¿Por qué la medición de la tensión de este circuito es diferente cuando el interruptor está encendido?

Question

He construido un circuito sencillo con dos lámparas y un interruptor deslizante alimentado por dos pilas de 1,5 V. Cuando el interruptor deslizante está apagado, el voltaje del circuito medido por un multímetro es de 3,15 V:

Sin embargo, cuando el interruptor deslizante está activado y las lámparas están encendidas, la tensión del circuito medida es de 2,99 V.

No entiendo por qué la medición de la tensión no es la misma en ambos casos. ¿Por qué hay esta diferencia?

Answer 1

En primer lugar, bien hecho por hacer el experimento práctico. Es bueno ver que la gente prueba cosas y quiere descubrir las respuestas a sus observaciones.

Puede ser más fácil visualizarlo con un circuito. Como se ha señalado en una respuesta anterior, las pilas tienen una resistencia interna. Así que si añades una carga, creas un divisor de tensión. A medida que la batería se va agotando, la resistencia interna aumenta, lo que impide que pueda alimentar la carga.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Mira el esquema de arriba. Todos conocemos la Ley de Ohm, que es V = I*R. Si damos valores a las resistencias podemos calcular cuánto será la caída al cerrar el interruptor. Si decimos que la resistencia interna de la batería es de 0,5 Ohms, y la carga es de 100 Ohms podemos averiguar la corriente en el circuito. Para ello, reordenamos la ecuación de la Ley de Ohm para I: I = V/R = 9/(100+0,5) = 0,0896 A, es decir, 89,6mA. Utilizando de nuevo la Ley de Ohm (probablemente esta es la ecuación más útil que encontrarás en electrónica), podemos encontrar la caída de tensión sobre la resistencia de la batería:

Recuerde: V = I*R = 0,0896*0,5 = 0,0448V. Quita esto de los 9V que la batería suministró primero y obtienes el voltaje que medirás cuando el interruptor esté cerrado: 9-0.0448 = 8.95V.

Usando este conocimiento, si quisieras avanzar en tus experimentos, por qué no conseguir una resistencia conocida como carga, y alimentarla usando diferentes baterías. Con tu multímetro, puedes medir la corriente y la tensión, lo que te dará todos los números que necesitas para calcular las resistencias internas de tus pilas.

Como señala Marcus Muller, la temperatura también puede tener un efecto sobre esto, así que por qué no hacer una prueba de antes y después, calcular su resistencia interna antes y después de ponerlas en una nevera/congelador, y ver cuánto cambia. Prueba también con diferentes tipos de baterías... Hay un montón de experimentos interesantes que puedes hacer y que aumentarán tu comprensión de lo que está pasando, y mejorarán tus habilidades en la resolución de circuitos.

¡Sigue así y buena suerte!

Answer 2

¡Este es un experimento muy bonito!

Tengo una idea que añadir a la de jonk comentario :

¡Es superbueno que prueben lo que sucede así! Como ya se ha dicho, la respuesta es que la batería está sometida a cierta tensión al alimentar las luces y su voltaje "cae" un poco bajo esa carga. Cuando una batería se acerca al final de su vida útil, se desploma aún más.

Mete las pilas en la nevera durante una hora más o menos, hasta que estén frías (también puedes congelarlas, pero no bajes de -20 °C), y repite el experimento. Verás que ahora se caen mucho más. Apaga y espera a que vuelvan a tener temperatura ambiente: Deberían empezar a funcionar igual que antes.

¿Qué ocurre?

En una pila, una reacción química hace que los dos contactos de la pila tengan potenciales eléctricos diferentes: ¡hay un voltaje entre ellos!

Cuando conectas dos cosas, los contactos de la batería, que están a diferentes voltajes, actual comienza a fluir. ¡Eso es lo que enciende tu bombilla!

Ahora, imagina que hay una pequeña resistencia (como, 2Ω) entre tu batería y la sonda positiva de tu multímetro. En realidad no está ahí, pero "sientes" su existencia:

Una resistencia muestra una caída de tensión cuando circula una corriente por ella. En su caso, un par de cientos de miliamperios fluyen a través de la bombilla, el interruptor y de nuevo en su batería - y que conduce a un par de cientos de milivoltios en la caída de tensión sobre esa resistencia "imaginado".

Es lo que llamamos "resistencia interna". Es la imperfección de una fuente de voltaje (como las baterías) que lleva a voltajes más bajos cuanto más corriente se consume.

La resistencia interna puede ser muchas cosas: en primer lugar, las baterías reales están hechas de materiales reales y los materiales reales tienen resistencia. Pero en el caso de las pilas, eso suele ser sólo una pequeña parte de la resistencia interna. La mayor parte es que, para que fluya la corriente, las reacciones químicas (y el desplazamiento de iones) en el interior deben producirse con la suficiente rapidez. Si hay más corriente dibujar que la reacción química puede sostener, el voltaje cae.

Ahora bien, al enfriar las baterías, se ralentizan todas las reacciones químicas del interior y, sobre todo, la rapidez con la que los átomos cargados pueden vagar por el interior de la batería. Esa es la razón por la que tenemos frigoríficos y congeladores: Al ralentizarse todas las reacciones químicas por la baja temperatura, los alimentos no se estropean tan rápidamente, porque todas las cosas que hacen que los alimentos se estropeen (es decir, el crecimiento bacteriano y la descomposición química de las cosas) simplemente ocurren a cámara lenta.

Con la reacción química en la batería ralentizada, la batería simplemente no puede "mantener el ritmo" tan bueno con el consumo de corriente, y el voltaje cae aún más que con una batería caliente.

Answer 3

Las baterías no son ideales. Tienen una resistencia interna. Cuando la corriente fluye a través de ella, el voltaje cae.

Answer 4

Recuerda siempre que en un circuito en serie es la corriente la que es constante y en un circuito en paralelo es la tensión la que es constante.

Answer 5

Lo más sencillo es que hayas conectado una carga resistiva en serie con el interruptor. Así que cuando el interruptor está cerrado habrá algunas caídas en la carga, por lo que nunca se obtiene el mismo voltaje que cuando el interruptor está abierto. Puedes ver el diagrama del circuito también. Gracias. Saludos #ENGE. Abdullah.