Пояснения к разным значениям тока внутри батареи

Я только что узнал о том, что происходит с током внутри батареи, и мой профессор привел пример: допустим, у нас есть 1 вольтовая батарея подключена к 1 Ом нагрузка. Затем он утверждал, что электрический ток будет 1 А течет через плюсовую клемму, − 1 А через отрицательную клемму и 0 А через всю поверхность батареи (включая обе клеммы).

Таким образом, у меня есть два вопроса, во-первых, почему текущий − 1 А на отрицательной клемме, я думал, ток должен иметь такое же значение 1 А по всей этой цепи? Во вторых какой смысл говорить о токе через всю поверхность батареи? Я не понимаю, что имеется в виду под «поверхностью аккумулятора, включая обе клеммы». Спасибо!

Ответы (1)

почему ток -1А на отрицательной клемме, я думал ток должен иметь одинаковое значение 1А по всей этой цепи?

Ток — это скорость потока заряда, а поскольку поток является направленным, это векторная величина.

В цепи направление ограничено проводником, поэтому нам нужно только это одно измерение, но оно все равно может быть положительным, если оно течет в указанном нами направлении, или отрицательным, если оно течет в противоположном направлении.

Теперь, когда мы определяем направление как выход из батареи, ток будет положительным на положительной клемме, что означает, что ток вытекает из батареи, и отрицательным на отрицательной клемме, что означает, что он возвращается в батарею.

Величина та же самая, но в данном случае нас интересует также и направление.

Во-вторых, какой смысл говорить о токе через всю поверхность батареи, я не понимаю, что имеется в виду под "поверхностью батареи, включая обе клеммы".

На самом деле неверно, что ток должен иметь одинаковое значение во всей цепи. Если заряд где-то накапливается, ток в этом месте и из него будет разным. Например, при статическом разряде ток течет от места, обедненного электронами, к другому месту, где электроны накапливаются в разомкнутой цепи, пока заряды не уравняются.

Выраженный математически

д д д т "=" я я н − я о ты т

то есть скорость накопления заряда - это ток на входе минус ток на выходе. Использование тока в качестве вектора позволяет нам упростить это до просто

д д д т "=" − ∑ я о ты т

воспринимая поток столь же негативно, как это сделал ваш профессор.

Теперь, говоря о поверхности, вы переходите от упрощенного представления цепей как элементов, соединенных одномерными проводами, к полному трехмерному анализу. Имеет смысл начать разговор о плотности тока , то есть о токе, протекающем через некоторую площадь — например, через поперечное сечение проводника — деленном на эту площадь.

Это позволяет нам записать еще более общую форму приведенного выше уравнения

д д д т "=" − ∮ А Дж д А

То есть скорость накопления заряда внутри некоторого объема равна протекающему через его поверхность току, умноженному на вектор нормали к этой поверхности.

Интеграл составляет +1 А через положительный вывод, -1 А через отрицательный вывод и 0 через остальную часть поверхности, поскольку она изолирована, что приводит к общему нулю и показывает, что батарея в целом остается электрически нейтральной во время работы.

Спасибо. Я понимаю первое объяснение, что касается моего второго вопроса, вы привели интересный интеграл. Однако я не понимаю, почему он оценивается как 0 на остальной части изолированной поверхности. Мой профессионал поднял это: «Мы последовательно определяем области, используя правило правой руки. Клеммы батареи можно рассматривать как одну область, так что ориентация положительных и отрицательных клемм противоположна». Будет ли это играть роль в оценке этого интеграла как 0? Спасибо за разъяснение!
@LucasTan, на остальной части поверхности он равен нулю (ну, достаточно близко для практических целей), потому что он изолирован. Изолированный означает, что через него не может протекать ток (не более незначительного тока).
Я так понимаю, а внутри аккумулятора, где электролит, какое значение будет иметь там ток? 1А?
@LucasTan, я думаю, там есть ток, но он немного отстает от нагрузки. Вокруг клемм накапливается некоторый заряд, создающий электрическое поле, которое предотвращает дальнейшую реакцию, и часть этого заряда должна быть уравновешена, протекая по цепи, чтобы запустить реакцию, которая воссоздаст его.
Ах, я так понимаю, что простого ответа нет, вычислить этот ток будет не так просто, как взять интеграл по этой области батареи, но он должен включать электрохимическое равновесие между химической реакцией и электростатической силой, притягивающей ионы от одного терминала к другому.
@LucasTan, интеграл просто дает вам связь между плотностью тока и накоплением заряда. Но чтобы получить и то, и другое, вам нужно начать копаться в электрохимических свойствах электродов и электролита.
Пояснения к разным значениям тока внутри батареи
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v