ทำไมการวัดแรงดันของวงจรนี้ถึงแตกต่างกันเมื่อเปิดสวิตช์

ฉันสร้างวงจรอย่างง่ายพร้อมหลอดสองดวงและสวิตช์เลื่อนที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 1.5 V สองก้อน เมื่อปิดสวิตช์สไลด์แรงดันไฟฟ้าของวงจรที่วัดด้วยมัลติมิเตอร์คือ 3.15 V:

อย่างไรก็ตามเมื่อสวิตช์เลื่อนเปิดอยู่และไฟจะสว่างขึ้นวงจรแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้คือ 2.99 V.

ฉันไม่เข้าใจว่าทำไมการวัดแรงดันไฟฟ้าจึงไม่เหมือนกันในทั้งสองกรณี ทำไมจึงมีความแตกต่างนี้

ก่อนอื่นทำได้ดีสำหรับการทำการทดลองจริง เป็นการดีที่ได้เห็นผู้คนลองทำสิ่งต่าง ๆ และต้องการทราบคำตอบ

มันอาจจะง่ายกว่าที่จะเห็นภาพนี้ด้วยวงจร เนื่องจากคำตอบก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่มีความต้านทานภายใน ดังนั้นหากคุณเพิ่มภาระให้กับมันคุณจะสร้างตัวแบ่งแรงดัน เมื่อแบตเตอรี่หมดลงความต้านทานภายในจะเพิ่มขึ้นซึ่งจะหยุดไม่ให้โหลดพลังงานได้

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ดูแผนผังข้างต้น เราทุกคนรู้กฎของโอห์มซึ่งก็คือ V = I * R ถ้าเราให้ค่าแก่ตัวต้านทานเราสามารถคำนวณได้ว่าจะหยดเมื่อคุณปิดสวิตช์ ถ้าเราบอกว่าความต้านทานภายในของแบตเตอรี่คือ 0.5 โอห์มและโหลดเป็น 100 โอห์มเราสามารถหากระแสในวงจรได้ ในการทำเช่นนี้เราจัดระเบียบสมการกฎของโอห์มอีกครั้งสำหรับ I: I = V / R = 9 / (100 + 0.5) = 0.0896 A หรือ 89.6mA ใช้กฎของโอห์มอีกครั้ง (คุณจะพบว่านี่อาจเป็นสมการที่มีประโยชน์ที่สุดที่คุณจะเจอในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์!) เราสามารถหาแรงดันไฟฟ้าตกเหนือความต้านทานของแบตเตอรี่:

ข้อควรจำ: V = I * R = 0.0896 * 0.5 = 0.0448V นำสิ่งนี้ออกไปจากแบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์ที่ให้มาก่อนและคุณจะได้แรงดันที่คุณจะวัดเมื่อสวิตช์ปิด: 9-0.0448 = 8.95V

การใช้ความรู้นี้หากคุณต้องการทำการทดลองต่อไปทำไมไม่ลองใช้ตัวต้านทานที่รู้จักกันดีว่าเป็นโหลดและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ที่แตกต่างกัน ด้วยมัลติมิเตอร์ของคุณคุณสามารถวัดกระแสและแรงดันไฟฟ้าซึ่งจะให้ตัวเลขทั้งหมดที่คุณต้องการในการคำนวณความต้านทานภายในของแบตเตอรี่

เมื่อมาร์คัสมุลเลอร์ชี้ให้เห็นอุณหภูมิอาจมีผลกับเรื่องนี้ด้วยเช่นกันดังนั้นทำไมไม่ลองทดสอบก่อนและหลังคำนวณความต้านทานภายในของคุณก่อนและหลังใส่ในตู้เย็น / ช่องแช่แข็งและดูว่ามันเปลี่ยนไปมากแค่ไหน ลองใช้กับแบตเตอรี่ประเภทต่าง ๆ ด้วย ... มีการทดลองมากมายที่คุณสามารถทำได้ซึ่งจะเพิ่มความเข้าใจในสิ่งที่เกิดขึ้นและพัฒนาทักษะของคุณในการแก้ไขวงจร

ให้ทันและโชคดี!

นี่เป็นการทดลองที่ดีมาก!

ฉันมีความคิดที่จะเพิ่มความคิดเห็นของจอน:

มันดีสุด ๆ ที่คุณกำลังทดสอบว่าเกิดอะไรขึ้นเช่นนี้! ตามที่ระบุไว้แล้วคำตอบคือแบตเตอรี่อยู่ภายใต้ความเครียดบางอย่างเมื่อเปิดไฟและแรงดันไฟฟ้าของ "ลดลง" เล็กน้อยภายใต้ภาระนั้น เมื่อแบตเตอรี่ใกล้จะหมดอายุการใช้งานแบตเตอรี่จะลดลงมากยิ่งขึ้น

ใส่แบตเตอรี่ในตู้เย็นเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงหรือจนกว่าจะเย็น (คุณสามารถตรึงได้เช่นกัน แต่อย่าไปต่ำกว่า -20 ° C) และทำการทดสอบซ้ำ คุณจะเห็นว่าพวกเขาเหี่ยวเฉามากขึ้นในตอนนี้! ปิดและรอจนกว่าจะมีอุณหภูมิห้องอีกครั้ง: พวกเขาควรเริ่มทำงานเหมือนเมื่อก่อน

เกิดอะไรขึ้น?

ในแบตเตอรี่ปฏิกิริยาทางเคมีจะนำไปสู่การสัมผัสแบตเตอรี่สองครั้งที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน - มีแรงดันไฟฟ้าระหว่างกัน!

เมื่อคุณเชื่อมต่อสองสิ่งรายชื่อแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกันกระแสจะเริ่มไหล นั่นคือสิ่งที่ทำให้หลอดไฟของคุณสว่างขึ้น!

ทีนี้ลองนึกภาพว่ามีตัวต้านทานขนาดเล็ก (เช่น2Ω) ระหว่างแบตเตอรี่ของคุณกับหัววัดบวกของมัลติมิเตอร์ มันไม่ได้มีอยู่จริง แต่คุณ "รู้สึก" มันมีอยู่:

ตัวต้านทานจะแสดงแรงดันไฟฟ้าตกเมื่อกระแสไหลผ่าน ในกรณีของคุณสองร้อย milliampere ไหลผ่านหลอดไฟสวิตช์และกลับเข้าไปในแบตเตอรี่ของคุณ - และที่นำไปสู่สองร้อย millivolts ในแรงดันตกที่ตัวต้านทาน "คิด"

นั่นคือสิ่งที่เราเรียกว่า "ความต้านทานภายใน" มันเป็นความไม่สมบูรณ์ของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า (เช่นแบตเตอรี่ของคุณ) ที่นำไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่ายิ่งคุณวาดกระแสมากขึ้น

ความต้านทานภายในมีหลายสิ่งหลายอย่าง - ก่อนอื่นแบตเตอรี่จริงทำจากวัสดุจริงและวัสดุจริงมีความต้านทาน แต่สำหรับแบตเตอรี่นั้นมักจะเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของความต้านทานภายใน ส่วนที่ใหญ่กว่าคือการทำให้เกิดกระแสไหลปฏิกิริยาทางเคมี (และการเคลื่อนที่ของไอออน) ภายในจะต้องเกิดขึ้นเร็วพอ หากมีมากขึ้นในปัจจุบันวาดกว่าปฏิกิริยาทางเคมีที่สามารถรักษาแรงดันลดลง

ตอนนี้เมื่อคุณทำให้แบตเตอรี่ของคุณเย็นลงคุณจะชะลอการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีทั้งหมดภายในและโดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีที่อะตอมที่ชาร์จเร็วสามารถเดินเข้าไปในแบตเตอรี่ได้ นั่นคือเหตุผลที่เรามีตู้เย็นและตู้แช่แข็ง: เมื่อปฏิกิริยาทางเคมีทั้งหมดถูกชะลอลงด้วยอุณหภูมิที่ต่ำลงอาหารจะไม่แย่อย่างรวดเร็วเพราะทุกสิ่งที่ทำให้อาหารแย่ (นั่นคือการเติบโตของแบคทีเรียและการสลายตัวทางเคมีของสิ่งต่าง ๆ ) เกิดขึ้นในการเคลื่อนไหวช้า

เมื่อปฏิกิริยาทางเคมีของแบตเตอรี่ช้าลงแบตเตอรี่ก็ไม่สามารถ "รักษา" ได้ดีเมื่อเทียบกับกระแสไฟฟ้าในปัจจุบันและแรงดันไฟฟ้าจะลดลงมากกว่าแบตเตอรี่ที่อบอุ่น

แบตเตอรี่ไม่เหมาะ พวกเขามีความต้านทานภายใน เมื่อกระแสไหลผ่านแรงดันจะลดลง

โปรดจำไว้เสมอว่าในวงจรอนุกรมมันเป็นกระแสที่คงที่และในวงจรขนานมันคือแรงดันไฟฟ้าที่คงที่

ง่าย ๆ คือคุณเชื่อมต่อโหลดตัวต้านทานแบบอนุกรมกับสวิตช์ ดังนั้นเมื่อปิดสวิตช์จะมีการโหลดลดลงดังนั้นนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมคุณถึงไม่เคยได้แรงดันไฟฟ้าเหมือนเมื่อเปิดสวิตช์ คุณสามารถดูแผนภาพวงจรได้เช่นกัน ขอบคุณ ขอแสดงความนับถือ #ENGE อับดุลลาห์