Perché Due Lampadine in Serie con una Pila D Sono Deboli: Spiegazione della Divisione di Tensione
Perché Due Lampadine in Serie con una Pila D Sono Deboli: Spiegazione della Divisione di Tensione
Due lampadine identiche in serie su una singola pila D (1,5V) brillano debolmente perché ciascuna lampadina riceve solo metà della tensione della batteria—circa 0,75V invece dei 1,5V completi che avrebbe da sola.
La Fisica: Divisione di Tensione in Serie
- Circuito in serie: La stessa corrente (I) scorre attraverso tutti i componenti.
- Ogni lampadina ha resistenza R: Resistenza totale = 2R.
- Legge di Ohm: I = Vbatteria / (2R)
- Tensione per lampadina: Vlampadina = I × R = Vbatteria / 2
Con una pila D alcalina nuova (~1,55V a circuito aperto, ~1,4V sotto carico), ciascuna lampadina vede ~0,7V.
Perché la Luminosità Diminuisce Più della Metà
La resa luminosa della lampadina a incandescenza ∝ V3.5 (approssimativo). Dimezzare la tensione riduce la luce a ~(0,5)3.5 ≈ 8,8% della luminosità nominale. Due lampadine in serie = ~18% della luce totale di una singola lampadina a tensione piena.
Fattori Aggiuntivi
- Resistenza interna della batteria: Pila D ~150–300 mΩ. Sotto carico, la tensione dei morsetti scende ulteriormente.
- Coefficiente di temperatura del filamento: La resistenza a freddo è 10–15× inferiore rispetto a caldo. La corrente iniziale di spunto è più alta; lo stato stazionario è come calcolato.
- Disuguaglianza delle lampadine: Se le resistenze differiscono, la tensione si divide proporzionalmente—una lampadina più brillante, una più debole.
Contrasto: Connessione in Parallelo
- Ogni lampadina riceve la piena tensione della batteria (1,5V).
- Corrente totale = 2× la corrente di una singola lampadina.
- La batteria si scarica 2× più velocemente.
- Entrambe le lampadine a luminosità quasi normale (meno caduta per resistenza interna).
Lezione Pratica
Questo è perché il cablaggio domestico è in parallelo: ogni presa/elettrodomestico riceve la piena tensione indipendentemente da cos'altro è acceso. La serie è per la rilevazione di corrente, luci di Natale (vecchie) e circuiti di controllo specifici—non per la distribuzione generale di potenza.
Due lampadine, una pila D, connessione in serie → ciascuna riceve metà tensione → ciascuna funziona al ~9% di luminosità → luce totale ~18% di una lampadina alimentata correttamente. Fisica, non difetto.