LED und Lampe in Reihe - warum leuchtet die Glühlampe nicht?

Mein 6-jähriger Sohn hat gerade angefangen, mit einem Snap Circuits Style-Kit zu experimentieren, und wir haben bereits eine sehr grundlegende Frage.

Wenn wir eine LED und eine Lampe parallel mit Batterien betreiben, leuchten sowohl die LED als auch die Lampe hell auf.

Wenn wir jedoch LED und Lampe in Reihe schalten, leuchtet nur die LED auf.

Offensichtlich fließt Strom durch die Lampe (wenn ich die Glühbirne herausschraube, erlischt die LED).

Warum leuchtet die Glühbirne nicht?

Ich bin ein bisschen billig, also kaufe ich bei eBay kein richtiges Snap Circuits, sondern ein ähnliches Generikum aus China (siehe: Electronic Blocks Kit W-58 ).

(Entschuldigung, wenn dies für dieses Forum zu einfach ist, ich aber noch keine Antwort über Google gefunden habe.)

Für die parallel geschaltete LED und Lampe liegt jeweils die gesamte Batteriespannung an.

Wenn Reihe geschaltet sind , muss die Spannung über jede Summe an die Spannungsbatterie.

Ohne mehr Informationen als angegeben, ist die wahrscheinlichste Antwort, dass die Spannung an der Lampe, die der Batteriespannung minus der Spannung an der LED entsprechen muss, nicht ausreicht, um sichtbares Licht zu erzeugen.

Beim Eingeben dieser Antwort stelle ich fest, dass Sie einige Bilder hinzugefügt haben. Es scheint, dass die gesamte Batteriespannung etwa 3 V beträgt. Da viele LEDs eine Durchlassspannung von mehr als 2 V haben, verbleibt weniger als 1 V an der Glühlampe.

Haben Sie ein Voltmeter mit Ihrem Kit? Wenn ja, messen Sie die Spannung an der Lampe für die Reihenschaltung.

Die LED lässt so viel Spannung ab, dass für die Glühbirne nur noch sehr wenig übrig ist.

Sie haben nur zwei 1,5-V-Batterien, die in Reihe kaum für die LED-Durchlassspannung ausreichen.

Glühbirnen werden schnell schwächer, wenn die von ihnen abgegebene Leistung abnimmt: Die Leistung ist das Quadrat der Spannung geteilt durch den Widerstand.

Aus diesem Grund spart das Dimmen von Glühlampen nicht viel Energie. Nur ein kleiner Bruchteil der Verlustleistung dimmt eine Glühbirne fast vollständig ab.

Filamente erzeugen meist Wärme und nur einen geringen Anteil als sichtbares Licht. Dies ist sehr temperaturempfindlich, was sehr empfindlich auf Verlustleistung ist.

Schauen Sie sich die Lampe in einem dunklen Raum an. Möglicherweise sehen Sie ein schwaches rotes Leuchten. Außerdem kann das Licht der LED verhindern, dass Sie sehen, was auch immer die Glühbirne dämmert, selbst in einem dunklen Raum. Decken Sie auch die LED ab.

Es MUSS einen Widerstand in Reihe mit der LED geben. Eine LED ist eine Diode, und Dioden erhöhen den Strom, den sie durchlassen, schnell, wenn die angelegte Spannung über einen bestimmten Punkt, deutlich unter 3 V, ansteigt. Ohne einen Strombegrenzungswiderstand würde die LED so viel Strom durchlassen, dass sie durchbrennt.

Die vorherigen Antworten, die besagen, dass die LED die Spannung senkt, sind korrekt, aber der Abfall betrifft die Kombination aus LED und verstecktem Widerstand. Die Glühbirne erhöht lediglich den Widerstand, wodurch der Strom etwas verringert wird, die LED jedoch nur geringfügig gedimmt wird. Die Glühbirne ist jedoch der Mindestspannung beraubt, die sie zum Zünden benötigt.

Ein zusätzlicher und interessanter Faktor ist , dass die Glühfaden der Glühlampe Widerstand bei Kälte etwa 1/10 seines Widerstands ist , wenn heiß.

Anstelle von 10 Ohm ist die kalte, nicht beleuchtete Lampe wahrscheinlich näher an 1 Ohm.

$P = I^2 \cdot R$

Die Serienlampe ist kaum mehr als ein gewelltes Stück Draht, das den LED-Lichtkreis vervollständigt.

Andererseits kann das Merkmal des positiven Temperaturkoeffizienten von Glühlampen nützlich sein; Sehen Sie sich den frühen Audio-Oszillator von HP an und lesen Sie mehr über Wien-Brückenoszillatoren .

Gute Frage! Wie bereits erwähnt, handelt es sich um Parallel- oder Serienschaltungen. Parallel dazu erhalten sowohl die Lampe als auch die LED-Module volle 3 Volt. In Serie müssen sie sich die 3 Volt teilen, damit jeder welche bekommt. Wenn es 2 der gleichen Art von Glühbirne wäre, würde jeder die Hälfte der Spannung erhalten. 3 Lampen in Reihe, jede bekommt 1/3 und so weiter. Das LED-Modul macht es komplexer. Aber lassen Sie uns zuerst das größte Problem lösen.

$\dfrac{E}{I}=R$$\dfrac{3V}{0.3A} = 10 \Omega$

$\dfrac{V}{A}=R$$\dfrac{1}{V}: \dfrac{V}{AV}=\dfrac{R}{V}$$\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$

$A=\dfrac{3V - 1.xV}{10 + 33 \Omega}$$\dfrac{1.9V}{43 \Omega}$$\dfrac{1.1V}{43 \Omega}$

Zu Diskussionszwecken haben rote LEDs einen Vorwärtsspannungsabfall von 1 (etwas) Volt, grün sind ungefähr 2 Volt, blau sogar noch höher. Natürlich haben sie endliche Widerstandswerte, aber es ist am einfachsten, sie als das Entfernen dieser festen Spannung zu betrachten. Der Strom kann dann als die verbleibende Spannung über dem Widerstand berechnet werden. Wenn es keinen Widerstand gibt, muss es eine aufwändigere Möglichkeit geben, den Strom zu begrenzen.

Wenn Sie mehr Spaß haben möchten, schalten Sie einen Elektromotor geeigneter Größe in Reihe mit einer Glühbirne. Achten Sie darauf, wie hell die Glühbirne ist, und belasten Sie dann den Motor mit einem Fingerdruck, einem Lüfterblatt oder einem Paddel, um Luft zu bewegen usw. Siehe irgendwelche Veränderungen?

Eine Möglichkeit zum Visualisieren und damit zum Verstehen der Schaltungsvorgänge, die eine sehr vereinfachte Erklärung oder Analogie darstellen, besteht darin, zu denken, dass die LED nicht genug Strom durchlässt, um die Lampe zu zünden. Einfach ausgedrückt, hat es wesentlich mehr Widerstand als die Lampe im Wesentlichen. Wenn Sie zwei Lampen gleichen Typs in Reihe schalten, sollten beide gleich hell leuchten, so hell wie der Strom, den das Netzteil liefert. In einer einfachen Analogie würden zwei in Reihe geschaltete 115-Volt-Wechselstromlampen gleicher Leistung + benötigen - 230 Volt, um vollständig zu leuchten.

Die LED hat jedoch einen viel höheren Widerstand als die Lampe, oder genauer gesagt, sie ist ein Halbleiter und weist einen Durchlassspannungsabfall auf.

Vereinfacht: Ein Vorwärtsspannungsabfall über der LED von ungefähr 2 Volt bei einer Stromaufnahme von beispielsweise 20 mA (ich kann mich derzeit nicht an die genauen Zahlen erinnern) und dies scheint eine 3-Volt-Batteriekonfiguration zu sein, die nur ungefähr 1 Volt übrig lässt die Lampe. Auch wird die LED nicht genug Strom weiterleiten, um den Heizfaden (der als Induktor und die LED als Halbleiter klassifiziert ist, meine Analogie ist ungenau) zu erhitzen, aber die Lampe würde wahrscheinlich nicht vollständig aufleuchten, selbst wenn die zugeführte Spannung höher wäre, um dies zu kompensieren für den Durchlassspannungsabfall der LED.

Ich hoffe das ergibt Sinn. Ich entschuldige mich, wenn nicht, aber ich bin gehetzt und habe das nur gesehen, als ich kurz davor war, offline zu gehen und etwas anderes zu tun.

Ihre Frage erinnert mich an ein ähnliches Experiment, bei dem zwei ungleiche, aber identische Spannungslampen in Reihe geschaltet werden. Eine Spannung, die doppelt so groß ist wie eine der Lampen, wird plötzlich an die Anordnung angelegt. Beobachten Sie einfach, was passiert. Beachten Sie bei der Auswahl Ihrer Spannung die elektrische Sicherheit. Lampen mit einer Nennspannung von 6 Volt würden gut funktionieren. Schlagen Sie eine Autostopp- / Standlichtbirne bei 6 Volt vor. Dieses Experiment wurde vor etwa 30 Jahren in einer praktischen Prüfung der GCE "A" -Physik verwendet!

Sie könnten auch versuchen, verschiedene 240-Volt-Glühlampen mit Klarglasschalen an 12 Volt anzuschließen - wenn ich mich recht erinnere, funktionieren 25-Watt-Lampen gut und erzeugen ein sanftes Glühen, das sehr angenehm anzusehen ist. Bitte achten Sie auch hier auf die elektrische Sicherheit.

Ich werde nur Spannungsabfälle für einen Moment ignorieren und es in Bezug auf den Strom erklären.

Bei Reihenschaltung mit der LED fließt der durch die LED fließende Strom auch durch die Glühbirne, aber die in die Glühbirne fließende Wärme (quadratischer Strom multipliziert mit dem Widerstand der Glühbirne) reicht nicht aus, damit die Glühbirne heiß genug wird, um sichtbares Licht zu erzeugen .

Das Licht der LED ist in etwa proportional zum durchfließenden Strom ，, wohingegen die Lampenhelligkeit (bei einer schwachen / unterversorgten Lampe!) Eine Proportionalität aufweist, die näher am Eingangsstromwürfel liegt. Wenn Sie eine "Weizenkorn" -Lampe (20 mA) in Reihe mit der LED schalten und den Strom einstellen, wird dies deutlich.

Nun zu einigen Aspekten der Physik: Batterien stellen eine nahezu ideale Spannungsquelle dar, da im Inneren der Batterie eine chemische Reaktion stattfindet, die Elektronen von der Kathode (+) zur Anode (-) befördert, bis die Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen offen ist -Spannung. Ich werde das Vbatt nennen.

Wenn eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen hergestellt wird, fließen die Elektronen aufgrund dieser Potentialdifferenz in der externen Verbindung von (-) zu (+) und erzeugen einen "Stromkreis" von Elektronen. Dieser Elektronenfluss verringert die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen, wodurch die Reaktion beschleunigt wird und mehr Elektronen geliefert werden und der Strom zunimmt. Dabei wird durch den Widerstand eine zunehmende Spannung in der Last erzeugt. Die Strom- und Potentialdifferenz an den Klemmen steigt so lange an, bis die Reaktionsgeschwindigkeit nicht mehr ansteigt. Mathematisch gesehen ist I1 * R1 = Vbatt.

@ Mark McLaren Interessante Frage .... aber wenn Sie die Position von LED und Glühbirne tauschen könnten, ohne die Polarität (wie sie ist) in Serienschaltung zu ändern, dann leuchtet die Glühbirne, wenn meine Logik korrekt ist .... Das muss man nicht sagen Die Spannung fällt zuerst an der LED ab und die verbleibende Spannung (3 VOLT MINUS Spannung, die von der LED verwendet wird) reicht nicht für die Glühlampe aus. Sie hat jedoch einen ausreichenden Strom, da sie in Reihe geschaltet ist. Die Elektronen fließen von - der Polarität der Batterien in Richtung der LED zuerst, und dies ist möglicherweise der Grund, warum die Spannung zuerst über der LED und die verbleibende Spannung über der Lampe abfällt. Es ist zu hoffen, dass sogar die LED aufleuchtet, da die LED eine niedrige Spannung benötigt und die verbleibende Spannung für die LED ausreicht. Ich bin neugierig