直列の電池が電圧を加算するのはなぜですか?


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この質問はおそらくほとんどの人にとって簡単に聞こえますが、私にとっては、それは一種の魔法です:)

私が知るまで知っていることをすべて考慮すると、バッテリーには2つの側面があると思います。

  1. 電子を「放出する」もの(そのための専門用語は?)
  2. 電子が欠けているもの

では、2つのバッテリーを直列に接続すると、電圧が加算されるのはなぜですか?私には、一方からの電子がもう一方の陽子の間を直接流れるように聞こえます。

明らかにそこにある種の黒魔術があるはずです;)あなたの魔法使いの一人がそれを私に説明しますか?


spatulatzar.com/alkaline_batteryも読んでください。このリンクは、説明を理解するのに役立ちました。
Antoine_935 2013

回答:


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セルまたはバッテリーは本質的に充電「ポンプ」です。さて、あなたの質問に対する答えの直感を形成するのを助けるために、水力学的アナロジーに戻ってください。

並列の2つのウォーターポンプは、1つの(理想的には)2倍の水流を生成できます。

直列に接続された2つのウォーターポンプは、1つの(理想的には)2倍の圧力(またはヘッド)を生成できます。


私は油圧のアナロジーを理解していますが、これは、電子がバッテリー内で一方向にしか移動できないことを意味します。それは物理的/化学的にどのように可能ですか?
Antoine_935

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@ Antoine_935、バッテリー内部では、電荷は電解質内のイオンによって輸送されます。電解質とアノードおよびカソード材料との化学反応により、一方から電子が取り除かれ、他方に電子が追加されます。しかし、電解液内では、電流は電子ではなくイオンによるものです。
アルフレッドケンタウリ

端子は、電気陰性度の異なる材料で作られた電極に接続されています。技術的には、両方向にいくらかの動きがありますが、一方向の動きは、他の桁よりも桁違いに優れています。 en.wikipedia.org/wiki/Galvanic_cell
Chris Stratton

@AlfredCentauri-はい、ただしイオンは過剰または不十分な電子を含む原子またはそのグループです-したがって、最終的にはすべてが電子に関するものですが、乗るために来る核の影響があります。
クリスストラットン

@ChrisStratton、陽子、別名水素イオンは、「それはすべて電子に関するものだ」というあなたのコメントに気分を害する可能性があります。
アルフレッドケンタウリ

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あるバッテリーのアノードから出た電子が次のバッテリーのカソードに入るだけのようで、電圧が加算される理由がないように見えるので、なぜそれが黒魔術のように感じるのかがわかります。

しかし、それを別の視点から見てみましょう。電圧v0のバッテリーAがあるとします。バッテリーAは、回路内に抵抗Rがある回路内の唯一のバッテリーです。抵抗Rの抵抗は非常に高いため、バッテリーAは回路に小さな電流を生成できません。v0は、抵抗Rを介して大きな電流を生成するには不十分です。

しかし、今度は、バッテリーBとバッテリーCをバッテリーAに直列に追加し、抵抗Rも回路内にあるとします。バッテリーBCの電圧もv0です。

各バッテリーの閉回路内では、ワイヤーからの別の電子がカソードに入る間、電子は本当にアノードを離れたいと思っています。バッテリーAを抵抗器Rに接続したばかりの場合、電圧v0でこれを実現するには不十分でした。覚えていますか?しかし現在、3つのバッテリーがすべて直列に接続されているため、バッテリーAの電圧が自然に電子をアノードから押し出そうとしているだけでなく、バ​​ッテリーBのカソードもバッテリーAのアノードから電子を引き寄せています!そして、電圧v0だけで、バッテリーBはどのようにしてアノードから電子を放棄して、バッテリーからカソードで電子を受け取ることができますか?A?バッテリーCのカソードから、バッテリーCのv0からのプルも感じるからです。そして最後に、あなたはそれを推測しました:バッテリーCは、バッテリーAのカソードからのプルも感じるので、アノードから電子を放棄して、カソードで電子を受け入れようとします(低い個別電圧v0のみ)。最初も最後もありません。チェーンのように、すべてが一度に発生します。各バッテリー化合物の効果がはるかに高い電圧を生成する方法(別名、はるかに高いモチベーション、または電子が流れるようにプル/プッシュ)を確認しましたか?また、抵抗RがバッテリーCAの間にあると仮定します。その部分は本当に重要ではありません。


実際には、電子電流に一致するイオン電流(電解液内)があるため、バッテリー内部を流れて電圧を生成します
電圧スパイク

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過剰な電子は不安定で、電子を受け入れることができる原子を埋めたいです。過剰な電子は、バッテリーのマイナス側にロードされて格納されます。電解質がそれらを受け入れることができるプラス側にそれらを許可しないためです。それらが流れることができるようにするために、negとposの間に導体がなければなりません。そうしないと、ゆっくりと漏れ出し、2つの間に電位(差)がなくなるまで保管されます。2つのバッテリーを直列に追加すると、電位(電圧)が追加されます。これは、同じ電圧(電位)を介して同じ電荷が2回移動するため、実行される総作業量は2 * Vですが、電流の流れは同じままであるためです。並行して、充電はいずれかのバッテリーを介して1回移動するため、バッテリーの電圧は追加されず、2つのバッテリーが使用されます。両方のバッテリーが2倍の動きを可能にし、電流が2倍になるため、充電は2倍の動きを行うことができます。川やダムのようなものです。各バッテリーは特定の高さ(電位)の壁であり、水は電流の流れです。各バッテリー(壁)は、非常に多くの水のみを通過させることができます。メインの大きな川は、それぞれにダムがある2つの川に分かれており、同じ水位(電圧)で2倍の水(流れ)が流れます。一方、ダムを積み重ねると、1つのダムと同じ量の水しか入れることができず、水は高さ(電圧)の2倍になります。また、各ダム(バッテリー)は提供する水が多すぎて、ダムの空の部分に接続する必要があります。これは、密閉された水システムであるため、水が戻らない限り水が流れないためです。


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電位差(ボルトで測定され、電圧と呼ばれることもある)の定義が役立つ場合があります。これは、バッテリーがユニット充電でそれを一方の端子から他方の端子に移動するときに行う作業です。したがって、同じ充電が同じ電圧を介して毎回2回移動するので、実行される総作業量は2 * Vです。並列接続では、充電は一方のバッテリーまたは他方のバッテリーを介して移動するため、実行される作業はVのみです。あるバッテリーから別のバッテリーに電流が流れていても、それらは実際には関係ありません)

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