バッテリーを並列に接続しても電流が増加しないのはなぜですか？

それぞれ2個の1.5 Vバッテリー、スライドスイッチ、LED、および100オームの抵抗を含む2つのバッテリーホルダーで構成される簡単な回路を構築しました。2つのバッテリーホルダーを直列に接続した（およびスイッチをオンにした）ときにマルチメーターで測定した電流は25.9 mAでした。

次に、バッテリーホルダーのプラスの接点を赤のジャンパーケーブルで、バッテリーホルダーのマイナスの接点を黒のジャンパーケーブルで接続して、バッテリーホルダーを並列に接続しました。

今回は、測定電流は6.72 mAです。バッテリーホルダーが並列に接続されているときよりも大きくないのですか？

まず、バッテリーシステムを並列に配置することについて少し警告したいと思います。多くの場合、2つのバッテリー（またはバッテリーシステム）の電圧がまったく同じではないため、これは通常は良い考えではありません。それらが異なる場合、より大きな電圧を持つものはより低い電圧を持つバッテリーにいくらかの電流を供給しますが、これはしばしば良いことではありません。また、別の複雑さを追加するため、実験が多少混乱します。

この場合、あなたは好奇心が強く、並列に接続された2つのバッテリーがより多くの電流を供給できると想像してください。したがって、仮定をテストしないため、実験で1つだけを使用することは目的に役立ちません。だからあなたはあなたがやった方法でそれをしなければなりません。しかし、実験デザインで考慮していない未知の（あなたにとって）要因があることも認識してほしいだけです。しかし、今のところ心配するだけでは十分ではありません。

それを脇に置いて...

検討すべき新しいアイデアを提案させてください。あなたが持っている緑色のLED が正確にを必要とすると仮定します$1.9\:\text{V}$$50\:\Omega$

また、バッテリーシステムが正確に提供すると仮定しましょう$2.9\:\text{V}$$5.8\:\text{V}$$2.9\:\text{V}$

あなたの仮定は、現在のコンプライアンスがより大きければ、電流はより多くなるということです。しかし、それは時々真実であり、他ではありません。それでは、今のところ、LEDについての私の上記のアイデアを使用して、それがどこに私たちを導くかを見てみましょう。

$100\:\Omega$$50\:\Omega$$150\:\Omega$$1.9\:\text{V}$

$I_\text{parallel}=\frac{2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 6.7\:\text{mA}$$I_\text{series}=\frac{2\cdot 2.9\:\text{V}-1.9\:\text{V}}{150\:\Omega}\approx 26\:\text{mA}$

これは、かなり小さな誤差内で測定値を予測するように見えます。

ここで、どのアイデアがうまく機能すると思いますか？電流を2倍にする2つの並列バッテリーシステムについてのあなたの考えは？または、LEDの動作に関する私の提案はありますか？検討したいアイデアがまだありますか？上記の提案をどのようにテストまたは検証できますか？回路を変更する別の方法を考えてみてください。それは、私の提案を別のテストに置いて、それがまだ維持されているかどうかを確認できますか？または、別の電圧測定または電流測定を試してみてください。

最初のケースでは、LED回路に6Vを印加しています。後者の場合、3Vのみです。

オームの法則によれば、2点間の導体を流れる電流は2点間の電圧に正比例します。

ときに電池が直列に配置され、電圧が合算します。電圧が高いほど、回路に流れる電流が高くなります。

ときに電池が並列に接続され、電圧が同じままになります。（現在の供給能力は増加しますが、脇に置いておきましょう）。

わずかな逸脱が発生しますが、少し後で学習すると思います。

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あなたが発見したのは、キルヒホッフの電圧および電流の法則とオームの法則です。

簡単に言えば、キルヒホッフの現在の法則を適用すると、バッテリーなどの電圧源を直列に接続すると、電圧が加算されます。

LEDについてはしばらく忘れてください。私たちはそれに戻ります。

以下の図では、負荷（100オームの抵抗）に6 Vがかかっています。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

この回路（下）で、キルヒホッフの電圧則は、電圧源が並列であるため、電圧が加算されないことを示しています。ただし、100オームの負荷によって引き出される電流は2つに分割されます。

^{この回路をシミュレートする}

LEDを忘れないでください。

LED（発光ダイオード）は、名前が示すように、「ダイオード」です。これらのデバイスは、このような短い答えで満足のいくように説明するのは複雑ですが、この説明の目的では、流れる電流に関係なく、両端に一定の電圧があると考えてください。その簡素化により、ダイオードの両端の電圧は、直列（6 V）または並列（3 V）の電圧源（バッテリー）によって生じる電圧から単純に差し引くことができます。LEDの両端の電圧は、LEDによって異なりますが、色に応じて通常1.8 V〜2.1 Vです。

以下の回路は、LEDの効果を示しています。

^{この回路をシミュレートする}

オームの法則について。

V = R * I

I = V / R

R = V / I

どこ

V =電圧

I =電流

R =抵抗

オームの法則の適用。

4 V / 100オーム= 40 mA

1 V / 100オーム= 10 mA

この例では典型的な値を使用しましたが、オームの法則を使用して逆方向に進み、LEDの電圧を計算したり、測定して他の値を計算したりできます。楽しんで！

ちなみに、このような独自の実験を行っているのは素晴らしいことですが、次回はそのようにバッテリーを並列に接続しないでください。彼らはそれを好まない;）（私は今詳細に行くつもりはありません。）

電気を液体と比較して説明しようと思います。電圧または圧力は、電流または流れの原因であり、これが効果です。一般に、圧力を上げると流量が増えます。バッテリーを直列に接続すると、電圧または圧力が増加するため、単純な抵抗回路に似ていますが、これはより多くの電流またはフローを生成します。バッテリーが並列に接続されている場合、圧力を上げているわけではありませんが、回路条件が許せば、バッテリーに電流を供給する可能性を与えています。

電流の背後にある本当の主力は電圧です。固定抵抗の電圧が大きいほど、電流も多くなります。最初のケースでは、直列等価電圧は3 + 3 = 6Vです。

2番目のケースでは、バッテリーが並列で同じ値であるため、それらの等価電圧は同じ（3V

したがって、より多くの電圧、より多くの電流。

しかし、それでは、なぜ並列配置が電流の増加に役立つと教科書で読んだのでしょうか？まあ、それは実際には電流を増加させませんが、私たちのバッテリーが提供できる電流の上限を増加させます。つまり、システムの現在の提供容量が増加します。電流は依然として電圧に依存します。しかし、電圧がますます高くなると、直列システムは、オームの法則によって予測されるほど多くの電流を供給できない可能性があります。しかし、並列システムはそれを提供するかもしれません。それも失敗しますが、さらに高い電圧では。

すべてにはある程度の抵抗があります。

単三電池〜1オーム〜1.5〜1.6 V電源。
白色LED〜15オーム@〜3.1 V @ 20 mA、2.8 Vオフ。
100オームの抵抗。
ワイヤー〜x mOhm

したがって、並列バンク= 3.1 V（新規）-2,8 V LED =（推定）300 mVをループ抵抗= 116オームで除算すると、結果に近い<3 mAになります。

その後、直列の2つのバンク6.2V（Vbat）-2.8V（Wh。LEDしきい値）= 3.4V / 116オーム（ループ抵抗）= 29 mAの場合、推定値の許容誤差により、読み取り値に近くなります。

それほど単純ではありません。2つのセルを並列に配置すると、実際には2つのセルの内部抵抗を並列に配置するため、回路の合計抵抗が低下します。セルの端子、開回路電圧、および内部抵抗が異なる場合でも、回路全体の全体的な抵抗を減らします。したがって、より多くの電流が流れるはずです。高い電流が流れない場合、測定システムの感度は十分ではありません。短時間の実験では、回路内のすべてのコンポーネントの抵抗の温度係数を無視できます。

注意：使用していないときは、テスト設定からバッテリーを取り外してください。テストのセットアップに示されている2つのバッテリーは、完全に放電して長時間放置すると、腐食性化学物質がバッテリーホルダーに漏れる可能性があります。

並列バッテリーでは電流が増加しないと主張します。あなたはこれをどの程度確信していますか？電流の増加が非常に小さく、メーターの測定能力よりも小さい場合はどうなりますか？

割り当ては次のとおりです。

-より正確なメーターを入手してください、あなたが借りることができる最高のもの

-バッテリー＃1のみで電流を測定します。

-バッテリー＃2のみで電流を測定します。

-両方のバッテリーを並列に使用して電流を測定します。

3番目の測定値は最初の2つの最小値よりも大きくなると予測しています。

入門用電子機器では、バッテリーを電圧源と見なすのが一般的です。しかし、バッテリーは実際には非常に複雑なデバイスであり、電圧源は近似値にすぎません。より適切な近似値は、低値の抵抗が直列に接続された電圧源です。実際にこの直列抵抗の値を見積もるには、バッテリーに負荷がかかったときの電圧降下を測定し、直列抵抗とオームの法則に関する通常のルールを使用します。ほとんどの電気工学はこれで終わりますが、バッテリーの動作をより正確に表すさらに複雑なモデルがあります。

できることはすべて学べますが、携帯電話を充電している間は常に懐疑的でやりがいのある質問をしてください。