Warum steigt der Strom nicht an, wenn die Batterien parallel geschaltet werden?

Ich baute eine einfache Schaltung, bestehend aus zwei Batteriehaltern mit jeweils x2 1,5 V-Batterien, einem Schiebeschalter, einer LED und einem 100-Ohm-Widerstand. Der Strom, den ich mit einem Multimeter gemessen habe, als die beiden Batteriehalter in Reihe geschaltet waren (und der Schalter eingeschaltet war), betrug 25,9 mA:

Ich habe dann die Batteriehalter parallel geschaltet, indem ich die positiven Kontakte der Batteriehalter mit dem roten Überbrückungskabel und die negativen Kontakte der Batteriehalter mit dem schwarzen Überbrückungskabel verbunden habe:

Diesmal beträgt der gemessene Strom 6,72 mA. Sollte es nicht größer sein, als wenn die Batteriehalter parallel geschaltet sind?

Zunächst möchte ich Sie ein wenig davor warnen, Batteriesysteme parallel zu schalten. Dies ist normalerweise keine gute Idee, da die beiden Batterien (oder Batteriesysteme) häufig nicht genau die gleiche Spannung haben. Wenn sie unterschiedlich sind, liefert derjenige mit der größeren Spannung etwas Strom in die Batterie mit der niedrigeren Spannung, und dies ist oft keine gute Sache. Das Experiment wird dadurch auch etwas durcheinander gebracht, da es eine weitere Komplikation darstellt.

In diesem Fall sind Sie neugierig und stellen sich vor, dass zwei Batterien gleichzeitig mehr Strom liefern können. Es dient also nicht Ihren Zwecken, nur einen in Ihrem Experiment zu verwenden, da es Ihre Annahmen nicht testet. Also musst du es so machen, wie du es getan hast. Aber ich möchte nur, dass Sie auch erkennen, dass es einen weiteren (für Sie) unbekannten Faktor gibt, den Sie in Ihrem experimentellen Design nicht berücksichtigen. Aber im Moment ist es nicht genug, sich Sorgen zu machen.

Also legen Sie das beiseite ...

$1.9\:\text{V}$$50\:\Omega$

Nehmen wir außerdem an, dass Ihre Batteriesysteme genau liefern$2.9\:\text{V}$$5.8\:\text{V}$$2.9\:\text{V}$

Sie gehen davon aus, dass der Strom größer ist, wenn die aktuelle Konformität größer ist. Aber das mag manchmal wahr sein und andere nicht. Lassen Sie uns jetzt meine obige Idee über die LED verwenden und sehen, wohin uns das führt.

$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}$

Dies scheint Ihre Messungen innerhalb eines relativ kleinen Fehlers vorherzusagen.

Also, welche Idee, denkst du, funktioniert hier besser? Ihre Gedanken zu zwei parallelen Batteriesystemen, die den Strom verdoppeln? Oder mein Vorschlag, wie sich eine LED verhalten könnte? Haben Sie noch weitere Ideen, die Sie möglicherweise berücksichtigen möchten? Wie können Sie meinen obigen Vorschlag testen oder validieren? Können Sie sich eine andere Möglichkeit vorstellen, Ihre Schaltung zu ändern, die meinen Vorschlag erneut auf die Probe stellen könnte, um festzustellen, ob sie noch hält? Oder können Sie sich eine andere Spannungs- oder Strommessung vorstellen, die Sie möglicherweise testen möchten?

Im ersten Fall haben Sie 6V über Ihre LED-Schaltung angelegt. Im letzteren Fall sind es nur 3V.

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass der Strom durch einen Leiter zwischen zwei Punkten direkt proportional zur Spannung über den beiden Punkten ist.

Wenn die Batterien in Reihe geschaltet sind, addiert sich die Spannung . Je höher die Spannung, desto höher ist der von Ihrer Schaltung aufgenommene Strom.

Wenn die Batterien parallel geschaltet werden, bleibt die Spannung gleich . (Die Stromversorgungsfähigkeit wird zunehmen, aber lassen Sie uns dies beiseite lassen.)

Es gibt einige winzige Abweichungen, aber ich glaube, dass Sie etwas später lernen werden.

Bitte posten Sie Ihre Zweifel in derselben Frage oder in den Kommentaren, und ich werde gerne so viel wie möglich antworten.

Was Sie entdeckt haben, sind Kirchhoffs Spannungs- und Stromgesetze und das Ohmsche Gesetz.

Vereinfacht ausgedrückt ergibt das geltende Kirchhoff-Gesetz, dass sich die Spannungen addieren, wenn Spannungsquellen wie Batterien in Reihe geschaltet werden.

Vergessen wir die LED für einen Moment. Wir werden darauf zurückkommen.

In der Abbildung unten sieht die Last (der 100-Ohm-Widerstand) 6 V darüber.

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

In dieser Schaltung (unten) sagt Ihnen das Kirchhoffsche Spannungsgesetz, dass sich die Spannungen nicht addieren, weil die Spannungsquellen parallel sind. Der von der 100-Ohm-Last aufgenommene Strom wird jedoch auf beide aufgeteilt.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Vergessen wir jetzt nicht die LED;

Eine LED (Light Emitting Diode) ist, wie der Name schon sagt, eine "Diode". Es ist kompliziert, diese Geräte in einer kurzen Antwort wie dieser zur Zufriedenheit zu beschreiben, aber zum Zweck dieser Erklärung stellen Sie sich vor, dass eine konstante Spannung daran anliegt, unabhängig davon, welcher Strom durch sie fließt. Mit dieser Vereinfachung kann die Spannung über der Diode einfach von der Spannung subtrahiert werden, die durch die Spannungsquellen (Batterien) verursacht wird, die entweder in Reihe (6 V) oder parallel (3 V) liegen. Die Spannung an einer LED hängt davon ab, um welche LED es sich handelt, liegt jedoch in der Regel zwischen 1,8 V und 2,1 V, abhängig von der Farbe.

Die folgende Schaltung zeigt die Wirkung der LED:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Nun zu Ohms Gesetz;

V = R * I

I = V / R

R = V / I

wo

V = Spannung

I = aktuell

R = Widerstand

Anwenden des Ohmschen Gesetzes;

4 V / 100 Ohm = 40 mA

1 V / 100 Ohm = 10 mA

Ich habe gerade typische Werte für dieses Beispiel verwendet, aber Sie können das Ohmsche Gesetz verwenden, um rückwärts zu gehen und die Spannung über der LED zu berechnen, oder Sie können sie messen und andere Werte berechnen. Habe Spaß!

Übrigens ist es toll, dass Sie selbst so experimentieren, aber schließen Sie das nächste Mal die Batterien nicht so parallel an. Sie mögen es nicht;) (Ich gehe jetzt nicht auf die Details ein.)

Ich versuche Elektrizität zu erklären, indem ich sie mit einer Flüssigkeit vergleiche. Spannung oder Druck ist die Ursache für Strom oder Fluss, was der Effekt ist . Generell steigender Druck erhöht den Durchfluss. Wenn Sie Batterien in Reihe schalten, erhöhen Sie die Spannung oder den Druck, sodass Sie bei einem einfachen Widerstandskreis, dem Sie ähnlich sehen , mehr Strom oder Fluss erzeugen. Wenn Batterien parallel geschaltet werden, erhöhen Sie nicht den Druck, sondern geben den Batterien die Möglichkeit, mehr Strom zu liefern, wenn die Schaltungsbedingungen dies zulassen.

Das eigentliche Arbeitstier hinter dem Strom ist die Spannung. Je höher die Spannung für einen festen Widerstand ist, desto höher ist der Strom. In Ihrem ersten Fall beträgt die Serienäquivalenzspannung 3 + 3 = 6V.

Im zweiten Fall bleibt die äquivalente Spannung, dh 3 V, gleich, da die Batterien parallel und gleichwertig sind

Also mehr die Spannung, mehr der Strom.

Aber warte, warum lesen wir dann in unseren Lehrbüchern, dass die parallele Anordnung hilft, den Strom zu erhöhen? Nun, das erhöht nicht wirklich den Strom, sondern die obere Stromgrenze, die unsere Batterien liefern können. Dies bedeutet, dass die Stromversorgungskapazität des Systems zunimmt. Der Strom würde immer noch von der Spannung abhängen. Wenn die Spannung jedoch immer höher wird, kann das serielle System möglicherweise nicht so viel Strom liefern, wie es das Ohmsche Gesetz vorhersagt. Das Parallelsystem kann dies jedoch vorsehen. Es wird zwar auch ausfallen, aber bei noch höheren Spannungen.

Alles hat etwas Widerstand.

AA-Batterie ~ 1 Ohm ~ 1,5 bis 1,6 V-Quelle.
Weiße LED ~ 15 Ohm @ ~ 3,1 V @ 20 mA, 2,8 V aus.
100 Ohm Widerstand.
Draht ~ x mOhm

Somit wäre die Parallelbank = 3,1 V (neu) - 2,8 V LED = (geschätzt) 300 mV geteilt durch den Schleifenwiderstand = 116 Ohm <3 mA in der Nähe Ihres Ergebnisses.

Dann, wenn 2 Bänke in Serie 6,2 V (Vbat) -2,8 V (Wh. LED-Schwelle) = 3,4 V / 116 Ohm (Schleifenwiderstand) = 29 mA, was aufgrund der Toleranz bei Schätzungen ebenfalls nahe an Ihrem Messwert liegt.

Nicht ganz so einfach. Wenn Sie zwei Zellen parallel schalten, werden die Innenwiderstände der beiden Zellen parallel geschaltet, wodurch der Gesamtwiderstand im Schaltkreis verringert wird. Selbst wenn die Zellen unterschiedliche Klemmen, Leerlaufspannungen und Innenwiderstände haben, verringern Sie den Gesamtwiderstand des gesamten Stromkreises. Es sollte also mehr Strom fließen. Wenn Sie keinen höheren Stromfluss sehen, ist Ihr Messsystem nicht empfindlich genug. Für die kurze Zeit Ihres Experiments können wir den Temperaturkoeffizienten des Widerstands aller Komponenten in Ihrer Schaltung ignorieren.

Achtung: Entfernen Sie die Batterien aus Ihrem Test-Setup, wenn es nicht verwendet wird. Bei zwei der in Ihrem Testaufbau gezeigten Batterien können möglicherweise ätzende Chemikalien in den Batteriehalter gelangen, wenn sie vollständig entladen werden und lange Zeit verbleiben.

Sie behaupten, dass der Strom mit der Parallelbatterie nicht ansteigt. Wie sicher bist du dir dessen? Was ist, wenn der Stromanstieg sehr gering ist und unter der Messfähigkeit Ihres Messgeräts liegt?

Hier ist Ihre Aufgabe:

- Holen Sie sich einen genaueren Zähler, den Sie am besten ausleihen können

- Messen Sie den Strom nur mit Batterie 1.

- Messen Sie den Strom nur mit Batterie 2.

- Messen Sie den Strom mit beiden Batterien parallel.

Ich gehe davon aus, dass der dritte Messwert über dem Minimum der ersten beiden liegt.

In der Industrieelektronik ist es üblich, Batterien als Spannungsquelle zu betrachten. Aber Batterien sind wirklich sehr komplexe Geräte, für die die Spannungsquelle nur eine Annäherung ist. Eine bessere Annäherung ist eine Spannungsquelle mit einem niederohmigen Widerstand in Reihe. Sie können den Wert dieses Vorwiderstands tatsächlich abschätzen, indem Sie den Spannungsabfall messen, wenn eine Last an eine Batterie angelegt wird, und die üblichen Regeln für Vorwiderstände und das Ohmsche Gesetz anwenden. Die meiste Elektrotechnik hört damit auf, aber es gibt noch komplexere Modelle für eine Batterie, die ihr Verhalten noch genauer darstellen.

Lernen Sie alles, was Sie können, aber seien Sie immer skeptisch und stellen Sie herausfordernde Fragen, während ich mein Handy auflade.