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LED y lámpara en serie: ¿por qué no se enciende la bombilla?

Mi hijo de 6 años acaba de empezar a experimentar con un kit estilo Snap Circuits y ya tenemos una pregunta muy básica.

Si colocamos un LED y una lámpara en paralelo alimentados por pilas, tanto el LED como la lámpara se iluminan intensamente.

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Sin embargo, si colocamos el LED y la lámpara en serie, sólo se enciende el LED.

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Es evidente que pasa corriente por la lámpara (si desenrosco la bombilla, el LED se apaga).

¿Por qué no se enciende la bombilla?

Soy un poco tacaño, así que en lugar de comprar circuitos Snap adecuados compré un conjunto genérico similar de China en eBay (Ver: Kit de bloques electrónicos W-58 )

(Disculpas si esto es demasiado básico para este foro, pero todavía no he encontrado la respuesta a través de Google)

19voto

Kevin Albrecht Puntos 2527

Para el LED y la lámpara conectados en paralelo, cada uno tiene todo el voltaje de la batería a través.

Cuando se conectan en serie, la tensión a través de cada uno debe suma a la tensión de la batería.

Sin más información de la que se da, la respuesta más probable es que el voltaje a través de la lámpara, que debe ser igual al voltaje de la batería menos la tensión a través del LED, es insuficiente para producir luz visible.

Mientras escribía esta respuesta, he visto que has añadido algunas fotos. Parece que el voltaje total de la batería es de unos 3V. Teniendo en cuenta que muchos LEDs tienen una tensión directa superior a 2V, esto deja menos de 1V a través de la bombilla.

¿Tienes un voltímetro con tu kit? Si es así, mide la tensión a través de la lámpara para la conexión en serie.

12voto

Steve Paulo Puntos 8263

El LED deja caer tanto voltaje que queda muy poco para la bombilla.

Sólo tienes dos pilas de 1,5 V que, en serie, apenas son suficientes para la tensión de avance del LED.

Las bombillas incandescentes se apagan rápidamente cuando se reduce la potencia que disipan: la potencia es la tensión al cuadrado, dividida por la resistencia.

Por esta misma razón, atenuar las bombillas incandescentes no ahorra mucha energía. Sólo una pequeña fracción de la potencia disipada atenúa una bombilla casi por completo.

Los filamentos generan sobre todo calor, y sólo una pequeña fracción como luz visible. Esto es muy sensible a la temperatura, que a su vez es muy sensible a la potencia disipada.

Pruebe a mirar la lámpara en una habitación oscura; es posible que pueda ver un tenue resplandor rojo. Además, es posible que la luz del LED le impida ver el tenue resplandor que emite la bombilla, incluso en una habitación oscura. Tapa también el LED.

7voto

Ken Jackson Puntos 61

Debe haber una resistencia en serie con el LED. Un LED es un diodo, y los diodos aumentan rápidamente la corriente que pasan cuando la tensión aplicada sube por encima de un cierto punto, muy por debajo de 3V. Así que sin una resistencia limitadora de corriente, el LED pasaría tanta corriente que se quemaría.

Las respuestas anteriores que dicen que el LED hace caer la tensión son correctas, pero la caída se produce a través de la combinación del LED y la resistencia oculta. La bombilla sólo añade un poco más de resistencia, lo que reduce un poco la corriente, pero sólo hace que el LED sea un poco más débil. Pero a la bombilla se le roba la tensión mínima que necesita para encenderse.

4voto

Marc Gravell Puntos 482669

Un factor adicional e interesante es que el filamento de la lámpara incandescente resistencia en frío es aproximadamente 1/10 de su resistencia en caliente.

En lugar de 10 ohmios, la lámpara fría sin encender está probablemente más cerca de 1 ohmio.

A los 20 mA de corriente necesarios para encender completamente el LED, el filamento de la lámpara disipa sólo 400 microwatios de potencia . (Potencia = cuadrado de la corriente por la resistencia: \$P = I^2 \cdot R\$ )

La lámpara en serie es poco más que un trozo de cable rizado que completa el circuito de luz LED.

Por otra parte, el positivo- temperatura eficiente de las lámparas incandescentes puede ser útil; véase El primer oscilador de audio de HP y leer sobre Osciladores de puente de Wien .

3voto

popoffka Puntos 111

¡Buena pregunta! Se trata de circuitos en paralelo frente a circuitos en serie, como se ha indicado. En paralelo, tanto la lámpara como los módulos LED reciben 3 voltios completos. En serie, tienen que compartir los 3 voltios, por lo que cada uno recibe una parte. Si fueran 2 bombillas del mismo tipo, cada una recibiría la mitad de la tensión. 3 bombillas en serie, cada una recibe 1/3, y así sucesivamente. El módulo LED lo hace más complejo. Pero hagamos primero lo más importante.

Cada bombilla es una resistencia. Se conecta a la tensión prevista, y la corriente fluye, totalmente definida por la Tensión y la Resistencia. El Sr. Ohm observó que \$\dfrac{E}{I}=R\$ con lo que quería decir, para nuestros propósitos, que voltios divididos por amperios es igual a ohmios. ("E" e "I" son abreviaturas físicas de carga y corriente, "R" es resistencia). @Spehro citó la corriente de la lámpara como 300 miliamperios, 0,3 amperios. 3 voltios divididos por 0,3 amperios es igual a 10 ohmios: \$\dfrac{3V}{0.3A} = 10 \Omega\$ .

\$\dfrac{V}{A}=R\$ multiplica ambos lados por \$\dfrac{1}{V}: \dfrac{V}{AV}=\dfrac{R}{V}\$ . Drop \$\dfrac{V}{V}\$ y obtienes \$\dfrac{1}{A}=\dfrac{R}{V}\$ o \$A=\dfrac{V}{R}\$ . Dos bombillas en serie, \$10 \Omega + 10 \Omega = 20 \Omega\$ . \$\dfrac{3V}{20\Omega} = .150A\$ . La mitad de la corriente. \$RA=V\$ , \$10 \Omega \times .15 A = 1.5 V\$ la mitad de la tensión por bombilla .

El módulo LED empeora la situación porque el LED tiene una caída de tensión directa de más de 1 voltio y 33 ohmios en serie con él. Así que la corriente es \$A=\dfrac{3V - 1.xV}{10 + 33 \Omega}\$ algo en el rango de \$\dfrac{1.9V}{43 \Omega}\$ a \$\dfrac{1.1V}{43 \Omega}\$ . Como mucho, menos de 0,05 amperios, quizás tan poco como 0,025 amperios. Entre 1/6 y 1/10 de la corriente que recibía la bombilla en el circuito paralelo.

A efectos de discusión, los LED rojos tienen una caída de tensión de 1.(algo) voltios, los verdes rondan los 2 voltios y los azules incluso más. Por supuesto, tienen valores de resistencia finitos, pero lo más fácil es pensar que simplemente eliminan esa tensión fija. La corriente puede calcularse entonces como la tensión restante a través de la resistencia. Si no hay una resistencia, tiene que haber alguna forma más elaborada de limitar la corriente.

Para divertirte más, pon un motor eléctrico del tamaño adecuado en serie con una bombilla, observa lo brillante que es la bombilla y, a continuación, pon algún tipo de carga en el motor: un dedo presionando suavemente, una paleta o aspa de ventilador para mover el aire, etc. ¿Ves algún cambio?

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