Dlaczego pomiar napięcia tego obwodu różni się, gdy przełącznik jest włączony?

Zbudowałem prosty obwód z dwiema lampami i przełącznikiem suwakowym zasilanym dwiema bateriami 1,5 V. Gdy przełącznik suwakowy jest wyłączony, napięcie obwodu mierzone multimetrem wynosi 3,15 V:

Jednak gdy przełącznik suwakowy jest włączony, a lampki świecą, zmierzone napięcie obwodu wynosi 2,99 V.

Nie rozumiem, dlaczego pomiar napięcia nie jest taki sam w obu przypadkach. Dlaczego jest taka różnica?

Przede wszystkim dobrze zrobione z praktycznego eksperymentu. Dobrze jest widzieć ludzi próbujących różnych rzeczy i chcących poznać odpowiedź.

Wizualizacja tego za pomocą obwodu może być łatwiejsza. Jak wskazano w poprzedniej odpowiedzi, akumulatory mają rezystancję wewnętrzną. Więc jeśli dodasz do niego obciążenie, utworzysz dzielnik napięcia. W miarę rozładowywania się akumulatora wzrasta opór wewnętrzny, co uniemożliwia mu zasilanie obciążenia.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Spójrz na powyższy schemat. Wszyscy znamy Prawo Ohma, które wynosi V = I * R. Jeśli podamy wartości rezystorów, możemy obliczyć, ile spadnie po zamknięciu przełącznika. Jeśli mówimy, że wewnętrzna rezystancja akumulatora wynosi 0,5 oma, a obciążenie wynosi 100 Ω, możemy znaleźć prąd w obwodzie. Aby to zrobić, zmieniamy równanie Prawa Ohma dla I: I = V / R = 9 / (100 + 0,5) = 0,0896 A lub 89,6 mA. Korzystając ponownie z prawa Ohma (przekonasz się, że jest to prawdopodobnie najbardziej przydatne równanie, jakie można spotkać w elektronice!), Możemy znaleźć spadek napięcia na rezystancji akumulatora:

Pamiętaj: V = I * R = 0,0896 * 0,5 = 0,0448 V. Odłącz to od 9 V, która została najpierw dostarczona z akumulatora, a otrzymasz napięcie, które będziesz mierzyć, gdy przełącznik będzie zamknięty: 9-0,0448 = 8,95 V.

Korzystając z tej wiedzy, jeśli chcesz kontynuować swoje eksperymenty, dlaczego nie zdobyć znanego rezystora jako obciążenia i zasilić go różnymi akumulatorami. Za pomocą multimetru możesz mierzyć prąd i napięcie, co da ci wszystkie liczby potrzebne do obliczenia rezystancji wewnętrznej baterii.

Jak zauważa Marcus Muller, temperatura również może mieć na to wpływ, więc dlaczego nie zrobić testu przed i po, obliczyć opór wewnętrzny przed i po włożeniu do lodówki / zamrażarki i zobaczyć, jak bardzo się zmienia. Wypróbuj też kilka różnych rodzajów akumulatorów ... Możesz wykonać wiele fajnych eksperymentów, które zwiększą twoje zrozumienie tego, co się dzieje, i poprawią umiejętności rozwiązywania obwodów.

Tak trzymać i powodzenia!

To bardzo fajny eksperyment!

Mam pomysł, aby dodać do komentarza Jonka :

To bardzo dobrze, że testujesz, co się dzieje w ten sposób! Jak już powiedziano, odpowiedź jest taka, że ​​akumulator jest nieco obciążony podczas zasilania lamp, a jego napięcie „spada” nieco pod tym obciążeniem. Gdy bateria zbliża się do końca, wyczerpuje się jeszcze bardziej.

Wkładaj baterie do lodówki na około godzinę, aż będą zimne (możesz je również zamrozić, ale nie obniżaj temperatury poniżej -20 ° C) i powtórz eksperyment. Przekonasz się, że opadają teraz znacznie mocniej! Wyłącz i poczekaj, aż znów osiągną temperaturę pokojową: Powinny zacząć działać tak jak wcześniej.

Co się dzieje?

W baterii reakcja chemiczna prowadzi do tego, że dwa styki baterii mają różne potencjały elektryczne - między nimi jest napięcie!

Po podłączeniu dwóch rzeczy, swoje kontakty baterii, które znajdują się na różnych napięciach prądu zaczyna płynąć. To właśnie oświetla twoją żarówkę!

Teraz wyobraź sobie, że między twoją baterią a sondą dodatnią multimetru jest mały rezystor (np. 2 Ω). Nie ma go właściwie, ale „czujesz” jego istnienie:

Rezystor pokazuje spadek napięcia, gdy przepływa przez niego prąd. W twoim przypadku kilkaset miliamperów przepływa przez żarówkę, przełącznik i z powrotem do baterii - a to prowadzi do spadku napięcia o kilkaset miliwoltów nad tym „wyobrażonym” opornikiem.

To właśnie nazywamy „wewnętrznym oporem”. Niedoskonałość źródła napięcia (takiego jak baterie) prowadzi do niższych napięć, im więcej pobierasz prądu.

Rezystancja wewnętrzna może mieć wiele cech - po pierwsze, prawdziwe baterie są wykonane z prawdziwych materiałów, a prawdziwe materiały mają odporność. Ale w przypadku akumulatorów jest to zwykle niewielka część wewnętrznego oporu. Większa część polega na tym, że aby uzyskać przepływ prądu, reakcje chemiczne (i wędrówki jonów) muszą zachodzić wystarczająco szybko. Jeśli występuje większy pobór prądu, niż może wytrzymać reakcja chemiczna, napięcie spada.

Teraz, gdy schładzałeś akumulatory, spowolniłeś wszystkie reakcje chemiczne w środku, a zwłaszcza to, jak szybko naładowane atomy mogą wędrować wewnątrz akumulatora. Właśnie dlatego mamy lodówki i zamrażarki: ponieważ wszystkie reakcje chemiczne są spowalniane przez niższą temperaturę, żywność nie psuje się tak szybko, ponieważ wszystkie rzeczy, które sprawiają, że jedzenie psuje się (to znaczy wzrost bakterii i chemiczny rozkład rzeczy ) po prostu dzieje się w zwolnionym tempie.

Gdy reakcja chemiczna w akumulatorze jest spowolniona, akumulator po prostu nie może „nadążyć” za poborem prądu, a napięcie spada jeszcze bardziej niż w przypadku ciepłego akumulatora.

Baterie nie są idealne. Mają wewnętrzny opór. Gdy przepływa przez nie prąd, napięcie spada.

Zawsze pamiętaj, że w obwodzie szeregowym prąd jest stały, a w obwodzie równoległym napięcie jest stałe.

Proste jest to, że połączyłeś obciążenie rezystancyjne szeregowo z przełącznikiem. Więc kiedy przełącznik jest zamknięty, wystąpią pewne spadki obciążenia. Dlatego nigdy nie uzyskasz takiego samego napięcia, jak wtedy, gdy przełącznik jest otwarty. Możesz również zobaczyć schemat połączeń. Dzięki. Pozdrawiam #ENGE. Abdullah