LED i lampa w szeregu - dlaczego żarówka się nie świeci?

Mój 6-letni syn właśnie zaczął eksperymentować z zestawem Snap Circuits i już mamy bardzo podstawowe pytanie.

Jeśli ustawimy równolegle diodę LED i lampę zasilaną z baterii, wówczas zarówno dioda LED, jak i lampa świecą jasno.

Jeśli jednak ustawimy diodę LED i lampę szeregowo, tylko dioda LED się zaświeci.

Oczywiście prąd przepływa przez lampę (jeśli odkręcę żarówkę, dioda LED zgaśnie).

Dlaczego więc żarówka się nie świeci?

Jestem trochę tanią łyżwą, więc zamiast kupować odpowiednie obwody Snap, kupiłem podobny zestaw ogólny z Chin na eBayu (patrz: Zestaw bloków elektronicznych W-58 )

(Przepraszamy, jeśli jest to zbyt podstawowe dla tego forum, ale jeszcze nie znalazłem odpowiedzi za pośrednictwem Google)

W przypadku równolegle podłączonej diody LED i lampy każda z nich ma napięcie całego akumulatora na całej długości.

Po podłączeniu szeregowym napięcie na każdym z nich musi sumować się z napięciem akumulatora.

Bez podania więcej informacji niż podano, najbardziej prawdopodobną odpowiedzią jest to, że napięcie na lampie, które musi być równe napięciu akumulatora minus napięcie na diodzie LED, jest niewystarczające do wytworzenia światła widzialnego.

Podczas wpisywania tej odpowiedzi widzę, że dodałeś kilka zdjęć. Wygląda na to, że całkowite napięcie akumulatora wynosi około 3 V. Biorąc pod uwagę, że wiele diod LED ma napięcie przewyższające 2 V, pozostawia to mniej niż 1 V w poprzek żarówki.

Czy masz woltomierz z zestawem? Jeśli tak, zmierz napięcie na lampie dla połączenia szeregowego.

Dioda LED obniża tak duże napięcie, że żarówka pozostało bardzo mało.

Masz tylko dwie baterie 1,5 V, które w szeregu są ledwie wystarczające na napięcie przewodzące diody LED.

Żarówki szybko gasną, gdy zmniejsza się moc, którą rozpraszają: moc jest kwadratem napięcia podzielonym przez opór.

Z tego właśnie powodu ściemnianie żarówek nie oszczędza dużo energii. Tylko niewielki ułamkowy spadek rozproszonej mocy prawie całkowicie przyciemnia żarówkę.

Włókna wytwarzają głównie ciepło i tylko niewielką część jako światło widzialne. Jest to bardzo wrażliwe na temperaturę, która jest bardzo wrażliwa na rozproszoną moc.

Spróbuj spojrzeć na lampę w ciemnym pokoju; możesz być w stanie zobaczyć słabą czerwoną poświatę. Ponadto światło z diody LED może uniemożliwiać dostrzeżenie słabego blasku, jaki gasi żarówka, nawet w ciemnym pokoju. Zakryj także diodę LED.

MUSI być rezystor szeregowo z diodą LED. Dioda LED jest diodą, a diody gwałtownie zwiększają przepływający prąd, gdy przyłożone napięcie wzrasta powyżej pewnego punktu, znacznie poniżej 3 V. Bez opornika ograniczającego prąd dioda LED przepuszczałaby tyle prądu, że wypaliłaby się.

Poprzednie odpowiedzi, które mówią, że dioda LED spada napięcie, są prawidłowe, ale spadek występuje w kombinacji diody LED i ukrytego rezystora. Żarówka po prostu dodaje nieco więcej oporu, co nieco zmniejsza prąd, ale tylko nieznacznie przyciemnia diodę LED. Ale żarówka jest okradziona z minimalnego napięcia potrzebnego do zapalenia.

Dodatkowym i interesującym czynnikiem jest to, że odporność żarnika żarówki na zimno wynosi około 1/10 jej odporności na gorąco.

Zamiast 10 omów zimna nieoświetlona lampa jest prawdopodobnie bliższa 1 omowi.

$P = I^2 \cdot R$

Lampa szeregowa to niewiele więcej niż kędzierzawy kawałek drutu uzupełniający obwód światła LED.

Z drugiej strony przydatna może być funkcja dodatniego współczynnika temperatury żarówek; zobacz wczesny oscylator audio HP i przeczytaj o oscylatorach mostowych Wien .

Świetne pytanie! Jak wspomniano, jest to układ równoległy lub szeregowy. Równolegle zarówno lampa, jak i moduły LED otrzymują pełne 3 wolty. Szeregowo muszą dzielić 3 wolty, więc każdy dostaje trochę. Gdyby były to 2 żarówki tego samego rodzaju, każda dostawałaby 1/2 napięcia. 3 żarówki w szeregu, każda dostaje 1/3 i tak dalej. Moduł LED czyni go bardziej złożonym. Ale najpierw zróbmy największy problem.

$\dfrac{E}{I}=R$$\dfrac{3V}{0.3A} = 10 \Omega$

$\dfrac{V}{A}=R$$\dfrac{1}{V}: \dfrac{V}{AV}=\dfrac{R}{V}$$\dfrac{V}{V}$$\dfrac{1}{A}=\dfrac{R}{V}$$A=\dfrac{V}{R}$$10 \Omega + 10 \Omega = 20 \Omega$$\dfrac{3V}{20\Omega} = .150A$$RA=V$$10 \Omega \times .15 A = 1.5 V$

$A=\dfrac{3V - 1.xV}{10 + 33 \Omega}$$\dfrac{1.9V}{43 \Omega}$$\dfrac{1.1V}{43 \Omega}$

Do celów dyskusji, czerwone diody LED mają spadek napięcia do przodu wynoszący 1. (coś) wolta, zielony to około 2 woltów, niebieski jeszcze wyższy. Oczywiście mają one skończone wartości rezystancji, ale najłatwiej jest myśleć o nich po prostu usuwając to stałe napięcie. Prąd można następnie obliczyć jako napięcie pozostałe na rezystorze. Jeśli nie ma rezystora, musi istnieć bardziej skomplikowany sposób ograniczenia prądu.

Aby uzyskać więcej zabawy, połącz silnik elektryczny odpowiedniej wielkości z szeregiem z żarówką, zwróć uwagę na to, jak jasna jest żarówka, a następnie przyłóż jakieś obciążenie do silnika - delikatnie naciskając palec, łopatkę wentylatora lub łopatkę, aby poruszać powietrzem itp. Zobacz jakieś zmiany?

Jednym ze sposobów wizualizacji, a zatem zrozumienia tego, co dzieje się w obwodzie, jest to bardzo uproszczone wyjaśnienie lub analogia, polegające na tym, że LED nie przepuszcza wystarczającej ilości prądu, aby zapalić lampę. Mówiąc prościej, ma znacznie większy opór niż lampa w istocie. Jeśli umieścisz dwie identyczne lampy w szeregu, obie powinny świecić równie jasno, tak jasno, jak dopuszczalny jest prąd dostarczany przez zasilacz. Jako bardzo prosta analogia, dwie 115-woltowe lampy AC o tej samej mocy umieszczone w szeregu wymagałyby + - 230 woltów, aby w pełni oświetlić.

Jednak dioda LED Ma znacznie większy opór niż lampa, a dokładniej jest półprzewodnikiem i ma przedni spadek napięcia.

Uproszczony: Spadek napięcia do przodu na diodzie LED o około 2 wolty przy powiedzmy poborze prądu 20mA (nie pamiętam teraz dokładnych liczb) i wygląda na konfigurację baterii 3 wolt, co pozostawia tylko około jednego wolta dla lampa. Również dioda LED nie przepuszcza wystarczającej ilości prądu, aby ogrzać żarnik (który jest sklasyfikowany jako cewka indukcyjna, a dioda półprzewodnikowa, więc moja analogia jest nieprecyzyjna), ale lampa prawdopodobnie nie zapaliłaby się w pełni, nawet gdyby napięcie zasilające było wyższe, aby skompensować dla przedniego spadku napięcia diody LED.

Mam nadzieję, że to ma sens. Przepraszam, jeśli nie, ale wpadam w pośpiech i zobaczyłem to tylko wtedy, gdy miałem zejść z linii i zrobić coś innego.

Twoje pytanie przypomina mi podobny eksperyment, w którym dwie nierówne moc, ale identyczne lampy napięciowe są połączone szeregowo. Do aranżacji zostaje nagle przyłożone napięcie dwukrotnie większe niż jedna z lamp - wystarczy obserwować, co się stanie. Wybierając napięcie, pamiętaj o bezpieczeństwie elektrycznym. Lampy o napięciu 6 woltów działałyby dobrze. Zasugeruj, że żarówka zatrzymująca / oświetlająca światło boczne przy 6 woltach byłaby w porządku. Ten eksperyment został wykorzystany podczas egzaminu praktycznego z fizyki GCE „A” około 30 lat temu!

Inną rzeczą, którą możesz wypróbować, jest podłączenie różnych lamp o napięciu 240 woltów z przezroczystymi szklanymi obudowami do 12 woltów - o ile dobrze pamiętam, lampy o mocy 25 W działają dobrze i dają delikatny blask żarnika, który jest bardzo przyjemny z widoku. Ponownie pamiętaj o bezpieczeństwie elektrycznym.

Po prostu zignoruję na chwilę spadki napięcia i wyjaśnię to w kategoriach prądu.

Po umieszczeniu szeregowo z diodą LED prąd przepływający przez diodę LED również przechodzi przez żarówkę, ale ciepło wchodzące do żarnika (prąd podniesiony do kwadratu, pomnożony przez oporność żarówki) jest niewystarczające, aby żarnik wystarczająco się rozgrzał, aby wytworzyć widoczne światło .

Światło z diody LED jest w przybliżeniu proporcjonalne do prądu przepływającego przez nią, podczas gdy jasność żarówki (dla żarówki słabej / słabej!) Ma proporcjonalność bliższą sześcianowi prądu wejściowego. Jeśli umieścisz lampę „ziarno pszenicy” (20ma) w szeregu z diodą LED i wyregulujesz prąd, stanie się to jasne.

Teraz trochę fizyki: baterie stanowią prawie idealne źródło napięcia, ponieważ wewnątrz baterii zachodzi reakcja chemiczna, która przenosi elektrony z katody (+) do anody (-), dopóki różnica potencjałów między dwoma zaciskami nie osiągnie rozwarcia napięcie obwodu. Nazywam to Vbatt.

Po wykonaniu połączenia elektrycznego między dwoma zaciskami, elektrony przepływają w połączeniu zewnętrznym od (-) do (+) zacisku z powodu tej różnicy potencjałów, tworząc „obwód” elektronów. Ten przepływ elektronów zmniejsza różnicę potencjałów między zaciskami, powodując przyspieszenie reakcji i dostarczenie większej liczby elektronów, a prąd wzrasta. W ten sposób wytwarza rosnące napięcie w obciążeniu z powodu rezystancji. Różnica prądu i potencjału na zaciskach rośnie, aż wystarczy, aby zatrzymać wzrost szybkości reakcji. Matematycznie, I1 * R1 = Vbatt.

@ Mark McLaren Interesujące pytanie .... ale jeśli możesz zamienić pozycję diody LED i żarówki bez zmiany biegunowości (jak to jest) w obwodzie szeregowym, to żarówka zapali się, jeśli moja logika jest poprawna .... Nie trzeba dodawać, że napięcie najpierw spada na diodę LED, a pozostałe napięcie (napięcie 3 VOLT MINUS używane przez diodę LED) jest niewystarczające dla żarówki. chociaż ma wystarczający prąd, ponieważ jest szeregowo. Elektrony wypływają z - biegunowości akumulatorów w kierunku diody LED jako pierwsze i może dlatego napięcie najpierw spada na diodzie, a pozostałe na lampie ... spróbuj zamienić pozycję diody i lampy i sprawdź, czy lampa się zapala. .. mam nadzieję, że nawet dioda LED zaświeci się, ponieważ led wymaga niskiego napięcia, a pozostałe napięcie wystarczy na led. Jestem ciekaw