Watt - saya pikir saya mendapatkan energi gratis dari suatu rangkaian?

Bayangkan saya memiliki baterai 10V dengan kapasitas 1 jam yang terhubung ke resistor 100 Ohm.

Saya akan mendapatkan 0,1A (V / R) pada kekuatan 1W (tegangan x saat ini) dengan total 10 jam. Sebagai watt didefinisikan sebagai J / s baterai saya menghasilkan total 3.600J (1x60x60).

Sekarang, bayangkan saya mendapatkan baterai kedua yang identik dan menghubungkannya secara seri ke yang pertama. Saya akan secara efektif memiliki baterai 20V dengan kapasitas 2Ahrs, semua terhubung ke resistor 100 Ohm yang sama.

Saya akan mendapatkan 0,2A pada kekuatan 4W (tegangan x saat ini) dengan total 10 jam. Ini akan menghasilkan 14.400 J (4x60x60).

Jadi, dari menggandakan sumber energi saya, saya telah empat kali lipat output energi!

Jelas saya telah membuat kesalahan di suatu tempat baik dalam perhitungan saya atau pemahaman konseptual, dan saya akan sangat berterima kasih kepada siapa pun yang bisa membuat saya benar.

Terima kasih!

— pengguna122374
sumber

20V dengan kapasitas 2Ahrs - salah. Menghubungkan baterai secara seri tidak menambah kapasitasnya. Anda akan mendapatkan 1Ah yang sama

— Eugene Sh.

Menghubungkan dua baterai secara seri menggandakan Wh mereka, berdasarkan menggandakan tegangan, tetapi Ah tetap sama.

— Neil_UK

Bayangkan Anda memiliki bak mandi bocor yang berisi 1 liter air, yang mengalir pada 0,1 liter per jam dan akan mengalir selama 10 jam sebelum kosong. Sekarang tempatkan bak mandi bocor kedua yang identik di sebelahnya. Anda secara efektif memiliki satu bak mandi besar yang akan mengalirkan 0,2 liter per jam selama 10 jam. OK, sekarang tempatkan bak mandi kedua di atas bak mandi pertama, sehingga mengalir ke dalamnya. Apa yang membuat sistem baru ini tiba-tiba mulai terkuras pada 0,2 liter per jam dari bak bawah? Tidak ada. Anda sekarang secara efektif memiliki bathtub dengan 2 liter air di dalamnya, tetapi itu tidak membuatnya mengalir lebih cepat.

— Eric Lippert

Terima kasih atas tanggapannya. Saya tidak yakin analogi Anda bekerja di sini, @EricLippert karena baterainya akan mendorong arus dua kali lipat, tidak seperti dua bathtub yang ditumpuk. Tetapi nampak dari jawaban lain di sini bahwa itu akan mengering selama setengah.

— user122374

@ user122374 bak ditumpuk di atas satu sama lain (seri) TIDAK akan memberikan lebih banyak saat ini

— Doktor J

Jawaban:

Selamat karena memiliki kecerdasan untuk mengetahui ada sesuatu yang salah!

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Gambar 1. Pengaturan baterai paralel dan seri akan memiliki peringkat VAh yang sama.

Saya akan secara efektif memiliki baterai 20 V dengan kapasitas 2 Ah.

Itu kesalahannya.

Secara paralel mereka dapat memasok 1 A masing-masing selama satu jam. Ini sangat mudah untuk divisualisasikan jika Anda menjalankan satu selama satu jam dan kemudian ganti dengan yang lain.
Secara seri keduanya berjalan secara simultan dan arus yang sama mengalir melalui keduanya. Keduanya akan debit pada tingkat yang sama.

Ini adalah salah satu alasan bagus untuk menggunakan Wh (watt-jam) untuk perbandingan baterai. Ini membuatnya jauh lebih mudah untuk membandingkan penyimpanan energi baterai ketika baterai memiliki tegangan yang berbeda.

Dalam contoh Anda, Anda memiliki . Dengan dua baterai kami memiliki kapasitas baik dalam seri atau paralel. $Capacity = V \cdot Ah = 10 \cdot 1 = 10~Wh$ $20~Wh$

Daya muat kami diberikan oleh . $P = \frac {V^2}{R}$

Secara paralel seperti yang Anda hitung. . $P = \frac {10^2}{100} = 1~W$ $Runtime = \frac {Wh}{W} = \frac {20}{1} = 20~h$
Dalam seri seperti yang Anda hitung. . $P = \frac {20^2}{100} = 4~W$ $Runtime = \frac {Wh}{W} = \frac {20}{4} = 5~h$

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Gambar 2. Tampilan alternatif dapat membantu. (a) Apakah rangkaian seri asli Anda. (B) adalah setara langsung. Karena titik tengah dari resistor 50 is memiliki potensi yang sama dengan titik tengah tumpukan baterai, maka tidak ada bedanya jika kita menghubungkannya bersama seperti yang ditunjukkan pada (c). Sekarang kami memiliki dua sirkuit 1 Ah yang masing-masing diumpankan ke beban 50..

— Transistor
sumber

Ketika Anda menggandakan baterai, Anda menggandakan arus, dan akibatnya melipatgandakan daya dalam resistor. Anda mendapatkan semua itu dengan benar.

Namun Anda sepertinya melewatkan itu dengan menggandakan arus, Anda juga membagi dua runtime baterai Anda. Jadi itu tidak akan berjalan selama 10 jam, tetapi 5. Jadi total energi hanya dua kali lipat, bukan empat kali lipat.

Ketika Anda menghubungkan baterai dalam seri seperti ini, kapasitas pengisian baterai komposit yang dihasilkan (biasanya dalam mAh) tidak berubah. Itu tidak berubah karena setiap unit yang diisi bergerak melalui baterai juga harus bergerak melalui setiap sel. Jadi, menambahkan lebih banyak sel (atau baterai sel) secara seri tidak meningkatkan muatan total yang dapat dipindahkan oleh baterai dalam masa pakainya, tetapi menambah tegangan di mana muatan itu dapat bergerak, yang menyumbang energi kimia tambahan yang Anda miliki. sudah ditambahkan.

— Phil Frost
sumber

Terima kasih Phil, konsep yang Anda sebutkan tentang berapa banyak muatan yang melewati setiap sel membantu memahami apa yang terjadi.

— user122374

Saya akan mendapatkan 0,2A pada kekuatan 4W (tegangan x saat ini) dengan total 10 jam.

Karena tidak ada baterai yang dapat memasok 0,2A selama 10 jam, dan keduanya perlu benar, ini salah.

Arus yang sama mengalir melalui kedua baterai dan itu sama dengan arus melalui beban karena ini adalah rangkaian seri murni. Jadi untuk memasok 0,2A ke beban, setiap baterai harus dapat memasok 0,2A.

Sekarang, bayangkan saya mendapatkan baterai kedua yang identik dan menghubungkannya secara seri ke yang pertama. Saya akan secara efektif memiliki baterai 20V dengan kapasitas 2Ahrs , semua terhubung ke resistor 100 Ohm yang sama.

Anda tidak menunjukkan bagaimana Anda mendapatkan 2 jam, tapi itu tidak benar. Sekali lagi, kedua baterai harus memasok arus penuh . Karena setiap baterai dapat memasok 1Ah, keduanya bersama-sama dalam seri dapat memasok 1Ah karena arus tidak bertambah dalam koneksi seri.

— David Schwartz
sumber

Saya suka jawaban ini karena ia menelusuri pertanyaan "tidak, bukan 2 jam" dengan cara yang paling bisa dimengerti.

— Floris