9V Batterie und Widerstand sind in Reihe geschaltet - die Spannung am Widerstand ist < 9V. Warum?

Ich mache meine ersten Schritte, um als Bastler etwas über Elektronik zu lernen, und ich habe Mühe, etwas über Widerstand zu verstehen. Ich habe über das Ohmsche Gesetz gelesen und es scheint ziemlich einfach zu sein, also habe ich eine einfache Schaltung auf http://123d.circuits.io eingerichtet .

Diese Schaltung besteht aus einer 9-V-Batterie und einem einzelnen Widerstand (10 Ohm), dessen Leitungen direkt mit der 9-V-Batterie verbunden sind.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wenn ich die Sonden ihres simulierten Voltmeters über die Leitungen des Widerstands lege, werden 7,83 V angezeigt. Ich kann keine Permutation des Ohmschen Gesetzes zu diesem Ergebnis führen. Was wäre die erwartete Spannung über dem Widerstand? Basierend auf anderen Beiträgen auf dieser Seite würde ich erwarten, dass die Spannung 9 V beträgt. Ich weiß nicht, wie dieser Simulator (123D) seine Werte berechnet oder wie er die Schaltung simuliert.

Ich bin mir sicher, dass mir etwas Grundlegendes fehlt, aber bisher habe ich nicht herausgefunden, was.

Ist der 123D-Schaltungssimulator richtig? Sollten an diesem Widerstand nur 7,83 V anliegen?

Ich habe eine ähnliche Schaltung (mit CircuitLab) aufgebaut und es schien zu zeigen, dass die Spannung 9 V betragen würde. Also bin ich verwirrt. Ist das nur eine Ungenauigkeit des 123D-Simulators?

Kann mir jemand helfen den Nebel zu vertreiben?

Eine echte 9-V-Batterie hat einen gewissen Innenwiderstand und hat im geöffneten Zustand möglicherweise nicht genau 9 V. Vielleicht ähnelt das Modell eher einer 9-V-Batterie als einer idealen 9-V-Quelle. Was passiert mit der Spannung, wenn Sie den Widerstand 500K machen?
Wenn ich den Widerstand im Simulator auf 500 K ändere, zeigt ihr simuliertes Messgerät dann 9 V an.
Es sind wirklich 8,999 Volt, aufgerundet auf 9 V. Der Innenwiderstand ist noch da, wird aber bei so einem hohen Lastwiderstand "vernachlässigbar".
Das war wirklich eine großartige Frage, denn Sie erfahren etwas über das Ohmsche Gesetz, ideale und reale Modelle, Batterieinnenwiderstand, eine Möglichkeit, ihn zu messen, Schaltungsanalyse und wie man alles berechnet.
Die Widerstandsfähigkeit einer Batterie beruht auf ihren Materialien, die teilweise flüssig oder gelartig sind. Der Widerstand ändert sich nicht nur mit der Temperatur, sondern auch mit der Menge an Reaktanten in der Batterie im Vergleich zu den Endprodukten. Mit anderen Worten, wenn die Batterie verwendet wird, ändert sich ihr Widerstand. Der Widerstand Ihres Körpers ist ein weiteres gutes Beispiel: Sie sind kein einfacher Widerstand. Ihre Haut hat einen Widerstand, aber nach dem Durchbrennen haben Ihre inneren Organe einen geringeren Widerstand. youtube.com/watch?v=8xONZcBJh5A

Antworten (3)

Sie simulieren eine (mehr oder weniger) echte 9V-Batterie. Sie haben die Batterie als ideale Spannungsquelle von 9 V mit einem Serienwiderstand von ~1,5 Ohm modelliert.

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wenn Sie dies ausrechnen, beträgt der Strom 9 V / (11,5 Ohm) = 0,783 A, sodass die Spannung am 10-Ohm-Widerstand 7,83 V betragen muss.

Haben alle (echten) 9V-Batterien den gleichen Innenwiderstand? Gibt es einen echten Widerstand in der Batterie oder hängt es nur davon ab, wie die Batterie hergestellt wurde?
Es gibt keinen echten Widerstand in der Batterie, er wird nur verwendet, um die inhärenten, nicht idealen Eigenschaften einer tatsächlichen Batterie zu modellieren. Eine ideale Spannungsquelle kann problemlos hundert Gazillionen Ampere liefern, ohne ins Schwitzen zu geraten, eine 9-V-Spannung kann dies nicht.
Chris, es ist kein echter Widerstand, nur ein Nebeneffekt der Funktionsweise der Batterie. Die reale innere Reaktanz variiert mit dem Batterietyp, der Temperatur, dem Strom und vor allem dem Ladezustand – mit zunehmender Entladung der Batterie steigt der Innenwiderstand.
Außerdem, OP, der Grund, warum Sie mit einem Multimeter an einer echten 9-V-PP3-Batterie 9 oder knapp über 9 messen könnten, liegt darin, dass das Multimeter zwar noch einen Innenwiderstand hat, aber einen viel, viel größeren Widerstand hat (in der Tat zu absorbieren als viel Spannung * wie möglich, um die Wirkung eines auftretenden Potentialteilers aufzuheben), sodass das Multimeter sehr, sehr nahe am OCV registriert * Ich weiß, dass es nicht wirklich absorbiert, aber im Zusammenhang mit einem Potentialteiler mit einem Widerstand ( Multimeter) um Größenordnungen größer ist als das andere (intern), erhält es so ziemlich die gesamte Spannung, also ungefähr OCV.

Die 7,83 Volt sagen Ihnen genau, was der innere Serienwiderstand der Batterie ist. Im Leerlauf sind es 9 Volt, unter Last fallen sie auf 7,83 Volt ab - der Strom durch die 10 Ohm beträgt eindeutig 783 mA. Dieser Strom fließt auch durch den Innenwiderstand der Batterie, um 9 minus 7,83 Volt (1,18 Volt) zu verlieren.

1,18 Volt Verlust bei 783 mA bedeutet, dass der Innenwiderstand 1,507 Ohm beträgt.

Bei all dem oben Gesagten geht es um das Ohmsche Gesetz und seine Anwendung.

Chris, und willkommen in der Welt der echten Elektronik. Worauf Sie stoßen, wird als Ausgangsimpedanz bezeichnet. Alle Schaltkreise (außer Supraleiter) haben es. Im Falle einer Batterie sollten Sie sie nicht als reine 9-Volt-Quelle betrachten. Stattdessen handelt es sich um eine 9-Volt-Quelle (die unter anderem mit der Temperatur variiert), die einen Widerstand in Reihe mit ihrem Ausgang hat. Im Falle Ihrer Schaltung können Sie sich den Widerstand mit einem Wert von 1,49 Ohm vorstellen. Probieren Sie es in Ihrer Simulation aus und sehen Sie, was Sie bekommen.

Wenn das geklärt ist, denken Sie darüber nach, was passieren würde, wenn es nicht wahr wäre. Mit einer 9-Volt-Batterie könnte man zum Beispiel Metall schweißen - nicht lange, aber man könnte durchaus eine Raupe ziehen. Erscheint dies vernünftig? Es stimmt auch, dass einige Batterien, wie Autobatterien, sehr niedrige Ausgangsimpedanzen haben, und Sie KÖNNEN damit Sachen schweißen. Es ist schlecht für sie und verkürzt ihr Leben, aber Sie können es tun. Seien Sie auch nicht übermütig, wenn Sie den Wert der Ausgangsimpedanz in anderen Anwendungen kennen. Insbesondere bei Batterien variiert die effektive Ausgangsimpedanz mit dem Strom.

Danke für den Kommentar. Gibt es eine Möglichkeit, den Innenwiderstand einer Batterie zu messen? Ich vermute, wenn ich mein Messgerät im Widerstandsmessmodus über die Klemmen der Batterie anschließen würde, würde es wahrscheinlich das Messgerät beschädigen?
Supraleiter haben eine Impedanz. Was sie nicht haben, ist Widerstand. Wenn Sie keinen supraleitenden Schaltkreis der Größe Null bauen können, gibt es eine Induktivität, eine Art Impedanz.
@ChrisDunaway - Deine Befürchtungen sind genau richtig. Versuchen Sie nicht, ein Multimeter einfach an „Ohm“ anzuschließen. Sie werden es wahrscheinlich nicht beschädigen (diese Dinge sind ziemlich gut idiotensicher), aber Sie werden keine brauchbaren Ergebnisse erhalten. Den Ausgangswiderstand ermitteln Sie in zwei Schritten. 1 - Sie lesen die Leerlaufspannung ab. 2 - Sie legen einen bekannten Widerstand als Last an und messen die Ausgangsspannung. Wenn Sie den Lastwiderstand und die Spannung kennen, berechnen Sie den Strom. Wenn Sie den Unterschied zwischen der Leerlauf- und der geladenen Spannung und dem Strom kennen, berechnen Sie R = E / I, und Bob ist Ihr Onkel.
9V Batterie und Widerstand sind in Reihe geschaltet - die Spannung am Widerstand ist < 9V. Warum?
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