ทำไมกระแสไฟฟ้าถึงไม่เพิ่มขึ้นเมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่แบบขนาน?

ฉันสร้างวงจรอย่างง่ายซึ่งประกอบด้วยตัวยึดแบตเตอรี่สองตัวแต่ละตัวรวมถึงแบตเตอรี่ x2 1.5 V สวิตช์แบบสไลด์ LED และตัวต้านทาน 100 โอห์ม กระแสที่ฉันวัดด้วยมัลติมิเตอร์เมื่อขั้วต่อแบตเตอรี่สองอันต่อกันเป็นอนุกรม (และสวิตช์เปิด) 25.9 mA:

ฉันเชื่อมต่อตัวยึดแบตเตอรี่แบบขนานโดยเชื่อมต่อขั้วบวกของขั้วบวกด้วยสายจัมเปอร์สีแดงและขั้วลบของขั้วต่อแบตเตอรี่ด้วยสายจัมเปอร์สีดำ:

เวลานี้กระแสที่วัดได้คือ 6.72 mA ไม่ควรจะยิ่งใหญ่กว่าเมื่อช่องเสียบแบตเตอรี่เชื่อมต่อขนานกันหรือไม่?

ก่อนอื่นฉันต้องการเตือนคุณเล็กน้อยเกี่ยวกับการวางระบบแบตเตอรี่แบบขนาน โดยทั่วไปแล้วไม่ใช่ความคิดที่ดีเพราะบ่อยครั้งที่แบตเตอรี่ทั้งสอง (หรือระบบแบตเตอรี่) ไม่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน หากมีความแตกต่างจากนั้นแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่กว่าจะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าและมักจะไม่เป็นสิ่งที่ดี นอกจากนี้มันยังทำให้การทดสอบของคุณยุ่งเหยิงด้วยเพราะมันจะเพิ่มความซับซ้อนให้กับมัน

ในกรณีนี้คุณมีความอยากรู้อยากเห็นและจินตนาการว่าแบตเตอรี่สองก้อนในแบบคู่ขนานสามารถจ่ายกระแสได้มากขึ้น ดังนั้นจึงไม่มีวัตถุประสงค์ที่จะใช้เพียงอย่างเดียวในการทดสอบเพราะไม่ได้ทดสอบสมมติฐานของคุณ ดังนั้นคุณต้องทำอย่างที่คุณทำ แต่ฉันแค่อยากให้คุณตระหนักว่ามีอีกปัจจัยที่ไม่รู้จัก (กับคุณ) ที่คุณไม่ได้คำนึงถึงในการออกแบบการทดลองของคุณ แต่ตอนนี้ยังไม่พอสำหรับตอนนี้

ดังนั้นตั้งที่นอกเหนือ ...

ฉันขอแนะนำแนวคิดใหม่ให้คุณพิจารณา สมมติว่า LED สีเขียวที่คุณต้องการนั้นแน่นอน$1.9\:\text{V}$$50\:\Omega$Ωคุณไม่สามารถเข้าไปข้างใน LED เพื่อดูสิ่งเหล่านี้ แต่สมมติว่าเป็นการทดลองทางความคิดว่านี่คือวิธีที่ LED นี้ทำงาน

$2.9\:\text{V}$$5.8\:\text{V}$$2.9\:\text{V}$

สมมติฐานของคุณคือหากการปฏิบัติตามกฎระเบียบในปัจจุบันมีมากขึ้น แต่นั่นอาจเป็นจริงในบางครั้งและไม่ใช่สำหรับคนอื่น ๆ ดังนั้นสำหรับตอนนี้เรามาใช้ความคิดข้างต้นของฉันเกี่ยวกับ LED และดูว่าสิ่งที่ทำให้เรา

$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}$mA

สิ่งนี้จะปรากฏขึ้นเพื่อคาดการณ์การวัดของคุณภายในข้อผิดพลาดเล็กน้อยพอสมควร

แล้วคุณคิดว่าแนวคิดไหนดีกว่าสำหรับที่นี่ คุณคิดยังไงกับระบบแบตเตอรี่แบบขนานสองระบบที่เพิ่มกระแสไฟเป็นสองเท่า? หรือคำแนะนำของฉันเกี่ยวกับวิธี LED อาจทำงานอย่างไร คุณยังมีแนวคิดเพิ่มเติมที่คุณอาจต้องการพิจารณาหรือไม่? คุณจะทดสอบหรือตรวจสอบคำแนะนำข้างต้นของฉันได้อย่างไร คุณคิดวิธีอื่นในการเปลี่ยนวงจรของคุณซึ่งอาจทำให้ข้อเสนอแนะของฉันเป็นแบบทดสอบอื่นเพื่อดูว่ายังคงมีอยู่หรือไม่? หรือคุณลองนึกถึงการวัดแรงดันไฟฟ้าอื่นหรือการวัดกระแสที่คุณอาจลองทดสอบดู

ในกรณีเริ่มต้นคุณมี 6V นำไปใช้กับวงจรไฟ LED ของคุณ ในกรณีหลังเป็นเพียง 3V

กฎของโอห์มระบุว่ากระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำระหว่างจุดสองจุดนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าข้ามจุดสองจุด

เมื่อแบตเตอรี่ถูกจัดเรียงตามลำดับแรงดันจะเพิ่มขึ้นแบตเตอรี่จะจัดในชุดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าจะสูงกว่าจะเป็นกระแสที่วงจรของคุณดึงออกมา

เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่แบบขนานแรงดันไฟฟ้าจะยังคงเหมือนเดิมแบตเตอรี่มีการเชื่อมต่อในแบบคู่ขนานแรงดันไฟฟ้าจะยังคงเหมือนเดิม(ความสามารถในการจัดหาปัจจุบันจะเพิ่มขึ้น แต่ให้เราเก็บไว้)

มีความเบี่ยงเบนเล็ก ๆ เกิดขึ้น แต่ฉันเชื่อว่าคุณจะได้เรียนรู้อีกเล็กน้อย

กรุณาโพสต์ข้อสงสัยของคุณในคำถามเดียวกันหรือในความคิดเห็นและฉันยินดีที่จะตอบให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

สิ่งที่คุณค้นพบคือกฎแรงดันและกระแสของ Kirchhoffและกฎของโอห์ม

กล่าวอย่างง่ายๆว่าการใช้กฎหมายปัจจุบันของ Kirchhoff ช่วยให้เมื่อแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเช่นแบตเตอรี่เชื่อมต่ออยู่ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

ลองลืมไฟ LED สักครู่; เราจะกลับมาที่มัน

ในแผนภาพด้านล่างโหลด (ตัวต้านทาน 100 โอห์ม) จะเห็น 6 V

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ในวงจรนี้ (ด้านล่าง) กฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff จะบอกคุณว่าแรงดันไฟฟ้าไม่เพิ่มขึ้นเพราะแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าขนานกัน อย่างไรก็ตามกระแสที่วาดด้วยโหลด 100 โอห์มจะถูกแยกระหว่างสอง

^{จำลองวงจรนี้}

ตอนนี้อย่าลืมเกี่ยวกับไฟ LED;

LED (ไดโอดเปล่งแสง) คือตามที่แนะนำคือ "ไดโอด" อุปกรณ์เหล่านี้มีความซับซ้อนในการอธิบายถึงความพึงพอใจในคำตอบสั้น ๆ เช่นนี้ แต่สำหรับจุดประสงค์ของคำอธิบายนี้แค่คิดว่ามันมีแรงดันไฟฟ้าคงที่ข้ามมันไม่ว่ากระแสจะผ่านอะไรก็ตาม ด้วยความเรียบง่ายนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามไดโอดสามารถถูกลบออกจากแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากแหล่งแรงดันไฟฟ้า (แบตเตอรี่) ซึ่งอยู่ในอนุกรม (6 V) หรือขนาน (3 V) แรงดันไฟฟ้าข้าม LED ขึ้นอยู่กับว่า LED คืออะไร แต่โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 1.8 V และ 2.1 V ขึ้นอยู่กับสี

วงจรด้านล่างแสดงผลของ LED:

^{จำลองวงจรนี้}

ต่อไปนี้เป็นกฎของโอห์ม

V = R * I

I = V / R

R = V / I

ที่ไหน

V = แรงดัน

ฉัน = ปัจจุบัน

R = ความต้านทาน

การใช้กฎของโอห์ม

4 V / 100 ohm = 40 mA

1 V / 100 ohm = 10 mA

ฉันเพิ่งใช้ค่าปกติสำหรับตัวอย่างนี้ แต่คุณสามารถใช้กฎของโอห์มเพื่อย้อนกลับและคำนวณว่าแรงดันไฟฟ้าข้าม LED คืออะไรหรือคุณสามารถวัดและคำนวณค่าอื่น ๆ ได้ มีความสุข!

เป็นเรื่องที่ดีมากที่คุณทำการทดลองของคุณเองเช่นนี้ แต่ครั้งต่อไปอย่าเชื่อมต่อแบตเตอรี่แบบขนาน พวกเขาไม่ชอบมัน) (ฉันไม่ได้ลงรายละเอียดในตอนนี้)

ฉันพยายามอธิบายไฟฟ้าโดยการเปรียบเทียบกับของเหลว แรงดันไฟฟ้าหรือแรงดันคือสาเหตุของปัจจุบันหรือการไหลซึ่งเป็นผล โดยทั่วไปความดันที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มการไหล เมื่อคุณต่อแบตเตอรีแบบอนุกรมคุณกำลังเพิ่มแรงดันไฟฟ้าหรือแรงดันดังนั้นสำหรับวงจรตัวต้านทานแบบง่าย ๆ ซึ่งคล้ายกับของคุณคุณจะสร้างกระแสหรือกระแสมากขึ้น เมื่อเชื่อมต่อแบตเตอรี่แบบขนานคุณจะไม่เพิ่มความดัน แต่คุณจะให้ความเป็นไปได้ในการจ่ายกระแสแบตเตอรี่มากขึ้นหากสภาพวงจรอนุญาต

สิ่งที่อยู่เบื้องหลังกระแสไฟฟ้าจริงคือแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่มากขึ้นสำหรับความต้านทานคงที่มากขึ้นจะเป็นปัจจุบัน ในกรณีแรกของคุณแรงดันไฟฟ้าเทียบเท่าซีรีย์คือ 3 + 3 = 6V

ในกรณีที่สองเนื่องจากแบตเตอรี่อยู่ในแนวขนานและมีค่าเท่ากันแรงดันไฟฟ้าเท่ากันจะยังคงเหมือนเดิมคือ 3V

ดังนั้นแรงดันไฟฟ้ามากขึ้นปัจจุบันมากขึ้น

แต่เดี๋ยวก่อนแล้วทำไมเราอ่านในตำราเรียนของเราว่าการจัดเรียงแบบขนานช่วยเพิ่มกระแสได้ไหม นั่นไม่ได้เพิ่มกระแส แต่เพิ่มขีด จำกัด สูงสุดของกระแสที่แบตเตอรี่ของเราสามารถให้ได้ นั่นหมายถึงขีดความสามารถในการให้บริการปัจจุบันของระบบเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าจะยังคงขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า แต่ถ้าแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นเรื่อย ๆ ระบบซีรีย์อาจไม่สามารถให้กระแสได้มากเท่าที่กฎหมายโอห์มคาดการณ์ไว้ แต่ระบบคู่ขนานอาจให้มาด้วย แม้ว่ามันจะล้มเหลวเช่นกัน แต่ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

ทุกอย่างมีความต้านทาน

แบตเตอรี่ AA ~ 1 โอห์ม ~ 1.5 ถึง 1.6 โวลต์
LED สีขาว ~ 15 Ohms @ ~ 3.1 V @ 20 mA, 2.8 V off
ตัวต้านทาน 100 โอห์ม
ลวด ~ x mOhm

ดังนั้นธนาคารคู่ขนาน = 3.1 V (ใหม่) - 2,8 V LED = (ประมาณ) 300 mV หารด้วยความต้านทานลูป = 116 โอห์มจะ <3 mA ใกล้เคียงกับผลลัพธ์ของคุณ

จากนั้นเมื่อ 2 ธนาคารในซีรีส์ 6.2V (Vbat) -2.8V (Wh. LED threshold) = 3.4V / 116 Ohms (ความต้านทานลูป) = 29 mA ซึ่งใกล้เคียงกับการอ่านของคุณเนื่องจากความอดทนต่อการประมาณการ

ไม่ง่ายนัก เมื่อคุณใส่สองเซลล์ในแนวขนานคุณจะได้ความต้านทานภายในของเซลล์ทั้งสองแบบขนานดังนั้นจึงเป็นการลดความต้านทานรวมในวงจร แม้ว่าเซลล์จะมีเทอร์มินัลแตกต่างกันเปิดวงจรแรงดันไฟฟ้าและความต้านทานภายในที่แตกต่างกันคุณจะลดความต้านทานโดยรวมของวงจรทั้งหมด กระแสก็จะไหลมากขึ้น หากคุณไม่เห็นกระแสกระแสที่สูงขึ้นแสดงว่าระบบการวัดของคุณไม่ไวพอ ในช่วงเวลาสั้น ๆ ของการทดสอบของคุณเราสามารถละเว้นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานของส่วนประกอบทั้งหมดในวงจรของคุณ

ข้อควรระวัง: ถอดแบตเตอรี่ออกจากการตั้งค่าการทดสอบเมื่อไม่ได้ใช้งาน แบตเตอรี่สองก้อนที่แสดงในการตั้งค่าการทดสอบของคุณมีแนวโน้มว่าจะรั่วสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนลงในที่ใส่แบตเตอรี่หากปล่อยให้แบตเตอรี่หมดและคงอยู่เป็นเวลานาน

คุณอ้างว่ากระแสไม่เพิ่มขึ้นด้วยแบตเตอรี่แบบขนาน คุณแน่ใจเรื่องนี้แค่ไหน? จะเป็นอย่างไรถ้าการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้ามีน้อยมากและน้อยกว่าความสามารถในการวัดของคุณ?

นี่คือการมอบหมายของคุณ:

- รับมิเตอร์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นสิ่งที่ดีที่สุดที่คุณสามารถยืมได้

- วัดกระแสด้วยแบตเตอรี่ # 1 เพียงอย่างเดียว

- วัดกระแสด้วยแบตเตอรี่ # 2 เพียงอย่างเดียว

- วัดกระแสไฟฟ้าด้วยแบตเตอรี่ทั้งสองแบบขนาน

ฉันคาดการณ์ว่าการวัดที่สามจะสูงกว่าค่าต่ำสุดของสองคนแรก

เป็นเรื่องปกติในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบเหนี่ยวนำเพื่อพิจารณาแบตเตอรี่เป็นแหล่งของแรงดันไฟฟ้า แต่แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากซึ่งแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเป็นเพียงการประมาณ การประมาณที่ดีกว่าคือแหล่งกำเนิดแรงดันพร้อมตัวต้านทานค่าต่ำในอนุกรม คุณสามารถประมาณค่าของตัวต้านทานซีรีย์นี้ได้โดยการวัดแรงดันไฟฟ้าตกเมื่อโหลดถูกนำไปใช้กับแบตเตอรี่และใช้กฎปกติสำหรับตัวต้านทานแบบอนุกรมและกฎของโอห์ม วิศวกรรมไฟฟ้าส่วนใหญ่หยุดด้วยสิ่งนี้ แต่ก็มีรุ่นที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นสำหรับแบตเตอรี่ที่แสดงพฤติกรรมของมันได้แม่นยำยิ่งขึ้น

เรียนรู้ทุกสิ่งที่คุณทำได้ แต่มักจะสงสัยและถามคำถามที่ท้าทายในขณะที่เติมโทรศัพท์มือถือ