Почему измерение напряжения этой цепи отличается, когда переключатель включен?

Я построил простую схему с двумя лампами и ползунковым переключателем, питаемым от двух батарей 1,5 В. Когда ползунковый переключатель выключен, напряжение цепи, измеренное мультиметром, составляет 3,15 В:

Однако, когда ползунковый переключатель включен и лампы горят, измеренное напряжение цепи составляет 2,99 В.

Я не понимаю, почему измерение напряжения не одинаково в обоих случаях. Почему эта разница?

Прежде всего, хорошо сделано для проведения практического эксперимента. Приятно видеть, как люди пробуют что-то и хотят знать ответ.

Это может быть проще визуализировать с помощью схемы. Как было указано в предыдущем ответе, батареи имеют внутреннее сопротивление. Поэтому, если вы добавите к нему нагрузку, вы создадите делитель напряжения. По мере того как батарея становится все более и более разряженной, внутреннее сопротивление увеличивается, что не позволяет ей питать нагрузку.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Посмотрите на приведенную выше схему. Мы все знаем Закон Ома, который V = I * R. Если мы дадим значения резисторам, мы сможем рассчитать величину падения при закрытии переключателя. Если мы говорим, что внутреннее сопротивление батареи составляет 0,5 Ом, а нагрузка составляет 100 Ом, мы можем определить ток в цепи. Для этого мы переупорядочиваем уравнение закона Ома для I: I = V / R = 9 / (100 + 0,5) = 0,0896 A или 89,6 мА. Снова используя закон Ома (вы обнаружите, что это, вероятно, самое полезное уравнение, которое вы встречаете в электронике!), Мы можем найти падение напряжения на сопротивлении батареи:

Помните: V = I * R = 0,0896 * 0,5 = 0,0448 В. Отнимите это от 9 В батареи, поставляемой первым, и вы получите напряжение, которое вы будете измерять, когда переключатель замкнут: 9-0,0448 = 8,95 В.

Используя эти знания, если вы хотите продолжить свои эксперименты, почему бы не получить известный резистор в качестве нагрузки и питать его от других батарей. С помощью мультиметра вы можете измерить ток и напряжение, которые дадут вам все числа, необходимые для расчета внутреннего сопротивления ваших батарей.

Как отмечает Маркус Мюллер, на это тоже может влиять температура, поэтому почему бы не сделать тест до и после, рассчитать свое внутреннее сопротивление до и после помещения в холодильник или морозильник и посмотреть, насколько оно меняется. Попробуйте также на нескольких различных типах батарей ... Вы можете провести множество интересных экспериментов, которые улучшат ваше понимание происходящего и улучшат ваши навыки в решении цепей.

Так держать и удачи!

Это очень хороший эксперимент!

У меня есть идея, чтобы добавить к комментарию Джонка :

Это очень хорошо, что вы тестируете, что происходит, как это! Как уже было сказано, ответ заключается в том, что батарея находится под некоторым напряжением при включении света, и ее напряжение немного «падает» под этой нагрузкой. Когда срок службы батареи приближается к концу, она падает еще больше.

Положите батарейки в холодильник на час или около того, пока они не остынут (их тоже можно заморозить, но не опускайте ниже -20 ° C), и повторите свой эксперимент. Вы увидите, что теперь они стали намного сильнее! Выключите и подождите, пока они снова не достигнут комнатной температуры: они должны начать работать так же, как и раньше.

Что происходит?

В батарее химическая реакция приводит к тому, что два контакта батареи имеют разные электрические потенциалы - между ними есть напряжение!

Когда вы соединяете две вещи, контакты вашей батареи, которые находятся под разным напряжением, начинает течь ток . Вот что зажигает ваша лампочка!

Теперь представьте, что между вашей батареей и положительным щупом мультиметра есть небольшой резистор (например, 2 Ом). На самом деле его там нет, но вы «чувствуете» его существование:

Резистор показывает падение напряжения при прохождении через него тока. В вашем случае, пара сотен миллиампер протекает через лампу, переключатель и обратно в вашу батарею - и это приводит к падению напряжения на пару сотен милливольт над этим «воображаемым» резистором.

Это то, что мы называем «внутренним сопротивлением». Это несовершенство источника напряжения (например, ваших батарей), которое приводит к снижению напряжения при увеличении тока.

Внутреннее сопротивление может быть многим - в первую очередь, реальные батареи сделаны из реальных материалов, а реальные материалы имеют сопротивление. Но для батарей это обычно лишь небольшая часть внутреннего сопротивления. Большая часть состоит в том, что для создания тока химические реакции (и блуждающие ионы) внутри должны происходить достаточно быстро. Если есть больше ток - дро , чем химическая реакция может выдержать, напряжение падает.

Теперь, когда вы охладили свои батареи, вы замедлили все химические реакции внутри, и особенно то, как быстро заряженные атомы могут бродить внутри батареи. Вот почему у нас есть холодильники и морозильники: поскольку все химические реакции замедляются из-за более низкой температуры, пищевые продукты не портятся так быстро, потому что все вещи, которые делают еду испорченной (то есть рост бактерий и химическое разложение вещей) Просто случиться в замедленном движении.

С замедлением химической реакции в батарее, батарея просто не может «поддерживать» так же хорошо, как ток потребления, и напряжение падает даже дальше, чем с теплой батареей.

Аккумуляторы не идеальны. У них есть внутреннее сопротивление. Когда через него течет ток, напряжение падает.

Всегда помните, что в последовательной цепи это постоянный ток, а в параллельной цепи это постоянное напряжение.

Простым является то, что вы подключили резистивную нагрузку последовательно с выключателем. Поэтому, когда переключатель замкнут, произойдет некоторое падение нагрузки, поэтому у вас никогда не будет такого напряжения, как когда переключатель разомкнут. Вы можете увидеть схему также. Благодарю. С уважением #ENGE. Абдулла.