¿Por qué la corriente no aumenta cuando las baterías están conectadas en paralelo?

Construí un circuito simple que consta de dos soportes de batería, cada uno con baterías x2 de 1.5 V, un interruptor deslizante, un LED y una resistencia de 100 ohmios. La corriente que medí con un multímetro cuando los dos soportes de batería se conectaron en serie (y el interruptor ENCENDIDO) fue de 25.9 mA:

Luego conecté los soportes de la batería en paralelo conectando los contactos positivos de los soportes de la batería con el cable de puente rojo y los contactos negativos de los soportes de la batería con el cable de puente negro:

Esta vez la corriente medida es de 6.72 mA. ¿No debería ser mayor que cuando los soportes de la batería están conectados en paralelo?

En primer lugar, quiero advertirles un poco sobre cómo poner los sistemas de baterías en paralelo. Por lo general, no es una buena idea porque a menudo las dos baterías (o sistemas de baterías) no tienen exactamente el mismo voltaje. Si son diferentes, entonces el que tiene el voltaje más grande suministrará algo de corriente a la batería con el voltaje más bajo y esto a menudo no es algo bueno. También estropea su experimento, de alguna manera, porque le agrega otra complicación.

En este caso, tiene curiosidad e imagina que dos baterías en paralelo pueden suministrar más corriente. Por lo tanto, no sirve para sus propósitos usar solo uno en su experimento porque no prueba sus suposiciones. Entonces tienes que hacerlo de la manera que lo hiciste. Pero solo quiero que te des cuenta de que hay otro factor desconocido (para ti) que no tienes en cuenta en tu diseño experimental. Pero no es suficiente de qué preocuparse, por ahora.

Así que déjalo a un lado ...

$1.9\:\text{V}$$50\:\Omega$

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

Su suposición es que si el cumplimiento actual es más, entonces el actual es más. Pero eso puede ser cierto a veces y no a otros. Entonces, por ahora, usemos mi idea anterior sobre el LED y veamos a dónde nos lleva.

$100\:\Omega$$50\:\Omega$$150\:\Omega$$1.9\:\text{V}$

$I_\text{parallel}=\frac{2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 6.7\:\text{mA}$ y en el caso de las baterías en serie tienes$I_\text{series}=\frac{2\cdot 2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 26\:\text{mA}$

Esto parecería predecir sus mediciones dentro de un error razonablemente pequeño.

Entonces, ¿qué idea crees que funciona mejor aquí? ¿Sus pensamientos sobre dos sistemas de baterías paralelas que duplican la corriente? ¿O mi sugerencia sobre cómo puede comportarse un LED? ¿Tienes aún más ideas que quieras considerar? ¿Cómo podría probar o validar mi sugerencia anterior? ¿Puedes pensar en otra forma de cambiar tu circuito que pueda poner mi sugerencia a otra prueba para ver si aún se mantiene? ¿O puede pensar en otra medición de voltaje o medición de corriente que podría intentar probar?

En el caso inicial, tiene 6V aplicados en su circuito LED. En este último caso es solo 3V.

La ley de Ohm establece que la corriente a través de un conductor entre dos puntos es directamente proporcional al voltaje en los dos puntos.

Cuando las baterías están dispuestas en serie, el voltaje aumenta . Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la corriente consumida por su circuito.

Cuando las baterías están conectadas en paralelo, el voltaje seguirá siendo el mismo . (La capacidad de suministro actual aumentará, pero mantengámosla a un lado).

Hay algunas pequeñas desviaciones que ocurren, pero creo que aprenderás un poco más tarde.

Publique sus dudas en la misma pregunta o en los comentarios y con gusto responderé todo lo que pueda.

Lo que has descubierto son las leyes de voltaje y corriente de Kirchhoff y la ley de Ohm.

En pocas palabras, la aplicación de la ley actual de Kirchhoff da que cuando las fuentes de voltaje, como las baterías, se conectan en serie, los voltajes se suman.

Olvidemos el LED por un momento; Volveremos a ello.

En el diagrama a continuación, la carga (la resistencia de 100 ohmios) ve 6 V a través de ella.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

En este circuito (abajo), la ley de voltaje de Kirchhoff le dirá que los voltajes no se suman, porque las fuentes de voltaje están en paralelo. Sin embargo, la corriente consumida por la carga de 100 ohmios se divide entre los dos.

^{simular este circuito}

Ahora no nos olvidemos del LED;

Un LED (diodo emisor de luz) es, como su nombre indica, un "diodo". Estos dispositivos son complicados de describir satisfactoriamente en una respuesta corta como esta, pero para el propósito de esta explicación solo piense que tiene un voltaje constante a través de él, independientemente de cuál sea la corriente a través de él. Con esa simplificación, el voltaje a través del diodo simplemente puede restarse del voltaje causado por las fuentes de voltaje (baterías) que están en serie (6 V) o en paralelo (3 V). El voltaje a través de un LED depende de qué LED es, pero generalmente está entre 1.8 V y 2.1 V dependiendo del color.

El siguiente circuito muestra el efecto del LED:

^{simular este circuito}

Ahora a la ley de Ohm;

V = R * I

I = V / R

R = V / I

dónde

V = voltaje

I = actual

R = resistencia

Aplicando la ley de Ohm;

4 V / 100 ohmios = 40 mA

1 V / 100 ohmios = 10 mA

Acabo de usar valores típicos para este ejemplo, pero puede usar la ley de Ohm para retroceder y calcular cuál es el voltaje a través del LED, o puede medirlo y calcular otros valores. ¡Que te diviertas!

Por cierto, es genial que estés haciendo tu propia experimentación así, pero la próxima vez no conectes baterías en paralelo de esa manera. No les gusta;) (No voy a entrar en detalles ahora).

Intento explicar la electricidad comparándola con un fluido. El voltaje, o presión, es la causa de la corriente o el flujo, que es el efecto . Generalmente, aumentar la presión aumentará el flujo. Cuando conecta las baterías en serie, aumenta el voltaje o la presión, por lo que para un circuito resistivo simple, similar al suyo , producirá más corriente o flujo. Cuando las baterías están conectadas en paralelo, no está aumentando la presión, pero está dando a las baterías la posibilidad de suministrar más corriente si las condiciones del circuito lo permiten.

El verdadero caballo de batalla detrás de la corriente es el voltaje. Más el voltaje para una resistencia fija, más será la corriente. En su primer caso, el voltaje equivalente en serie es 3 + 3 = 6V.

En el segundo caso, debido a que las baterías están en paralelo y de igual valor, su voltaje equivalente permanece igual, es decir, 3V

Por lo tanto, más voltaje, más corriente.

Pero espera, entonces ¿por qué leemos en nuestros libros de texto que la disposición paralela ayuda a aumentar la corriente? Bueno, eso realmente no aumenta la corriente, sino que aumenta el límite superior de corriente que nuestras baterías pueden proporcionar. Eso significa que aumenta la capacidad de suministro actual del sistema. La corriente aún dependería del voltaje. Pero si el voltaje aumenta más y más, el sistema en serie puede no ser capaz de proporcionar tanta corriente como lo predice la ley de ohmios. Pero el sistema paralelo puede proporcionarlo. Aunque también fallará, pero a voltajes aún más altos.

Todo tiene algo de resistencia.

Batería AA ~ 1 Ohm ~ 1.5 a 1.6 V fuente.
LED blanco ~ 15 Ohms @ ~ 3.1 V @ 20 mA, 2.8 V apagado.
Resistencia de 100 ohmios.
Alambre ~ x mOhm

Por lo tanto, el banco paralelo = 3,1 V (nuevo) - 2,8 V LED = (est.) 300 mV dividido por la resistencia del bucle = 116 ohmios estaría <3 mA cerca de su resultado.

Luego, cuando 2 bancos en la serie 6.2V (Vbat) -2.8V (Wh. Umbral LED) = 3.4V / 116 Ohms (resistencia de bucle) = 29 mA, que también está cerca de su lectura debido a la tolerancia en las estimaciones.

No es tan simple. Cuando pone dos celdas en paralelo, en efecto, pone las resistencias internas de las dos celdas en paralelo, lo que reduce la resistencia total en el circuito. Incluso si las celdas tienen terminales diferentes, voltajes de circuito abierto y diferentes resistencias internas, está reduciendo la resistencia general de todo el circuito. Y así, debería fluir más corriente. Si no ve un flujo de corriente más alto, entonces su sistema de medición no es lo suficientemente sensible. Durante el corto tiempo de su experimento, podemos ignorar el coeficiente de resistencia a la temperatura de todos los componentes en su circuito.

Precaución: retire las baterías de su configuración de prueba cuando no esté en uso. Es probable que dos de las baterías que se muestran en la configuración de prueba tengan fugas de productos químicos corrosivos en el soporte de la batería si se dejan descargar por completo y permanecen durante mucho tiempo.

Afirma que la corriente no aumenta con la batería paralela. ¿Qué tan seguro estás de esto? ¿Qué sucede si el aumento actual es muy leve y es menor que la capacidad de medición de su medidor?

Aquí está tu tarea:

- obtenga un medidor más preciso, lo mejor que puede pedir prestado

- Mida la corriente con la batería # 1 sola.

- Mida la corriente con la batería # 2 sola.

- Mida la corriente con ambas baterías en paralelo.

Predigo que la tercera medición será mayor que el mínimo de las dos primeras.

Es común en la electrónica de producción considerar las baterías como fuente de voltaje. Pero las baterías son realmente dispositivos muy complejos para los cuales la fuente de voltaje es solo una aproximación. Una mejor aproximación es una fuente de voltaje con una resistencia de bajo valor en serie. En realidad, puede estimar el valor de esta resistencia en serie midiendo la caída de voltaje cuando se aplica una carga a una batería y utilizando las reglas habituales para las resistencias en serie y la ley de Ohm. La mayoría de la ingeniería eléctrica se detiene con esto, pero hay modelos aún más complejos para una batería que representan su comportamiento de manera aún más precisa.

Aprenda todo lo que pueda, pero siempre sea escéptico y haga preguntas desafiantes mientras recargo mi teléfono celular.