Почему две соединенные 1,5-вольтовые батареи становятся 3-вольтовой?

Очевидно, я не могу размещать изображения, поэтому прошу прощения, но вам придется открыть эту ссылку в новом окне, чтобы увидеть мои ужасные диаграммы :) Диаграммы -> http://i.imgur.com/Lxfu1e2.png

РЕДАКТИРОВАТЬ: Вот диаграммы, извините за отсутствие художественных навыков, ха-ха.

Напряжение — это разность электрических потенциалов , которая, по сути, является силой, вызванной электронами, стремящимися равномерно распределиться в материале, поскольку электроны отталкивают друг друга. Олин Латроп использует общую аналогию между жидкостными и электрическими системами, поэтому он называет это «давлением», потому что давление — это тип силы жидкости, но для этого примера было бы легче понять, если бы я использовал электрические термины. .

Таким образом, батареи пытаются поддерживать напряжение (разность потенциалов) 1,5 В на клеммах. Таким образом, в первой части диаграммы, которую я собрал вместе, узел «V0» будет моим эталонным узлом, который из-за символа земли означает, что он будет 0 В. Таким образом, глядя на узел «V1», мы знаем, что батарея попытается для поддержания разности потенциалов 1,5 В, и мы знаем, что его отрицательная клемма равна 0 В, поэтому положительная клемма или узел «V1» должна быть 1,5 В. Теперь, глядя на вторую батарею, отрицательная клемма подключена к узлу ' V1', и если батарея должна поддерживать разницу в 1,5 В между клеммами, мы можем добавить 1,5 В (батарея) к 1,5 В (в узле "V1"), чтобы получить напряжение в узле "V2", что получается быть 3 В, как указано в ответе Олина Латропа.

Так почему напряжения складываются? Батареи представляют собой контейнер напряжения или разности электрических потенциалов, и потенциальная сила создается стороной, богатой электронами, отделенной от стороны с дефицитом электронов. Электроны хотят равномерно распределиться по батарее, но не могут пройти через ее середину и, таким образом, должны пройти долгий путь, чтобы добраться до другой стороны. Таким образом, с двумя батареями вы можете видеть, что на самом деле есть две (в основном) равные силы, два набора с разницей в 1,5 В.

Теперь, чтобы перейти к сути вашего вопроса, в основном, почему две средние части не могут просто смешаться в узле «V1»? Я буду использовать 3 разных случая, чтобы помочь объяснить. Мы также должны иметь в виду, что положительных зарядов на самом деле нет, поэтому последняя диаграмма еще немного точнее, где есть просто электроны и недостаток электронов (электрический заряд). разность потенциалов).

Случай 1: Предположим, что батареи подключены через узел «V1», а не от «V0» до «V2». Если мы попытаемся представить перемещение электронов из левой батареи в правую через узел «V1», мы на самом деле подтолкнем электроны БЛИЖЕ ВМЕСТЕ. Мы знаем, что электроны отталкиваются друг от друга, поэтому им это не нравится. Если бы мы могли волшебным образом, мы бы увеличивали разность электрических потенциалов или напряжение в правой батарее и уменьшали ее в левой. (Но вся система будет поддерживать такое же общее напряжение, поскольку мы ничего не сделали с системой, кроме перемещения электронов.) Так что вместо того, чтобы электроны пробирались ближе к другим электронам, они просто сидели и ничего не делали.

Случай 2: внешние терминалы, узлы «V0» и «V2», подключены, но два внутренних не подключены. Если мы протолкнем электроны от «V0» через цепь к узлу «V2», мы окажемся в той же ситуации, что и в случае 1, пытаясь подтолкнуть электроны к большему количеству электронов! Вот почему электроны не хотят течь, если нет замкнутого контура, потому что в конечном итоге они просто столкнутся с электронами, которые никуда не движутся.

Случай 3: оба набора терминалов соединены (если есть замкнутый контур, через который проходят электроны).В тот момент, когда мы создаем петлю, через которую проходят электроны, с этими силами одновременно происходит несколько вещей. Помните те электроны, которые хотят пройти через узел «V1», но не могут, потому что в узле «V0» слишком много электронов? А теперь вспомните электроны, которые хотят пройти от узла «V0» через цепь к узлу «V2», но не могут, потому что в узле «V1» слишком много электронов? Ну, мы получаем ситуацию, когда они могут работать вместе, чтобы решить проблемы друг друга! Представьте, что мы перетаскиваем электрон из узла «V0» в узел «V2», и когда этот электрон приближается к «V2», мы перемещаем другой электрон в «V1» из левой батареи в обедненную электронами область в правой батарее. Если мы делаем их одновременно, есть электрон, приходящий и уходящий из обоих мест, которые ранее вызывали электронный блокпост! Таким образом, когда электроны текут от «V0» к «V2», одновременно будут электроны течь через узел «V1». И теперь у нас есть два набора электронов, движущихся с двумя разностями потенциалов в 1,5 В подряд, поэтому мы получаем разность потенциалов в 3 В!

Проверка реальности: есть некоторые отличия от реальности. Например, по мере использования батарей их напряжение будет уменьшаться. Поскольку электроны пытаются равномерно распределиться, разность электрических потенциалов также уменьшится. Кроме того, барьеры между богатыми электронами и дефицитными электронами областями батареи не идеальны. У всех аккумуляторов есть скорость саморазряда, которая фактически представляет собой электроны, перемещающиеся с одной стороны батареи на другую, просто обычно она настолько мала по сравнению с количеством электронов, которое мы фактически можем использовать, что мы ее игнорируем. Выше также упоминалось внутреннее сопротивление, еще одно небольшое отклонение от теоретической работы аккумуляторов. Но вы можете узнать обо всем этом, когда почувствуете, что готовы.

Я надеюсь, что это поможет, и если я сделал какие-либо ошибки, пожалуйста, дайте мне знать! :)

То, что вы описываете, называется последовательным соединением. Думайте о батареях как о насосах, каждый из которых производит 1,5 фунта на квадратный дюйм. Если вы соедините отток одного насоса с притоком другого, то в целом два насоса будут генерировать 3,0 фунта на квадратный дюйм.

Обратите внимание, что текущая способность не удваивается. Если каждый из двух насосов рассчитан на производительность 1 галлон/минуту, то результирующий насос на 3 фунта на квадратный дюйм по-прежнему может производить только 1 галлон/минуту. Также обратите внимание, что каждый насос по-прежнему выполняет именно то, на что он рассчитан, а именно 1,5 фунта на квадратный дюйм при 1 галлоне в минуту в этом примере.

Батареи работают так же, за исключением того, что электрическое «давление» выражается в вольтах, а электрический поток — в амперах (кулонах в секунду). Две батареи 1,5 В 1 А, соединенные последовательно (конец в конец), образуют общую батарею 3,0 В 1 А. Если бы батареи были соединены параллельно (оба конца + вместе и оба конца вместе), то у вас была бы общая батарея, которая может выдавать 1,5 В при 2 А.