Как батареи создают напряжение?

Я пытаюсь получить более фундаментальное представление об электричестве и, в частности, о том, что такое напряжение.

Мои воспоминания о школьной физике заключались в том, что у батареи на одном выводе электронов избыток, а на другом — недостаток. Это объяснение вызвало некоторую путаницу, когда я подумал о батареях, соединенных последовательно; почему две батарейки по 1,5В прибавляют к 3В.

Если избыток и недостаток электронов, созданные в результате химической реакции, притягивают электроны от катода к аноду, не будет ли вольт (J/C) одинаковым для цепи с двумя батареями; каждый электрон в катоде имеет одну пустоту, чтобы заполнить анод?

Некоторые чтения привели меня к тому, что напряжение батареи является мерой того, сколько энергии на электрон (Дж/Кл) производит химическая реакция, а количество реакций в секунду — как ток (Кл/с). Я знаю, что 1 кулон — это не 1 электрон, и одна реакция не обязательно = 1 свободному электрону, это грубая картина, которую я себе представляю.

Означает ли это, что именно энергия, высвобождаемая в результате реакции, ускоряет электрон на определенную величину в зависимости от количества энергии, и как получается, что две батареи ускоряют электрон в два раза сильнее?

Это моя первая попытка сформулировать мое замешательство, поэтому мне жаль, что это не так красноречиво, как могло бы быть.

Ответы (1)

Напряжение (с точностью до множителя) — это работа, которую может произвести один электрон при движении от анода ( − ) к катоду ( + ). Ток – это количество протекающих электронов.

Энергия, необходимая для совершения работы, исходит из энергии, высвобождаемой, когда электрон участвует в реакции, происходящей на катоде. Это зависит от химии, поэтому один элемент батареи обычно имеет очень определенное напряжение.

Теперь представьте, что произойдет, если у вас есть две ячейки последовательно. Когда электрон перемещается из А2 в С1, он совершает работу Вт и когда он достигает С 1 это высвобождает энергию U . Но в то же время он позволяет другому электрону перемещаться из А 1 к С 2 и высвободить еще один кусок энергии U . Итак, в конце концов, Вт "=" U + U "=" 2 U и мы говорим, что две последовательно соединенные ячейки имеют в два раза большее напряжение, а это означает, что на каждый электрон, участвующий во внешнем токе, теперь приходится вдвое больше реакций.

введите описание изображения здесь

// Конечно, в действительности один электрон не проходит все расстояние от анода до катода, и энергия не высвобождается и не передается волшебным образом. В проводе находится море электронов, и они обитают на разных энергетических уровнях, а химические реакции в разных металлах клетки вызывают сдвиги уровней, которые, в свою очередь, создают электрическое поле в проводе, создающее движущую силу электронов и т. д. Но это не так. t изменить общую картину, почему напряжение удваивается

Как это часто бывает, как только я записал вопрос, у меня появилось новое представление о том, как все это работает. Я начал думать об этом следующим образом: нет связи между батареями или цепью — электроны накапливаются в результате реакций как в А1, так и в А2. Наступает равновесие и реакции прекращаются. Подключайте батареи, но не замыкайте цепь. Электроны от A1 текут к C2, что способствует большей реакции во второй батарее, которая удваивает количество электронов в A2. Теперь у вас есть нормальное количество положительного заряда в C1 и двойной отрицательный заряд в A2, создавая двойной вольт. Прав ли я, думая так?
Хотя в целом Вы правы, имеет место спонтанная реакция обмена между цинк и цинк 2 + + 2 е − , вы можете смело его игнорировать. Пока что-то не удалит электроны с анода, вы не увидите заметного накопления ионов цинка (то же самое верно и для катода). То же самое, я считаю, верно, когда вы подключаете A1 к C2. Небольшой начальный поток электронов будет немедленно уравновешен электростатическим полем из-за несоответствия зарядов. Сомневаюсь, что это вообще можно измерить.
Если вы подключите мультиметр между двумя батареями, какое напряжение он покажет?
Как батареи создают напряжение?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v