóng đèn.

Bạn chỉ có hai pin 1,5V, trong chuỗi, chỉ đủ cho điện áp chuyển tiếp LED.

Bóng đèn sợi đốt nhanh chóng mờ đi khi công suất mà chúng tiêu tán giảm đi: công suất là điện áp bình phương, chia cho điện trở.

Vì lý do này, bóng đèn sợi đốt mờ không tiết kiệm nhiều năng lượng. Chỉ một sự giảm nhỏ trong công suất tiêu tán làm mờ đi một bóng đèn gần như mọi cách.

Các sợi nhỏ tạo ra nhiệt chủ yếu và chỉ một phần nhỏ là ánh sáng nhìn thấy được. Điều này rất nhạy cảm với nhiệt độ, rất nhạy cảm với năng lượng tiêu tan.

Hãy thử nhìn vào đèn trong một căn phòng tối; bạn có thể thấy một ánh sáng đỏ mờ. Ngoài ra, ánh sáng từ đèn LED có thể ngăn bạn nhìn thấy bất cứ thứ gì phát sáng mờ mà bóng đèn phát ra, ngay cả trong một căn phòng tối. Che đèn LED, quá.

PHẢI có một điện trở nối tiếp với đèn LED. Một đèn LED là một diode và điốt tăng nhanh dòng điện mà chúng đi qua khi điện áp ứng dụng tăng lên trên một điểm nhất định, thấp hơn 3V. Vì vậy, nếu không có điện trở giới hạn dòng điện, đèn LED sẽ truyền quá nhiều dòng điện.

Các câu trả lời trước đó nói rằng đèn LED giảm điện áp là chính xác, nhưng mức giảm nằm trên sự kết hợp giữa đèn LED và điện trở ẩn. Bóng đèn chỉ tăng thêm một chút điện trở, làm giảm dòng điện một chút nhưng chỉ làm cho đèn LED mờ đi một chút. Nhưng bóng đèn bị cướp đi điện áp tối thiểu cần ánh sáng.

Một yếu tố bổ sung và thú vị là điện trở dây tóc của đèn sợi đốt khi lạnh gần bằng 1/10 so với điện trở của nó khi nóng.

Thay vì 10 ohms, đèn không sáng lạnh có lẽ gần hơn 1 ohm.

$P = I^2 \cdot R$

Đèn loạt là ít hơn một chút dây xoăn hoàn thành mạch ánh sáng LED.

Mặt khác, hệ số nhiệt độ dương tính năng của đèn sợi đốt có thể hữu ích; xem bộ tạo dao động âm thanh ban đầu của HP và đọc về bộ tạo dao động cầu Vienna .

Câu hỏi tuyệt vời! Đó là mạch song song so với loạt, như đã lưu ý. Song song, cả đèn và mô-đun LED đều có đủ 3 Vôn. Trong loạt, họ phải chia sẻ 3 Volts, vì vậy mỗi người được một số. Nếu đó là 2 bóng đèn cùng loại, mỗi bóng đèn sẽ có được 1/2 điện áp. 3 bóng đèn nối tiếp, mỗi bóng được 1/3, v.v. Các mô-đun LED làm cho nó phức tạp hơn. Nhưng trước tiên hãy làm vấn đề lớn nhất.

$\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}$ . Nhiều nhất, ít hơn 0,05 Amperes, có lẽ chỉ bằng 0,025 Amperes. Từ 1/6 đến 1/10 dòng điện mà bóng đèn có trong mạch song song!

Đối với mục đích thảo luận, đèn LED màu đỏ có điện áp chuyển tiếp giảm 1. (một cái gì đó) vôn, màu xanh lá cây khoảng 2 Vôn, màu xanh thậm chí cao hơn. Tất nhiên chúng có giá trị điện trở hữu hạn, nhưng dễ nhất khi nghĩ về chúng chỉ đơn giản là loại bỏ điện áp cố định đó. Dòng điện sau đó có thể được tính là điện áp còn lại trên điện trở. Nếu không có điện trở, cần có một số cách phức tạp hơn để hạn chế dòng điện.

Để vui hơn, hãy đặt một động cơ điện có kích thước phù hợp nối tiếp với bóng đèn, lưu ý độ sáng của bóng đèn, sau đó đặt một số tải lên động cơ - một ngón tay ấn nhẹ, một cánh quạt hoặc mái chèo để di chuyển không khí, v.v. bất kỳ thay đổi nào?

Một cách để Trực quan hóa, và do đó hiểu những gì đang diễn ra trong mạch, đây là một lời giải thích hoặc tương tự rất đơn giản, sẽ bằng cách nghĩ rằng đèn LED không truyền đủ dòng điện để thắp sáng đèn. Nói một cách đơn giản, nó có sức đề kháng cao hơn nhiều so với đèn thực chất. Nếu bạn đặt hai loại đèn giống nhau nối tiếp, cả hai sẽ phát sáng như nhau, sáng như dòng điện được cung cấp bởi nguồn điện cho phép, Như một sự tương tự thực sự đơn giản, hai đèn AC 115 volt có cùng công suất được đặt trong chuỗi sẽ yêu cầu + - 230 Volts để chiếu sáng đầy đủ.

Tuy nhiên, đèn LED Nó có điện trở cao hơn nhiều so với đèn, hay chính xác hơn là nó là chất bán dẫn và giảm điện áp chuyển tiếp.

Đơn giản hóa: Việc giảm điện áp chuyển tiếp trên đèn LED khoảng 2 volt khi rút ra dòng điện 20mA, (tôi không thể nhớ lại các con số chính xác ngay bây giờ) và đó có vẻ là cấu hình pin 3 volt, chỉ để lại khoảng một volt cho cái đèn ngủ. Ngoài ra, đèn LED sẽ không truyền đủ dòng điện để đốt nóng dây tóc (được phân loại là chất dẫn điện và đèn LED bán dẫn, do đó, sự tương tự của tôi là không chính xác), nhưng đèn có thể sẽ không chiếu sáng đầy đủ ngay cả khi điện áp được cung cấp cao hơn để bù cho sự sụt giảm điện áp về phía trước của đèn LED.

Tôi hy vọng điều đó đúng. Tôi xin lỗi nếu không, nhưng tôi vội vàng và chỉ thấy điều này khi tôi sắp phải xuống đường và làm việc khác.

Câu hỏi của bạn làm tôi nhớ đến một thí nghiệm tương tự trong đó hai đèn điện áp không bằng nhau nhưng điện áp giống hệt nhau được kết nối thành chuỗi. Một điện áp gấp đôi kích thước của một trong những chiếc đèn đột nhiên được áp dụng cho sự sắp xếp - chỉ cần xem điều gì xảy ra. Trong việc lựa chọn điện áp của bạn xin vui lòng lưu ý về an toàn điện. Đèn được đánh giá ở mức 6 volt sẽ hoạt động tốt. Đề nghị một chiếc xe dừng / bóng đèn ở mức 6 volt sẽ ổn. Thí nghiệm này đã được sử dụng trong kỳ thi thực hành Vật lý "A" của GCE khoảng 30 năm trước!

Một điều khác bạn có thể thử là kết nối các đèn dây tóc 240 volt khác nhau với vỏ thủy tinh trong suốt đến 12 volt - nếu tôi nhớ chính xác thì đèn 25 watt hoạt động tốt và sẽ phát ra ánh sáng dây tóc nhẹ nhàng rất dễ nhìn. Một lần nữa xin lưu ý về an toàn điện.

Tôi sẽ bỏ qua việc giảm điện áp trong giây lát và giải thích nó theo dòng điện.

Khi được đặt nối tiếp với đèn LED, dòng điện đi qua đèn LED cũng truyền qua bóng đèn, nhưng nhiệt đi vào dây tóc (bình phương hiện tại, nhân với điện trở của bóng đèn) không đủ để dây tóc đủ nóng để tạo ra ánh sáng có thể nhìn thấy .

Ánh sáng từ đèn LED tỷ lệ thuận với dòng điện đi qua nó ， trong khi độ sáng của bóng đèn (đối với bóng đèn bị mờ / thiếu năng lượng!) Có tỷ lệ gần với khối của dòng điện đầu vào. Nếu bạn đặt đèn "hạt lúa mì" (20ma), nối tiếp với đèn LED và điều chỉnh dòng điện, điều này sẽ trở nên rõ ràng.

Bây giờ đối với một số vật lý: Pin đại diện cho một nguồn điện áp gần như lý tưởng, điều này là do bên trong pin có một phản ứng hóa học di chuyển các electron từ cực âm (+) đến cực dương (-) cho đến khi sự khác biệt tiềm năng giữa hai cực đến điện áp -circuit. Tôi sẽ gọi đây là Vbatt.

Khi kết nối điện được thực hiện giữa hai cực, các electron sẽ chảy trong kết nối ngoài từ cực (-) đến (+) do sự khác biệt tiềm năng này, tạo ra một "mạch" điện tử. Dòng electron này làm giảm sự khác biệt tiềm năng giữa các cực, khiến phản ứng tăng tốc và cung cấp nhiều electron hơn, và dòng điện tăng lên. Khi đó, nó tạo ra một điện áp tăng trong tải do điện trở. Sự khác biệt hiện tại và tiềm năng tại các thiết bị đầu cuối tăng lên cho đến khi nó đủ để ngăn chặn tốc độ phản ứng tăng lên. Toán học, I1 * R1 = Vbatt.

@Mark McLaren Câu hỏi thú vị .... nhưng nếu bạn có thể hoán đổi vị trí của đèn led và bóng đèn mà không thay đổi cực tính (như hiện tại) trong mạch nối tiếp, thì bóng đèn sẽ sáng nếu logic của tôi là chính xác .... Không cần phải nói rằng điện áp được giảm trên đèn LED trước và điện áp còn lại (điện áp 3 VOLT MINUS được sử dụng bởi đèn LED) không đủ cho bóng đèn .. mặc dù nó có đủ dòng điện bcoz nối tiếp. Các electron chảy từ - cực của pin về phía đèn led trước và có thể đó là lý do tại sao điện áp đầu tiên rơi qua đèn led và phần còn lại trên đèn .... vui lòng thử đổi vị trí của đèn led và đèn và xem đèn có sáng không. .. hy vọng ngay cả đèn LED sẽ sáng vì led yêu cầu điện áp thấp và điện áp còn lại sẽ đủ cho led. tôi tò mò