Mengapa arus tidak bertambah ketika baterai dihubungkan secara paralel?

Saya membangun sebuah rangkaian sederhana yang terdiri dari dua tempat baterai yang masing-masing termasuk baterai 1,5 V x2, sakelar geser, LED, dan resistor 100 ohm. Arus yang saya ukur dengan multimeter ketika kedua dudukan baterai dihubungkan secara seri (dan sakelar ON) adalah 25,9 mA:

Saya kemudian menghubungkan pemegang baterai secara paralel dengan menghubungkan kontak positif dari pemegang baterai dengan kabel jumper merah dan kontak negatif dari pemegang baterai dengan kabel jumper hitam:

Kali ini arus yang diukur adalah 6,72 mA. Bukankah seharusnya lebih besar daripada ketika dudukan baterai dihubungkan secara paralel?

Pertama, saya ingin memperingatkan Anda sedikit tentang menempatkan sistem baterai secara paralel. Ini biasanya bukan ide yang baik karena seringkali kedua baterai (atau sistem baterai) tidak memiliki tegangan yang persis sama. Jika mereka berbeda, maka orang dengan tegangan yang lebih besar akan memasok arus ke baterai dengan tegangan yang lebih rendah dan ini seringkali bukan hal yang baik. Ini juga mengacaukan eksperimen Anda, karena itu menambah kerumitan lain untuk itu.

Dalam hal ini, Anda penasaran dan membayangkan bahwa dua baterai secara paralel dapat memasok lebih banyak arus. Jadi itu tidak melayani tujuan Anda untuk menggunakan hanya satu dalam percobaan Anda karena itu tidak menguji asumsi Anda. Jadi, Anda harus melakukannya seperti yang Anda lakukan. Tapi saya hanya ingin Anda juga menyadari bahwa ada faktor lain yang tidak diketahui (untuk Anda) yang tidak Anda perhitungkan dalam desain eksperimental Anda. Tapi itu tidak cukup untuk dikhawatirkan, untuk saat ini.

Jadi sisihkan itu ...

Izinkan saya menyarankan ide baru untuk Anda pertimbangkan. Misalkan LED hijau yang Anda butuhkan sebenarnya$1.9\:\text{V}$ untuk "menghidupkan" dan itu juga memiliki, yang tidak diketahui oleh Anda, sebuah resistor internal tepat$50\:\Omega$

$2.9\:\text{V}$$5.8\:\text{V}$$2.9\:\text{V}$

Asumsi Anda adalah bahwa jika kepatuhan saat ini lebih, maka saat ini lebih. Tapi itu mungkin benar kadang-kadang dan bukan yang lain. Jadi, untuk saat ini, mari gunakan ide saya di atas tentang LED dan lihat ke mana kita pergi.

Sirkuit seri Anda mencakup juga a $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}$

Ini akan muncul untuk memprediksi pengukuran Anda dalam kesalahan yang cukup kecil.

Jadi, menurut Anda ide mana yang lebih baik di sini? Pikiran Anda tentang dua sistem baterai paralel menggandakan arus? Atau saran saya tentang bagaimana LED dapat berperilaku? Apakah Anda masih memiliki gagasan lebih lanjut yang mungkin ingin Anda pertimbangkan? Bagaimana Anda menguji atau memvalidasi saran saya di atas? Bisakah Anda memikirkan cara lain untuk mengubah sirkuit Anda yang mungkin menempatkan saran saya ke tes lain untuk melihat apakah itu masih bertahan? Atau dapatkah Anda memikirkan pengukuran tegangan atau pengukuran arus lain yang mungkin Anda coba untuk mengujinya?

Dalam kasus awal Anda telah menerapkan 6V di seluruh rangkaian LED Anda. Dalam kasus terakhir hanya 3V.

Hukum Ohm menyatakan bahwa arus yang melalui konduktor antara dua titik berbanding lurus dengan tegangan yang melintasi dua titik.

Ketika baterai diatur secara seri, tegangan bertambah . Semakin tinggi tegangan, semakin tinggi arus yang ditarik oleh sirkuit Anda.

Ketika baterai terhubung secara paralel, tegangan akan tetap sama . (Kemampuan memasok saat ini akan meningkat, tetapi mari kita kesampingkan).

Ada beberapa penyimpangan kecil yang terjadi tetapi saya yakin Anda akan belajar sedikit kemudian.

Silakan kirim keraguan Anda dalam pertanyaan yang sama atau di komentar dan saya akan dengan senang hati menjawab sebanyak yang saya bisa.

Apa yang Anda temukan adalah tegangan Kirchhoff dan hukum saat ini dan hukum Ohm.

Sederhananya, menerapkan hukum saat ini Kirchhoff memberikan bahwa ketika sumber tegangan seperti baterai terhubung secara seri tegangan mereka bertambah.

Mari kita lupakan tentang LED sejenak; kami akan kembali ke sana.

Dalam diagram di bawah ini, beban (resistor 100 ohm) melihat 6 V di atasnya.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dalam rangkaian ini (di bawah), hukum tegangan Kirchhoff akan memberi tahu Anda bahwa tegangan tidak bertambah, karena sumber tegangan paralel. Namun, arus yang ditarik oleh beban 100 ohm terbagi antara keduanya.

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Sekarang jangan lupa tentang LED;

LED (light-emitting diode) adalah, seperti namanya, sebuah "diode". Perangkat ini rumit untuk menggambarkan kepuasan dalam jawaban singkat seperti ini, tetapi untuk tujuan penjelasan ini anggap saja memiliki tegangan konstan di atasnya, terlepas dari apa arus yang melaluinya. Dengan penyederhanaan itu, tegangan melintasi dioda dapat dikurangi dari tegangan yang disebabkan oleh sumber tegangan (baterai) baik secara seri (6 V) atau secara paralel (3 V). Tegangan melintasi LED tergantung pada apa LED itu, tetapi biasanya antara 1,8 V dan 2,1 V tergantung pada warnanya.

Sirkuit di bawah ini menunjukkan efek LED:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Sekarang dengan hukum Ohm;

V = R * I

I = V / R

R = V / I

dimana

V = Tegangan

I = Sekarang

R = Perlawanan

Menerapkan hukum Ohm;

4 V / 100 ohm = 40 mA

1 V / 100 ohm = 10 mA

Saya baru saja menggunakan nilai-nilai tipikal untuk contoh ini, tetapi Anda dapat menggunakan hukum Ohm untuk mundur dan menghitung tegangan di LED, atau Anda dapat mengukurnya dan menghitung nilai lainnya. Selamat bersenang-senang!

Ngomong-ngomong, bagus sekali Anda melakukan eksperimen sendiri seperti ini, tetapi lain kali jangan menghubungkan baterai secara paralel seperti itu. Mereka tidak menyukainya;) (Saya tidak akan membahas detailnya sekarang.)

Saya mencoba menjelaskan listrik dengan membandingkannya dengan fluida. Tegangan, atau tekanan, adalah penyebab arus atau aliran, yang merupakan efeknya . Secara umum peningkatan tekanan akan meningkatkan aliran. Saat Anda menghubungkan baterai secara seri, Anda meningkatkan tegangan atau tekanan, jadi untuk rangkaian resistif sederhana, yang mirip dengan Anda, Anda akan menghasilkan lebih banyak arus atau aliran. Ketika baterai terhubung secara paralel, Anda tidak meningkatkan tekanan, tetapi Anda memberikan baterai kemungkinan untuk memasok lebih banyak arus jika kondisi sirkuit memungkinkan.

Pekerja keras yang sebenarnya di belakang arus adalah tegangan. Lebih banyak tegangan untuk resistansi tetap, lebih banyak akan menjadi arus. Dalam kasus pertama Anda, tegangan ekivalen seri adalah 3 + 3 = 6V.

Dalam kasus kedua, karena baterainya paralel dan bernilai sama, tegangan ekivalennya tetap sama yaitu 3V

Karena itu lebih banyak tegangan, lebih banyak arus.

Tapi tunggu, lalu mengapa kita membaca di buku pelajaran bahwa pengaturan paralel membantu meningkatkan arus? Ya, itu tidak benar-benar meningkatkan arus, tetapi meningkatkan batas atas arus yang dapat disediakan oleh baterai kami. Itu berarti kapasitas penyediaan saat ini dari sistem meningkat. Saat ini masih akan tergantung pada tegangan. Tetapi jika tegangan semakin tinggi dan lebih tinggi, sistem seri mungkin tidak dapat memberikan arus sebanyak yang diprediksi oleh hukum ohm. Tetapi sistem paralel mungkin menyediakannya. Meskipun akan gagal juga, tetapi pada tegangan yang lebih tinggi.

Semuanya memiliki beberapa perlawanan.

Baterai AA ~ 1 Ohm ~ 1,5 hingga 1,6 V sumber.
LED Putih ~ 15 Ohm @ ~ 3,1 V @ 20 mA, mati 2,8 V.
100 ohm resistor.
Kawat ~ x mOhm

Jadi bank paralel = 3,1 V (baru) - 2,8 V LED = (perkiraan) 300 mV dibagi dengan loop resistance = 116 ohm akan menjadi <3 mA dekat dengan hasil Anda.

Kemudian ketika 2 bank dalam seri 6.2V (Vbat) -2.8V (Wh. LED threshold) = 3.4V / 116 Ohms (loop resistance) = 29 mA yang juga dekat dengan bacaan Anda karena toleransi pada perkiraan.

Tidak sesederhana itu. Ketika Anda menempatkan dua sel secara paralel, pada dasarnya Anda menempatkan resistensi internal dari dua sel secara paralel, sehingga menurunkan resistansi total dalam rangkaian. Bahkan jika sel-sel memiliki terminal yang berbeda, Tegangan sirkuit terbuka, dan resistansi internal yang berbeda, Anda mengurangi resistansi keseluruhan dari seluruh rangkaian. Jadi, lebih banyak arus harus mengalir. Jika Anda tidak melihat aliran arus yang lebih tinggi, maka sistem pengukuran Anda tidak cukup sensitif. Untuk waktu yang singkat dari percobaan Anda, kami dapat mengabaikan koefisien suhu dari semua komponen di sirkuit Anda.

Perhatian: keluarkan baterai dari pengaturan pengujian saat tidak digunakan. Dua baterai yang ditunjukkan dalam pengaturan pengujian Anda kemungkinan akan bocor bahan kimia korosif ke dalam dudukan baterai jika dibiarkan kosong sepenuhnya dan tetap untuk waktu yang lama.

Anda mengklaim bahwa arus tidak meningkat dengan baterai paralel. Seberapa yakin Anda dengan ini? Bagaimana jika kenaikan saat ini sangat kecil, dan kurang dari kemampuan meter Anda untuk mengukur?

Inilah tugas Anda:

- dapatkan meteran yang lebih akurat, yang terbaik yang bisa Anda pinjam

- Mengukur arus dengan baterai # 1 saja.

- Mengukur arus dengan baterai # 2 saja.

- mengukur arus dengan kedua baterai secara paralel.

Saya memperkirakan bahwa pengukuran ketiga akan lebih besar dari minimum dua yang pertama.

Adalah umum dalam elektronik indroductory untuk mempertimbangkan baterai sebagai sumber tegangan. Tetapi baterai adalah perangkat yang sangat kompleks yang sumber tegangannya hanya perkiraan. Perkiraan yang lebih baik adalah sumber tegangan dengan resistor bernilai rendah secara seri. Anda benar-benar dapat memperkirakan nilai resistor seri ini dengan mengukur penurunan tegangan saat beban diterapkan ke baterai dan menggunakan aturan biasa untuk resistor seri dan hukum ohm. Sebagian besar teknik listrik berhenti dengan ini, tetapi bahkan ada model yang lebih kompleks untuk baterai yang menunjukkan perilakunya lebih tepat.

Pelajari semua yang Anda bisa, tetapi selalu skeptis dan ajukan pertanyaan menantang saat saya mengisi ulang ponsel saya.