Почему электроны текут по проводу, подключенному к батарее?

Я хотел бы знать, почему электроны текут по проводу, подключенному к батарее, как сказано в AC/DC: в чем разница? .В нем говорится, что «электроны, снятые с угольного электрода, собираются на цинковой банке», а затем говорится

Электроны на отрицательной клемме хотят попасть на положительную клемму, им просто нужен способ добраться туда. В нашей схеме с лампочкой путь к ней лежит через провод.

Почему электроны не могли пройти к положительной клемме через электролит (гидроксид калия), а не через провод?

Химические реакции в угольно-цинковом элементе описаны здесь en.m.wikipedia.org/wiki/Zinc—carbon_battery#Chemical_reactions .
@Farcher: Извините, я не видел ничего, что говорило бы о подключении батареи к проводу, хотя на странице объясняется работа батареи.
Под "электролитом" ты подразумеваешь сам аккумулятор. Вы спросите, "почему камни не падают на землю в батарее, почему они поднимаются в воздух?" Это действительно противоречит принципу минимизации потенциальной энергии.
@ValentinTihomirov: Нет, я имею в виду пастообразную смесь в аккумуляторе.

Ответы (3)

В батареях используется тип реакции, называемой окислительно-восстановительной реакцией , которая включает перенос электронов. Вместо углеродно-цинковой батареи, которая немного сложна, рассмотрим более простой пример медно- цинковой батареи , которую преподают на школьных уроках естествознания по всему миру. Реакция:

Z н + С ты 2 + → Z н 2 + + С ты

Таким образом, реакция растворяет цинковый электрод и производит металлическую медь на медном электроде. Реакция идет таким образом, потому что при этом уменьшается общая свободная энергия системы Zn/Cu.

Если мы посмотрим более внимательно, реакция включает три стадии:

  1. Z н → Z н 2 + + 2 е

  2. перенос электронов на медь

  3. С ты 2 + + 2 е → С ты

Так как реакция идет, электроны текут от цинка через батарею к меди. По сути, реакция действует как электронный насос, который перекачивает электроны с конца цинка на конец меди. Таким образом, если вы подключите внешний провод от меди к цинку, электроны выйдут из меди, через провод и обратно к цинку, а затем завершите петлю, перетекая из цинка в медь внутри батареи. Электроны движутся в этом направлении, потому что их заставляет химическая реакция.

Традиционная угольно-цинковая батарея использует реакцию между цинком и марганцем — углерод на самом деле является просто электродом и не принимает участия в реакции. Хотя реакция более сложная, основной принцип тот же. Цинк реагирует с образованием Z н 2 + и электроны, а марганец поглощает электроны. Так же, как и в медно-цинковой батарее, поток электронов управляется химической реакцией.

: Хорошо. Это правда. Есть ли что-нибудь, что ограничивает поток электронов от цинковой пластины (-ve) к медной пластине (+ve) через электролит KOH вместо прохождения через провод?
@Justin: нет С ты 2 + в проводе, чтобы реакция не могла произойти в проводе. Однако хороший момент. Если бы у нас был гипотетический внешний провод, сделанный из раствора сульфата меди, он был бы точно таким же, как ячейка, и электроны не двигались бы по петле.
: Извините, я не спрашиваю о потоке электронов через провод. Я спрашиваю, есть ли поток электронов от цинковой пластины к медной пластине через электролит .
@justin: да, извини, я думал, что это ясно из моего ответа. Электроны текут от цинка через электролит к меди, а затем обратно по внешнему проводу от меди к цинку.
: Вы хотите сказать, что медь в разное время действует и как отрицательный, и как положительный терминал ?
@justin: Нет, потому что определение положительного вывода состоит в том, что электроны текут от отрицательного вывода к положительному через внешнюю цепь . Это делает цинк положительной клеммой, а медь отрицательной клеммой.
: О, но я не мог понять, почему вы сказали в своем комментарии , что они перетекают из цинка в медь, а затем из меди в цинк.
@justin: электроны текут от меди к цинку через внешний провод, а от цинка к меди через электролит внутри батареи. Но это непрерывный процесс — в любой момент одни электроны текут по внешнему проводу, а другие текут внутри батареи. Ток во внешнем проводе всегда такой же, как и ток, протекающий через электролит. Если бы это было не так, мы бы получили пробку с скоплением электронов в какой-то точке цепи.
: Значит, вы хотите сказать, что поток электронов происходит одновременно и в проводе, и в батарее?
@Justin: да, верно.
:из любопытства, не могли бы вы сказать, что скорость потока электронов одинакова в проводе и в батарее.
@justin: поток в проводе и батарее должен иметь одинаковую величину, потому что электроны текут по петле, а количество электронов постоянно. Представьте себе, как вода течет по трубе по петле. Аккумулятор аналогичен насосу, а пирог аналогичен внешнему проводу. Таким образом, вода течет через насос в петлевую трубу и в конечном итоге возвращается к другому концу насоса. Скорость потока воды в насосе, очевидно, такая же, как и в трубе, потому что вода не может просто исчезнуть и появиться.
: Что такое по сути «1,5 В»? Есть ли какая-либо связь между количеством прокачанных электронов и напряжением в батарее?
@justin: напряжение батареи связано с изменением свободной энергии химической реакции. Детали немного усложняются, но в основном чем энергичнее реакция, тем выше напряжение.
: как они конкретно получают такое значение, как «1,5 В» в батарее, когда они просто помещают цинковый и углеродно-медный стержень в KOH.
@justin: это нужно будет задать как новый вопрос, но сначала прочитайте справочную информацию, например, эту статью .
: Я мог бы узнать о потоке постоянного тока с помощью ваших комментариев, но я застрял в потоке переменного тока. Я даже пытался задать вопрос на Reddit , но ответа не получил . аналогичный вопрос существует здесь . Не могли бы вы мне помочь.
: Не могли бы вы сказать, проходит ли в переменном токе энергия (напряжение), полученная от генераторов, через провод под напряжением, а после ее использования уходит в землю, а затем из земли идет к проводу под напряжением?

Через ряд химических реакций батарея создает избыток электронов на цинковой (отрицательной) пластине и дефицит электронов (положительные заряды) на углеродной (положительной) пластине, потому что это энергетически выгодно.
Вы можете думать о реакции как о том, что атом цинка производит ион цинка и два электрона с выделением энергии.

Предположим, что батарея не подключена к внешней цепи.

Химическая реакция заставляет электроны двигаться от положительного углерода к отрицательному цинку.
Накопление заряда на углероде и цинке будет продолжаться до тех пор, пока электрическое поле из-за зарядов на цинке и углероде не станет таким, что химическая реакция больше не сможет перемещать электроны от положительного углерода к отрицательному цинку.
Это происходит, когда разность потенциалов на клеммах аккумулятора составляет около 1,5 вольт.
Батарея подобна насосу, забирающему электроны с угольного электрода и переносящему их на цинковый электрод, но подобно водяному насосу, который может качать воду только на конечную высоту, то же самое верно и для электронного насоса, который может перемещать электроны только через конечную высоту. разность потенциалов. Около 1,5 вольта в случае угольно-цинкового аккумулятора.

Теперь, когда между угольным электродом и цинковым электродом добавляется внешний проводящий путь, электроны будут течь от цинковой пластины через внешний проводящий путь к угольному электроду.
При этом происходит химическая реакция (электронный насос) с перемещением электронов внутри батареи от положительного угольного электрода к отрицательному цинковому электроду для поддержания разности потенциалов между электродами на уровне 1,5 В.

Таким образом, ответ на ваш вопрос заключается в том, что энергетически невыгодно перемещать электроны с цинковой пластины на углеродную пластину.
По электрической цепи непрерывно движутся электроны. Электрическая энергия поступает из химической энергии в батарее, и если внешняя цепь представляет собой резистор, то тепло вырабатывается из электрической энергии.

: Не могли бы вы объяснить немного больше о том, почему энергетически невыгодно перемещать электроны с цинковой пластины на углеродную пластину.
Чтобы получить правильный ответ, вам нужно спросить химика, однако вот ссылка на веб-сайт HyperPhysics, который говорит вам, что цинк гораздо больше стремится высвободить свои электроны и сформировать ион цинка, чем медь (эквивалент углерода в углеродно-цинковой батарее). ). гиперфизика.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/electrochem.html

На самом деле поток электронов не является причиной свечения света. Электроны - всего лишь переносчики энергии. Я объясню. Рассмотрим лампочку, подключенную к батарее. Провод представляет собой проводящий металл, что означает, что он находится в твердом состоянии. Так что межатомных пространств очень мало. Так что электроны не могут так свободно двигаться. Возникает нет. столкновений с атомами в решетке. Эти столкновения заставляют электроны терять свою энергию (поскольку столкновение неупругое), и, следовательно, кинетическая энергия электрона проявляется в виде тепла решетки.
Таким образом, скорость электронов усредняется. Теоретически, когда заряд, подобный электрону, помещается в электрическое поле, он должен ускоряться. Но скорость электрона усредняется внутри проволоки. Поэтому, если вы включаете ток, электрону из батареи требуется некоторое время, чтобы добраться до лампочки. Но это не то, что происходит в реальной жизни. Лампочка загорается мгновенно при включении. Тогда это означает, что не поток электронов заставляет лампочку светиться. Объяснение такое. Рассмотрим электрон рядом с батареей. Он поглощает электрическую энергию от него и, следовательно, движется. Когда он достигает соседнего электрона, между ними возникает электрическое отталкивание. Так что можно было бы ожидать, что оба разлетятся. Но первый электрон не может вернуться, так как в этом направлении есть непрерывная энергия. Таким образом, конфигурация содержит некоторую потенциальную энергию. При этом соседний электрон начинает двигаться. это происходит через весь провод. Несмотря на то, что электроны могут двигаться только с некоторой средней скоростью, благодаря отталкиванию эффект электрической энергии мгновенно передается по проводу.
Теперь на лампочке, лампочка имеет некоторое сопротивление. Таким образом, электрон теряет там энергию, которую собирает лампочка и преобразует в световую и тепловую энергию.
Проводимость через внутреннее устройство батареи невозможна, потому что два электрода разделены друг другом.

Почему электроны текут по проводу, подключенному к батарее?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v