Perché la misurazione della tensione di questo circuito è diversa quando l'interruttore è acceso?

Ho costruito un semplice circuito con due lampade e un interruttore a scorrimento alimentato da due batterie da 1,5 V. Quando l'interruttore a scorrimento è spento, la tensione del circuito misurata da un multimetro è 3,15 V:

Tuttavia, quando l'interruttore a scorrimento è acceso e le lampade sono accese, la tensione del circuito misurata è 2,99 V.

Non capisco perché la misurazione della tensione non sia la stessa in entrambi i casi. Perché c'è questa differenza?

Prima di tutto, ben fatto per fare l'esperimento pratico. È bello vedere persone che provano cose e vogliono conoscere la risposta.

Potrebbe essere più semplice visualizzarlo con un circuito. Come è stato sottolineato in una risposta precedente, le batterie hanno resistenza interna. Quindi se aggiungi un carico su di esso, crei un partitore di tensione. Man mano che la batteria diventa sempre più scarica, la resistenza interna aumenta, il che le impedisce di alimentare il carico.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Guarda lo schema sopra. Conosciamo tutti la legge di Ohm, che è V = I * R. Se diamo valori ai resistori, possiamo calcolare quanto sarà la caduta quando chiudete l'interruttore. Se diciamo che la resistenza interna della batteria è di 0,5 ohm e il carico è di 100 ohm, possiamo scoprire la corrente nel circuito. Per fare ciò, riorganizziamo l'equazione della Legge di Ohm per I: I = V / R = 9 / (100 + 0,5) = 0,0896 A o 89,6 mA. Usando di nuovo la Legge di Ohm (scoprirai che questa è probabilmente l'equazione più utile che incontrerai nell'elettronica!), Possiamo trovare la caduta di tensione sulla resistenza della batteria:

Ricorda: V = I * R = 0,0896 * 0,5 = 0,0448V. Allontanalo da 9 V la batteria prima fornita e otterrai la tensione che misurerai quando l'interruttore è chiuso: 9-0,0448 = 8,95 V.

Usando questa conoscenza, se vuoi approfondire i tuoi esperimenti, perché non ottenere un resistore noto come carico e alimentarlo usando batterie diverse. Con il tuo multimetro, puoi misurare la corrente e la tensione, che ti forniranno tutti i numeri necessari per calcolare le resistenze interne delle batterie.

Come sottolinea Marcus Muller, anche la temperatura può influire su questo, quindi perché non eseguire un test prima e dopo, calcolare la resistenza interna prima e dopo averli messi in frigorifero / congelatore e vedere quanto cambia. Provalo anche su alcuni diversi tipi di batterie ... Ci sono molti esperimenti interessanti che puoi fare che aumenteranno la tua comprensione di ciò che sta succedendo e miglioreranno le tue abilità nel risolvere i circuiti.

Continuate così e buona fortuna!

Questo è un esperimento estremamente bello!

Ho un'idea da aggiungere al commento di Jonk :

È super positivo che tu stia testando cosa succede in questo modo! Come già indicato, la risposta è che la batteria è sotto tensione quando si alimentano le luci e la sua tensione "si abbassa" un po 'sotto quel carico. Quando una batteria si avvicina alla fine della sua vita utile, si abbasserà ancora di più.

Metti le batterie in frigorifero per circa un'ora, fino a quando non sono fredde (puoi anche congelarle, ma non andare al di sotto di -20 ° C) e ripeti l'esperimento. Vedrai che ora si abbassano molto più forte! Spegni e attendi che abbiano di nuovo la temperatura ambiente: dovrebbero iniziare a lavorare come prima.

Cosa sta succedendo?

In una batteria, una reazione chimica porta a due contatti della batteria con potenziali elettrici diversi: c'è una tensione tra di loro!

Quando si collegano due cose, i contatti della batteria, che sono a tensioni diverse, la corrente inizia a fluire. Questo è ciò che illumina la tua lampadina!

Ora, immagina che ci sia un piccolo resistore (come, 2Ω) tra la batteria e la sonda positiva del multimetro. In realtà non è lì, ma tu "senti" la sua esistenza:

Una resistenza mostra una caduta di tensione quando una corrente scorre attraverso di essa. Nel tuo caso, un flusso di circa duecento milliampere attraverso la lampadina, l'interruttore e di nuovo nella tua batteria - e questo porta a una caduta di tensione di circa duecento millivolt su quel resistore "immaginato".

Questo è ciò che chiamiamo "resistenza interna". È l'imperfezione di una fonte di tensione (come le batterie) che porta a tensioni più basse più corrente viene assorbita.

La resistenza interna può essere molte cose: prima di tutto, le batterie reali sono realizzate con materiali reali e i materiali reali hanno resistenza. Ma per le batterie, di solito questa è solo una piccola parte della resistenza interna. La parte più grande è che per fare un flusso di corrente, le reazioni chimiche (e il vagare degli ioni) all'interno devono avvenire abbastanza velocemente. Se c'è più assorbimento di corrente di quanto la reazione chimica possa sostenere, la tensione cala.

Ora, quando hai raffreddato le batterie, hai rallentato tutte le reazioni chimiche all'interno, e in particolare la velocità con cui gli atomi caricati possono vagare all'interno della batteria. Questo è il motivo per cui abbiamo frigoriferi e congelatori: con tutte le reazioni chimiche rallentate da una temperatura più bassa, i prodotti alimentari non vanno male così rapidamente, perché tutte le cose che rendono il cibo vanno male (vale a dire, la crescita batterica e la decomposizione chimica delle cose ) accade semplicemente al rallentatore.

Con il rallentamento della reazione chimica nella batteria, la batteria semplicemente non riesce a "tenere il passo" altrettanto bene con l'assorbimento di corrente e la tensione scende anche più che con una batteria calda.

Le batterie non sono l'ideale. Hanno resistenza interna. Quando la corrente scorre attraverso di essa, la tensione diminuisce.

Ricorda sempre che in un circuito in serie è la corrente che è costante e in un circuito parallelo è la tensione che è costante.

Semplice è che hai collegato un carico resistivo in serie con l'interruttore. Quindi quando l'interruttore è chiuso ci saranno alcune cadute di carico. Ecco perché non avrai mai la stessa tensione proprio come quando l'interruttore è aperto. Puoi anche vedere lo schema elettrico. Grazie. Saluti #ENGE. Abdullah.