Por que a corrente não aumenta quando as baterias são conectadas em paralelo?

Construí um circuito simples, composto por dois suportes de bateria, cada um incluindo baterias de 1,5 V x2, um interruptor deslizante, um LED e um resistor de 100 ohm. A corrente que eu medi com um multímetro quando os dois suportes da bateria foram conectados em série (e o interruptor ON) foi de 25,9 mA:

Em seguida, conectei os suportes da bateria em paralelo, conectando os contatos positivos dos suportes com o cabo de ligação vermelho e os contatos negativos dos suportes com o cabo de ligação preto:

Desta vez, a corrente medida é de 6,72 mA. Não deveria ser maior do que quando os suportes da bateria estão conectados em paralelo?

Primeiramente, quero avisá-lo um pouco sobre como colocar os sistemas de bateria em paralelo. Geralmente não é uma boa ideia, porque geralmente as duas baterias (ou sistemas de baterias) não têm exatamente a mesma voltagem. Se forem diferentes, aquele com maior voltagem fornecerá alguma corrente na bateria com a menor voltagem e isso geralmente não é uma coisa boa. Isso também atrapalha um pouco o seu experimento, porque adiciona outra complicação a ele.

Nesse caso, você está curioso e imagina que duas baterias em paralelo podem fornecer mais corrente. Portanto, não serve a seus propósitos usar apenas um em seu experimento porque não testa suas suposições. Então você tem que fazer do jeito que você fez. Mas eu só quero que você também perceba que existe outro fator desconhecido para você que não está sendo considerado em seu projeto experimental. Mas não basta se preocupar, por enquanto.

Então deixe isso de lado ...

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

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

Você presume que, se a conformidade atual for maior, a atual será maior. Mas isso pode ser verdade algumas vezes e não outras. Então, por enquanto, vamos usar minha idéia acima sobre o LED e ver aonde isso nos leva.

$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}$$I_\text{series}=\frac{2\cdot 2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 26\:\text{mA}$

Isso parece prever suas medidas com um erro razoavelmente pequeno.

Então, qual ideia você acha que funciona melhor aqui? O que você pensa sobre dois sistemas de bateria paralela dobrando a corrente? Ou minha sugestão sobre como um LED pode se comportar? Você ainda tem outras idéias que pode querer considerar? Como você pode testar ou validar minha sugestão acima? Você pode pensar em outra maneira de mudar seu circuito que possa colocar minha sugestão em outro teste para ver se ele ainda se mantém? Ou você pode pensar em outra medição de tensão ou corrente que você pode tentar testá-lo?

No caso inicial, você aplica 6V no circuito de LED. Neste último caso, é apenas 3V.

A lei de Ohm afirma que a corrente através de um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à tensão entre os dois pontos.

Quando as baterias são organizadas em série, a tensão aumenta . Quanto maior a tensão, maior será a corrente consumida pelo seu circuito.

Quando as baterias são conectadas em paralelo, a voltagem permanece a mesma . (A capacidade atual de fornecimento aumentará, mas deixe-a de lado).

Existem alguns pequenos desvios que ocorrem, mas acredito que você aprenderá um pouco mais tarde.

Por favor, poste suas dúvidas na mesma pergunta ou nos comentários e terei o maior prazer em responder o máximo que puder.

O que você descobriu são as leis de tensão e corrente de Kirchhoff e a lei de Ohm.

Simplificando, a aplicação da lei atual de Kirchhoff estabelece que, quando fontes de tensão, como baterias, são conectadas em série, suas tensões aumentam.

Vamos esquecer o LED por um momento; nós voltaremos a isso.

No diagrama abaixo, a carga (o resistor de 100 ohm) vê 6 V através dele.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Neste circuito (abaixo), a lei de tensão de Kirchhoff diz que as tensões não aumentam, porque as fontes de tensão estão em paralelo. No entanto, a corrente consumida pela carga de 100 ohm é dividida entre os dois.

^{simule este circuito}

Agora não vamos esquecer o LED;

Um LED (diodo emissor de luz) é, como o nome sugere, um "diodo". Esses dispositivos são complicados de descrever com satisfação em uma resposta curta como esta, mas, para o propósito desta explicação, pense nela como tendo uma tensão constante, independentemente da corrente que está passando. Com essa simplificação, a tensão no diodo pode ser subtraída da tensão causada pelas fontes de tensão (baterias) que são em série (6 V) ou em paralelo (3 V). A voltagem em um LED depende de qual LED ele é, mas geralmente está entre 1,8 V e 2,1 V, dependendo da cor.

O circuito abaixo mostra o efeito do LED:

^{simule este circuito}

Agora para a lei de Ohm;

V = R * I

I = V / R

R = V / I

Onde

V = tensão

I = Atual

R = resistência

Aplicação da lei de Ohm;

4 V / 100 ohm = 40 mA

1 V / 100 ohm = 10 mA

Acabei de usar valores típicos para este exemplo, mas você pode usar a lei de Ohm para retroceder e calcular qual é a tensão no LED ou pode medi-la e calcular outros valores. Diverta-se!

A propósito, é ótimo que você esteja fazendo suas próprias experiências como essa, mas da próxima vez não conecte as baterias em paralelo assim. Eles não gostam;) (Eu não vou entrar em detalhes agora.)

Tento explicar a eletricidade comparando-a com um fluido. Tensão ou pressão é a causa da corrente ou fluxo, que é o efeito . Geralmente, aumentar a pressão aumentará o fluxo. Ao conectar baterias em série, você aumenta a tensão ou a pressão; portanto, para um circuito resistivo simples, semelhante ao seu, você produzirá mais corrente ou fluxo. Quando as baterias estão conectadas em paralelo, você não está aumentando a pressão, mas está dando às baterias a possibilidade de fornecer mais corrente, se as condições do circuito permitirem.

O verdadeiro cavalo de batalha por trás da corrente é a tensão. Mais a tensão para uma resistência fixa, mais será a corrente. No seu primeiro caso, a tensão equivalente em série é 3 + 3 = 6V.

No segundo caso, como as baterias são paralelas e de igual valor, sua voltagem equivalente permanece a mesma, ou seja, 3V

Daí mais a tensão, mais a corrente.

Mas espere, então por que lemos em nossos livros didáticos que o arranjo paralelo ajuda a aumentar a corrente? Bem, isso realmente não aumenta a corrente, mas aumenta o limite superior de corrente que nossas baterias são capazes de fornecer. Isso significa que a atual capacidade de fornecimento do sistema aumenta. A corrente ainda dependeria da tensão. Mas se a voltagem for cada vez mais alta, o sistema em série pode não ser capaz de fornecer a quantidade de corrente prevista pela lei de ohms. Mas o sistema paralelo pode fornecê-lo. Embora falhe também, mas em tensões ainda mais altas.

Tudo tem alguma resistência.

Bateria AA ~ 1 Ohm ~ fonte de 1,5 a 1,6 V.
LED branco ~ 15 Ohms a ~ 3,1 V a 20 mA, 2,8 V desligado.
Resistor de 100 ohm.
Fio ~ x mOhm

Assim, o banco paralelo = 3,1 V (novo) - 2,8 V LED = (est.) 300 mV dividido pela resistência do circuito = 116 ohm seria <3 mA próximo ao resultado.

Então, quando 2 bancos da série 6.2V (Vbat) -2.8V (limite de LED do Wh) = 3.4V / 116 Ohms (resistência de loop) = 29 mA, o que também está próximo da sua leitura devido à tolerância nas estimativas.

Não é tão simples assim. Quando você coloca duas células em paralelo, na verdade, coloca as resistências internas das duas células em paralelo, diminuindo assim a resistência total no circuito. Mesmo se as células tiverem terminais diferentes, tensões de circuito aberto e diferentes resistências internas, você estará reduzindo a resistência geral de todo o circuito. E assim, mais corrente deve fluir. Se você não vê um fluxo de corrente mais alto, seu sistema de medição não é suficientemente sensível. Durante o curto período de experiência, podemos ignorar o coeficiente de temperatura da resistência de todos os componentes do seu circuito.

Cuidado: remova as baterias da configuração de teste quando não estiver em uso. É provável que duas das baterias mostradas em sua configuração de teste vazem produtos químicos corrosivos no suporte, se descarregadas completamente e permanecerem por muito tempo.

Você alega que a corrente não aumenta com a bateria paralela. Você tem certeza disso? E se o aumento atual for muito pequeno e for menor que a capacidade do seu medidor de medir?

Aqui está sua tarefa:

- obtenha um medidor mais preciso, o melhor que você pode emprestar

- meça a corrente apenas com a bateria nº 1.

- meça a corrente apenas com a bateria nº 2.

- meça a corrente com as duas pilhas em paralelo.

Prevejo que a terceira medida será maior que o mínimo das duas primeiras.

É comum na eletrônica indroductora considerar as baterias como fonte de tensão. Mas as baterias são realmente dispositivos muito complexos para os quais a fonte de tensão é apenas uma aproximação. Uma melhor aproximação é uma fonte de tensão com um resistor de baixo valor em série. Você pode realmente estimar o valor desse resistor em série medindo a queda de tensão quando uma carga é aplicada a uma bateria e usando as regras usuais para resistores em série e a lei de ohm. A maior parte da engenharia elétrica pára com isso, mas existem modelos ainda mais complexos para uma bateria que representam seu comportamento com mais precisão.

Aprenda tudo o que puder, mas sempre seja cético e faça perguntas desafiadoras enquanto recarrego meu telefone celular.