Warum unterscheidet sich die Spannungsmessung dieser Schaltung bei eingeschaltetem Schalter?

Ich baute eine einfache Schaltung mit zwei Lampen und einem Schiebeschalter, der von zwei 1,5-V-Batterien gespeist wurde. Wenn der Schiebeschalter ausgeschaltet ist, beträgt die von einem Multimeter gemessene Spannung des Stromkreises 3,15 V:

Wenn jedoch der Schiebeschalter eingeschaltet ist und die Lampen leuchten, beträgt die gemessene Stromkreisspannung 2,99 V.

Ich verstehe nicht, warum die Spannungsmessung in beiden Fällen nicht gleich ist. Warum gibt es diesen Unterschied?

Zunächst einmal gut gemacht für das praktische Experiment. Es ist gut zu sehen, wie Leute Dinge ausprobieren und die Antwort wissen wollen.

Es kann einfacher sein, dies mit einer Schaltung zu visualisieren. Wie bereits in einer früheren Antwort ausgeführt, haben Batterien einen Innenwiderstand. Wenn Sie also eine Last hinzufügen, erstellen Sie einen Spannungsteiler. Mit zunehmender Entladung der Batterie steigt der Innenwiderstand, wodurch die Last nicht mehr mit Strom versorgt werden kann.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Schauen Sie sich das obige Schema an. Wir alle kennen das Ohmsche Gesetz, welches V = I * R ist. Wenn wir den Widerständen Werte zuweisen, können wir berechnen, wie hoch der Abfall sein wird, wenn Sie den Schalter schließen. Wenn wir sagen, der Innenwiderstand der Batterie beträgt 0,5 Ohm und die Last beträgt 100 Ohm, können wir den Strom im Stromkreis herausfinden. Dazu ordnen wir die Ohmsche Gesetzgleichung für I neu an: I = V / R = 9 / (100 + 0,5) = 0,0896 A oder 89,6 mA. Wenn Sie das Ohmsche Gesetz erneut verwenden (Sie werden feststellen, dass dies wahrscheinlich die nützlichste Gleichung in der Elektronik ist!), Können Sie den Spannungsabfall über dem Batteriewiderstand ermitteln:

Denken Sie daran: V = I * R = 0,0896 * 0,5 = 0,0448 V. Nehmen Sie dies von den 9 V, die die Batterie zuerst geliefert hat, und Sie erhalten die Spannung, die Sie messen werden, wenn der Schalter geschlossen ist: 9-0.0448 = 8,95 V.

Wenn Sie dieses Wissen nutzen möchten, um Ihre Experimente voranzutreiben, können Sie einen bekannten Widerstand als Last verwenden und ihn mit verschiedenen Batterien versorgen. Mit Ihrem Multimeter können Sie den Strom und die Spannung messen, wodurch Sie alle Zahlen erhalten, die Sie zur Berechnung der Innenwiderstände Ihrer Batterien benötigen.

Wie Marcus Müller betont, kann sich die Temperatur auch darauf auswirken. Berechnen Sie also vor und nach dem Test Ihren Innenwiderstand, bevor und nachdem Sie sie in einen Kühl- / Gefrierschrank gestellt haben, und sehen Sie, wie stark sich dieser ändert. Probieren Sie es auch mit ein paar verschiedenen Batterietypen aus ... Sie können eine Menge cooler Experimente durchführen, um besser zu verstehen, was vor sich geht, und um Ihre Fähigkeiten beim Lösen von Schaltkreisen zu verbessern.

Weiter so und viel Glück!

Dies ist ein sehr schönes Experiment!

Ich habe eine Idee, Jonks Kommentar hinzuzufügen :

Es ist super gut, dass Sie testen, was so passiert! Wie bereits angegeben, ist die Antwort, dass die Batterie beim Einschalten der Lampen einer gewissen Belastung ausgesetzt ist und die Spannung unter dieser Last ein wenig abfällt. Wenn sich eine Batterie dem Ende ihrer Lebensdauer nähert, sinkt sie noch mehr.

Legen Sie die Batterien etwa eine Stunde lang in den Kühlschrank, bis sie kalt sind (Sie können sie auch einfrieren, aber nicht unter -20 ° C bringen), und wiederholen Sie den Versuch. Sie werden sehen, dass sie jetzt viel härter hängen! Schalten Sie das Gerät aus und warten Sie, bis es wieder Zimmertemperatur hat. Sie sollten wie zuvor arbeiten.

Was ist los?

In einer Batterie führt eine chemische Reaktion dazu, dass die beiden Batteriekontakte unterschiedliche elektrische Potentiale haben - es liegt eine Spannung zwischen ihnen!

Wenn Sie zwei Dinge verbinden, beginnen Ihre Batteriekontakte, die unterschiedliche Spannungen haben, Strom zu fließen. Das ist es, was deine Glühbirne zum Leuchten bringt!

Stellen Sie sich vor, zwischen Ihrer Batterie und der positiven Sonde Ihres Multimeters befindet sich ein kleiner Widerstand (z. B. 2 Ω). Es ist nicht wirklich da, aber du "fühlst" seine Existenz:

Ein Widerstand zeigt einen Spannungsabfall, wenn ein Strom durch ihn fließt. In Ihrem Fall fließen ein paar hundert Milliampere durch die Glühbirne, den Schalter und zurück in Ihre Batterie - und das führt zu einem Spannungsabfall von ein paar hundert Millivolt über diesen "imaginären" Widerstand.

Das nennen wir "Innenwiderstand". Es ist die Unvollkommenheit einer Spannungsquelle (wie Ihrer Batterien), die zu niedrigeren Spannungen führt, je mehr Strom Sie ziehen.

Interner Widerstand kann vieles sein - zuallererst bestehen echte Batterien aus echten Materialien, und echte Materialien haben Widerstand. Bei Batterien ist dies normalerweise nur ein kleiner Teil des Innenwiderstands. Der größere Teil ist, dass die chemischen Reaktionen (und Ionenwanderungen) im Inneren schnell genug ablaufen müssen, um einen Stromfluss zu ermöglichen. Wenn mehr Strom verbraucht wird, als die chemische Reaktion aushalten kann, fällt die Spannung ab.

Jetzt, als Sie Ihre Batterien abgekühlt haben, haben Sie alle chemischen Reaktionen im Inneren verlangsamt und insbesondere, wie schnell geladene Atome im Inneren der Batterie wandern können. Das ist der Grund, warum wir Kühlschränke und Gefrierschränke haben: Da alle chemischen Reaktionen durch niedrigere Temperaturen verlangsamt werden, werden Lebensmittel nicht so schnell schlecht, weil alle Dinge, die Lebensmittel schlecht machen (dh Bakterienwachstum und chemische Zersetzung von Dingen) ) einfach in zeitlupe passieren.

Wenn die chemische Reaktion in der Batterie verlangsamt ist, kann die Batterie mit der Stromaufnahme einfach nicht so gut mithalten, und die Spannung fällt sogar noch weiter ab als bei einer warmen Batterie.

Batterien sind nicht ideal. Sie haben Innenwiderstand. Wenn Strom fließt, fällt die Spannung ab.

Denken Sie immer daran, dass in einer Reihenschaltung der Strom konstant und in einer Parallelschaltung die Spannung konstant ist.

Einfach ist, dass Sie eine ohmsche Last in Reihe mit dem Schalter geschaltet haben. Wenn der Schalter geschlossen ist, gibt es einige Lastabfälle. Aus diesem Grund werden Sie niemals die gleiche Spannung erhalten wie bei geöffnetem Schalter. Sie können auch den Schaltplan sehen. Vielen Dank. Grüße #ENGE. Abdullah.