为什么电池并联时电流不增加?

电器工程 电池 平行线 系列
2022-01-07 05:39:57

我构建了一个简单的电路,由两个电池座组成,每个电池座包括 x2 1.5 V 电池、一个滑动开关、一个 LED 和一个 100 欧姆电阻器。当两个电池座串联(并且开关打开)时,我用万用表测量的电流为 25.9 mA:

在此处输入图像描述

然后,我通过将电池座的正极触点与红色跨接电缆连接,将电池座的负极触点与黑色跨接电缆连接,将电池座并联:

在此处输入图像描述

这次测得的电流为 6.72 mA。不应该比电池座并联时更大吗?

4个回答

首先,我想警告你一点关于将电池系统并联。这通常不是一个好主意,因为通常两个电池(或电池系统)的电压并不完全相同。如果它们不同,则电压较高的电池会向电压较低的电池提供一些电流,这通常不是一件好事。它也会在某种程度上扰乱你的实验,因为它增加了另一个复杂性。

在这种情况下,您很好奇并想象两个电池并联可以提供更多电流。因此,在实验中只使用一个不符合您的目的,因为它不能测试您的假设。所以你必须按照你的方式去做。但我只是想让您也意识到,您在实验设计中没有考虑到另一个未知的(对您而言)因素。但现在还不足以担心。

所以把它放在一边...

让我建议你考虑一个新的想法。假设您拥有的绿色 LED恰好需要\$1.9\:\text{V}\$才能“打开”,并且您不知道它还有一个正好为 \$50\:\Omega\$的内部电阻. 你无法进​​入 LED 内部看到这些东西。但是,让我们说,作为一个思想实验,这就是这个特定 LED 的工作方式。

另外,我们假设您的电池系统每个都正好提供\$2.9\:\text{V}\$如果将它们串联,则将\$5.8\:\text{V}\$应用于电路。如果将它们并联,则将\$2.9\:\text{V}\$应用于电路。这里唯一的区别可能是电流合规性(如果需要,可以向负载提供更多或更少电流的能力。)

您的假设是,如果当前合规性更高,则当前更多。但这有时可能是真的,而其他时候则不然。所以,现在,让我们使用我上面关于 LED 的想法,看看它会把我们带到哪里。

您的串联电路还包括一个\$100\:\Omega\$电阻器。加上我假设的 LED 内部的内部\$50\:\Omega\$电阻,电路中的总串联电阻为\$150\:\Omega\$(假设我现在是对的。)另外,LED 本身(封装内您实际上无法触摸的那个)也需要(减去)\$1.9\:\text{V}\$从施加的电压中计算电流。(您可以看到 LED 在两种情况下都亮着,所以如果我的断言是正确的,这一定是真的。)

所以在电池并联的情况下,你有\$I_\text{parallel}=\frac{2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 6.7\:\text{mA}\$并且在电池串联的情况下,您有\$I_\text{series}=\frac{2\cdot 2.9\:\text{V}-1.9\:\text {V}}{150\:\Omega}\大约 26\:\text{mA}\$

这似乎可以在相当小的误差范围内预测您的测量结果。

那么你认为哪个想法在这里更有效?您对将电流翻倍的两个并联电池系统有何看法?或者我对 LED 可能如何表现的建议?您是否还有其他想法需要考虑?您如何测试或验证我的上述建议?你能想出另一种方法来改变你的电路,这可能会使我的建议进行另一次测试,看看它是否仍然有效?或者您能想出另一种电压测量或电流测量来尝试测试它吗?

在最初的情况下,您的 LED 电路上施加了 6V。在后一种情况下,它只有 3V。

欧姆定律指出,通过两点之间导体的电流与两点之间的电压成正比。

电池串联排列时,电压加起来电压越高,电路消耗的电流就越高。

电池并联时,电压将保持不变(电流供应能力会增加,但我们先搁置一旁)。

会发生一些微小的偏差,但我相信您稍后会了解。

请在同一个问题或评论中发表您的疑问,我很乐意尽我所能回答。在此处输入图像描述

你发现的是基尔霍夫电压和电流定律以及欧姆定律。

简而言之,应用基尔霍夫电流定律可以得出,当电池等电压源串联时,它们的电压相加。

让我们暂时忘记 LED;我们会回到它。

在下图中,负载(100 欧姆电阻)两端的电压为 6 V。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

在这个电路(下图)中,基尔霍夫电压定律会告诉您电压不会相加,因为电压源是并联的。但是,100 欧姆负载消耗的电流在两者之间分配。

示意图

模拟这个电路

现在让我们不要忘记 LED;

顾名思义,LED(发光二极管)是一个“二极管”。这些设备很难用像这样的简短回答来描述,但为了解释的目的,只需将其视为具有恒定电压,无论通过它的电流是多少。通过这种简化,可以简单地从串联 (6 V) 或并联 (3 V) 的电压源(电池)引起的电压中减去二极管两端的电压。LED 两端的电压取决于它是什么 LED,但通常在 1.8 V 和 2.1 V 之间,具体取决于颜色。

下面的电路显示了LED的效果:

示意图

模拟这个电路

现在来看欧姆定律;

V = R*I

I = V/R

R = V/I

在哪里

V = 电压

我 = 电流

R = 电阻

应用欧姆定律;

4 V / 100 欧姆 = 40 毫安

1 V / 100 欧姆 = 10 毫安

我刚刚在这个例子中使用了典型值,但您可以使用欧姆定律倒退并计算 LED 两端的电压,或者您可以测量它并计算其他值。玩得开心!

顺便说一句,你自己做这样的实验很好,但下次不要这样并联电池。他们不喜欢它;)(我现在不详述。)

我试图通过将其与流体进行比较来解释电。电压或压力是电流或流动的原因,这就是结果通常增加压力会增加流量。当您串联电池时,您会增加电压或压力,因此对于类似于您的简单电阻电路,您将产生更多电流或流量。当电池并联时,您不会增加压力,但如果电路条件允许,您可以让电池提供更多电流。