Pourquoi la mesure de tension de ce circuit est-elle différente lorsque le commutateur est activé?

J'ai construit un circuit simple avec deux lampes et un interrupteur à glissière alimenté par deux piles de 1,5 V. Lorsque le commutateur à glissière est désactivé, la tension du circuit mesurée par un multimètre est de 3,15 V:

Cependant, lorsque le commutateur coulissant est activé et que les lampes sont allumées, la tension de circuit mesurée est de 2,99 V.

Je ne comprends pas pourquoi la mesure de tension n'est pas la même dans les deux cas. Pourquoi y a-t-il cette différence?

Tout d’abord, bravo pour la réalisation de l’expérience pratique. C'est bien de voir des gens essayer des choses et vouloir connaître la réponse.

Il peut être plus facile de visualiser cela avec un circuit. Comme il a été souligné dans une réponse précédente, les batteries ont une résistance interne. Donc, si vous y ajoutez une charge, vous créez un diviseur de tension. Au fur et à mesure que la batterie s'épuise, la résistance interne augmente, ce qui l'empêche d'alimenter la charge.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Regardez le schéma ci-dessus. Nous connaissons tous la loi d'Ohm, qui est V = I * R. Si nous donnons des valeurs aux résistances, nous pouvons calculer le montant de la chute lorsque vous fermez le commutateur. Si nous disons que la résistance interne de la batterie est de 0,5 Ohm et que la charge est de 100 Ohm, nous pouvons trouver le courant dans le circuit. Pour ce faire, nous réorganisons l'équation de la loi d'Ohm pour I: I = V / R = 9 / (100 + 0,5) = 0,0896 A, ou 89,6mA. En utilisant à nouveau la loi d'Ohm (vous constaterez que c'est probablement l'équation la plus utile que vous rencontrerez en électronique!), Nous pouvons trouver la chute de tension sur la résistance de la batterie:

Rappelez-vous: V = I * R = 0,0896 * 0,5 = 0,0448V. Retirez cette pile de la pile 9 V fournie et vous obtenez la tension que vous allez mesurer à la fermeture du commutateur: 9-0,0448 = 8,95V.

Grâce à ces connaissances, si vous souhaitez approfondir vos expériences, pourquoi ne pas utiliser une résistance connue sous forme de charge et l’alimenter avec des piles différentes. Avec votre multimètre, vous pouvez mesurer le courant et la tension, ce qui vous donnera tous les chiffres nécessaires pour calculer les résistances internes de vos batteries.

Comme le souligne Marcus Muller, la température peut également influer sur ce point. Alors, pourquoi ne pas faire un test avant et après, calculer votre résistance interne avant et après l'avoir placée dans un réfrigérateur / congélateur et voir à quel point elle change. Essayez aussi sur différents types de piles ... Vous pouvez faire de nombreuses expériences intéressantes qui vous permettront de mieux comprendre ce qui se passe et d’améliorer vos compétences en matière de résolution de circuits.

Continue ainsi et bonne chance!

C'est une très belle expérience!

J'ai une idée à ajouter au commentaire de Jonk :

C'est super bien que vous testiez ce qui se passe comme ça! Comme indiqué précédemment, la réponse est que la batterie est soumise à certaines contraintes lors de l’alimentation des projecteurs et que sa tension «tombe» un peu sous cette charge. Quand une batterie approche de la fin de sa vie, elle s'affaisse encore plus.

Mettez les piles au réfrigérateur pendant environ une heure, jusqu'à ce qu'elles soient froides (vous pouvez aussi les congeler, mais n'allez pas au-dessous de -20 ° C) et répétez votre expérience. Vous verrez qu'ils s'affaissent beaucoup plus fort maintenant! Éteignez-les et attendez qu’ils retrouvent la température ambiante: ils devraient commencer à fonctionner comme avant.

Que ce passe-t-il?

Dans une batterie, une réaction chimique fait que les deux contacts de la batterie ont des potentiels électriques différents - il y a une tension entre eux!

Lorsque vous vous connectez deux choses, vos contacts de la batterie, qui sont à des tensions différentes, en cours commence à couler. C'est ce qui éclaire votre ampoule!

Maintenant, imaginez qu’il y ait une petite résistance (2Ω, par exemple) entre votre batterie et la sonde positive de votre multimètre. Ce n'est pas réellement là, mais vous "sentez" son existence:

Une résistance montre une chute de tension lorsqu'un courant la traverse. Dans votre cas, quelques centaines de milliampères traversent l'ampoule, l'interrupteur et la pile, ce qui entraîne une chute de tension de quelques centaines de millivolts sur cette résistance "imaginée".

C'est ce que nous appelons la "résistance interne". C’est l’imperfection d’une source de tension (comme vos batteries) qui conduit à des tensions plus basses au fur et à mesure que vous tirez du courant.

La résistance interne peut avoir plusieurs aspects. Tout d’abord, les vraies batteries sont faites de matériaux réels et les matériaux réels ont une résistance. Mais pour les batteries, cela ne représente généralement qu'une petite partie de la résistance interne. La plus grande partie est que pour faire passer un courant, les réactions chimiques (et le déplacement des ions) à l'intérieur doivent se produire assez rapidement. S'il y a plus de courant tirage au sort que la réaction chimique peut supporter, la chute de tension.

Maintenant, quand vous avez refroidi vos batteries, vous avez ralenti toutes les réactions chimiques à l’intérieur, et surtout la rapidité avec laquelle des atomes chargés peuvent errer à l’intérieur de la batterie. C'est la raison pour laquelle nous avons des réfrigérateurs et des congélateurs: toutes les réactions chimiques étant ralenties par une température plus basse, les aliments ne se gâtent pas aussi rapidement, car tout ce qui nuit aux aliments (croissance bactérienne et décomposition chimique des aliments) ) se produisent simplement au ralenti.

Avec la réaction chimique dans la batterie ralentie, la batterie ne peut tout simplement pas «suivre» aussi bien avec l'appel de courant, et la tension chute encore plus loin qu'avec une batterie chaude.

Les piles ne sont pas idéales. Ils ont une résistance interne. Lorsque le courant la traverse, la tension chute.

Rappelez-vous toujours que dans un circuit en série, le courant est constant et dans un circuit en parallèle, la tension est constante.

La simplicité est que vous avez connecté une charge résistive en série avec un commutateur. Donc, lorsque l’interrupteur est fermé, il y aura quelques baisses de charge. C’est pourquoi vous n’obtiendrez jamais la même tension que lorsque l’interrupteur est ouvert. Vous pouvez également voir le schéma de circuit. Merci. Cordialement #ENGE. Abdullah.