Piller paralel bağlandığında akım neden artmıyor?

Her biri x2 1.5 V piller, bir sürgülü anahtar, bir LED ve 100 ohm direnç içeren iki pil tutucusundan oluşan basit bir devre yaptım. İki pil yuvası seri bağlandığında (ve anahtar AÇIK) bir multimetre ile ölçülen akım 25,9 mA idi:

Daha sonra, pil tutucuların pozitif kontaklarını kırmızı atlama kablosu ile ve pil tutucuların negatif kontakları siyah atlama kablosu ile bağlayarak pil tutucularını paralel olarak bağladım:

Bu kez ölçülen akım 6.72 mA'dır. Pil tutucuları paralel bağlandığında olduğundan daha büyük olmamalı mı?

Öncelikle, sizi pil sistemlerini paralel hale getirme konusunda biraz uyarmak istiyorum. Genellikle iyi bir fikir değildir, çünkü çoğu zaman iki pil (veya pil sistemi) tam olarak aynı voltaja sahip değildir. Farklılarsa, daha büyük voltajlı olan akü, düşük voltajlı aküye bir miktar akım sağlar ve bu genellikle iyi bir şey değildir. Ayrıca, denemenizi biraz bozar, çünkü ona başka bir komplikasyon ekler.

Bu durumda, merak ediyorsunuz ve paralel iki pilin daha fazla akım sağlayabileceğini hayal ediyorsunuz. Bu nedenle, denemenizde yalnızca birini kullanma amacınıza hizmet etmez, çünkü varsayımlarınızı test etmez. Yani bunu yaptığınız gibi yapmalısınız. Ancak, deneysel tasarımınızda hesaba katılmadığınız başka bir bilinmeyen (size) faktörünün olduğunu da fark etmenizi istiyorum. Ama şimdilik endişelenmek yeterli değil.

Öyleyse bir kenara koyun ...

Düşünmeniz için yeni bir fikir önereyim. Sahip olduğunuz yeşil LED'in tam olarak gerektirdiğini varsayalım$1.9\:\text{V}$ "açmak" ve sizin için bilinmeyen, tam olarak bir iç direnci var$50\:\Omega$

Ayrıca, pil sistemlerinizin tam olarak sağladığını varsayalım$2.9\:\text{V}$$5.8\:\text{V}$$2.9\:\text{V}$ devresine bağlayın. Buradaki tek fark mevcut uyumluluk olabilir (gerekirse bir yüke az ya da çok akım sağlama yeteneği).

Varsayımınız mevcut uyumluluk daha fazlaysa, akımın daha fazla olduğudur. Ancak bu bazen doğru olabilir ve başkaları için geçerli olmayabilir. Şimdilik, LED hakkındaki yukarıdaki fikrimi kullanalım ve bunun bizi nereye götürdüğüne bakalım.

Seri devreniz ayrıca bir $100\:\Omega$ direnç. Varsayımsal içim ile birlikte ele alındığında$50\:\Omega$ LED içindeki direnç, devresinde toplam seri direnç yoktur$150\:\Omega$ (sadece şimdilik doğru olduğumu varsayalım.) Artı, LED'in kendisi (paketin içinde gerçekten dokunamayacağınız) da gerektirir (çıkarır)$1.9\:\text{V}$Akımı hesaplayamadan önce uygulanan voltajdan(LED'in her iki durumda da AÇIK olduğunu görebilirsiniz, bu yüzden iddiam doğruysa bu doğru olmalıdır.)

Yani piller-in-paralel durumda olması $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}$

Bu, ölçümlerinizi oldukça küçük bir hata içinde tahmin ediyor gibi görünecektir.

Sizce burada hangi fikir daha iyi çalışıyor? Akımı iki katına çıkaran iki paralel akü sistemi hakkındaki düşünceleriniz? Ya da bir LED'in nasıl davranabileceğine dair önerim? Düşünmek isteyebileceğiniz başka fikirleriniz var mı? Yukarıdaki önerilerimi nasıl test edebilir veya doğrulayabilirsiniz? Devrimi değiştirmenin, önerimi hala devam edip etmediğini görmek için başka bir teste tabi tutabilecek başka bir yol düşünebilir misiniz? Veya test etmeye çalışabileceğiniz başka bir voltaj ölçümü veya akım ölçümü düşünebiliyor musunuz?

İlk durumda, LED devrenize 6V uygulanmış demektir. İkinci durumda sadece 3V'dir.

Ohm yasası, iki nokta arasındaki bir iletkenden geçen akımın iki noktadaki voltajla doğru orantılı olduğunu belirtir.

Ne zaman pillerin seri olarak düzenlenmiştir, gerilim ekler . Voltaj yükseldikçe, devreniz tarafından çekilen akım daha yüksek olacaktır.

Tüm pil paralel bağlanmıştır, gerilim aynı kalır . (Mevcut tedarik yeteneği artacak, ancak bir kenara bırakalım).

Ortaya çıkan ufak sapmalar var ama biraz sonra öğreneceğinize inanıyorum.

Lütfen şüphelerinizi aynı soruya ya da yorumlara gönderin, elimden geldiğince cevap vermekten memnuniyet duyarız.

Keşfettiğiniz şey Kirchhoff'un voltaj ve akım yasaları ve Ohm yasasıdır.

Basitçe söylemek gerekirse, Kirchhoff'un yürürlükteki yasalarını uygulamak, piller gibi voltaj kaynakları seri bağlandığında voltajlarının toplanmasını sağlar.

Bir an için LED'i unutalım; geri geleceğiz.

Aşağıdaki şemada, yük (100 ohm direnç) karşısında 6 V görür.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Bu devrede (aşağıda) Kirchhoff'un voltaj yasası, voltaj kaynakları paralel olduğu için voltajların toplanmadığını söyleyecektir. Ancak, 100 ohm yük tarafından çekilen akım ikisi arasında bölünür.

^{bu devreyi simüle et}

Şimdi LED'i unutmayalım;

Bir LED (ışık yayan diyot), adından da anlaşılacağı gibi, bir "diyot" dur. Bu cihazlar, bunun gibi kısa bir cevapta memnuniyeti tanımlamak için karmaşıktır, ancak bu açıklamanın amacı için, içinden geçen akım ne olursa olsun, bunu sabit bir voltaj olarak düşünün. Bu basitleştirme ile diyot üzerindeki voltaj, seri (6 V) veya paralel (3 V) voltaj kaynaklarının (piller) neden olduğu voltajdan basitçe çıkarılabilir. Bir LED'deki voltaj, hangi LED olduğuna bağlıdır, ancak renge bağlı olarak genellikle 1.8 V ile 2.1 V arasındadır.

Aşağıdaki devre LED'in etkisini gösterir:

^{bu devreyi simüle et}

Şimdi Ohm yasasına göre;

V = R * I

I = V / R

R = V / I

nerede

V = Gerilim

I = Güncel

R = Direnç

Ohm yasasını uygulamak;

4 V / 100 ohm = 40 mA

1 V / 100 ohm = 10 mA

Bu örnek için sadece tipik değerler kullandım, ancak geri gitmek ve LED'deki voltajın ne olduğunu hesaplamak için Ohm yasasını kullanabilirsiniz veya ölçebilir ve diğer değerleri hesaplayabilirsiniz. İyi eğlenceler!

Bu arada, böyle kendi deneylerinizi yapmanız harika, ancak bir dahaki sefere pilleri böyle paralel bağlamayın. Onlar bunu sevmiyorlar;) (Şimdi ayrıntılara girmiyorum.)

Elektriği bir sıvı ile karşılaştırarak açıklamaya çalışıyorum. Gerilim veya basınç, etki olan akım veya akışın nedenidir . Genellikle artan basınç akışı arttıracaktır. Pilleri seri olarak bağladığınızda, voltajı veya basıncı arttırırsınız, bu yüzden kendinize benzeyen basit bir direnç devresi için daha fazla akım veya akış üretersiniz. Piller paralel bağlandığında, basıncı arttırmazsınız, ancak piller, devre koşulları izin veriyorsa daha fazla akım sağlama olanağı verirsiniz.

Akımın arkasındaki gerçek işgücü voltajdır. Sabit bir direnç için daha fazla voltaj, akım daha fazla olacaktır. İlk durumda, seri eşdeğer voltaj 3 + 3 = 6V'dir.

İkinci durumda, piller paralel ve eşit değerde olduğundan eşdeğer voltajları aynı kalır, yani 3V

Bu nedenle daha fazla voltaj, daha fazla akım.

Ama bekleyin, neden ders kitaplarımızda Paralel düzenlemenin akımı artırmaya yardımcı olduğunu okuyoruz? Bu, akımı gerçekten artırmaz, ancak pillerimizin sağlayabileceği akımın üst sınırını artırır. Bu, sistemin mevcut sağlama kapasitesinin arttığı anlamına gelir. Akım hala gerilime bağlı olacaktır. Ancak voltaj yükselip yükselirse, seri sistem ohm yasasının öngördüğü kadar akım sağlayamayabilir. Ancak paralel sistem bunu sağlayabilir. Yine de başarısız olacak, ancak daha yüksek voltajlarda.

Her şeyin bir direnci var.

AA Pil ~ 1 Ohm ~ 1.5 ila 1.6 V kaynağı.
Beyaz LED ~ 15 Ohm ~ 3,1 V @ 20 mA, 2,8 V kapalı.
100 ohm direnç.
Tel ~ x mOhm

Böylece paralel sıra = 3,1 V (yeni) - 2,8 V LED = (tahmini) 300 mV döngü direncine bölünür = 116 ohm sonuçlarınıza <3 mA yakın olur.

Daha sonra 6.2V (Vbat) -2.8V (Wh. LED eşiği) = 3.4V / 116 Ohm (döngü direnci) = 29 mA serisindeki 2 banka, tahminlerdeki tolerans nedeniyle de okumaya yakındır.

O kadar basit değil. İki hücreyi paralel koyduğunuzda, aslında iki hücrenin iç dirençlerini paralel olarak koyarsınız, böylece devredeki toplam direnci azaltırsınız. Hücreler farklı terminal, açık devre Gerilimleri ve farklı dahili dirençlere sahip olsa bile, tüm devrenin genel direncini azaltırsınız. Ve böylece daha fazla akım akmalıdır. Daha yüksek bir akım akışı görmüyorsanız, ölçüm sisteminiz yeterince hassas değildir. Denemenizin kısa süresi boyunca, devrenizdeki tüm bileşenlerin sıcaklık direnç katsayısını göz ardı edebiliriz.

Dikkat: kullanmadığınız zamanlarda pilleri test kurulumunuzdan çıkarın. Test kurulumunuzda gösterilen pillerden ikisinin, tamamen deşarj olması ve uzun süre kalması durumunda, pil tutucusuna aşındırıcı kimyasallar sızması muhtemeldir.

Paralel batarya ile akımın artmadığını iddia ediyorsunuz. Bundan ne kadar eminsin? Mevcut artış çok hafifse ve ölçüm cihazınızın ölçüm yeteneğinden daha azsa ne olur?

İşte ödeviniz:

- daha doğru bir sayaç alın, ödünç alabileceğiniz en iyisi

- akımı yalnızca 1 numaralı batarya ile ölçün.

- akımı yalnızca 2 numaralı batarya ile ölçün.

- Aküyü her iki akü paralel olarak ölçün.

Üçüncü ölçümün ilk ikisinin minimumundan daha büyük olacağını tahmin ediyorum.

Giriş elektroniğinde pilleri bir voltaj kaynağı olarak görmek yaygındır. Ancak piller, voltaj kaynağının sadece bir tahmin olduğu çok karmaşık cihazlardır. Daha iyi bir yaklaşım, seri olarak düşük değerli dirençli bir voltaj kaynağıdır. Aküye bir yük uygulandığında voltaj düşüşünü ölçerek ve seri dirençler ve ohm yasası için normal kuralları kullanarak bu seri direncin değerini tahmin edebilirsiniz. Çoğu elektrik mühendisliği bununla durur, ancak bir batarya için davranışını daha hassas bir şekilde temsil eden daha karmaşık modeller vardır.

Mümkün olan her şeyi öğrenin, ancak cep telefonumu şarj ederken her zaman şüpheci olun ve zorlu sorular sorun.