LED dan lampu secara seri - mengapa bohlam tidak menyala?

Putra saya yang berusia 6 tahun baru saja mulai bereksperimen dengan kit gaya Snap Circuits dan kami sudah memiliki pertanyaan yang sangat mendasar.

Jika kita mengatur LED dan lampu secara paralel ditenagai oleh baterai maka LED dan lampu menyala terang.

Namun, jika kita mengatur LED dan lampu secara seri maka hanya LED yang menyala.

Jelas saat ini sedang melewati lampu (jika saya membuka bohlam, LED mati).

Jadi mengapa bohlam tidak menyala?

Saya agak pelit jadi daripada membeli Snap Circuits yang tepat, saya membeli set generik serupa dari Cina di eBay (Lihat: Electronic Blocks Kit W-58 )

(Maaf jika ini terlalu mendasar untuk forum ini tapi saya belum menemukan jawabannya melalui Google)

Untuk LED dan lampu terhubung paralel, masing-masing memiliki seluruh tegangan baterai.

Ketika seri terhubung, tegangan di masing-masing harus berjumlah tegangan baterai.

Tanpa informasi lebih dari yang diberikan, jawaban yang paling mungkin adalah bahwa tegangan melintasi lampu, yang harus sama dengan tegangan baterai dikurangi tegangan di LED, tidak cukup untuk menghasilkan cahaya tampak.

Saat mengetik jawaban ini, saya melihat bahwa Anda telah menambahkan beberapa gambar. Tampaknya tegangan baterai total sekitar 3V. Mengingat bahwa banyak LED memiliki tegangan maju lebih dari 2V, ini menyebabkan kurang dari 1V melintasi bohlam.

Apakah Anda memiliki voltmeter dengan kit Anda? Jika demikian, ukur tegangan pada lampu untuk koneksi seri.

LED turun begitu banyak tegangan sehingga sangat sedikit yang tersisa untuk bola lampu.

Anda hanya memiliki dua baterai 1.5V, yang, secara seri, hampir tidak cukup untuk tegangan maju LED.

Lampu pijar dengan cepat menjadi redup ketika daya yang mereka hilangkan berkurang: daya adalah tegangan kuadrat, dibagi dengan hambatan.

Karena alasan ini, peredupan lampu pijar tidak menghemat banyak energi. Hanya sedikit penurunan kecil dalam watt yang hilang yang meredupkan bola lampu hampir sepanjang jalan.

Filamen menghasilkan sebagian besar panas, dan hanya sebagian kecil sebagai cahaya tampak. Ini sangat sensitif terhadap suhu, yang sangat sensitif terhadap daya yang hilang.

Coba lihat lampu di ruangan gelap; Anda mungkin bisa melihat cahaya merah redup. Selain itu, cahaya dari LED mungkin mencegah Anda melihat cahaya redup apa pun yang dipadamkan bohlam, bahkan di ruangan gelap. Tutupi LED juga.

HARUS ada resistor secara seri dengan LED. LED adalah dioda, dan dioda dengan cepat meningkatkan arus yang dilewatinya ketika tegangan yang diberikan naik di atas titik tertentu, jauh di bawah 3V. Jadi tanpa resistor pembatas arus, LED akan melewatkan begitu banyak arus sehingga akan terbakar.

Jawaban sebelumnya yang mengatakan bahwa LED menjatuhkan voltase sudah benar, tetapi dropnya adalah kombinasi antara LED dan resistor tersembunyi. Bola lampu hanya menambah sedikit perlawanan, yang mengurangi arus sedikit tetapi hanya membuat LED sedikit lebih redup. Tetapi bola lampu dirampok dari tegangan minimum yang dibutuhkan untuk menyalakan.

Faktor tambahan dan menarik adalah bahwa ketahanan filamen lampu pijar saat dingin kira-kira 1/10 dari resistansi saat panas.

Alih-alih 10 ohm, lampu dingin yang tidak menyala mungkin lebih dekat ke 1 ohm.

$P = I^2 \cdot R$

Seri lampu sedikit lebih dari sedikit keriting kawat melengkapi rangkaian lampu LED.

Di sisi lain, fitur koefisien suhu- positif dari lampu pijar dapat berguna; lihat osilator audio awal HP dan baca tentang osilator jembatan Wien .

Pertanyaan bagus! Ini sirkuit paralel versus seri, seperti yang disebutkan. Secara paralel, baik lampu dan modul LED mendapatkan 3 Volt penuh. Secara seri, mereka harus berbagi 3 Volt, sehingga masing-masing mendapat beberapa. Jika 2 dari jenis bohlam yang sama, masing-masing akan mendapatkan 1/2 dari tegangan. Seri 3 bola lampu, masing-masing mendapat 1/3, dan sebagainya. Modul LED membuatnya lebih kompleks. Tapi mari kita lakukan masalah terbesar terlebih dahulu.

$\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}$

Untuk tujuan diskusi, LED merah memiliki drop tegangan maju 1. (sesuatu) volt, hijau sekitar 2 Volts, biru bahkan lebih tinggi. Tentu saja mereka memiliki nilai resistansi yang terbatas, tetapi paling mudah untuk menganggapnya hanya dengan melepas tegangan tetap itu. Arus kemudian dapat dihitung sebagai tegangan yang tersisa melintasi resistor. Jika tidak ada resistor, perlu ada cara yang lebih rumit untuk membatasi arus.

Untuk lebih menyenangkan, masukkan motor listrik ukuran yang sesuai secara seri dengan bohlam, catat seberapa terang bohlam itu, kemudian letakkan semacam beban pada motor - jari menekan dengan lembut, bilah kipas atau dayung untuk menggerakkan udara, dll. Lihat ada perubahan?

Salah satu cara untuk memvisualisasikan, dan oleh karena itu memahami apa yang terjadi di sirkuit, ini menjadi penjelasan atau analogi yang sangat disederhanakan, akan dengan berpikir bahwa LED tidak melewatkan arus yang cukup untuk menyalakan lampu. Sederhananya, itu memiliki lebih banyak perlawanan daripada lampu pada intinya. Jika Anda menempatkan dua jenis lampu identik dalam seri, keduanya harus sama-sama bersinar terang, seterang arus yang diberikan oleh catu daya yang diizinkan, Sebagai analogi yang sangat sederhana, dua lampu AC 115 volt dengan watt yang sama yang ditempatkan dalam seri membutuhkan + - 230 Volt untuk menerangi sepenuhnya.

Namun LED itu memiliki ketahanan yang jauh lebih besar daripada lampu, atau lebih tepatnya itu adalah semikonduktor dan memiliki penurunan tegangan maju.

Sederhana: Penurunan tegangan maju pada LED kira-kira 2 volt pada arus undian 20mA, (saya tidak dapat mengingat angka pastinya sekarang) dan yang terlihat seperti konfigurasi baterai 3 volt, yang hanya menyisakan sekitar satu volt untuk lampu. Juga LED tidak akan melewati arus yang cukup untuk memanaskan filamen (yang diklasifikasikan sebagai induktor dan LED semikonduktor, jadi analogi saya tidak tepat), tetapi lampu mungkin tidak akan sepenuhnya menyala meskipun tegangan yang disediakan lebih tinggi untuk mengkompensasi untuk penurunan tegangan maju LED.

Saya harap itu masuk akal. Saya minta maaf jika tidak, tetapi saya tergesa-gesa dan hanya melihat ini karena saya harus keluar jalur dan melakukan sesuatu yang lain.

Pertanyaan Anda mengingatkan saya pada percobaan serupa di mana dua watt tidak sama tetapi lampu tegangan identik dihubungkan secara seri. Tegangan dua kali ukuran salah satu lampu tiba-tiba diterapkan pada pengaturan - lihat saja apa yang terjadi. Dalam memilih voltase, harap perhatikan keamanan kelistrikan. Lampu dengan nilai 6 volt akan bekerja dengan baik. Sarankan lampu stop / sidelight mobil pada 6 volt akan baik-baik saja. Eksperimen ini digunakan dalam ujian praktik Fisika GCE "A" sekitar 30 tahun yang lalu!

Hal lain yang bisa Anda coba adalah menghubungkan lampu filamen 240 volt yang berbeda dengan cangkang kaca bening ke 12 volt - jika saya ingat dengan benar lampu 25 watt bekerja dengan baik dan akan memberikan cahaya filamen lembut yang sangat menyenangkan untuk dilihat. Sekali lagi harap perhatikan keamanan kelistrikan.

Saya hanya akan mengabaikan penurunan tegangan sejenak, dan menjelaskannya dalam hal arus.

Ketika ditempatkan secara seri dengan LED, arus yang melewati LED juga melewati bohlam, tetapi panas yang masuk ke filamen (kuadrat saat ini, dikalikan dengan resistensi bohlam) tidak cukup untuk filamen menjadi cukup panas untuk menghasilkan cahaya yang terlihat. .

Lampu dari LED kira-kira sebanding dengan arus yang melewatinya, sedangkan kecerahan bohlam (untuk bohlam redup / kurang bertenaga!) Memiliki proporsionalitas yang lebih dekat ke kubus arus input. Jika Anda menaruh lampu "butiran gandum" (20mA), secara seri dengan LED, dan menyesuaikan arus, ini akan menjadi jelas.

Sekarang untuk beberapa fisika: Baterai mewakili sumber tegangan yang hampir ideal, ini karena di dalam baterai terdapat reaksi kimia yang memindahkan elektron dari katoda (+) ke anoda (-) hingga perbedaan potensial antara kedua terminal mencapai ruang terbuka. Tegangan sirkuit. Saya akan memanggil Vbatt ini.

Ketika koneksi listrik dibuat antara dua terminal, elektron mengalir di koneksi eksternal dari (-) ke (+) terminal karena perbedaan potensial ini, menciptakan "sirkuit" elektron. Aliran elektron ini mengurangi perbedaan potensial antara terminal, menyebabkan reaksi mempercepat dan memasok lebih banyak elektron, dan arus meningkat. Ketika hal itu terjadi, ia menciptakan peningkatan tegangan pada beban karena hambatan. Perbedaan arus dan potensial di terminal naik sampai cukup untuk menghentikan laju reaksi meningkat. Matematika, I1 * R1 = Vbatt.

@Mark McLaren Pertanyaan yang menarik .... tetapi jika Anda dapat menukar posisi led dan bulb tanpa mengubah polaritas (sebagaimana adanya) di rangkaian seri, maka bola lampu akan menyala jika logika saya benar .... Tidak perlu dikatakan bahwa tegangan jatuh melewati LED terlebih dahulu dan tegangan yang tersisa (3 volt tegangan MINUS digunakan oleh LED) tidak cukup untuk bohlam.Namun itu memiliki arus yang cukup karena seri. Elektron mengalir dari - polaritas baterai ke arah led pertama dan mungkin itu sebabnya voltase pertama jatuh di led dan sisanya melintasi lampu .... silakan coba menukar posisi led dan lampu dan lihat apakah lampu menyala. ..mungkin bahkan LED akan menyala karena led membutuhkan tegangan rendah dan tegangan yang tersisa akan cukup untuk led. saya penasaran