¿Por qué son estas lecturas violar la ley de ohm? (Son?)

Question

Estoy dando un repaso a mi escuela secundaria conocimientos de electrónica y me decidí a experimentar con una pequeña acquarium de la bomba que tenía por ahí. Tomé algunas medidas con un multímetro y los resultados me confundan a ningún extremo. Las lecturas no parecen corresponder con la ley de Ohm, la corriente parece diferir, etc, y ahora estoy perplejo.

Tengo esta pequeña bomba conectada a dos pilas AA. De acuerdo a la (escasa) hoja de datos, que está clasificado para los 3V y consume una corriente de "< 460mA". Uso del multímetro para leer el voltaje de la batería (con nada conectado) tengo 3.18 V, lo cual tiene sentido porque eran frescos pilas AA. Entonces me decidí a conectar la bomba y lea el voltaje en los dos conectores de la bomba. Esta lectura 2.9 V, que fue sorprendente para mí, porque al parecer 0.28 V había desaparecido. Los cables de la batería para la bomba son sólo un par de centímetros de largo, por lo que esto parece como un montón de voltaje a perder en tan corto los cables. Yo, a continuación, inserta el multímetro en el circuito y se mide 0.19 A. Finalmente, he medido la bomba de la resistencia, que fue de 3,5 Ohmios.

Ahora, según la ley de Ohm, U = I * R, por lo que 0.19 * 3.5 Ohm = 0.665 V. lejos de 3.18 V o, incluso, el 2.9 V I medido en la bomba. ¿Cómo es esto posible?

De intentar algo más, me enganchó la bomba a una 5V conector molex de un viejo PC de la fuente de alimentación. La medición de voltaje en el conector molex, tengo 5.04 V. Medición de la bomba de conectores, tengo 4.92 V. Insertar el multímetro en el circuito, de repente me lea 0.28 A. Así que al parecer, la bomba de repente saca 200mA más de lo que hizo antes, lo que parece raro: no es un componente supone simplemente dibujar la corriente que requiere? Lanzamiento de estos números en la ley de Ohm se me 4.92 / 0.28 = 17.575. También no es la 3.5 Ohmios he medido.

Finalmente, he decidido añadir algunas resistencias a la caída de los 5V de la molex aproximadamente 3V. He añadido un par de 1 Ohm resistencias en serie que se tradujo en una medida de la resistencia de 4.3 Ohmios. Ahora, si debo colocar el multímetro en el circuito puedo obtener 0.24 Una, sin embargo, de nuevo un curso diferente. Medición de voltaje a través de las resistencias puedo obtener 0.98 V, y la medición a través de la bomba llego 3.93 V. 0.24 Un * 4.3 Ohmios = 1.032 V, que no es el 0.98 V I medido.

Estoy al parecer falta algo fundamental acerca de los circuitos o la ley de Ohm, pero no puedo averiguar. He considerado que el hecho de que la bomba de la resistencia a los cambios cuando se está conectado, pero aún así no tiene sentido que los valores medidos en las resistencias no siguen la ley de Ohm. Lo que me estoy perdiendo?

Answer 1

Como ya hemos descubierto, un motor eléctrico no está bien modelada como una resistencia, y como tal no obedece la ley de Ohm.

Un mejor modelo para un motor eléctrico de CC es que hay cierta resistencia en serie con una variable de voltaje de la fuente.

Además, la batería tiene cierta resistencia interna, que puede ser modelada como una resistencia en serie*. Una fuente de alimentación de PC también se puede utilizar este mismo modelo, pero la resistencia de la serie es probable que sea menor. A continuación, el sistema se ve como:

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Nos puede explicar por qué en el primer caso, su voltaje medido es menor que el de no-carga el voltaje de la batería porque tenemos un divisor de tensión. Haciendo un poco de matemática,

\begin{align} V_{emf} = V_+ - I R_m\\ R_s = \frac{V_{bat} - V_+}{I} \end{align}

Se mide \$R_m = 3.5 \Omega\$, \$I = 0.19 A\$, y \$V_+ = 2.9V\$, por lo que \$V_{emf} = 2.24 V\$\$R_s = 1.47 \Omega\$.

En el segundo caso, \$V_+ = 4.92V\$\$I = 0.28A\$. Por lo tanto: \$V_{emf} = 3.94 V\$\$R_s = 0.43 \Omega\$.

Observe que \$V_{emf}\$ es diferente entre los dos. Esto es debido a que \$V_{emf}\$ es de aproximadamente linealmente proporcional a cuán rápido el motor está girando. Usted debe haber observado que el motor gira más rápido cuando se enlazan con los 5V de alimentación.

Además, el modo multi-metros de medir la corriente es mediante la introducción de una serie de derivación de la resistencia y se mide el voltaje a través de esta resistencia. Esto complica aún más el análisis, por lo que la medición de corriente y tensión de carga no son exactamente correlacionados. Es más difícil hacer este análisis, pero es posible si se sabe la serie de la derivación de la resistencia. Esto es a veces citado como un "voltaje de carga" en un nominal de corriente de prueba y puede utilizar la ley de Ohm para recuperar la derivación de la resistencia.

Es posible reconstruir lo que la medición de la tensión de carga debe ser con un solo medidor, pero se requiere más información sobre cómo \$V_{emf}\$ se comporta de que está más allá del alcance de esta respuesta.

Si tu medidor para el mayor rango de corriente este se use la menor resistencia shunt, se puede minimizar el impacto de tener el medidor en serie con el costo de perder un poco de precisión.

*nota: las Baterías no tienen una constante resistencia interna, pero esto es una aproximación razonable. Depende de un montón de factores, incluyendo pero no limitado a la energía almacenada, la temperatura y la carga.

Answer 2

Helloworld922 la respuesta es correcta y bastante bueno, pero pensé que te podría ayudar a responder directamente a sus preguntas de una en una.

Uso del multímetro para leer el voltaje de la batería (con nada conectado) tengo 3.18 V, lo cual tiene sentido porque eran frescos pilas AA. Entonces me decidí a conectar la bomba y lea el voltaje en los dos conectores de la bomba. Esta lectura 2.9 V, que fue sorprendente para mí, porque al parecer 0.28 V había desaparecido. Los cables de la batería para la bomba son sólo un par de centímetros de largo, por lo que esto parece como un montón de voltaje a perder en tan corto los cables.

Las baterías (y algunas otras fuentes de voltaje), que puede producir un voltaje más alto de lo normal si la carga no está conectada. El voltaje nominal de una batería AA de 1,5 V, por lo que su segunda medición es en realidad más cerca de su valor nominal. Citando a Wikipedia: "La efectiva cero de la tensión de carga de un no dados de alta alcalina de la batería varía de 1.50 a 1.65 V, dependiendo de la pureza del dióxido de manganeso utilizado y el contenido de óxido de zinc en el electrolito. El promedio de voltaje bajo carga depende del nivel de descarga y la cantidad de corriente, variando de 1.1 a 1.3 V." La caída de tensión en los cables deben estar cerca de cero.

Yo, a continuación, inserta el multímetro en el circuito y se mide 0.19 A. Finalmente, he medido la bomba de la resistencia, que fue de 3,5 Ohmios. Ahora, según la ley de Ohm, U = I * R, por lo que 0.19 * 3.5 Ohm = 0.665 V. lejos de 3.18 V o, incluso, el 2.9 V I medido en la bomba. ¿Cómo es esto posible?

HelloWorld922 la respuesta que cubre este. Hay dos cosas importantes a entender aquí. En primer lugar, un motor no es una resistencia, a pesar de que sus cables tienen resistencia. En segundo lugar, un motor que genera un voltaje cuando se ilumina, el llamado back-EMF. El back-EMF se opone a la corriente del motor. Se espera que la bomba a consumir:

$$I = \frac V R = \frac {2.9\ \mathrm V} {3.5\ \Omega} \approx 830\ \mathrm{mA}$$

Esta corriente se llama el puesto actual, y es lo que se puede esperar si la bomba se quedaron atrapados. En ese caso, la única carga en las baterías es la resistencia de la bomba de cableado. Cuando la bomba está en movimiento, usted tiene que considerar el back-EMF. El actual realmente no ser constante, ya sea.

De intentar algo más, me enganchó la bomba a una 5V conector molex de un viejo PC de la fuente de alimentación. ... Insertar el multímetro en el circuito, de repente me lea 0.28 A. Así que al parecer, la bomba de repente saca 200mA más de lo que hizo antes, lo que parece raro: no es un componente supone simplemente dibujar la corriente que requiere?

No. Este es el caso de algunos transistores basados en dispositivos electrónicos, pero no todos los componentes. (Transistores pueden actuar aproximadamente una constante sumidero de corriente.)

He añadido un par de 1 Ohm resistencias en serie que se tradujo en una medida de la resistencia de 4.3 Ohmios. Ahora, si debo colocar el multímetro en el circuito puedo obtener 0.24 Una, sin embargo, de nuevo un curso diferente. Medición de voltaje a través de las resistencias puedo obtener 0.98 V... 0.24 Un * 4.3 Ohmios = 1.032 V, que no es el 0.98 V I medido.

Multímetros afectan el circuito que está conectado. Habría que revisar sus especificaciones para hacer un cálculo exacto. Intuitivamente, el medidor actúa como un resistor en paralelo con el 4.3 ohmios. Esto reduce la resistencia total, lo que reduce la caída de voltaje. (Esa es mi suposición, de todos modos, como dije, depende del medidor.)

Estoy al parecer falta algo fundamental acerca de los circuitos o la ley de Ohm, pero no puedo averiguar.

La Ley de Ohm no es una absoluta leyes de los circuitos eléctricos. Es una propiedad de ciertos materiales, que son llamados Óhmica de los materiales. Muy pocos dispositivos reales pueden ser modelados como simples resistencias, incluso en circunstancias normales! (En las frecuencias altas, incluso (física) resistencias de dejar de ser (la teoría de circuitos) resistencias, pero me ahorraré los detalles por ahora. :-))

Las reglas se puede confiar en (baja frecuencia) de los circuitos eléctricos son:

1. De Kirchoff Voltaje de la Ley: La suma de los voltajes alrededor de un lazo cerrado debe ser igual a cero.
2. De Kirchoff a la Actual Ley: La suma de las corrientes que entran y salen de un circuito nodo debe ser igual a cero.
3. Conservación de la Energía: La suma de la potencia instantánea (v(t) * i(t)) producido y consumido por todos los componentes de un circuito debe ser igual a cero.

Todo lo demás es el modelado. Si desea predecir el comportamiento de un circuito, se necesitan buenos modelos para sus componentes. Y como todo el mundo ha dicho, una resistencia no es un buen modelo para una bomba.

Answer 3

Uso del multímetro para leer el voltaje de la batería (con nada conectado) tengo 3.18 V, lo cual tiene sentido porque eran frescos pilas AA. Entonces me decidí a conectar la bomba y lea el voltaje en los dos conectores de la bomba. Esta lectura 2.9 V, que fue sorprendente para mí, porque al parecer 0.28 V había desaparecido.

Considere lo que iba a pasar se que este no es el caso. Lo que si se puede conectar una carga a la batería y el voltaje se mantuvo sin cambios? Lo que si que carga es solo un cable?

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Cuánta corriente fluye aquí? Bien, un ideal de alambre es un 0Ω resistencia, y hay 3V a través de ella. Usando la ley de Ohm, podemos dividir a 3V por la resistencia para obtener la corriente (\$I=E/R\$):

$$ I = \frac{3\:\mathrm V}{0\:\Omega} $$

En la práctica, los cables tienen alguna resistencia, por lo que en realidad no terminan creando un universo de final de la singularidad. ¿Y si el cable es muy corto y la grasa, y tiene una resistencia de 0.0001 Ω?

$$ I = \frac{3\:\mathrm V}{0.0001\:\Omega} = 30000\:\mathrm A $$

Wow eso es un montón de la corriente. Yo esperaría que el alambre se vaporiza en un instante.

Por supuesto, esto no es lo que en realidad sucede. Real baterías tienen una resistencia interna, que es una suma de la resistencia de las piezas de metal de ellos, y la conductividad finita de los electrolitos en ellos, y las propiedades químicas que limitan la velocidad de la reacción que ocurre en las baterías, que los hace capaces de la bomba de carga eléctrica.

Podemos calcular lo que esta resistencia interna es, aproximadamente. Sabemos que en 0A, el voltaje a través de la batería es de 3.18 V. Y sabemos que con la bomba en funcionamiento se mide 2.9 V y 0,19 A. Así:

^{simular este circuito}

Sabemos que la corriente es la misma en todas partes, en un circuito en serie, debe haber Una 0.19 fluye a través del resistor. Y tenemos que calcular el valor de la resistencia tal que el voltaje a través de ella es que "falta" de 0,28 V. Esta es una aplicación para la ley de Ohm:

$$ R = \frac{0.28\:\mathrm V}{0.19\:\mathrm A} = 1.47\:\Omega $$

Por último, he medido la bomba de la resistencia, que fue de 3,5 Ohmios

Esto es no una aplicación para la ley de Ohm. La ley de Ohm se aplica a las resistencias sólo. No se aplica a:

• los motores
• los diodos
• los transistores
• los condensadores
• inductores
• la luz fluorescente blubs

Fueron en el caso de que la corriente siempre fue igual al voltaje multiplicado por la resistencia, nos sería muy limitado en los tipos de la electrónica se puede crear! Sólo podíamos hacer circuitos lineales, lo que significa que podría no tener los equipos de radios, por ejemplo.

Answer 4

Un motor no es una resistencia óhmica. Hay inductores y los campos magnéticos en juego, lo que cambio la aparente resistencia (impedancia) más allá de lo que se mide con el multímetro.

Answer 5

Cada batería tiene un interno resistace que algunas gotas de voltaje a través de él.Es por eso que usted ve esta diferencia(3.18 V, 2.9 V).Usted no puede depender de la resistencia del motor.Va a variar con una gran cantidad de factores.