Почему ток не увеличивается при параллельном соединении аккумуляторов?

Прежде всего, я хочу немного предупредить вас о параллельном подключении аккумуляторных систем. Обычно это не очень хорошая идея, потому что две батареи (или аккумуляторные системы) часто имеют разное напряжение. Если они разные, то батарея с большим напряжением будет подавать некоторый ток в батарею с более низким напряжением, а это часто не очень хорошо. Это также несколько портит ваш эксперимент, потому что добавляет к нему еще одну сложность.

В этом случае вам любопытно и вы представляете, что две батареи, включенные параллельно, могут давать больший ток. Таким образом, использование в эксперименте только одного из них не служит вашим целям, потому что это не проверяет ваши предположения. Так что вы должны сделать это так, как вы сделали. Но я просто хочу, чтобы вы также поняли, что есть еще один неизвестный (вам) фактор, который вы не учитываете в своем экспериментальном плане. Но пока этого недостаточно для беспокойства.

Так что отложите это...

Позвольте предложить вам новую идею для размышления. Предположим, что зеленый светодиод, который у вас есть, требует ровно$1.9\:\text{V}$для того, чтобы "включиться" и что у него тоже есть, неизвестно вам, внутренний резистор ровно$50\:\Omega$. Вы не можете попасть внутрь светодиода, чтобы увидеть эти вещи. Но предположим, в качестве мысленного эксперимента, что именно так работает этот конкретный светодиод.

Кроме того, давайте предположим, что ваши аккумуляторные системы обеспечивают точно$2.9\:\text{V}$каждый. Если вы ставите их последовательно, то вы применяете$5.8\:\text{V}$к цепи. Если вы ставите их параллельно, то вы применяете$2.9\:\text{V}$к цепи. Единственным отличием здесь может быть соответствие току (способность подавать больший или меньший ток на нагрузку, если требуется).

Ваше предположение состоит в том, что если текущее соответствие больше, то ток больше. Но иногда это может быть правдой, а не другими. Итак, давайте пока воспользуемся моей идеей о светодиоде и посмотрим, к чему это нас приведет.

Ваша последовательная цепь включает также$100\:\Omega$резистор. Вместе с моим гипотетическим внутренним$50\:\Omega$резистор внутри светодиода, в цепи есть полное последовательное сопротивление$150\:\Omega$(давайте просто предположим, что я прав на данный момент.) Плюс сам светодиод (тот, что внутри упаковки, который вы не можете фактически потрогать) также требует (вычитает)$1.9\:\text{V}$от приложенного напряжения, прежде чем мы сможем вычислить ток. (Вы можете видеть, что светодиод горит в обоих случаях, так что это должно быть правдой, если мое утверждение верно.)

Таким образом, в случае с параллельными батареями у вас есть$I_\text{parallel}=\frac{2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 6.7\:\text{mA}$и в случае с батареями в серии у вас есть$I_\text{series}=\frac{2\cdot 2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 26\:\text{mA}$.

Казалось бы, это предсказывает ваши измерения с достаточно небольшой ошибкой.

Так какая идея, по вашему мнению, работает здесь лучше? Что вы думаете о двух параллельных системах батарей, удваивающих ток? Или мое предложение о том, как может вести себя светодиод? Есть ли у вас еще идеи, которые вы, возможно, захотите рассмотреть? Как вы могли бы проверить или подтвердить мое предложение выше? Можете ли вы придумать другой способ изменить вашу схему, который мог бы подвергнуть мое предложение еще одному испытанию, чтобы увидеть, выдержит ли оно все еще? Или вы можете подумать о другом измерении напряжения или тока, которое вы могли бы попробовать проверить?

В начальном случае к цепи светодиода приложено напряжение 6 В. В последнем случае это всего 3В.

Закон Ома гласит, что сила тока в проводнике между двумя точками прямо пропорциональна напряжению в этих двух точках.

Когда батареи расположены последовательно, напряжение складывается . Чем выше напряжение, тем выше будет ток, потребляемый вашей схемой.

При параллельном соединении аккумуляторов напряжение останется прежним . (Текущая способность снабжения увеличится, но оставим это в стороне).

Есть небольшие отклонения, которые случаются, но я думаю, что вы узнаете об этом чуть позже.

Пожалуйста, оставляйте свои сомнения в том же вопросе или в комментариях, и я буду рад ответить на все, что смогу.

То, что вы открыли, это законы напряжения и тока Кирхгофа и закон Ома.

Проще говоря, применение закона тока Кирхгофа дает, что когда источники напряжения, такие как батареи, соединены последовательно, их напряжения складываются.

Забудем на мгновение о светодиоде; мы вернемся к этому.

На приведенной ниже диаграмме нагрузка (резистор 100 Ом) воспринимает напряжение 6 В.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

В этой схеме (ниже) закон напряжения Кирхгофа скажет вам, что напряжения не складываются, потому что источники напряжения параллельны. Однако ток, потребляемый нагрузкой 100 Ом, делится между ними.

^{смоделируйте эту схему}

Теперь не забудем про светодиод;

Светодиод (светоизлучающий диод), как следует из названия, является «диодом». Эти устройства сложно описать в коротком ответе, таком как этот, но для целей этого объяснения просто представьте, что на нем есть постоянное напряжение, независимо от того, какой ток через него. При таком упрощении напряжение на диоде можно просто вычесть из напряжения, вызванного источниками напряжения (батареями), которые включены либо последовательно (6 В), либо параллельно (3 В). Напряжение на светодиоде зависит от того, какой это светодиод, но обычно оно составляет от 1,8 В до 2,1 В в зависимости от цвета.

Схема ниже показывает действие светодиода:

^{смоделируйте эту схему}

Теперь к закону Ома;

В = Р*И

Я = В/Р

Р = В/И

где

В = напряжение

я = ток

R = сопротивление

Применение закона Ома;

4 В / 100 Ом = 40 мА

1 В / 100 Ом = 10 мА

Я только что использовал типичные значения для этого примера, но вы можете использовать закон Ома, чтобы вернуться назад и рассчитать напряжение на светодиоде, или вы можете измерить его и рассчитать другие значения. Веселиться!

Кстати, здорово, что вы так экспериментируете, но в следующий раз не подключайте батареи так параллельно. Им это не нравится ;) (сейчас не буду вдаваться в подробности.)

Я пытаюсь объяснить электричество, сравнивая его с жидкостью. Напряжение или давление являются причиной тока или потока, который является следствием . Как правило, увеличение давления увеличивает поток. Когда вы соединяете батареи последовательно, вы увеличиваете напряжение или давление, поэтому для простой резистивной цепи, на которую похожа ваша , вы будете производить больший ток или поток. Когда батареи соединены параллельно, вы не увеличиваете давление, но вы даете батареям возможность подавать больший ток, если это позволяют условия цепи.

Настоящей рабочей лошадкой за током является напряжение. Чем больше напряжение при фиксированном сопротивлении, тем больше будет ток. В вашем первом случае эквивалентное напряжение серии составляет 3 + 3 = 6 В.

Во втором случае, поскольку батареи соединены параллельно и имеют одинаковую емкость, их эквивалентное напряжение остается одинаковым, т. е. 3 В.

Следовательно, больше напряжение, больше ток.

Но подождите, тогда почему мы читаем в наших учебниках, что параллельное расположение помогает увеличить ток? Ну, на самом деле это не увеличивает ток, но увеличивает верхний предел тока, который могут обеспечить наши батареи. Это означает, что текущая пропускная способность системы увеличивается. Ток по-прежнему будет зависеть от напряжения. Но если напряжение становится все выше и выше, последовательная система может быть не в состоянии обеспечить такой большой ток, как предсказывает закон Ома. Но параллельная система может это обеспечить. Хотя он тоже выйдет из строя, но при еще более высоких напряжениях.

Все имеет какое-то сопротивление.

Батарея AA ~1 Ом Источник ~1,5–1,6 В.
Белый светодиод ~ 15 Ом при ~3,1 В при 20 мА, 2,8 В выкл.
Резистор 100 Ом.
Провод ~ х мОм

Таким образом, параллельный банк = 3,1 В (новый) - 2,8 В светодиод = (оценка) 300 мВ, деленное на сопротивление контура = 116 Ом, будет <3 мА близко к вашему результату.

Затем, когда 2 банка последовательно 6,2 В (Вбат) - 2,8 В (Втч. порог светодиода) = 3,4 В / 116 Ом (сопротивление контура) = 29 мА, что также близко к вашим показаниям из-за допуска на оценки.

Не все так просто. Когда вы соединяете две ячейки параллельно, вы, по сути, соединяете внутренние сопротивления двух ячеек, тем самым снижая общее сопротивление в цепи. Даже если ячейки имеют разные клеммы, напряжения разомкнутой цепи и разные внутренние сопротивления, вы уменьшаете общее сопротивление всей цепи. А значит, должен течь больший ток. Если вы не видите более сильного тока, ваша измерительная система недостаточно чувствительна. На короткое время вашего эксперимента мы можем не учитывать температурный коэффициент сопротивления всех компонентов вашей схемы.

Внимание: извлекайте батареи из вашей тестовой установки, когда она не используется. Две батареи, показанные в вашей тестовой установке, скорее всего, пропустят коррозионно-активные химические вещества в держатель батареи, если дать им полностью разрядиться и оставаться в них в течение длительного времени.

Вы утверждаете, что ток не увеличивается с параллельной батареей. Насколько вы в этом уверены? Что делать, если увеличение тока очень незначительное и меньше, чем способность вашего измерителя измерять?

Вот ваше задание:

-- получить более точный измеритель, лучшее, что вы можете одолжить

-- измерьте ток только с батареей №1.

-- измерьте ток только с батареей №2.

-- Измерьте ток при параллельном подключении обеих батарей.

Я предсказываю, что третье измерение будет больше минимума первых двух.

В вводной электронике принято рассматривать батареи как источник напряжения. Но батареи на самом деле очень сложные устройства, для которых источник напряжения является лишь приближением. Лучшим приближением является источник напряжения с последовательно включенным резистором малого номинала. На самом деле вы можете оценить значение этого последовательного резистора, измерив падение напряжения при приложении нагрузки к батарее и используя обычные правила для последовательных резисторов и закон Ома. Большая часть электротехники на этом останавливается, но есть и более сложные модели батареи, которые еще более точно отражают ее поведение.

Узнай все, что сможешь, но всегда будь скептичен и задавай сложные вопросы, пока я заряжаю свой мобильный телефон.