Почему батареи последовательно повышают напряжение?


9

Этот вопрос, вероятно, покажется простым для большинства из вас, но для меня это все еще своего рода волшебство :)

Принимая во внимание все, что я знаю, пока знаю, я думаю, у батареи есть две стороны:

  1. тот, который "испускает" электроны (какой-либо технический термин для этого?)
  2. тот, который "не хватает" электронов

Так как же может быть так, что, когда я ставлю две батареи последовательно, они увеличивают напряжение ? Для меня это звучит так, как будто электроны одного должны течь прямо среди протонов другого.

Очевидно, там должна быть какая-то черная магия;) Один из вас, колдуны, объяснит мне это?


Читайте также spatulatzar.com/alkaline_battery Эта ссылка помогла мне понять объяснение.
Antoine_935

Ответы:


7

Ячейка или батарея - это, по сути, «насос» заряда. Теперь, чтобы сформировать интуицию для ответа на ваш вопрос, вернемся к гидравлической аналогии .

Два параллельных водяных насоса могут вырабатывать вдвое больше воды (в идеале).

Два последовательных водяных насоса могут выдавать вдвое больше (или напор) одного (в идеале).


Я понимаю гидравлическую аналогию, но это означает, что электроны могут двигаться только одним способом в батареях. Как это возможно физически / химически?
Antoine_935

1
@ Antoine_935, внутри батареи заряд переносится ионами в электролите. Химические реакции электролита с материалами анода и катода удаляют электроны из одного и добавляют электроны к другому. Но внутри электролита электрический ток обусловлен ионами, а не электронами.
Альфред Центавра

Клеммы подключены к электродам из материалов с различной электроотрицательностью. Технически существует некоторое движение в обоих направлениях, но оно в одном направлении перевешивает другое на порядки. en.wikipedia.org/wiki/Galvanic_cell
Крис Страттон,

@AlfredCentauri - да, но ионы - это атомы или их группы с избыточным или недостаточным количеством электронов - так что, в конце концов, это все об электронах, хотя есть последствия ядер, которые приходят на поездку.
Крис Страттон

@ChrisStratton, протоны, ионы водорода АКА, вероятно, будут оскорблены вашим комментарием, что «все дело в электронах».
Альфред Центавра

2

Я могу понять, почему это похоже на черную магию, поскольку кажется, что электроны, покидающие анод одной батареи, просто входят в катод следующей батареи, и, кажется, нет причин для повышения напряжения.

Но давайте посмотрим на это с другой точки зрения. Допустим, у вас есть батарея А с напряжением v0 . Батарея A является единственной батареей в цепи с резистором R также в цепи. Сопротивление резистора R настолько велико, что батарея А вряд ли способна генерировать малый ток через цепь. v0 просто недостаточно для создания значительного тока через резистор R .

Но теперь, допустим, вы добавляете батарею B и батарею C последовательно к батарее A , с резистором R, который все еще находится в цепи. Батареи B и C также имеют напряжение v0 .

В каждой батарее внутри замкнутого контура электрон действительно хочет покинуть анод, а другой электрон из провода входит в катод. Когда у нас только что была подключена батарея A к резистору R , ее напряжения v0 было недостаточно, чтобы это произошло, помните? Но теперь, когда все 3 батареи подключены последовательно , напряжение батареи А не только естественным образом отталкивает электрон от его анода, но и катод батареи В также оказывает воздействие на электрон от анода батареи А ! И только с напряжением v0 , как батарея B способна отдать электрон от своего анода, чтобы он мог получить один в своем катоде от батареиА ? Потому что он также чувствует тягу от батареи C катода «s, от аккумулятораC's v0 ! И, наконец, вы уже догадались: батарея C готова отдать электрон от своего анода, чтобы принять один в своем катоде (только с низким, индивидуальным напряжением v0 ), потому что он также чувствует отрыв от катода батареи A ! Там нет первого или последнего, все это происходит одновременно, как цепь. Теперь вы видите, как эффекты каждого соединения батареи приводят к гораздо более высокому напряжению (иначе говоря, к более высокой мотивации, или тянуть / толкать электроны, чтобы течь) ?? Кроме того , предположим , что резистор R был между батареей C и A . Эта часть не имеет значения.


Фактически, ионный ток (в электролите) соответствует электронному току, поэтому внутри батареи течет вещество, генерирующее напряжение
напряжения

1

Избыточные электроны нестабильны и хотят заполнить атомы, которые могут принимать электроны. Избыточные электроны загружаются в отрицательную сторону батареи и хранятся, потому что электролит не позволит им положительной стороне, где они могут быть приняты. Должен быть проводник между neg и pos, чтобы позволить им течь, или они будут оставаться там, храниться до тех пор, пока они не вытекут медленно и больше не будет потенциала (разницы) между ними. Когда вы добавляете две батареи последовательно, добавляются потенциалы (напряжение), поскольку, поскольку один и тот же заряд перемещается дважды каждый раз через одно и то же напряжение (потенциал), общая проделанная работа составляет 2 * В, но ток остается неизменным. Параллельно, заряд перемещается один раз через любую батарею, так что напряжения батарей не складываются, а с двумя батареями, заряд может сделать в два раза больше движения, потому что обе батареи позволяют удвоить движение, и поэтому токи удваиваются. Вроде как река и плотина. Каждая батарея - это стена определенной высоты (потенциала), а вода - это поток тока. Каждая батарея (стена) может пропускать только столько воды. Главная крупная река, разделенная на две реки с плотиной на каждой, пропускает вдвое больше воды (течение) на той же высоте (напряжение). Принимая во внимание, что если вы сложите плотины вверх, тогда они будут пропускать столько же воды, сколько одна плотина, и вода будет удваивать высоту (напряжение). И каждая плотина (батарея) имеет только столько воды для обеспечения и должна быть подключена обратно к пустой части плотины, потому что это закрытая система водоснабжения, поэтому вода не может течь, пока вода не вернется.


0

Определение разности потенциалов (то, что измеряется в вольтах и ​​иногда называется напряжением) может быть полезным: это работа, которую батарея выполняет на единичном заряде, перемещая ее от одной клеммы к другой. Таким образом, поскольку один и тот же заряд перемещается дважды каждый раз через одно и то же напряжение, общая проделанная работа составляет 2 * V. При параллельном соединении заряд переходит через одну или другую батарею, поэтому работа выполняется только V. (Я игнорирую здесь рассуждения о какой-то ток через одну батарею, какой-то через другой, они на самом деле не имеют значения)

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.