Perché la corrente non aumenta quando le batterie sono collegate in parallelo?

Ho realizzato un semplice circuito composto da due portabatterie, ciascuna comprendente batterie x2 da 1,5 V, un interruttore a scorrimento, un LED e una resistenza da 100 ohm. La corrente che ho misurato con un multimetro quando i due portabatterie sono stati collegati in serie (e l'interruttore acceso) era 25,9 mA:

Ho quindi collegato i portabatterie in parallelo collegando i contatti positivi dei portabatterie con il cavo jumper rosso e i contatti negativi dei portabatterie con il cavo jumper nero:

Questa volta la corrente misurata è di 6,72 mA. Non dovrebbe essere maggiore di quando i portabatterie sono collegati in parallelo?

Prima di tutto, voglio avvertirti un po 'di come mettere in parallelo i sistemi di batterie. Di solito non è una buona idea perché spesso le due batterie (o sistemi di batterie) non hanno esattamente la stessa tensione. Se sono diversi, quello con la tensione più grande fornirà un po 'di corrente nella batteria con la tensione più bassa e questo spesso non è una buona cosa. Inoltre, confonde il tuo esperimento, in qualche modo, perché aggiunge un'altra complicazione ad esso.

In questo caso, sei curioso e immagini che due batterie in parallelo possano fornire più corrente. Quindi non serve ai tuoi scopi di usarne solo uno nell'esperimento perché non verifica i tuoi presupposti. Quindi devi farlo come hai fatto. Ma voglio solo che tu realizzi anche che esiste un altro fattore (a te) sconosciuto che non stai spiegando nel tuo disegno sperimentale. Ma non è abbastanza preoccuparsi, per ora.

Quindi mettilo da parte ...

Lascia che ti suggerisca una nuova idea da prendere in considerazione. Supponiamo che il LED verde che hai richiede esattamente$1.9\:\text{V}$$50\:\Omega$ . Non puoi entrare nel LED per vedere queste cose. Ma diciamo, come esperimento mentale, che questo è il modo in cui funziona questo particolare LED.

$2.9\:\text{V}$$5.8\:\text{V}$$2.9\:\text{V}$ al circuito. L'unica differenza qui può essere l'attuale conformità (la capacità di fornire più o meno corrente a un carico, se necessario).

Il tuo presupposto è che se la conformità corrente è maggiore, la corrente è maggiore. Ma questo può essere vero a volte e non altri. Quindi, per ora, usiamo la mia idea di cui sopra sul LED e vediamo dove ci porta.

Il circuito della serie include anche a $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}$

Ciò sembrerebbe prevedere le tue misurazioni in un errore ragionevolmente piccolo.

Quindi quale idea pensi funzioni meglio qui? Le tue opinioni su due sistemi di batterie parallele che raddoppiano la corrente? O il mio suggerimento su come potrebbe comportarsi un LED? Hai ancora ulteriori idee che potresti voler prendere in considerazione? Come potresti testare o convalidare il mio suggerimento sopra? Riesci a pensare a un altro modo per cambiare il circuito che potrebbe mettere il mio suggerimento a un altro test per vedere se regge ancora? Oppure riesci a pensare a un'altra misurazione di tensione o corrente che potresti provare a testare?

Nel caso iniziale hai 6 V applicati sul tuo circuito LED. In quest'ultimo caso è solo 3 V.

La legge di Ohm afferma che la corrente attraverso un conduttore tra due punti è direttamente proporzionale alla tensione tra i due punti.

Quando le batterie sono disposte in serie, la tensione aumenta . Maggiore è la tensione, maggiore sarà la corrente assorbita dal circuito.

Quando le batterie sono collegate in parallelo, la tensione rimarrà la stessa . (L'attuale abilità di rifornimento aumenterà, ma teniamola da parte).

Ci sono alcune piccole deviazioni che si verificano ma credo che imparerai un po 'più tardi.

Pubblica i tuoi dubbi nella stessa domanda o nei commenti e sarò felice di rispondere il più possibile.

Quello che hai scoperto è la tensione di Kirchhoff e le leggi attuali e la legge di Ohm.

In parole povere, l'applicazione della legge attuale di Kirchhoff prevede che quando le fonti di tensione come le batterie sono collegate in serie, le loro tensioni si sommano.

Dimentichiamoci del LED per un momento; ci ritorneremo.

Nello schema seguente, il carico (la resistenza da 100 ohm) vede 6 V attraverso di esso.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

In questo circuito (sotto), la legge sulla tensione di Kirchhoff ti dirà che le tensioni non si sommano, perché le fonti di tensione sono in parallelo. Tuttavia, la corrente assorbita dal carico di 100 ohm viene suddivisa tra i due.

^{simula questo circuito}

Ora non dimentichiamoci del LED;

Un LED (diodo a emissione luminosa) è, come suggerisce il nome, un "diodo". Questi dispositivi sono complicati da descrivere con soddisfazione in una risposta breve come questa, ma ai fini di questa spiegazione basti pensare che ha una tensione costante attraverso di essa, indipendentemente da quale sia la corrente attraverso di essa. Con tale semplificazione la tensione attraverso il diodo può essere semplicemente sottratta dalla tensione causata dalle fonti di tensione (batterie) che sono in serie (6 V) o in parallelo (3 V). La tensione attraverso un LED dipende da quale LED è, ma è in genere tra 1,8 V e 2,1 V a seconda del colore.

Il circuito in basso mostra l'effetto del LED:

^{simula questo circuito}

Ora alla legge di Ohm;

V = R * I

I = V / R

R = V / I

dove

V = Tensione

I = Corrente

R = resistenza

Applicazione della legge di Ohm;

4 V / 100 ohm = 40 mA

1 V / 100 ohm = 10 mA

Ho appena usato valori tipici per questo esempio, ma puoi usare la legge di Ohm per tornare indietro e calcolare qual è la tensione attraverso il LED, oppure puoi misurarla e calcolare altri valori. Divertiti!

A proposito, è bello che tu stia facendo la tua sperimentazione in questo modo, ma la prossima volta non collegare le batterie in parallelo in quel modo. A loro non piace;) (Non entrerò nei dettagli ora.)

Cerco di spiegare l'elettricità confrontandola con un fluido. La tensione o pressione è la causa della corrente o del flusso, che è l' effetto . Generalmente l' aumento della pressione aumenterà il flusso. Quando colleghi le batterie in serie stai aumentando la tensione o la pressione, quindi per un semplice circuito resistivo, al quale il tuo è simile , produrrai più corrente o flusso. Quando le batterie sono collegate in parallelo, non si aumenta la pressione, ma si dà alle batterie la possibilità di fornire più corrente se le condizioni del circuito lo consentono.

Il vero cavallo di battaglia dietro la corrente è la tensione. Più la tensione per una resistenza fissa, più sarà la corrente. Nel tuo primo caso la tensione equivalente in serie è 3 + 3 = 6V.

Nel secondo caso, poiché le batterie sono in parallelo e di pari valore, la loro tensione equivalente rimane la stessa, cioè 3V

Quindi più tensione, più corrente.

Ma aspetta, allora perché leggiamo nei nostri libri di testo che la disposizione parallela aiuta ad aumentare la corrente? Bene, ciò non aumenta realmente la corrente ma aumenta il limite superiore di corrente che le nostre batterie sono in grado di fornire. Ciò significa che l'attuale capacità di fornitura del sistema aumenta. La corrente dipenderà comunque dalla tensione. Ma se la tensione aumenta sempre di più, il sistema in serie potrebbe non essere in grado di fornire tanta corrente come previsto dalla legge degli ohm. Ma il sistema parallelo potrebbe fornirlo. Anche se fallirà anche, ma a tensioni ancora più elevate.

Tutto ha una certa resistenza.

Batteria AA ~ 1 Ohm ~ Sorgente da 1,5 a 1,6 V.
LED bianco ~ 15 Ohm @ ~ 3.1 V @ 20 mA, 2.8 V spento.
Resistenza da 100 ohm.
Cavo ~ x mOhm

Pertanto, il banco parallelo = 3,1 V (nuovo) - 2,8 V LED = (stimato) 300 mV diviso per la resistenza del circuito = 116 ohm sarebbe <3 mA vicino al risultato.

Quindi quando 2 banchi in serie 6,2 V (Vbat) -2,8 V (Wh. Soglia LED) = 3,4 V / 116 Ohm (resistenza del circuito) = 29 mA, che è anche vicino alla lettura a causa della tolleranza sulle stime.

Non è così semplice. Quando si mettono in parallelo due celle, in effetti si mettono in parallelo le resistenze interne delle due celle, riducendo così la resistenza totale nel circuito. Anche se le celle hanno terminali diversi, tensioni del circuito aperto e resistenze interne diverse, si sta riducendo la resistenza complessiva dell'intero circuito. E così, dovrebbe scorrere più corrente. Se non vedi un flusso di corrente più elevato, il tuo sistema di misurazione non è sufficientemente sensibile. Per il breve periodo del tuo esperimento, possiamo ignorare il coefficiente di temperatura della resistenza di tutti i componenti nel tuo circuito.

Attenzione: rimuovere le batterie dalla configurazione di prova quando non è in uso. È possibile che due delle batterie mostrate nella configurazione di prova perdano sostanze chimiche corrosive nel portabatterie se si scaricano completamente e rimangono a lungo.

Sostieni che la corrente non aumenta con la batteria parallela. Quanto sei sicuro di questo? Cosa succede se l'aumento attuale è molto leggero ed è inferiore alla capacità del misuratore di misurare?

Ecco il tuo compito:

- Ottieni un metro più preciso, il meglio che puoi prendere in prestito

- misurare la corrente con la sola batteria n. 1.

- misurare la corrente con la sola batteria n. 2.

- misurare la corrente con entrambe le batterie in parallelo.

Prevedo che la terza misurazione sarà maggiore del minimo delle prime due.

Nell'elettronica indroduttiva è comune considerare le batterie come una fonte di tensione. Ma le batterie sono dispositivi davvero molto complessi per i quali la fonte di tensione è solo un'approssimazione. Un'approssimazione migliore è una sorgente di tensione con un resistore di basso valore in serie. Puoi effettivamente stimare il valore di questo resistore in serie misurando la caduta di tensione quando un carico viene applicato a una batteria e usando le solite regole per resistori in serie e la legge di Ohm. La maggior parte dell'ingegneria elettrica si ferma con questo, ma ci sono modelli ancora più complessi per una batteria che rappresentano il suo comportamento in modo ancora più preciso.

Scopri tutto quello che puoi, ma sii sempre scettico e poni domande impegnative mentre ricarica il mio cellulare.