LED e lâmpada em série - por que a lâmpada não acende?

Meu filho de 6 anos acabou de começar a experimentar um kit estilo Snap Circuits e já temos uma pergunta muito básica.

Se organizarmos um LED e uma lâmpada em paralelo alimentados por baterias, o LED e a lâmpada acenderão intensamente.

No entanto, se organizarmos o LED e a lâmpada em série, apenas o LED acenderá.

Obviamente, a corrente está passando pela lâmpada (se eu desapertar a lâmpada, o LED se apaga).

Então, por que a lâmpada não acende?

Sou um pouco dispendioso, então, em vez de comprar os circuitos Snap adequados, comprei um conjunto genérico semelhante da China no eBay (veja: Kit de blocos eletrônicos W-58 )

(Desculpas se isso for muito básico para este fórum, mas ainda não encontrei a resposta via Google)

Para o LED e a lâmpada conectados em paralelo, cada um tem toda a tensão da bateria.

Quando conectada em série, a tensão em cada um deve somar a tensão da bateria.

Sem mais informações do que as fornecidas, a resposta mais provável é que a tensão na lâmpada, que deve ser igual à tensão da bateria menos a tensão no LED, é insuficiente para produzir luz visível.

Ao digitar esta resposta, vejo que você adicionou algumas fotos. Parece que a tensão total da bateria é de cerca de 3V. Dado que muitos LEDs têm uma voltagem direta superior a 2V, isso deixa menos de 1V na lâmpada.

Você tem um voltímetro com seu kit? Nesse caso, meça a tensão na lâmpada para a conexão em série.

O LED cai tanta voltagem que resta muito pouco para a lâmpada.

Você tem apenas duas baterias de 1,5V, que, em série, são suficientes para a voltagem direta do LED.

As lâmpadas incandescentes diminuem rapidamente quando a energia que elas dissipam é reduzida: a energia é a voltagem ao quadrado, dividida pela resistência.

Por esse motivo, o escurecimento das lâmpadas incandescentes não economiza muita energia. Apenas uma pequena redução fracionária da potência dissipada escurece quase sempre uma lâmpada.

Os filamentos geram principalmente calor e apenas uma pequena fração como luz visível. Isso é muito sensível à temperatura, muito sensível à energia dissipada.

Tente olhar para a lâmpada em um quarto escuro; você poderá ver um leve brilho vermelho. Além disso, a luz do LED pode estar impedindo que você veja o brilho fraco que a lâmpada está emitindo, mesmo em uma sala escura. Cubra o LED também.

DEVE existir um resistor em série com o LED. Um LED é um diodo e os diodos aumentam rapidamente a corrente que passam quando a tensão aplicada sobe acima de um certo ponto, bem abaixo de 3V. Portanto, sem um resistor limitador de corrente, o LED passaria tanta corrente que queimaria.

As respostas anteriores que dizem que o LED cai a tensão estão corretas, mas a queda ocorre na combinação do LED e do resistor oculto. A lâmpada apenas adiciona um pouco mais de resistência, o que reduz um pouco a corrente, mas apenas torna o LED um pouco mais escuro. Mas a lâmpada é roubada da tensão mínima necessária para acender.

Um fator adicional e interessante é que a resistência do filamento da lâmpada incandescente quando frio é aproximadamente 1/10 da sua resistência quando quente.

Em vez de 10 ohms, a lâmpada apagada fria provavelmente está mais próxima de 1 ohm.

$P = I^2 \cdot R$

A lâmpada da série é pouco mais do que um fio enrolado, completando o circuito de luzes LED.

Por outro lado, o recurso de coeficiente positivo de temperatura das lâmpadas incandescentes pode ser útil; consulte o oscilador de áudio inicial da HP e leia sobre os osciladores de ponte de Viena .

Ótima pergunta! É paralelo versus circuitos em série, como observado. Em paralelo, a lâmpada e os módulos de LED recebem 3 Volts completos. Em série, eles precisam compartilhar os 3 Volts, para que cada um receba um pouco. Se fosse 2 do mesmo tipo de lâmpada, cada um obteria 1/2 da tensão. 3 lâmpadas em série, cada uma recebe 1/3, e assim por diante. O módulo LED o torna mais complexo. Mas vamos fazer o maior problema primeiro.

$\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}$

Para fins de discussão, os LEDs vermelhos têm uma queda de tensão direta de 1. (algo) volts, o verde é de cerca de 2 volts, o azul é ainda mais alto. É claro que eles têm valores finitos de resistência, mas é mais fácil pensar neles como simplesmente remover a tensão fixa. A corrente pode então ser calculada como a tensão restante no resistor. Se não houver um resistor, é preciso haver uma maneira mais elaborada de limitar a corrente.

Para uma maior diversão, coloque um motor elétrico de tamanho apropriado em série com uma lâmpada, observe o quão brilhante é a lâmpada e, em seguida, coloque algum tipo de carga no motor - um dedo pressionando suavemente, uma lâmina de ventilador ou pá para mover o ar etc. alguma mudança?

Uma maneira de visualizar e, portanto, entender o que está acontecendo no circuito, sendo esta uma explicação ou analogia muito simplificada, seria pensar que o LED não passa corrente suficiente para acender a lâmpada. Simplificando, tem muito mais resistência do que a lâmpada em essência. Se você colocar duas lâmpadas do mesmo tipo em série, ambas deverão brilhar igualmente brilhantes, tão brilhantes quanto a corrente fornecida pela fonte de alimentação permitida. Como uma analogia realmente simples, duas lâmpadas de 115 volts CA da mesma potência colocadas em série exigiriam + - 230 volts para iluminar completamente.

No entanto, o LED possui muito mais resistência que a lâmpada ou, mais precisamente, é um semicondutor e possui uma queda de tensão direta.

Simplificado: uma queda de tensão direta no LED de aproximadamente 2 volts, por exemplo, consumo de corrente de 20 mA (não consigo lembrar os números precisos agora) e isso parece ser uma configuração de bateria de 3 volts, o que deixaria apenas cerca de um volt para a lâmpada. Além disso, o LED não passa corrente suficiente para aquecer o filamento (que é classificado como indutor e o LED como semicondutor, portanto, minha analogia é imprecisa), mas a lâmpada provavelmente não acenderia totalmente, mesmo que a tensão fornecida fosse maior para compensar para a queda de tensão direta do LED.

Espero que faça sentido. Peço desculpas se não, mas estou apressado e só vi isso porque estava prestes a sair da linha e fazer outra coisa.

Sua pergunta me faz lembrar de um experimento semelhante, no qual duas watts desiguais, mas lâmpadas de tensão idênticas, são conectadas em série. Uma tensão com o dobro do tamanho de uma das lâmpadas é repentinamente aplicada ao arranjo - observe o que acontece. Ao escolher sua voltagem, lembre-se da segurança elétrica. Lâmpadas classificadas em 6 volts funcionariam bem. Sugira que uma lâmpada de parada de carro / luz lateral a 6 volts seria adequada. Este experimento foi usado em um exame prático de Física da GCE "A" há cerca de 30 anos!

Outra coisa que você pode tentar é conectar diferentes lâmpadas de 240 volts com conchas de vidro transparente a 12 volts - se bem me lembro, as lâmpadas de 25 watts funcionam bem e proporcionam um brilho suave de filamento, que é muito agradável de ver. Mais uma vez, esteja ciente da segurança elétrica.

Só vou ignorar as quedas de tensão por um momento e explicar em termos de corrente.

Quando colocada em série com o LED, a corrente que passa pelo LED também passa pela lâmpada, mas o calor que entra no filamento (corrente ao quadrado, multiplicada pela resistência da lâmpada) é insuficiente para que o filamento aqueça o suficiente para produzir luz visível .

A luz do LED é aproximadamente proporcional à corrente que passa através dele, enquanto o brilho da lâmpada (para uma lâmpada fraca / com pouca potência!) Tem uma proporcionalidade mais próxima do cubo de corrente de entrada. Se você colocar uma lâmpada "grão de trigo" (20ma), em série com o LED, e ajustar a corrente, isso ficará claro.

Agora, para um pouco de física: as baterias representam uma fonte de tensão quase ideal, porque dentro da bateria há uma reação química que move elétrons do cátodo (+) para o ânodo (-) até que a diferença de potencial entre os dois terminais atinja a abertura tensão do circuito. Vou chamar isso de Vbatt.

Quando uma conexão elétrica é feita entre os dois terminais, os elétrons fluem na conexão externa do terminal (-) para (+) devido a essa diferença de potencial, criando um "circuito" de elétrons. Esse fluxo de elétrons reduz a diferença de potencial entre os terminais, fazendo com que a reação acelere e forneça mais elétrons, e a corrente aumenta. Ao fazê-lo, cria uma tensão crescente na carga devido à resistência. A diferença de corrente e potencial nos terminais aumenta até que seja suficiente para parar o aumento da taxa de reação. Matemática, I1 * R1 = Vatt.

@ Mark McLaren Pergunta interessante .... mas se você pudesse trocar a posição do led e da lâmpada sem alterar a polaridade (como é) no circuito em série, a lâmpada acenderá se minha lógica estiver correta .... Não é preciso dizer que a tensão cai primeiro através do LED e a tensão restante (3 VOLT menos a tensão usada pelo LED) é insuficiente para a lâmpada ... embora tenha corrente suficiente, pois em série. Os elétrons fluem da polaridade das baterias para o led primeiro e pode ser por isso que a tensão cai primeiro através do led e o restante pela lâmpada ... tente trocar a posição do led e da lâmpada e veja se a lâmpada acende. ..até mesmo o LED acenderá porque o led requer baixa voltagem e a tensão restante será suficiente para o led. estou curioso