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

En primer lugar, quiero advertirles un poco acerca de 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 mayor voltaje suministrará algo de corriente a la batería con el voltaje más bajo y esto a menudo no es bueno. También estropea un poco tu experimento, porque le agrega otra complicación.

En este caso, tienes curiosidad e imaginas 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. Así que tienes que hacerlo como lo hiciste. Pero solo quiero que también se dé cuenta de que hay otro factor desconocido (para usted) que no tiene en cuenta en su diseño experimental. Pero no es suficiente de qué preocuparse, por ahora.

Así que deja eso de lado...

Déjame sugerirte una nueva idea para que la consideres. Suponga que el LED verde que tiene requiere exactamente$1.9\:\text{V}$para "encender" y que también tiene, sin que usted lo sepa, una resistencia interna de exactamente$50\:\Omega$. No puedes entrar al LED para ver estas cosas. Pero digamos, como experimento mental, que esta es la forma en que funciona este LED en particular.

Además, supongamos que sus sistemas de batería proporcionan exactamente$2.9\:\text{V}$cada. Si los pones en serie entonces estás aplicando$5.8\:\text{V}$al circuito Si los pones en paralelo entonces estás aplicando$2.9\:\text{V}$al circuito La única diferencia aquí puede ser el cumplimiento actual (la capacidad de suministrar más o menos corriente a una carga, si es necesario).

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

Su circuito en serie incluye también un$100\:\Omega$resistor. Tomado junto con mi hipotético interno$50\:\Omega$resistencia dentro del LED, hay una resistencia en serie total en el circuito de$150\:\Omega$(Supongamos que tengo razón por ahora). Además, el LED en sí mismo (el que está dentro del paquete que en realidad no puede tocar) también requiere (resta)$1.9\:\text{V}$del voltaje aplicado antes de que podamos calcular la corriente. (Puede ver que el LED está ENCENDIDO en ambos casos, por lo que debe ser cierto si mi afirmación es correcta).

Entonces, en el caso de baterías en paralelo, tiene$I_\text{parallel}=\frac{2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 6.7\:\text{mA}$y en el caso de 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 medidas dentro de un error razonablemente pequeño.

Entonces, ¿qué idea crees que funciona mejor aquí? ¿Qué piensas sobre dos sistemas de baterías en paralelo que duplican la corriente? ¿O mi sugerencia sobre cómo se puede comportar un LED? ¿Tienes más ideas que quieras considerar? ¿Cómo podría probar o validar mi sugerencia anterior? ¿Puede pensar en otra forma de cambiar su circuito que podría poner mi sugerencia a otra prueba para ver si todavía se mantiene? ¿O puede pensar en otra medición de voltaje o medición de corriente que pueda probar para probarla?

En el caso inicial, tiene 6V aplicados a través de su circuito LED. En este último caso es de Solo 3V.

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

Cuando las baterías están dispuestas en serie, el voltaje se suma . 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 dejémosla de lado).

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

Por favor, publique sus dudas en la misma pregunta o en los comentarios y estaré encantado de responder todo lo que pueda.

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

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

Olvidémonos del LED por un momento; volveremos a ello.

En el siguiente diagrama, 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 a satisfacción en una respuesta corta como esta, pero para el propósito de esta explicación, solo piense en ellos como si tuvieran un voltaje constante a través de ellos, independientemente de la corriente que los atraviese. Con esa simplificación, el voltaje a través del diodo puede simplemente 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 sea, pero normalmente está entre 1,8 V y 2,1 V, según el color.

El siguiente circuito muestra el efecto del LED:

^{simular este circuito}

Ahora a la ley de Ohm;

V = R*I

Yo = V/R

R = V/I

dónde

V = Voltaje

Yo = 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. ¡Divertirse!

Por cierto, es genial que estés haciendo tu propia experimentación de esta manera, pero la próxima vez no conectes las 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 la presión, es la causa de la corriente o el flujo, que es el efecto . Generalmente, aumentar la presión aumentará el flujo. Cuando conecta baterías en serie, está aumentando 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 estás aumentando la presión, pero estás 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 sigue siendo el mismo, es decir, 3V

Por lo tanto, más el voltaje, más la corriente.

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

Todo tiene cierta resistencia.

Pila AA ~1 ohmios Fuente de ~1,5 a 1,6 V.
LED blanco ~ 15 ohmios @~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 ohm sería < 3 mA cerca de su resultado.

Luego, cuando 2 bancos en serie 6,2 V (Vbat)-2,8 V (umbral de LED Wh) = 3,4 V/116 ohmios (resistencia de bucle) = 29 mA, que también está cerca de su lectura debido a la tolerancia en las estimaciones.

No es tan simple. Cuando pones dos celdas en paralelo, en efecto pones las resistencias internas de las dos celdas en paralelo, reduciendo así la resistencia total en el circuito. Incluso si las celdas tienen diferentes terminales, 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 temperatura de resistencia de todos los componentes de 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 su configuración de prueba dejen escapar sustancias químicas corrosivas en el soporte de la batería si se permite que se descarguen por completo y permanezcan allí durante mucho tiempo.

Usted afirma que la corriente no aumenta con la batería en paralelo. ¿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 su tarea:

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

-- mida la corriente solo con la batería #1.

-- mida la corriente solo con la batería #2.

-- medir la corriente con ambas baterías en paralelo.

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

Es común en electrónica indroductiva considerar las baterías como una fuente de voltaje. Pero las baterías son en realidad 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. De hecho, puede estimar el valor de esta resistencia en serie midiendo la caída de voltaje cuando se aplica una carga a una batería y usando las reglas habituales para las resistencias en serie y la ley de ohm. La mayor parte de la ingeniería eléctrica se detiene en esto, pero existen modelos aún más complejos para una batería que representan su comportamiento con mayor precisión.

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