Pourquoi le courant n'augmente-t-il pas lorsque les batteries sont connectées en parallèle?

J'ai construit un circuit simple composé de deux supports de batterie comprenant chacun x2 piles 1,5 V, un interrupteur à glissière, une LED et une résistance de 100 ohms. Le courant que j'ai mesuré avec un multimètre lorsque les deux supports de batterie ont été connectés en série (et l'interrupteur sur ON) était de 25,9 mA:

J'ai ensuite connecté les supports de batterie en parallèle en connectant les contacts positifs des supports de batterie avec le câble volant rouge et les contacts négatifs des supports de batterie avec le câble volant noir:

Cette fois, le courant mesuré est de 6,72 mA. Ne devrait-il pas être plus important que lorsque les supports de batterie sont connectés en parallèle?

Tout d'abord, je veux vous avertir un peu de la mise en parallèle des systèmes de batterie. Ce n'est généralement pas une bonne idée car souvent les deux batteries (ou systèmes de batteries) n'ont pas exactement la même tension. S'ils sont différents, celui avec la tension la plus élevée fournira du courant dans la batterie avec la tension la plus basse et ce n'est souvent pas une bonne chose. Cela gâche également un peu votre expérience, car cela ajoute une autre complication.

Dans ce cas, vous êtes curieux et imaginez que deux batteries en parallèle puissent fournir plus de courant. Il ne sert donc à rien de n'en utiliser qu'un dans votre expérience, car il ne teste pas vos hypothèses. Vous devez donc le faire comme vous l'avez fait. Mais je veux juste que vous vous rendiez également compte qu'il y a un autre facteur inconnu (pour vous) que vous ne tenez pas compte dans votre conception expérimentale. Mais il ne suffit pas de s'inquiéter pour l'instant.

Alors mettez cela de côté ...

$1.9\:\text{V}$$50\:\Omega$ . Vous ne pouvez pas entrer dans la LED pour voir ces choses. Mais disons, comme une expérience de pensée, que c'est ainsi que cette LED particulière fonctionne.

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

Votre hypothèse est que si la conformité actuelle est supérieure, alors le courant est supérieur. Mais cela peut être vrai parfois et pas d'autres. Donc, pour l'instant, utilisons mon idée ci-dessus sur la LED et voyons où cela nous mène.

$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}$

Cela semblerait prédire vos mesures dans une erreur raisonnablement petite.

Alors, quelle idée pensez-vous qui fonctionne mieux ici? Vos réflexions sur deux systèmes de batteries parallèles doublant le courant? Ou ma suggestion sur le comportement d'une LED? Avez-vous encore d'autres idées à considérer? Comment pourriez-vous tester ou valider ma suggestion ci-dessus? Pouvez-vous penser à une autre façon de changer votre circuit qui pourrait mettre ma suggestion à un autre test pour voir si elle tient toujours? Ou pouvez-vous penser à une autre mesure de tension ou de courant que vous pourriez essayer de tester?

Dans le cas initial, vous avez appliqué 6 V sur votre circuit LED. Dans ce dernier cas, c'est seulement 3V.

La loi d'Ohm stipule que le courant traversant un conducteur entre deux points est directement proportionnel à la tension aux deux points.

Lorsque les batteries sont disposées en série, la tension s'additionne . Plus la tension est élevée, plus le courant consommé par votre circuit sera élevé.

Lorsque les batteries sont connectées en parallèle, la tension restera la même . (La capacité d'approvisionnement actuelle augmentera, mais laissons-la de côté).

Il y a de minuscules écarts qui se produisent mais je pense que vous apprendrez un peu plus tard.

Veuillez poster vos doutes dans la même question ou dans les commentaires et je serai heureux de répondre autant que possible.

Ce que vous avez découvert, ce sont les lois de tension et de courant de Kirchhoff et la loi d'Ohm.

En termes simples, l'application de la loi actuelle de Kirchhoff donne que lorsque des sources de tension telles que des batteries sont connectées en série, leurs tensions s'additionnent.

Oublions la LED un instant; nous y reviendrons.

Dans le diagramme ci-dessous, la charge (la résistance de 100 ohms) voit 6 V à travers elle.

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

Dans ce circuit (ci-dessous), la loi de tension de Kirchhoff vous indiquera que les tensions ne s'additionnent pas, car les sources de tension sont en parallèle. Cependant, le courant tiré par la charge de 100 ohms est divisé entre les deux.

^{simuler ce circuit}

N'oublions pas maintenant la LED;

Une LED (diode électroluminescente) est, comme son nom l'indique, une "diode". Ces appareils sont compliqués à décrire à la satisfaction dans une réponse courte comme celle-ci, mais dans le cadre de cette explication, pensez simplement à une tension constante aux bornes, quel que soit le courant qui le traverse. Avec cette simplification, la tension aux bornes de la diode peut simplement être soustraite de la tension provoquée par les sources de tension (batteries) qui sont soit en série (6 V) soit en parallèle (3 V). La tension aux bornes d'une LED dépend de la LED qu'elle est, mais elle est généralement comprise entre 1,8 V et 2,1 V selon la couleur.

Le circuit ci-dessous montre l'effet de la LED:

^{simuler ce circuit}

Passons maintenant à la loi d'Ohm;

V = R * I

I = V / R

R = V / I

où

V = tension

I = courant

R = résistance

Appliquer la loi d'Ohm;

4 V / 100 ohms = 40 mA

1 V / 100 ohms = 10 mA

Je viens d'utiliser des valeurs typiques pour cet exemple, mais vous pouvez utiliser la loi d'Ohm pour revenir en arrière et calculer la tension aux bornes de la LED, ou vous pouvez la mesurer et calculer d'autres valeurs. S'amuser!

Au fait, c'est génial que vous fassiez votre propre expérimentation comme ça, mais la prochaine fois ne connectez pas les batteries en parallèle comme ça. Ils n'aiment pas ça;) (Je n'entre pas dans les détails maintenant.)

J'essaie d'expliquer l'électricité en la comparant à un fluide. La tension, ou pression, est la cause du courant ou du débit, qui en est l' effet . Généralement, l' augmentation de la pression augmente le débit. Lorsque vous vous connectez les batteries en série , vous augmentez la tension ou de pression, donc pour un circuit résistif simple, qui est la vôtre semblable à, vous produirez plus de courant ou de débit. Lorsque les batteries sont connectées en parallèle, vous n'augmentez pas la pression, mais vous donnez aux batteries la possibilité de fournir plus de courant si les conditions du circuit le permettent.

Le véritable cheval de bataille derrière le courant est la tension. Plus la tension pour une résistance fixe, plus sera le courant. Dans votre premier cas, la tension équivalente en série est 3 + 3 = 6V.

Dans le second cas, les batteries étant en parallèle et de valeur égale, leur tension équivalente reste la même soit 3V

D'où plus de tension, plus de courant.

Mais attendez, alors pourquoi lisons-nous dans nos manuels que l'arrangement parallèle aide à augmenter le courant? Eh bien, cela n'augmente pas vraiment le courant mais augmente la limite supérieure de courant que nos batteries sont capables de fournir. Cela signifie que la capacité de fourniture actuelle du système augmente. Le courant dépendrait toujours de la tension. Mais si la tension monte de plus en plus, le système série peut ne pas être en mesure de fournir autant de courant que prévu par la loi des ohms. Mais le système parallèle peut le fournir. Bien qu'il échouera aussi, mais à des tensions encore plus élevées.

Tout a une certaine résistance.

Pile AA ~ 1 Ohm ~ source 1,5 à 1,6 V.
LED blanche ~ 15 Ohms @ ~ 3,1 V @ 20 mA, 2,8 V éteinte.
Résistance de 100 ohms.
Fil ~ x mOhm

Ainsi, la banque parallèle = 3,1 V (nouveau) - 2,8 V LED = (est.) 300 mV divisé par la résistance de boucle = 116 ohms serait <3 mA près de votre résultat.

Puis lorsque 2 banques en série 6.2V (Vbat) -2.8V (seuil LED Wh) = 3.4V / 116 Ohms (résistance de boucle) = 29 mA ce qui est également proche de votre lecture en raison de la tolérance sur les estimations.

Pas si simple. Lorsque vous mettez deux cellules en parallèle, vous mettez en effet les résistances internes des deux cellules en parallèle, abaissant ainsi la résistance totale dans le circuit. Même si les cellules ont des bornes différentes, des tensions de circuit ouvert et des résistances internes différentes, vous réduisez la résistance globale de l'ensemble du circuit. Et donc, plus de courant devrait circuler. Si vous ne voyez pas un flux de courant plus élevé, votre système de mesure n'est pas suffisamment sensible. Pendant la courte période de votre expérience, nous pouvons ignorer le coefficient de température de résistance de tous les composants de votre circuit.

Attention: retirez les piles de votre configuration de test lorsqu'elle n'est pas utilisée. Deux des batteries indiquées dans votre configuration de test risquent de laisser fuir des produits chimiques corrosifs dans le support de batterie si elles se déchargent complètement et restent longtemps.

Vous prétendez que le courant n'augmente pas avec la batterie parallèle. En êtes-vous certain? Et si l'augmentation actuelle est très faible et inférieure à la capacité de mesure de votre lecteur?

Voici votre mission:

- obtenez un compteur plus précis, le meilleur que vous pouvez emprunter

- mesurer le courant avec la batterie n ° 1 seule.

- mesurer le courant avec la batterie # 2 seule.

- mesurer le courant avec les deux batteries en parallèle.

Je prédis que la troisième mesure sera supérieure au minimum des deux premières.

Il est courant dans l'électronique industrielle de considérer les batteries comme une source de tension. Mais les batteries sont vraiment des appareils très complexes dont la source de tension n'est qu'une approximation. Une meilleure approximation est une source de tension avec une résistance de faible valeur en série. Vous pouvez réellement estimer la valeur de cette résistance série en mesurant la chute de tension lorsqu'une charge est appliquée à une batterie et en utilisant les règles habituelles pour les résistances série et la loi d'ohm. La plupart des ingénieurs en électricité s'arrêtent là-dessus, mais il existe des modèles encore plus complexes pour une batterie qui représentent encore plus précisément son comportement.

Apprenez tout ce que vous pouvez, mais soyez toujours sceptique et posez des questions difficiles pendant que je recharge mon téléphone portable.