为什么开关打开时这个电路的电压测量值不同?

电器工程 电压测量
2022-01-18 04:01:27

我用两盏灯和一个由两节 1.5 V 电池供电的滑动开关构建了一个简单的电路。当滑动开关关闭时,用万用表测量电路的电压为3.15 V:

滑动开关关闭时的电路电压

然而,当滑动开关打开且灯亮时,测得的电路电压为 2.99 V。

在此处输入图像描述

我不明白为什么两种情况下的电压测量值都不一样。为什么会有这种差异?

4个回答

首先,做实际实验做得很好。很高兴看到人们尝试事物并希望发现他们观察的答案。

使用电路可能更容易将其可视化。正如在之前的答案中所指出的,电池具有内阻。因此,如果您在其上添加负载,您将创建一个分压器。随着电池变得越来越耗尽,内阻增加,这会阻止它为负载供电。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

看上面的示意图。我们都知道欧姆定律,即 V = I*R。如果我们给电阻器赋值,我们可以计算出关闭开关时的下降量。如果我们说电池内阻为0.5欧姆,负载为100欧姆,我们可以找出电路中的电流。为此,我们重新安排了 I 的欧姆定律方程:I = V/R = 9/(100+0.5) = 0.0896 A,或 89.6mA。再次使用欧姆定律(您会发现这可能是您在电子产品中遇到的最有用的方程式!),我们可以找到电池电阻上的电压降:

请记住:V = I*R = 0.0896*0.5 = 0.0448V。将其从电池首次提供的 9V 中取出,您将获得在开关闭合时将要测量的电压:9-0.0448 = 8.95V。

使用这些知识,如果您想进一步进行实验,为什么不使用已知的电阻器作为负载,并使用不同的电池为其供电。使用万用表,您可以测量电流和电压,这将为您提供计算电池内阻所需的所有数字。

正如马库斯·穆勒(Marcus Muller)指出的那样,温度也会对此产生影响,所以为什么不进行前后测试,计算将它们放入冰箱/冰柜前后的内阻,看看它有多大变化。也可以在几种不同类型的电池上尝试一下……您可以进行很多很酷的实验,这将增加您对正在发生的事情的理解,并提高您解决电路的技能。

继续努力,祝你好运!

这是一个非常好的实验!

我有一个想法要添加到 jonk 的评论中:

您正在测试这样发生的事情真是太好了!正如已经提供的那样,答案是电池在为灯供电时会承受一定的压力,并且在该负载下它的电压会“下降”一点。当电池接近其使用寿命时,它会下降得更多。

将电池放入冰箱一个小时左右,直到它们变冷(你也可以将它们冷冻,但不要低于 -20°C),然后重复你的实验。你会发现它们现在下垂得更厉害了!关闭并等到它们再次达到室温:它们应该像以前一样开始工作。

发生了什么?

在电池中,化学反应导致两个电池触点具有不同的电势——它们之间存在电压!

当您连接两件东西时,您的电池触点处于不同的电压,电流开始流动。这就是点亮你的灯泡的原因!

现在,想象一下在你的电池和万用表的正极探头之间有一个小电阻(比如 2Ω)。它实际上并不存在,但你“感觉到”它的存在:

当电流流过电阻器时,电阻器会显示电压降。在您的情况下,几百毫安电流流过灯泡、开关并返回到您的电池中,这会导致“想象中的”电阻上出现几百毫伏的电压降。

这就是我们所说的“内阻”。这是电压源(例如电池)的缺陷,导致您消耗的电流越多,电压就越低。

内阻可以是很多东西——首先,真正的电池是由真正的材料制成的,真正的材料是有电阻的。但对于电池来说,这通常只是内阻的一小部分。更重要的是,要产生电流,内部的化学反应(和离子漂移)必须发生得足够快。如果电流消耗大于化学反应所能承受的,电压就会下降。

现在,当你冷却电池时,你会减慢电池内部的所有化学反应,尤其是带电原子在电池内部游荡的速度。这就是为什么我们有冰箱和冰柜的原因:由于所有化学反应都因温度降低而减慢,食品不会很快变质,因为所有使食物变质的东西(即细菌生长和物质的化学分解) ) 只是以慢动作发生。

随着电池中的化学反应减慢,电池根本无法“跟上”电流消耗,电压甚至比热电池下降得更远。

电池并不理想。他们有内在的抵抗力。当电流流过它时,电压会下降。

永远记住,在串联电路中,电流是恒定的,而在并联电路中,电压是恒定的。