Seri olarak LED ve lamba - ampul neden yanmıyor?

6 yaşındaki oğlum Snap Circuits tarzı bir kitle denemeye yeni başladı ve şimdiden çok temel bir sorumuz var.

Bir LED ve lambayı paralel olarak bataryalarla çalıştırırsak, hem LED hem de lamba parlak bir şekilde yanar.

Ancak, LED ve lambayı seri olarak ayarlarsak, sadece LED yanar.

Açıkçası akım lambadan geçiyor (ampulü sökersem LED söner).

Peki neden ampul yanmıyor?

Uygun Snap Devreleri satın almak yerine biraz cheapskate'im. Çin'den eBay'de benzer bir jenerik set aldım (Bkz: Elektronik Bloklar Kiti W-58 )

(Bu forum için çok basitse özür dilerim, ancak henüz cevabı Google üzerinden bulamadım)

Paralel bağlı LED ve lamba için, her biri pilin tamamında yanar.

Seri bağlandığında, her birindeki voltaj akü voltajına eşit olmalıdır .

Verilenden daha fazla bilgi olmadan, en muhtemel cevap, akü voltajını eksi LED üzerindeki voltajı eşitlemek için lambadaki voltajın görünür ışık üretmek için yetersiz olmasıdır.

Bu cevabı yazarken, bazı resimler eklediğinizi görüyorum. Toplam akü voltajının yaklaşık 3V olduğu anlaşılıyor. Birçok LED'in 2V'un üzerinde ileri gerilime sahip olduğu göz önüne alındığında, bu ampul boyunca 1V'den daha az bırakır.

Kitinde bir voltmetre var mı? Eğer öyleyse, seri bağlantı için lambadaki voltajı ölçün.

LED o kadar voltaj düşer ki ampul için çok az şey kalır.

LED ileri gerilimi için seri olarak ancak yeterli olan iki adet 1,5V piliniz vardır.

Akkor ampuller, harcadıkları güç azaldığında hızlı bir şekilde kararırlar: güç, gerilimin karesiyle dirençle bölünür.

Bu nedenle, akkor ampullerin karartılması çok fazla enerji tasarrufu sağlamaz. Dağıtılan sudaki sadece küçük bir kesirli azalma, bir ampulü neredeyse tamamen kısar.

Filamentler daha çok ısı ve görünür ışık olarak sadece küçük bir fraksiyon üretir. Bu, harcanan güce çok duyarlı olan sıcaklığa karşı çok hassastır.

Karanlık bir odada lambaya bakmayı deneyin; soluk kırmızı bir parıltı görebilirsiniz. Ayrıca, LED'den gelen ışık, karanlık bir odada bile, ampulün ne kadar koyu parıldadığını görmenizi engelliyor olabilir. LED'i de kapatın.

LED ile seri halinde bir direnç OLMALIDIR. Bir LED bir diyottur ve diyotlar uygulanan voltaj 3V'un altına düştüğünde belirli bir noktadan yükselirken geçtikleri akımı hızla yükseltir. Böylece akım sınırlayıcı bir direnç olmadan, LED yanacak kadar çok akım geçirir.

LED'in gerilimi düşürdüğünü söyleyen önceki cevaplar doğrudur, ancak düşüş LED ve gizli rezistansın birleşimi boyuncadır. Ampul sadece biraz daha fazla direnç ekler, bu da akımı biraz azaltır ancak LED'i sadece biraz daha kısık hale getirir. Ancak ampul, yanması gereken minimum voltajdan çıkar.

Ek bir ve ilginç faktör akkor lambanın filaman olmasıdır direnç soğuk iken onun direnç kabaca 1/10 sıcak olduğunda.

10 ohm yerine, soğuk ışıksız lamba muhtemelen 1 ohm'a yakındır.

LED'i tam olarak aydınlatmak için gereken 20 mA'lık akımda, lamba filamenti sadece 400 mikronluk güç harcar . (Güç = geçerli zaman direnci karesi: )$P = I^2 \cdot R$

Seri lamba, LED ışık devresini tamamlayan kıvrımlı bir tel parçasından biraz daha fazlasıdır.

Öte yandan, akkor lambaların pozitif sıcaklık katsayısı özelliği de faydalı olabilir; bkz HP'nin erken ses osilatör ve yaklaşık okunan Wien köprü osilatörleri .

Harika soru! Belirtildiği gibi seri devrelere karşı paraleldir. Paralel olarak, hem lamba hem de LED modülleri tam 3 Volt alır. Seri olarak, 3 Volt'u paylaşmak zorundalar, böylece her biri biraz olsun. Aynı türden ampulün 2'si olsaydı, her biri 1/2 voltaj alırdı. Seri olarak 3 ampul, her biri 1/3 ve dahası alır. LED modülü daha karmaşık hale getirir. Ama önce en büyük sorunu yapalım.

Her bir ampul bir dirençtir. Tamamen Voltaj ve Direnç tarafından tanımlanan istenen voltaja ve akım akışına bağlayın. Bay Ohm, , bizim amaçlarımız için, Amper bölü Amperlerin Ohm'a eşit olduğunu kastettiğini belirtti. ("E" ve "I", fizikçi-kısaltılmış şarj ve akımdır, "R" dirençtir.) @Spehro, lamba akımını 300 miliamper, .3 Amp. 3 Volt .3 Amper bölü 10 Ohm'a eşittir: .$\dfrac{E}{I}=R$$\dfrac{3V}{0.3A} = 10 \Omega$

$\dfrac{V}{A}=R$ , her iki tarafı da çarpın . Bırakın ve ya da . Seri olarak iki ampul, . . Akımın yarısı. , , ampul başına voltajın yarısı .$\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$

LED modülü daha da kötüleştirir çünkü LED, bununla seri halinde 1 Volt ve 33 Ohm daha fazla voltaj düşüşüne sahiptir. Yani akım , - . En fazla, 0,05 Amperden daha az, belki 0,025 Amper kadar az. 1/6 ile 1/10 arasında ampulün paralel devrede olduğu akım! 1,9$A=\dfrac{3V - 1.xV}{10 + 33 \Omega}$ 1,1$\dfrac{1.9V}{43 \Omega}$$\dfrac{1.1V}{43 \Omega}$

Tartışma amacıyla, kırmızı LED'lerin ileri voltaj düşüşü 1 (bir şey) volt, yeşil yaklaşık 2 Volt, mavi daha da yüksek. Elbette sonlu direnç değerlerine sahipler, ancak onları sadece bu sabit voltajı çıkarmak olarak düşünmek en kolay olanı. Akım daha sonra direnç boyunca kalan voltaj olarak hesaplanabilir. Bir direnç yoksa, akımı sınırlamak için daha ayrıntılı bir yöntem olması gerekir.

Daha fazla eğlence için, ampulle seri olarak uygun boyutta bir elektrik motoru yerleştirin, ampulün ne kadar parlak olduğuna dikkat edin, daha sonra motora bir miktar yük koyun - hafifçe bastırmak için bir parmak, bir fan bıçağı veya kürek vb. herhangi bir değişiklik?

Devrede neler olup bittiğini anlamanın ve görselleştirmenin bir yolu, bunun çok basitleştirilmiş bir açıklama veya analoji olması, LED'in lambayı yakacak kadar akımı geçmediğini düşünerek olur. Basitçe söylemek gerekirse, özünde lambadan çok daha fazla direnç vardır. İki benzer tip lambayı seri halinde yerleştirdiyseniz, her ikisi de eşit derecede parlak olmalıdır, güç kaynağının sağladığı akım kadar parlak olmalıdır. Gerçekten basit bir benzetme olarak, seri olarak yerleştirilmiş aynı watt değerinde iki 115 volt AC lamba + - Tamamen aydınlatmak için 230 Volt.

Ancak LED Lambadan çok daha fazla dirençlidir veya daha kesin olarak yarı iletkendir ve ileri voltaj düşüşüne sahiptir.

Basitleştirilmiş: 20mA akım çekişinde yaklaşık 2 voltluk LED boyunca bir ileri voltaj düşüşü (şu anda kesin sayıları hatırlayamıyorum) ve bunun için yaklaşık bir volt bırakacak olan 3 voltluk bir pil yapılandırması gibi görünüyor. lamba. Ayrıca LED, filamenti ısıtmak için yeterli akım boyunca geçmeyecektir (bu bir indüktör ve LED bir yarı iletken olarak sınıflandırılır, bu yüzden analojim kesin değildir), ancak sağlanan voltaj telafi etmek için daha yüksek olsa bile lamba muhtemelen tam olarak yanmaz LED ileri voltaj düşüşü için.

Umarım anlamlı olur. Olmazsa özür dilerim, ama acelem var ve bunu sadece çizgiden çıkmak ve başka bir şey yapmak zorunda olduğum gibi gördüm.

Sorunuz bana iki eşit olmayan watt değerinde fakat aynı voltaj lambalarının seri olarak bağlandığı benzer bir denemeyi hatırlatıyor. Lambaların birinin iki katı büyüklüğünde bir voltaj aniden düzenlemeye uygulanır - sadece olanları izleyin. Voltajınızı seçerken lütfen elektrik güvenliğine dikkat edin. 6 voltta belirtilen lambalar iyi çalışır. Bir araba stop önerin / yan ampulü 6 voltta iyi olur. Bu deney, yaklaşık 30 yıl önce bir GCE "A" Fizik pratik sınavında kullanıldı!

Deneyebileceğiniz bir başka şey ise, net 240 cm'lik filamanlı lambaları şeffaf camdan 12 volt'a bağlamaktır - eğer doğru bir şekilde hatırlamıyorsam 25 wattlık lambalar iyi çalışır ve düzgün bir şekilde filament parıltısı verir. Lütfen elektrik güvenliğine dikkat edin.

Sadece bir an için voltaj düşüşlerini görmezden geleceğim ve bunu akım açısından açıklayacağım.

LED ile seri olarak yerleştirildiğinde, LED'den geçen akım da ampulden geçer, ancak filamente giden ısı (akım karesi, ampul direnci ile çarpılır) filamentin görünür ışık üretecek kadar ısınması için yetersizdir .

LED'den gelen ışık kabaca içinden geçen akımla orantılıdır, bununla birlikte ampul parlaklığı (loş / düşük güçlü bir ampul için!) Giriş akımı küpüne daha yakın bir orantılığa sahiptir. LED ile seri olarak bir "buğday tanesi" lambası (20ma) koyarsanız ve akımı ayarlarsanız, bu netleşecektir.

Şimdi bazı fizik için: Piller neredeyse ideal bir voltaj kaynağını temsil eder, bunun nedeni pilin içinde elektronları katottan (+) anotlara (-) hareket ettiren iki terminal arasındaki potansiyel fark açık olana kadar kimyasal bir reaksiyonun olmasıdır. devre gerilimi. Buna Vbatt diyeceğim.

İki terminal arasında bir elektrik bağlantısı yapıldığında, elektronlar bu potansiyel fark nedeniyle harici bağlantıdaki (-) ila (+) terminalden akar ve bu da elektronların bir "devresi" oluşturur. Bu elektron akışı, terminaller arasındaki potansiyel farkı azaltır, reaksiyonun hızlanmasına ve daha fazla elektron sağlamasına neden olur ve akım artar. Olduğu gibi, direnç nedeniyle yükte artan bir voltaj oluşturur. Terminallerdeki mevcut ve potansiyel fark, reaksiyon hızının artmasını durdurmak için yeterli olana kadar artar. Matematik, I1 * R1 = Vbatt.

@Mark McLaren İlginç bir soru .... ama led ve ampulün konumunu değiştirirseniz (seri olduğu gibi) seri devrede değiştirirseniz, o zaman mantığım doğruysa ampul yanacaktır .... Söylemeye gerek yok ilk önce voltaj LED'e düşürülür ve kalan voltaj (LED tarafından kullanılan 3 VOLT MINUS voltaj) ampul için yeterli değildir .. seri halde yeterli akım olmasına rağmen. Elektronlar akülerin kutuplarından ilk önce ışığa doğru akar ve bu nedenle ilk önce voltajın led boyunca düştüğü ve lamba boyunca kalanın neden olabileceği olabilir. ... LED bile yanacaktır çünkü led düşük voltaj gerektirir ve kalan voltaj led için yeterli olacaktır. meraklıyım