LED และหลอดไฟในซีรี่ส์ - ทำไมหลอดไม่สว่าง?

ลูกชายวัย 6 ขวบของฉันเพิ่งเริ่มทดลองใช้ชุดรูปแบบ Snap Circuits แล้วเราก็มีคำถามพื้นฐานมาก

หากเราจัดเรียง LED และหลอดไฟโดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ดังนั้นทั้ง LED และหลอดไฟจะสว่างขึ้น

อย่างไรก็ตามหากเราจัดเรียง LED และโคมไฟเป็นชุดเฉพาะ LED เท่านั้นที่จะเปิด

เห็นได้ชัดว่ากระแสไฟฟ้ากำลังส่องผ่านหลอดไฟ (หากฉันคลายเกลียวหลอดไฟ LED จะดับลง)

แล้วทำไมหลอดไฟถึงไม่สว่าง?

ฉันเป็นบิตของ cheapskate ดังนั้นแทนที่จะซื้อ Snap Snap ที่เหมาะสมฉันซื้อชุดสามัญที่คล้ายกันจากจีนบน eBay (ดู: ชุดบล็อกอิเล็กทรอนิกส์ W-58 )

(ขออภัยหากนี่เป็นพื้นฐานสำหรับฟอรัมนี้ แต่ฉันยังไม่พบคำตอบผ่าน Google)

สำหรับ LED และโคมไฟที่เชื่อมต่อแบบขนานแต่ละตัวมีแรงดันแบตเตอรี่ทั้งหมด

เมื่อเชื่อมต่อกับชุดแรงดันไฟฟ้าแต่ละตัวจะต้องรวมกับแรงดันแบตเตอรี่

คำตอบที่เป็นไปได้มากที่สุดคือแรงดันไฟฟ้าข้ามหลอดไฟซึ่งจะต้องเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลบด้วยแรงดันไฟฟ้าข้าม LED ไม่เพียงพอที่จะสร้างแสงที่มองเห็นได้

ขณะพิมพ์คำตอบนี้ฉันเห็นว่าคุณได้เพิ่มรูปภาพ ปรากฏว่าแรงดันแบตเตอรี่รวมประมาณ 3V เนื่องจาก LED หลายตัวมีแรงดันไปข้างหน้าเกิน 2V ทำให้เหลือน้อยกว่า 1V ทั่วทั้งหลอด

คุณมีโวลต์มิเตอร์กับชุดของคุณหรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นวัดแรงดันไฟฟ้าข้ามหลอดไฟสำหรับการเชื่อมต่ออนุกรม

LED ลดแรงดันไฟฟ้าลงจนเหลือน้อยมากสำหรับหลอดไฟ

คุณมีแบตเตอรี่ 1.5V เพียงสองก้อนเท่านั้นซึ่งในรุ่นนั้นแทบจะไม่เพียงพอสำหรับแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า

หลอดไส้จะหรี่ลงอย่างรวดเร็วเมื่อกำลังงานที่พวกเขากระจายลดลง: กำลังคือแรงดันไฟฟ้ากำลังสอง, หารด้วยความต้านทาน

ด้วยเหตุผลนี้เองการลดแสงของหลอดไส้จึงไม่ประหยัดพลังงานมากนัก มีการลดลงเพียงเล็กน้อยในวัตต์ที่กระจายอยู่ทำให้หลอดไฟเกือบตลอดทาง

เส้นใยสร้างความร้อนเป็นส่วนใหญ่และมีเพียงแสงน้อยที่มองเห็นได้ สิ่งนี้มีความไวสูงต่ออุณหภูมิซึ่งมีความอ่อนไหวต่อพลังงานที่กระจายไปมาก

ลองดูหลอดไฟในห้องมืด คุณอาจเห็นแสงสีแดงจาง ๆ นอกจากนี้แสงจากไฟ LED อาจทำให้คุณไม่เห็นแสงสลัว ๆ ของหลอดที่กำลังดับแม้ในห้องมืด ครอบคลุมไฟ LED ด้วย

จะต้องมีตัวต้านทานตามลำดับพร้อมไฟ LED LED เป็นไดโอดและไดโอดจะเพิ่มกระแสอย่างรวดเร็วเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพิ่มขึ้นเหนือจุดหนึ่งซึ่งต่ำกว่า 3V ดังนั้นหากไม่มีตัวต้านทานที่ จำกัด กระแสไฟ LED จะผ่านกระแสมากจนมันจะไหม้

คำตอบก่อนหน้านี้ที่บอกว่า LED ลดแรงดันให้ถูกต้อง แต่การตกหล่นนั้นเป็นการรวมกันของ LED และตัวต้านทานที่ซ่อนอยู่ หลอดไฟเพียงเพิ่มความต้านทานเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยซึ่งจะช่วยลดกระแสไฟเพียงเล็กน้อย แต่ทำให้ LED หรี่ลงเล็กน้อย แต่หลอดไฟถูกปล้นจากแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่ต้องการแสง

ปัจจัยเพิ่มเติมและที่น่าสนใจคือความต้านทานของไส้หลอดเมื่อหลอดเย็นประมาณ 1 ใน 10 ของความต้านทานเมื่อร้อน

แทนที่จะเป็น 10 โอห์มหลอดไฟที่ไม่ส่องแสงเย็นน่าจะใกล้ถึง 1 โอห์ม

$P = I^2 \cdot R$

หลอดไฟซีรีย์เป็นมากกว่าลวดเล็กน้อยที่ทำหน้าที่เป็นวงจรไฟ LED

ในทางกลับกันคุณลักษณะเชิงบวกอุณหภูมิสัมประสิทธิ์ของหลอดไส้มีประโยชน์ ดูoscillator เสียงของเอชพีในช่วงต้นและอ่านเกี่ยวกับWien oscillators

เป็นคำถามที่ดีมาก! มันขนานกับวงจรอนุกรมตามที่ระบุไว้ ในขณะเดียวกันทั้งหลอดไฟและโมดูล LED จะได้รับ 3 โวลท์เต็ม ในซีรีส์พวกเขาต้องแชร์ 3 โวลต์ดังนั้นแต่ละคนจะได้รับบ้าง หากเป็นหลอดไฟชนิดเดียวกัน 2 หลอดแต่ละหลอดจะได้แรงดัน 1/2 หลอดไฟ 3 หลอดในซีรีย์แต่ละหลอดจะได้รับ 1/3 และต่อไป โมดูล LED ทำให้ซับซ้อนมากขึ้น แต่มาทำประเด็นที่ใหญ่ที่สุดก่อน

$\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}$

สำหรับวัตถุประสงค์ในการสนทนาไฟ LED สีแดงมีแรงดันไฟฟ้าตกข้างหน้า 1 โวลต์ (บางสิ่ง) โวลต์สีเขียวมีค่าประมาณ 2 โวลต์สีน้ำเงินสูงขึ้น แน่นอนว่าพวกเขามีค่าความต้านทานแน่นอน แต่มันง่ายที่สุดที่จะคิดว่าพวกเขาเป็นเพียงการลบแรงดันไฟฟ้าคงที่ สามารถคำนวณกระแสไฟฟ้าเป็นแรงดันไฟฟ้าที่เหลืออยู่ทั่วตัวต้านทาน หากไม่มีตัวต้านทานคุณจำเป็นต้องมีวิธีที่ซับซ้อนกว่านี้เพื่อ จำกัด กระแส

เพื่อความสนุกสนานมากขึ้นใส่มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดที่เหมาะสมลงในซีรีย์พร้อมกับหลอดไฟสังเกตความสว่างของหลอดไฟจากนั้นวางภาระบางอย่างบนมอเตอร์ - นิ้วกดเบา ๆ ใบมีดพัดลมหรือใบพัดเพื่อให้อากาศไหลเวียนดูเพิ่มเติม การเปลี่ยนแปลงใด ๆ

วิธีหนึ่งในการมองเห็นและเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นในวงจรนี่เป็นคำอธิบายที่ง่ายมากหรือคล้ายคลึงกันโดยคิดว่า LED ไม่ผ่านกระแสไฟเพียงพอที่จะส่องหลอด ใส่ง่ายมันมีความต้านทานมากกว่าหลอดไฟในสาระสำคัญ หากคุณวางหลอดประเภทที่เหมือนกันสองชุดในซีรีส์ทั้งคู่ควรส่องสว่างเท่ากันเท่า ๆ กันเท่ากับความสว่างของกระแสไฟที่อนุญาตโดยการเปรียบเทียบง่าย ๆ จริง ๆ หลอดไฟ AC 115 โวลต์สองวัตต์ที่อยู่ในชุดเดียวกันจะต้อง + - 230 โวลต์ให้ความสว่างเต็มที่

อย่างไรก็ตาม LED มันมีความต้านทานมากกว่าหลอดไฟหรือมีความแม่นยำมากขึ้นเป็นเซมิคอนดักเตอร์และมีแรงดันตกไปข้างหน้า

แบบง่าย: แรงดันไฟฟ้าตกไปข้างหน้าข้าม LED ประมาณ 2 โวลท์ที่กระแส 20mA บอกว่า (ฉันจำตัวเลขไม่ได้ในตอนนี้) และดูเหมือนว่าจะเป็นการกำหนดค่าแบตเตอรี่ 3 โวลต์ซึ่งจะเหลือเพียงโวลต์เพียงหนึ่งโวลต์สำหรับ โคมไฟ. อีกทั้งไฟ LED จะไม่ผ่านกระแสมากพอที่จะทำให้ไส้หลอดร้อน (ซึ่งจัดว่าเป็นตัวเหนี่ยวนำและ LED เป็นเซมิคอนดักเตอร์ดังนั้นการเปรียบเทียบของฉันจึงไม่แม่นยำ) แต่หลอดไฟอาจไม่สว่างเต็มที่แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่ให้มานั้นจะชดเชย สำหรับแรงดันตกด้านหน้าของ LED

ฉันหวังว่ามันสมเหตุสมผล ฉันขอโทษถ้าไม่ได้ แต่ฉันรีบและเห็นเพียงนี้เพราะฉันกำลังจะต้องออกจากสายและทำอย่างอื่น

คำถามของคุณทำให้ฉันนึกถึงการทดลองที่คล้ายกันซึ่งสองวัตต์ไม่เท่ากัน แต่โคมไฟแรงดันไฟฟ้าที่เหมือนกันมีการเชื่อมต่อในชุด แรงดันไฟฟ้าสองเท่าของหลอดไฟจะถูกนำมาใช้กับการจัดเรียง - เพียงแค่ดูว่าเกิดอะไรขึ้น ในการเลือกแรงดันไฟฟ้าของคุณโปรดระวังความปลอดภัยทางไฟฟ้า โคมไฟที่ระดับ 6 โวลต์จะทำงานได้ดี แนะนำให้หลอดไฟหยุดรถ / ทางแยกที่ 6 โวลต์น่าจะดี การทดลองนี้ถูกใช้ในการสอบภาคปฏิบัติ GCE "A" ทางฟิสิกส์เมื่อประมาณ 30 ปีที่แล้ว!

อีกสิ่งหนึ่งที่คุณสามารถลองได้คือการเชื่อมต่อหลอดไฟขนาด 240 โวลต์ที่แตกต่างกันกับเปลือกแก้วใสถึง 12 โวลต์ - ถ้าฉันจำได้ถูกต้องหลอดไฟ 25 วัตต์ทำงานได้ดีและจะให้ไส้หลอดที่นุ่มนวล โปรดระวังความปลอดภัยของไฟฟ้าอีกครั้ง

ฉันแค่จะไม่สนใจแรงดันไฟฟ้าตกสักครู่แล้วอธิบายมันในแง่ของกระแส

เมื่ออยู่ในซีรีย์ที่มีไฟ LED กระแสที่ไหลผ่านหลอด LED ก็จะไหลผ่านหลอดไฟ แต่ความร้อนที่เข้าสู่ไส้หลอด (กระแสกำลังสองคูณด้วยความต้านทานของหลอดไฟ) ไม่เพียงพอสำหรับไส้หลอดที่จะร้อนพอที่จะสร้างแสงที่มองเห็นได้ .

แสงจากไฟ LED เป็นสัดส่วนอย่างคร่าวๆกับกระแสที่ไหลผ่านในขณะที่ความสว่างของหลอดไฟ (สำหรับหลอดหรี่ / ต่ำ!) มีสัดส่วนใกล้กับลูกบาศก์ของกระแสไฟเข้า หากคุณใส่หลอดไฟ "เมล็ดพืชข้าวสาลี" (20 มิลลิแอมป์) พร้อมกับ LED และปรับกระแสไฟฟ้าสิ่งนี้จะกลายเป็นชัดเจน

ตอนนี้สำหรับฟิสิกส์บางส่วน: แบตเตอรีเป็นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติเกือบทั้งหมดเนื่องจากภายในแบตเตอรี่มีปฏิกิริยาทางเคมีที่เคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจากแคโทด (+) ไปยังขั้วบวก (-) จนกระทั่งความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างขั้วทั้งสอง - วงจรแรงดันไฟฟ้า ฉันจะเรียก Vbatt นี้

เมื่อทำการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างขั้วทั้งสองอิเล็กตรอนจะไหลในการเชื่อมต่อภายนอกจากขั้ว (-) ถึง (+) เนื่องจากความต่างศักย์นี้ทำให้เกิด "วงจร" ของอิเล็กตรอน การไหลของอิเล็กตรอนนี้ช่วยลดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างขั้วทำให้เกิดปฏิกิริยาเพื่อเพิ่มความเร็วและให้อิเล็กตรอนมากขึ้นและการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้า มันจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในการโหลดเนื่องจากความต้านทาน ความแตกต่างในปัจจุบันและที่อาจเกิดขึ้นที่อาคารผู้โดยสารเพิ่มขึ้นจนเพียงพอที่จะหยุดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น คณิตศาสตร์, I1 * R1 = Vbatt

@ Mark McLaren คำถามที่น่าสนใจ .... แต่ถ้าคุณสามารถสลับตำแหน่งของ led และ bulb โดยไม่ต้องเปลี่ยนขั้ว (เหมือนเดิม) ในวงจรอนุกรมหลอดไฟจะสว่างขึ้นถ้าตรรกะของฉันถูกต้อง ... ไม่จำเป็นต้องพูดอย่างนั้น แรงดันไฟฟ้าตกคร่อม LED ก่อนและแรงดันไฟฟ้าที่เหลือ (แรงดัน 3 VOLT MINUS ที่ใช้โดย LED) ไม่เพียงพอสำหรับหลอดไฟ ... ถึงกระนั้นมันมีกระแสไฟเพียงพอ bcoz ในซีรีย์ อิเล็กตรอนจะไหลจาก - ขั้วของแบตเตอรี่ไปยังหลอดไฟ LED ก่อนและอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมแรงดันไฟฟ้าตกครั้งแรกในหลอดไฟ LED และส่วนที่เหลือในหลอด ... โปรดลองเปลี่ยนตำแหน่งของหลอดไฟและหลอดไฟ .. หวังว่าแม้ไฟ LED จะส่องสว่างเพราะหลอด LED ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำและแรงดันไฟฟ้าที่เหลือจะเพียงพอสำหรับหลอดไฟ LED ฉันอยากรู้