¿Por qué la medición de voltaje de este circuito es diferente cuando el interruptor está encendido?

Construí un circuito simple con dos lámparas y un interruptor deslizante alimentado por dos baterías de 1.5 V. Cuando el interruptor deslizante está apagado, el voltaje del circuito medido por un multímetro es 3.15 V:

Sin embargo, cuando el interruptor deslizante está encendido y las lámparas están encendidas, el voltaje del circuito medido es de 2.99 V.

No entiendo por qué la medición de voltaje no es la misma en ambos casos. ¿Por qué hay esta diferencia?

En primer lugar, bien hecho para hacer el experimento práctico. Es bueno ver a las personas probar cosas y querer saber la respuesta.

Puede ser más fácil visualizar esto con un circuito. Como se ha señalado en una respuesta anterior, las baterías tienen resistencia interna. Entonces, si le agrega una carga, crea un divisor de voltaje. A medida que la batería se agota más y más, la resistencia interna aumenta, lo que impide que pueda cargar la carga.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Mira el esquema anterior. Todos conocemos la Ley de Ohm, que es V = I * R. Si le damos valores a las resistencias, podemos calcular cuánto será la caída cuando cierre el interruptor. Si decimos que la resistencia interna de la batería es de 0,5 ohmios, y la carga es de 100 ohmios, podemos encontrar la corriente en el circuito. Para hacer esto, reorganizamos la ecuación de la Ley de Ohm para I: I = V / R = 9 / (100 + 0.5) = 0.0896 A, o 89.6mA. Usando la Ley de Ohm nuevamente (descubrirá que esta es probablemente la ecuación más útil que encontrará en electrónica), podemos encontrar la caída de voltaje sobre la resistencia de la batería:

Recuerde: V = I * R = 0.0896 * 0.5 = 0.0448V. Quite esto de los 9V que la batería suministró por primera vez y obtendrá el voltaje que medirá cuando el interruptor esté cerrado: 9-0.0448 = 8.95V.

Utilizando este conocimiento, si desea continuar sus experimentos, ¿por qué no obtener una resistencia conocida como carga y alimentarla con diferentes baterías? Con su multímetro, puede medir la corriente y el voltaje, lo que le dará todos los números que necesita para calcular las resistencias internas de sus baterías.

Como señala Marcus Muller, la temperatura también puede tener un efecto en esto, entonces, ¿por qué no hacer una prueba antes y después, calcular su resistencia interna antes y después de ponerlos en un refrigerador / congelador y ver cuánto cambia? Pruébalo con diferentes tipos de baterías también ... Hay muchos experimentos geniales que puedes hacer que aumentarán tu comprensión de lo que está sucediendo y mejorarán tus habilidades para resolver circuitos.

¡Sigue así y buena suerte!

¡Este es un experimento extremadamente agradable!

Tengo una idea para agregar al comentario de jonk :

¡Es súper bueno que estés probando lo que sucede así! Como ya se proporcionó, la respuesta es que la batería está bajo cierta tensión al encender las luces y su voltaje "cae" un poco bajo esa carga. Cuando una batería se acerca al final de su vida útil, se caerá aún más.

Coloque las baterías en el refrigerador durante aproximadamente una hora, hasta que estén frías (también puede congelarlas, pero no baje a menos de -20 ° C), y repita su experimento. ¡Verás que ahora se inclinan mucho más fuerte! Apague y espere hasta que tengan temperatura ambiente nuevamente: deberían comenzar a funcionar como antes.

¿Qué esta pasando?

En una batería, una reacción química hace que los dos contactos de la batería tengan potenciales eléctricos diferentes, ¡hay un voltaje entre ellos!

Cuando conecta dos cosas, los contactos de su batería, que están a diferentes voltajes, la corriente comienza a fluir. ¡Eso es lo que ilumina tu bombilla!

Ahora, imagine que hay una pequeña resistencia (como 2Ω) entre su batería y la sonda positiva de su multímetro. En realidad no está allí, pero "sientes" su existencia:

Una resistencia muestra una caída de voltaje cuando una corriente fluye a través de ella. En su caso, un par de cientos de miliamperios fluyen a través de la bombilla, el interruptor y vuelven a su batería, y eso lleva a un par de cientos de milivoltios en caída de voltaje sobre esa resistencia "imaginada".

Eso es lo que llamamos "resistencia interna". Es la imperfección de una fuente de voltaje (como sus baterías) lo que conduce a voltajes más bajos a medida que consume más corriente.

La resistencia interna puede ser muchas cosas: en primer lugar, las baterías reales están hechas de materiales reales y los materiales reales tienen resistencia. Pero para las baterías, eso suele ser solo una pequeña parte de la resistencia interna. La parte más grande es que para hacer que la corriente fluya, las reacciones químicas (y la dispersión de iones) en el interior deben ocurrir lo suficientemente rápido. Si hay más consumo de corriente del que puede soportar la reacción química, el voltaje cae.

Ahora, cuando enfrió sus baterías, redujo la velocidad de todas las reacciones químicas en el interior, y especialmente qué tan rápido los átomos cargados pueden vagar dentro de la batería. Esa es la razón por la que tenemos refrigeradores y congeladores: con todas las reacciones químicas ralentizadas por una temperatura más baja, los alimentos no se deterioran tan rápido, porque todas las cosas que hacen que los alimentos se deterioren (es decir, el crecimiento bacteriano y la descomposición química de las cosas) ) simplemente suceden en cámara lenta.

Con la reacción química en la batería disminuida, la batería simplemente no puede "mantenerse" tan bien con el consumo de corriente, y el voltaje cae aún más que con una batería caliente.

Las baterías no son ideales. Tienen resistencia interna. Cuando la corriente fluye a través de él, el voltaje cae.

Siempre recuerde que en un circuito en serie, la corriente es constante y en un circuito en paralelo, el voltaje es constante.

Simple es que conectó una carga resistiva en serie con un interruptor. Entonces, cuando el interruptor está cerrado, habrá algunas caídas en la carga. Por eso nunca obtendrá el mismo voltaje, como cuando el interruptor está abierto. También puedes ver el diagrama del circuito. Gracias. Saludos #ENGE. Abdullah