LED et lampe en série - pourquoi l'ampoule ne s'allume pas?

Mon fils de 6 ans vient de commencer à expérimenter avec un kit de style Snap Circuits et nous avons déjà une question très basique.

Si nous organisons une LED et une lampe en parallèle alimentées par des piles, la LED et la lampe s'allument brillamment.

Cependant, si nous organisons la LED et la lampe en série, seule la LED s'allume.

Évidemment, le courant passe à travers la lampe (si je dévisse l'ampoule, la LED s'éteint).

Alors pourquoi l'ampoule ne s'allume pas?

Je suis un peu moins cher, donc plutôt que d'acheter des Snap Circuits appropriés, j'ai acheté un ensemble générique similaire en provenance de Chine sur eBay (Voir: Kit de blocs électroniques W-58 )

(Excuses si c'est trop basique pour ce forum mais je n'ai pas encore trouvé la réponse via Google)

Pour la LED et la lampe connectées en parallèle, chacune a la tension de batterie entière à travers.

Lorsqu'elles sont connectées en série, la tension aux bornes de chacune doit correspondre à la tension de la batterie.

Sans plus d'informations que celles fournies, la réponse la plus probable est que la tension aux bornes de la lampe, qui doit être égale à la tension de la batterie moins la tension aux bornes de la LED, est insuffisante pour produire de la lumière visible.

En tapant cette réponse, je constate que vous avez ajouté quelques photos. Il semble que la tension totale de la batterie soit d'environ 3V. Étant donné que de nombreuses LED ont une tension directe supérieure à 2 V, cela laisse moins de 1 V à travers l'ampoule.

Avez-vous un voltmètre avec votre kit? Si c'est le cas, mesurez la tension aux bornes de la lampe pour la connexion en série.

La LED chute tellement de tension qu'il reste très peu pour l'ampoule.

Vous n'avez que deux piles de 1,5 V, qui, en série, sont à peine suffisantes pour la tension directe des LED.

Les ampoules à incandescence s'assombrissent rapidement lorsque la puissance qu'elles dissipent est réduite: la puissance est une tension au carré, divisée par la résistance.

Pour cette raison même, la gradation des ampoules à incandescence n'économise pas beaucoup d'énergie. Seule une petite diminution fractionnaire de la puissance dissipée obscurcit presque toujours une ampoule.

Les filaments génèrent principalement de la chaleur, et seulement une petite fraction sous forme de lumière visible. Ceci est très sensible à la température, qui est très sensible à la puissance dissipée.

Essayez de regarder la lampe dans une pièce sombre; vous pourrez peut-être voir une faible lueur rouge. De plus, la lumière de la LED peut vous empêcher de voir la faible lueur de l'ampoule, même dans une pièce sombre. Couvrez également la LED.

Il DOIT y avoir une résistance en série avec la LED. Une LED est une diode, et les diodes augmentent rapidement le courant qu'elles passent lorsque la tension appliquée monte au-dessus d'un certain point, bien en dessous de 3V. Ainsi, sans résistance de limitation de courant, la LED laisserait passer tellement de courant qu'elle brûlerait.

Les réponses précédentes qui disent que la LED baisse la tension sont correctes, mais la chute se fait à travers la combinaison de la LED et de la résistance cachée. L'ampoule ajoute juste un peu plus de résistance, ce qui réduit un peu le courant mais rend seulement la LED un tout petit peu plus faible. Mais l'ampoule est privée de la tension minimale dont elle a besoin pour s'allumer.

Un facteur supplémentaire et intéressant est que la résistance au filament de la lampe à incandescence à froid est à peu près 1/10 de sa résistance à chaud.

Au lieu de 10 ohms, la lampe froide éteinte est probablement plus proche de 1 ohm.

$P = I^2 \cdot R$

La lampe de série est un peu plus qu'un morceau de fil bouclé complétant le circuit d'éclairage LED.

D'un autre côté, la caractéristique à coefficient de température positif des lampes à incandescence peut être utile; découvrez les premiers oscillateurs audio de HP et découvrez les oscillateurs à pont de Wien .

Grande question! Il s'agit de circuits parallèles ou en série, comme indiqué. En parallèle, la lampe et les modules LED obtiennent un plein 3 Volts. En série, ils doivent partager les 3 Volts, donc chacun en obtient. S'il s'agissait de 2 ampoules du même type, chacune recevrait la moitié de la tension. 3 ampoules en série, chacune obtient 1/3, et ainsi de suite. Le module LED le rend plus complexe. Mais faisons d'abord le plus gros problème.

$\dfrac{E}{I}=R$$\dfrac{3V}{0.3A} = 10 \Omega$

$\dfrac{V}{A}=R$$\dfrac{1}{V}: \dfrac{V}{AV}=\dfrac{R}{V}$$\dfrac{V}{V}$$\dfrac{1}{A}=\dfrac{R}{V}$$A=\dfrac{V}{R}$$10 \Omega + 10 \Omega = 20 \Omega$$\dfrac{3V}{20\Omega} = .150A$$RA=V$$10 \Omega \times .15 A = 1.5 V$

$A=\dfrac{3V - 1.xV}{10 + 33 \Omega}$$\dfrac{1.9V}{43 \Omega}$$\dfrac{1.1V}{43 \Omega}$

À des fins de discussion, les LED rouges ont une chute de tension directe de 1. (quelque chose) volts, le vert est d'environ 2 Volts, le bleu encore plus. Bien sûr, ils ont des valeurs de résistance finies, mais il est plus facile de les considérer comme supprimant simplement cette tension fixe. Le courant peut alors être calculé comme la tension restante aux bornes de la résistance. S'il n'y a pas de résistance, il doit y avoir un moyen plus élaboré de limiter le courant.

Pour plus de plaisir, mettez un moteur électrique de taille appropriée en série avec une ampoule, notez la luminosité de l'ampoule, puis mettez une sorte de charge sur le moteur - un doigt appuyant doucement, une pale de ventilateur ou une palette pour déplacer l'air, etc. tout changement?

Une façon de visualiser et donc de comprendre ce qui se passe dans le circuit, ce qui est une explication ou une analogie très simplifiée, serait de penser que la LED ne fait pas passer suffisamment de courant pour allumer la lampe. En termes simples, il a beaucoup plus de résistance que la lampe en substance. Si vous avez placé deux lampes de type identique en série, elles devraient toutes les deux briller de la même manière, aussi brillante que le courant fourni par l'alimentation autorisée. - 230 Volts pour illuminer complètement.

Cependant la LED Elle a beaucoup plus de résistance que la lampe, ou plus précisément c'est un semi-conducteur et a une chute de tension directe.

Simplifié: une chute de tension directe à travers la LED d'environ 2 volts à une consommation de courant de 20 mA, par exemple (je ne me souviens pas des chiffres précis pour l'instant) et qui semble être une configuration de batterie de 3 volts, ce qui ne laisserait qu'environ un volt pour la lampe. De plus, la LED ne passera pas assez de courant pour chauffer le filament (qui est classé comme inducteur et la LED comme semi-conducteur, donc mon analogie est imprécise), mais la lampe ne s'allumerait probablement pas complètement même si la tension fournie était plus élevée pour compenser pour la chute de tension directe de la LED.

J'espère que cela à du sens. Je m'excuse si ce n'est pas le cas, mais je suis pressé et je n'ai vu cela qu'au moment où j'allais devoir me déconnecter et faire autre chose.

Votre question me rappelle une expérience similaire dans laquelle deux lampes de puissance inégale mais de tension identique sont connectées en série. Une tension deux fois la taille de l'une des lampes est soudainement appliquée à l'arrangement - il suffit de regarder ce qui se passe. Lors du choix de votre tension, veuillez tenir compte de la sécurité électrique. Les lampes évaluées à 6 volts fonctionneraient bien. Suggérez une ampoule de stop / lumière de voiture à 6 volts serait bien. Cette expérience a été utilisée dans un examen pratique de physique GCE "A" il y a environ 30 ans!

Une autre chose que vous pourriez essayer est de connecter différentes lampes à filament de 240 volts avec des coquilles en verre clair à 12 volts - si je me souviens bien, les lampes de 25 watts fonctionnent bien et donneront une lueur de filament douce qui est très agréable à voir. Encore une fois, soyez conscient de la sécurité électrique.

Je vais juste ignorer les chutes de tension pendant un moment et l'expliquer en termes de courant.

Lorsqu'il est placé en série avec la LED, le courant traversant la LED traverse également l'ampoule, mais la chaleur entrant dans le filament (courant au carré, multipliée par la résistance de l'ampoule) est insuffisante pour que le filament chauffe suffisamment pour produire une lumière visible .

La lumière de la LED est à peu près proportionnelle au courant qui la traverse ， tandis que la luminosité de l'ampoule (pour une ampoule faible / sous-alimentée!) A une proportionnalité plus proche du cube de courant d'entrée. Si vous mettez une lampe "grain de blé" (20ma), en série avec la LED, et ajustez le courant, cela deviendra clair.

Maintenant pour la physique: les batteries représentent une source de tension presque idéale, c'est parce qu'à l'intérieur de la batterie il y a une réaction chimique qui déplace les électrons de la cathode (+) vers l'anode (-) jusqu'à ce que la différence de potentiel entre les deux bornes atteigne l'ouvert -tension du circuit. J'appellerai cela Vbatt.

Lorsqu'une connexion électrique est établie entre les deux bornes, les électrons circulent dans la connexion externe de (-) à (+) en raison de cette différence de potentiel, créant un "circuit" d'électrons. Ce flux d'électrons réduit la différence de potentiel entre les bornes, ce qui accélère la réaction et fournit plus d'électrons, et le courant augmente. Ce faisant, il crée une tension croissante dans la charge en raison de la résistance. La différence de courant et de potentiel aux bornes augmente jusqu'à ce qu'elle soit suffisante pour arrêter l'augmentation de la vitesse de réaction. Mathématiquement, I1 * R1 = Vbatt.

@Mark McLaren Question intéressante .... mais si vous pouviez échanger la position de la led et de l'ampoule sans changer la polarité (comme c'est le cas) dans le circuit série, alors l'ampoule s'allumera si ma logique est correcte .... Inutile de dire que la tension est d'abord tombée sur la LED et la tension restante (tension de 3 VOLTS MOINS utilisée par la LED) est insuffisante pour l'ampoule ... bien qu'elle ait un courant suffisant car elle est en série. Les électrons s'écoulent de - la polarité des batteries vers la led en premier et c'est peut-être la raison pour laquelle la tension tombe d'abord sur la led et le reste sur la lampe .... veuillez essayer d'échanger la position de la led et de la lampe et voir si la lampe s'allume. .. heureusement même la LED s'allumera car la led nécessite une basse tension et la tension restante suffira pour la led. je suis curieux