Ток течет в батарейках?

Я читаю основную книгу по электронике: «Электронов нет: электроника для землян», и я натолкнулся на умный отрывок о том, что для протекания тока нужна замкнутая цепь. Вот отрывок, который мне интересен:

«Это всегда беспокоило меня: если отрицательные клеммы батарей имеют избыточные электроны (отрицательный заряд), а положительные клеммы батарей имеют слишком мало электронов (положительный заряд), и противоположные стороны притягиваются, почему я не могу зацепить провод между Отрицательная сторона одной батареи и положительная сторона другой батареи и получить ток? Это правда, что это не сработает. Ток не будет течь. Если бы кто-то смог объяснить это мне, я, вероятно, никогда бы не написал эту книгу «.

У кого-нибудь есть прямой ответ на этот вопрос?

Путаница здесь из-за плохого описания того, как работает батарея.

Батарея состоит из трех вещей: положительный электрод, отрицательный электрод и электролит между ними. Электроды сделаны из материалов, которые сильно хотят реагировать друг с другом; они разделены электролитом.

Электролит действует как фильтр, который блокирует поток электронов, но пропускает ионы (положительно заряженные атомы от электродов). Если батарея ни к чему не подключена, химическая сила воздействует на ионы, пытаясь протянуть их через электролит для завершения реакции, но это уравновешивается электростатической силой - напряжением между электродами. Помните - напряжение между двумя точками означает, что между этими точками существует электрическое поле, которое толкает заряженные частицы в одном направлении.

Когда вы добавляете провод между концами батарей, электроны могут проходить через провод, управляемый напряжением. Это уменьшает электростатическую силу, поэтому ионы могут проходить через электролит. Когда батарея разряжается, ионы перемещаются от одного электрода к другому, и химическая реакция продолжается, пока один из электродов не израсходован.

Думая о двух батареях рядом друг с другом, соединенных одним проводом - между этими двумя батареями нет напряжения, поэтому нет никакой силы, чтобы управлять электронами. В каждой батарее электростатическая сила уравновешивает химическую силу, и батарея остается в устойчивом состоянии.

(Я как бы замалчиваю, что означает, что два материала «хотят» реагировать друг с другом. Для получения более подробной информации воспользуйтесь Google «Свободная энергия Гиббса». Вы также можете воспользоваться Google «Уравнение Нернста».)

Забудьте батареи на секунду, это всего лишь одна из тысячи аналогий, которые вы можете использовать для описания напряжения / тока, и причина того, что ток не имеет никакого отношения к электрохимическим свойствам батарей, гораздо проще.

Проще всего думать об этом так: ток будет течь только в петле, даже в очень сложных цепях вы всегда можете разбить его на петли тока, если нет пути для возврата тока к его источнику, не будет тока.

В вашем примере батареи нет пути обратного тока, поэтому ток не будет течь. Очевидно, есть более глубокая физическая причина, почему это работает, но поскольку вопрос задан для простого ответа, я пропущу математику, уравнения Максвелла Google и то, как они используются при выводе закона напряжения Кирхгофа.

Аккумуляторы служат хорошим примером для этого просто потому, что они являются источниками тока с полностью изолированным заземлением. Этот пример в равной степени относится к любому другому источнику питания с полностью изолированным «заземлением».

Тем не менее, это не так легко найти, например, выполнение этого с двумя запасными блоками, вероятно, сделает один из жетонов очень несчастным, но это не потому, что эффект отличается, разница в том, что настольные источники, вероятно, оба заземлены. к электропроводке в здании и, как таковой, существует обратный путь для прохождения тока.

Водная аналогия для этого также эффективна. Подумайте о своем примере батареи следующим образом:

У вас есть водяной насос (батарея A), подключенный к трубе (провод), и у вас есть еще один водяной насос (батарея B), подключенный к той же трубе (провод). Теперь в вашем примере нет пути возврата в системе, поэтому представьте, что труба полна воды, но перекрыта с обоих концов.

Вы нажимаете выключатель питания на насосах, что происходит?

Ответ - ничего, куда нет воды, насосы даже не вращаются. (игнорируйте эффекты турбулентности воды для этой аналогии).

Теперь, если вы подключите трубу в петлю и нажмете на выключатель, насосы будут вращаться (напряжение) и вода будет течь (ток).

Если вы использовали 2 насоса с разной скоростью (аккумуляторы разного напряжения) и повернули их друг к другу, один из них перегружен и заставит другой вращаться в неправильном направлении (перегорает, как при параллельном подключении батареи 9 В и 6 В).

Если вы подключите оба насоса в одном направлении, вы получите большее давление воды (напряжение), потому что насосы помогают друг другу (2 батареи последовательно).

Допустим, у вас есть батарейки АА, по 1,5 В каждая. Далее, давайте пометим им батарею A и батарею B. Если вы подключите A + к B-, то, что вы на самом деле получите, это разница 3 В между A- и B +.

B+  -------------------
|                     |
B- _ A+  --           | 3V
     |    | 1.5 V     |
     A-  --------------

Когда вы подключаете B- к A +, они оба имеют одинаковый потенциал (в конце концов, они подключены проводом). B + на 1,5 В выше этого потенциала, а A- на 1,5 В ниже.

Важно помнить, что напряжение не является абсолютным значением. Это относительная ценность. B- _ А + провод будет находиться на одном потенциале, и В + и А- являются относительно к этому потенциалу.

Я тоже всегда находил, что описание обычного непрофессионала о батарее вводит в заблуждение. Большинство людей описывают батарею как контейнер для хранения электричества, но это не объясняет, почему вы не можете сбросить электричество с батареи на землю, или почему вы не можете использовать один аккумулятор для другого, как в вашем вопросе выше. ,

Возможно, это не точное описание того, что происходит на самом деле, но я обнаружил, что более понятная аналогия - вместо этого описать аккумулятор как насос. «Энергия», содержащаяся в батарее, используется для привода насоса; он не разослан по проводам. С помощью этой аналогии становится очевидным, почему как положительные, так и отрицательные концы батареи должны быть соединены в цепи. Если, скажем, вы подключаете только отрицательный электрод к земле, то нет тока, потому что на положительном электроде нет электричества, которое можно откачать.

Технически, ток может или не может течь, когда провод подключен таким образом. Все зависит от того, существует ли разность потенциалов в зарядах между этими двумя терминалами. Если разница небольшая, ток будет незначительным. Это верно для любого провода, подключенного между любыми двумя терминалами, где угодно.

Тем не менее, ток, скорее всего, не будет (в зависимости от возраста / использования батареи). Причина в том, что разность потенциалов напряжения - «избыточные отверстия на положительном конце» и «избыточные электроны на отрицательном конце» - связана с данной батареей . На концах данной батареи имеются избыточные электроны / отверстия по отношению друг к другу. Это соотношение может сохраняться или не сохраняться между отрицательной клеммой одной батареи и положительной клеммой другой.

Ток, который течет в соединении, всегда равен току, который течет из соединения. Следовательно, ток всегда должен течь в петле.

Первый. Очень маленький ток БУДЕТ течь в течение очень короткого времени ... но ему нужно только небольшое количество электрического заряда (статического) для прохождения, чтобы создать достаточное обратное напряжение, чтобы обнулить прямое напряжение. Напомним, что любое заметное статическое электричество, такое как растирание воздушных шаров на волосах, обычно включает в себя БОЛЬШИЕ напряжения, такие как (десятки) тысяч вольт, которые необходимы для зажигания. Типичная простая 1,5-вольтная ячейка не может создать искру (без особой помощи). На самом деле, если вы аккуратно подвесите пару простых элементов (батарей) в пространстве или повесьте на веревке, они будут иметь небольшое дипольное взаимодействие и закрутятся как пара магнитов, а затем притянутся друг к другу. К сожалению, это просто оказывается очень маленьким, но вычисляемым и конечным действием. Возможно, этот опыт был сделан чутко, чтобы показать это. Дальше, Исходная проблема немного похожа на зарядку конденсатора, если подумать. С неподключенными клеммами, являющимися только пластинами конденсатора. Малость выводов и разделение очень сильно отличаются от хорошего конденсатора, который имеет большую площадь и малое разделение, что имеет все значение, и поэтому ток в первоначальной задаче незначителен (но конечен).

Я думаю, еще одна вещь, которая может сбить вас с толку, это то, что мы говорим, что напряжение в проводнике всегда постоянно. Хотя это в основном верно, это своего рода ложь. Все проводники все еще имеют конечное сопротивление. Из-за этого, если вы подключите провод между двумя клеммами батареи, один конец провода будет фактически иметь другой потенциал, чем другой, и ток в проводе будет следовать закону Ома. Я не знаю, пытались ли вы когда-нибудь закорачивать две клеммы аккумулятора, как это, но потому что сопротивление провода настолько низкое, закон Ома дает очень большой ток, который нагревает провод и обжигает вас.

Теперь причина того, что мы обычно говорим, что потенциал в проводе постоянен, состоит в том, что в нашей цепи обычно есть другие компоненты, сопротивление которых намного больше, чем у проводов. Из-за этого большая часть напряжения в конечном итоге будет падать на другие компоненты в цепи, и будет очень небольшое падение напряжения от одного конца провода к другому. Таким образом, мы можем упростить наши проблемы, сказав, что напряжение в проводах постоянно.