Как именно батарея производит ток в цепи, соединенной между ее концами? Я не хочу знать химические реакции в ядре батареи, а только суть. Я полагаю, что это происходит не за счет создания избытка электронов на минусовой клемме и дефицита на положительной клемме. Тем более чем отличаются напряжение и ЭДС по своим определениям и величине. Поскольку электрическое поле является консервативным полем, можно ли сравнить работу, совершаемую при движении электронов в проводнике и всех компонентах, с работой, совершаемой на любом другом пути через клеммы батареи? И кстати, как мы можем теоретически вывести связь между разностью потенциалов и электрическим током?
Техническое название структуры батареи известно как « электрохимическая ячейка ». Он состоит из электролита (или нескольких из них), жидкости с ионами, несущими электрический заряд. Асимметрия в батарее, главная причина, по которой она работает, заключается в том, что эти два типа носителей любят участвовать в химических реакциях в двух разных контейнерах, возле двух электродов.
Положительно заряженные ионы — представьте из соли, хотя это не самый реалистичный пример — как бы «привязаться» к одному электроду, пока отрицательно заряженные ионы — представьте себе ионы из соли – любят «привязываться» к другому. Эти два типа реакций называются восстановлением и окислением соответственно по знаку заряда, который приобретает или теряет ион. Я не хочу запутаться в ошибках со знаками, поэтому я не отнес их к первому предложению этого абзаца. Когда эти химические реакции протекают, они создают асимметрию заряда и, следовательно, несоответствие между потенциалами двух электродов, и эта асимметрия компенсируется потоком электронов по проводам цепей (вне батареи). В конечном счете, химическая энергия (своего рода электростатическая потенциальная энергия ионов — они «выше», если использовать гравитационную аналогию, прежде чем они вступят в реакцию с электродами) преобразуется в, как мы надеемся, полезную энергию, производимую схемой. Полная энергия сохраняется. Энергия, переданная заряженной частице, движущейся под напряжением является .
ЭДС, электродвижущая сила , представляет собой особый тип напряжения, поэтому его единицей СИ является 1 вольт, как и для любого другого напряжения. Я говорю, что это особый вид напряжения, потому что оно используется только для «генерирующих энергию» частей цепей, а именно для батарей или частей, которые производят электричество за счет электромагнитной индукции (в соответствии с законом Фарадея), таких как катушки в переменном магнитном поле. На резисторах и конденсаторах также есть напряжение, но оно «пассивное» или «потребляет» энергию, созданную где-то еще, поэтому мы не считаем его ЭДС. ЭМП считается «основным источником жизни» в электрических цепях.
Что касается вывода соотношения между током и напряжением, я полагаю, вы имеете в виду закон Ома . Его микроскопическая форма , т.е. ток пропорционален электрическому полю, где коэффициент называется проводимостью. Эта формула верна для металлов довольно хорошо, потому что электрическое поле ускоряет электроны до средней скорости, определяемой компромиссом между электрическим полем, действующим на электроны; и замедление скорости от столкновений. Этот компромисс приводит к скорости, которая пропорциональна также и есть произведение электронной плотности и средней скорости этих носителей.
Является ли ЭДС видом напряжения или нет, зависит от терминологических соглашений. ЭДС, безусловно, имеет ту же размерность , что и напряжение (также известное как электрическое напряжение ). Они обычно добавляются или вычитаются в формулах, связанных с источниками напряжения, такими как . Но эти и больше не являются той же величиной, что плотность энергии и давление (которые также имеют ту же размерность).
Электрическое напряжение — это разница в электрическом потенциале (это очень похоже на манометрическое давление, которое представляет собой разницу в абсолютном давлении ). На фундаментальном уровне электрический потенциал — туманное понятие, вы можете прочитать в Ambiguity о понятии потенциала в электрических цепях? об этом, но для большинства электрических цепей можно предположить, что потенциалы внутри проводников четко определены. Что такое ЭДС на самом деле? В некотором смысле это количественное выражение силы, испытываемой носителями заряда, отличной от электростатической силы.. Как можно прочитать в Википедии, она может иметь электродинамическое происхождение (сила Лоренца), но не обязательно. Первоначальный постер больше интересовался химическими источниками, хотя и не хотел знать химических реакций. Нет: без знания химических реакций (часто создающих, уничтожающих и преобразующих носители заряда) нельзя понять, какая сила притягивает носители в электрохимической ячейке к сила. Без длительного экскурса в этот вопрос и сложностей физики твердого тела могу лишь сказать, что такие силы действуют на атомном уровне.