LED y lámpara en serie: ¿por qué no se enciende la bombilla?

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Mi hijo de 6 años acaba de comenzar a experimentar con un kit de estilo Snap Circuits y ya tenemos una pregunta muy básica.

Si organizamos un LED y una lámpara en paralelo alimentados por baterías, entonces tanto el LED como la lámpara se iluminarán brillantemente.

Sinembargo,siorganizamoselLEDylalámparaenserie,soloseencenderáelLED.

Obviamente, la corriente pasa a través de la lámpara (si desenrosco la bombilla, el LED se apaga).

Entonces, ¿por qué la bombilla no se enciende?

Soy un poco tacaño, así que, en lugar de comprar Snap Circuits adecuados, compré un juego genérico similar de China en eBay (ver: Kit de bloques electrónicos W-58 )

(Disculpas si esto es demasiado básico para este foro pero aún no he encontrado la respuesta a través de Google)

    
pregunta Mark McLaren

9 respuestas

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Para el LED y la lámpara conectados en paralelo, cada uno tiene todo el voltaje de la batería a través.

Cuando la serie está conectada, el voltaje a través de cada uno debe sumar al voltaje de la batería.

Sin más información de la que se proporciona, la respuesta más probable es que el voltaje a través de la lámpara, que debe ser igual al voltaje de la batería menos que el voltaje a través del LED, es insuficiente para producir luz visible.

Mientras escribo esta respuesta, veo que ha agregado algunas imágenes. Parece que el voltaje total de la batería es de aproximadamente 3V. Dado que muchos LED tienen una tensión directa superior a 2V, esto deja menos de 1V a través de la bombilla.

¿Tienes un voltímetro con tu kit? Si es así, mida el voltaje a través de la lámpara para la conexión en serie.

    
respondido por el Alfred Centauri
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El LED deja caer tanto voltaje que queda muy poco para la bombilla.

Solo tiene dos baterías de 1.5V, que, en serie, son apenas suficientes para el voltaje de avance del LED.

Las bombillas incandescentes se atenúan rápidamente cuando se reduce la potencia que disipan: la potencia es cuadrada al voltaje, dividida por la resistencia.

Por esta misma razón, atenuar las bombillas incandescentes no ahorra mucha energía. Sólo una pequeña disminución fraccional en el vataje disipado atenúa la bombilla casi todo el camino.

Los filamentos generan principalmente calor, y solo una pequeña fracción como luz visible. Esto es muy sensible a la temperatura, que es muy sensible a la potencia disipada.

Intenta mirar la lámpara en una habitación oscura; Es posible que puedas ver un débil resplandor rojo. Además, la luz del LED puede estar impidiendo que usted vea la luz tenue que la bombilla está apagando, incluso en una habitación oscura. Cubra el LED, también.

    
respondido por el Kaz
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DEBE haber una resistencia en serie con el LED. Un LED es un diodo, y los diodos aumentan rápidamente la corriente que pasan a medida que la tensión aplicada aumenta por encima de cierto punto, muy por debajo de 3V. Así que sin una resistencia limitadora de corriente, el LED pasaría tanta corriente que se quemaría.

Las respuestas anteriores que dicen que el LED cae la tensión son correctas, pero la caída es a través de la combinación del LED y la resistencia oculta. La bombilla solo agrega un poco más de resistencia, lo que reduce un poco la corriente pero solo hace que el LED se atenúe un poco. Pero a la bombilla le roban el voltaje mínimo que necesita para encenderla.

    
respondido por el Ken Jackson
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Un factor adicional e interesante es que la resistencia del filamento de la lámpara incandescente cuando el frío es aproximadamente 1/10 de su resistencia cuando caliente.

En lugar de 10 ohmios, la lámpara apagada en frío probablemente esté más cerca de 1 ohm.

A los 20 mA de corriente necesaria para iluminar completamente el LED, el filamento de la lámpara disipa solo 400 microwatts de potencia . (Potencia = el cuadrado de la resistencia de los tiempos actuales: \ $ P = I ^ 2 \ cdot R \ $)

La lámpara de la serie es poco más que un poco de cable que completa el circuito de luz LED.

Por otra parte, la característica positiva de coeficiente de temperatura puede ser útil; vea el oscilador de audio inicial de HP y lea sobre Osciladores del puente de Wien .

    
respondido por el SteveRay
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¡Gran pregunta! Es paralelo a los circuitos en serie, como se señala. En paralelo, tanto la lámpara como los módulos LED obtienen 3 voltios completos. En serie, tienen que compartir los 3 voltios, por lo que cada uno recibe un poco. Si fuera 2 del mismo tipo de bombilla, cada una obtendría la mitad del voltaje. 3 bombillas en serie, cada una recibe 1/3, y así sucesivamente. El módulo LED lo hace más complejo. Pero primero hagamos el mayor problema.

Cada bombilla es una resistencia. Conéctese al voltaje deseado y a los flujos de corriente, definidos completamente por el voltaje y la resistencia. El Sr. Ohm notó que \ $ \ dfrac {E} {I} = R \ $, con lo que quería decir, para nuestros propósitos, los voltios divididos por amperios equivalen a ohmios. ("E" y "I" son una abreviatura física para la carga y la corriente, "R" es la resistencia.) @Spehro citó la corriente de la lámpara en 300 miliamperios, .3 amperios. 3 voltios divididos por .3 amperios equivalen a 10 ohmios: \ $ \ dfrac {3V} {0.3A} = 10 \ Omega \ $.

\ $ \ dfrac {V} {A} = R \ $, multiplica ambos lados por \ $ \ dfrac {1} {V}: \ dfrac {V} {AV} = \ dfrac {R} {V} PS Suelta \ $ \ dfrac {V} {V} \ $ y obtienes \ $ \ dfrac {1} {A} = \ dfrac {R} {V} \ $ o \ $ A = \ dfrac {V} {R} PS Dos bombillas en serie, \ $ 10 \ Omega + 10 \ Omega = 20 \ Omega \ $. \ $ \ dfrac {3V} {20 \ Omega} = .150A \ $. La mitad de la corriente. \ $ RA = V \ $, \ $ 10 \ Omega \ veces .15 A = 1.5 V \ $, la mitad del voltaje por bombilla .

El módulo LED lo empeora porque el LED tiene una caída de tensión directa de más de 1 voltio y 33 ohmios en serie. Entonces la corriente es \ $ A = \ dfrac {3V - 1.xV} {10 + 33 \ Omega} \ $, algo en el rango de \ $ \ dfrac {1.9V} {43 \ Omega} \ $ a \ $ \ dfrac {1.1V} {43 \ Omega} \ $. A lo sumo, menos de 0.05 Amperios, quizás tan poco como 0.025 Amperios. ¡Entre 1/6 y 1/10 la corriente que la bombilla tiene en el circuito paralelo!

Para fines de discusión, los LED rojos tienen una caída de tensión directa de 1. (algo) voltios, los verdes rondan los 2 voltios, los azules aún más altos. Por supuesto, tienen valores de resistencia finitos, pero es más fácil pensar que simplemente eliminan ese voltaje fijo. La corriente puede calcularse entonces como el voltaje restante a través de la resistencia. Si no hay una resistencia, debe haber alguna forma más elaborada de limitar la corriente.

Para más diversión, coloque un motor eléctrico del tamaño apropiado en serie con una bombilla, observe qué tan brillante es la bombilla, luego coloque algún tipo de carga en el motor: un dedo que presiona suavemente, una paleta de ventilador o una paleta para mover el aire, ¿Ve algún cambio?

    
respondido por el Bill IV
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Una forma de visualizar, y por lo tanto entender lo que está pasando en el circuito, es una explicación o analogía muy simplificada, pensando que el LED no pasa la corriente suficiente para encender la lámpara. En pocas palabras, tiene mucha más resistencia que la lámpara en esencia. Si colocó dos lámparas de tipo idéntico en serie, ambas deberían brillar con la misma intensidad, tan brillante como la corriente proporcionada por la fuente de alimentación, Como una analogía realmente simple, dos lámparas de 115 voltios de CA del mismo vataje colocadas en serie necesitarían + - 230 voltios para iluminarse por completo.

Sin embargo, el LED tiene mucha más resistencia que la lámpara, o más precisamente es un semiconductor y tiene una caída de tensión directa.

Simplificado: Una caída de voltaje hacia adelante a través del LED de aproximadamente 2 voltios en el consumo de corriente de aproximadamente 20 mA (no puedo recordar los números precisos en este momento) y parece ser una configuración de batería de 3 voltios, lo que dejaría solo un voltio para la lámpara . Además, el LED no pasará a lo largo de la corriente suficiente para calentar el filamento (que está clasificado como un inductor y el LED como un semiconductor, por lo que mi analogía es imprecisa), pero la lámpara probablemente no se iluminaría completamente incluso si el voltaje suministrado fuera más alto para compensar para la caída de tensión directa del LED.

Espero que tenga sentido.  Pido disculpas si no, pero tengo prisa y solo vi esto cuando estaba a punto de tener que desconectarme y hacer otra cosa.

    
respondido por el StansSongs
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Su pregunta me recuerda a un experimento similar en el que dos potencias desiguales pero lámparas de voltaje idénticas están conectadas en serie. De repente, se aplica una tensión al doble del tamaño de una de las lámparas a la disposición, solo observe lo que sucede. Al elegir su voltaje, tenga en cuenta la seguridad eléctrica. Las lámparas clasificadas a 6 voltios funcionarían bien. Sugiera que una bombilla de parada / luz lateral a 6 voltios estaría bien. ¡Este experimento se utilizó en un examen práctico de Física "A" de GCE hace unos 30 años!

Otra cosa que podría intentar es conectar diferentes lámparas de filamento de 240 voltios con cubiertas de vidrio transparente a 12 voltios. Si recuerdo correctamente, las lámparas de 25 vatios funcionan bien y brindarán un brillo suave de filamento que es muy agradable de ver. De nuevo, tenga en cuenta la seguridad eléctrica.

    
respondido por el Nyge
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Solo ignoraré las caídas de voltaje por un momento y lo explicaré en términos de corriente.

Cuando se coloca en serie con el LED, la corriente que pasa a través del LED también pasa a través de la bombilla, pero el calor que entra en el filamento (corriente cuadrada, multiplicado por la resistencia de la bombilla) es insuficiente para que el filamento se caliente lo suficiente como para Producir luz visible.

La luz del LED es aproximadamente proporcional a la corriente que la atraviesa, mientras que el brillo de la bombilla (para una bombilla tenue / con poca potencia) tiene una proporcionalidad más cercana al cubo de la corriente de entrada. Si coloca una lámpara de "grano de trigo" (20ma), en serie con el LED, y ajusta la corriente, esto quedará claro.

Ahora para algunos físicos: Las baterías representan una fuente de voltaje casi ideal, esto es porque dentro de la batería hay una reacción química que mueve los electrones desde el cátodo (+) al ánodo (-) hasta que la diferencia de potencial entre los dos terminales alcanza el voltaje del circuito abierto. Llamaré a esto Vbatt.

Cuando se realiza una conexión eléctrica entre los dos terminales, los electrones fluyen en la conexión externa de (-) a (+) terminal debido a esta diferencia de potencial, creando un "circuito" de electrones. Este flujo de electrones reduce la diferencia de potencial entre los terminales, lo que hace que la reacción se acelere y suministre más electrones, y la corriente aumenta. Al hacerlo, crea una tensión creciente en la carga debido a la resistencia. La diferencia de corriente y potencial en los terminales aumenta hasta que es suficiente para detener el aumento de la velocidad de reacción. Matemática, I1 * R1 = Vbatt.

    
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@Mark McLaren Pregunta interesante ... pero si pudiera cambiar la posición del led y la bombilla sin cambiar la polaridad (como está) en un circuito en serie, entonces la bombilla se encenderá si mi lógica es correcta ... No hace falta decir que primero se cae el voltaje a través del LED y el voltaje restante (3 VOLT MENOS el voltaje usado por el LED) es insuficiente para la bombilla ... aunque tiene suficiente corriente, ya que está en serie. Los electrones fluyen desde la polaridad de las baterías hacia el led primero y puede ser por eso que el voltaje primero cae en el led y el resto en la lámpara ... intente cambiar la posición del led y la lámpara y ver si la lámpara se enciende. ... esperemos que incluso el LED se encienda porque el led requiere bajo voltaje y el voltaje restante será suficiente para el led. soy curioso

    
respondido por el Amit Thakor

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