Струм струму в акумуляторах?

Я читаю основну книгу з електроніки: "Немає електронів: Електроніка для землян" і зіткнувся з розумним уривком про те, що вам потрібен замкнутий контур для того, щоб струм потік. Ось уривок, про який мені цікаво:

"Це завжди мене непокоїло: якщо негативні клеми акумуляторів мають надлишки електронів (негативний заряд), а позитивні клеми акумуляторів мають занадто мало електронів (позитивний заряд) і протилежності приваблюють, чому я не можу підключити провід між негативна сторона одного акумулятора та позитивна сторона іншої батареї і отримати струм? Ця правда, це не спрацює. Струм не буде текти. Якби хтось міг мені це пояснити, я, мабуть, ніколи б не написав цю книгу . "

Хтось має пряму відповідь на це питання?

Плутанина тут полягає в початковому поганому описі того, як працює акумулятор.

Акумулятор складається з трьох речей: позитивного електрода, негативного електрода та електроліту посередині. Електроди виготовлені з матеріалів, які сильно хочуть реагувати один з одним; вони тримаються окремо від електроліту.

Електроліт діє як фільтр, який блокує потік електронів, але дозволяє іонам (позитивно зарядженим атомам від електродів) проходити крізь нього. Якщо акумулятор не підключений ні до чого, хімічна сила тягне на іони, намагаючись перетягнути їх по електроліту для завершення реакції, але це врівноважується електростатичною силою - напругою між електродами. Пам'ятайте - напруга між двома точками означає, що між тими точками є електричне поле, яке штовхає заряджені частинки в одному напрямку.

Коли ви додаєте провід між кінцями батарей, електрони можуть проходити по дроту, керовані напругою. Це зменшує електростатичну силу, тому іони можуть проходити через електроліт. Коли акумулятор розряджається, іони переходять від одного електрода до іншого, і хімічна реакція триває, поки один з електродів не буде витрачений.

Думаючи про дві батареї поруч, пов'язані одним проводом - між двома батареями немає напруги, тому немає сили приводити електрони в рух. У кожній батареї електростатична сила врівноважує хімічну силу, і акумулятор залишається в стаціонарному стані.

(Я начебто замислився над тим, що означає, щоб два матеріали "хотіли" реагувати один з одним. Google "Gibbs free energy" для детальної інформації про це. Ви також можете google "рівняння Нернста".)

Забудьте батареї на секунду, ось лише одна з тисячі аналогій, яку ви могли б використати для опису напруги / струму, і причина того, що жоден струм струму не має нічого спільного з електрохімічними властивостями акумуляторів, його набагато простіше.

Найпростіший спосіб подумати про це так: Струм буде коли-небудь текти в циклі, навіть у дуже складних схемах ви завжди можете розбити його на петлі струму, якщо немає шляху для повернення струму до його джерела, буде не бути потоком струму.

У вашому прикладі акумулятора немає шляху зворотного струму, тому струм не буде текти. Очевидно, є більш глибока фізична причина, чому це працює, але оскільки на запитання було запропоновано просту відповідь, я пропускаю математику, рівняння Гугла Максвелла і як вони використовуються при виведенні закону напруги Кірхгофа.

Батареї справді є хорошим прикладом для цього просто тому, що вони є джерелами струму з повністю ізольованими підставами. Цей приклад настільки ж справедливий для будь-якого іншого джерела живлення з повністю ізольованою "землею".

Однак знайти це непросту річ, наприклад, це робити з двома запасними припасами, швидше за все, зробить одне з лавок дуже нещасним, але це не тому, що ефект різний, різниця полягає в тому, що запаси на стенді, ймовірно, обоє обґрунтовані до електричної проводки в будівлі, і як такий існує зворотний шлях для протікання струму.

Аналогія води для цього також ефективна. Подумайте про приклад свого акумулятора таким чином:

У вас до труби (дроту) підключений водяний насос (акумулятор А), і до цієї ж труби (дроту) підключений ще один водяний насос (акумулятор В). Тепер у вашому прикладі немає зворотного шляху в системі, тож уявіть, що труба повна води, але закрита на обох кінцях.

Ви натискаєте на насос живлення, що трапляється?

Відповідь нічого - немає де рухати воду, насоси навіть не крутяться. (ігноруйте турбулентність води, як ефекти для цієї аналогії).

Тепер, якщо ви з'єднали трубу в петлі і натиснули на вимикач, насоси розгорнуться (напруга) і вода потече (струм).

Якщо ви використовували 2 насоси різницької швидкості (батареї різної напруги) і стикалися з ними один до одного, то надмірне живлення і призведе до того, що інший буде крутитися в неправильному напрямку (вигоріть так само, як паралельно підключити 9В і 6В акумулятор).

Якщо ви підключили обидва насоси в одному напрямку, ви отримаєте більший тиск води (напруга), оскільки насоси допомагають один одному (2 батареї послідовно).

Скажімо, у вас батареї типу AA, по 1,5 В у кожній. Далі позначимо їх батареєю А та батареєю B. Якщо ви підключите від A + до B-, ви отримаєте фактично різницю в 3 В від А до В +.

B+  -------------------
|                     |
B- _ A+  --           | 3V
     |    | 1.5 V     |
     A-  --------------

Коли ви підключите від B до A +, вони обидва мають однаковий потенціал (зрештою, вони підключені дротом). В + на 1,5 В вище, ніж цей потенціал, а А - на 1,5 В нижчий.

Важливо пам’ятати, що напруга не є абсолютним значенням. Це відносна цінність. Провід B- _ A + буде мати один потенціал, а B + і A- відносно цього потенціалу.

Я теж завжди вважав, що опис акумулятора в традиційному непрофесіоналі є оманливим. Більшість людей описують акумулятор як контейнер для зберігання електроенергії, але це не пояснює, чому ви не можете скидати електроенергію з батареї на землю, або чому ви не можете мати один джерело живлення, як у вашому запитанні вище .

Це може бути не точним описом того, що насправді відбувається, але я вважаю, що більш зрозумілою аналогією є опис акумулятора як насоса. "Енергія", що міститься в акумуляторі, використовується для приводу насоса; вона не надсилається по дроту. З цією аналогією очевидно, чому і позитивний, і негативний кінець акумулятора повинні бути з'єднані в ланцюг. Якщо, скажімо, ви підключаєте до заземлення лише негативний електрод, то струму немає, тому що на позитивному електроді, який можна викачати, немає електрики.

Технічно струм може або не може текти, коли провід з'єднаний таким чином. Все залежить від того, чи існує різниця потенціалів у зарядах між цими двома клемами. Якщо різниця невелика, струм мало / не буде надходити. Це справедливо для будь-якого проводу, підключеного між будь-якими двома клемами, де завгодно.

Однак струм більш ніж ймовірно не буде (залежно від віку / використання акумулятора). Причина тому, що різниця потенціалів напруги - «надлишкові отвори на позитивному кінці» та «надлишки електронів на негативному кінці» - відносно даної батареї . На кінцях даної батареї є зайві електрони / діри відносно один одного. Цей взаємозв'язок може бути, але не може бути правдою між одним негативним терміналом батареї та позитивним терміналом іншого.

Струм, який впадає в перехід, завжди дорівнює струму, який витікає з місця з'єднання. Тому струм повинен завжди текти в циклі.

Спочатку. Дуже малий струм буде протікати протягом дуже короткого часу ... але йому потрібно лише невелика кількість електричного заряду (статичного), щоб пройти, щоб створити достатню напругу назад, щоб звести нанівець напругу. Нагадаємо, що будь-яка помітна статична електрика, як натирання повітряних куль на волоссі, зазвичай передбачає великі напруги на зразок (десятки) тисяч вольт, які необхідні, щоб зробити іскру. Типовий простий 1,5-вольтовий нахил клітини робить іскру (без спеціальної допомоги). Насправді, якщо ви обережно призупинили пару простої комірки (батареї) у просторі або висіли на струні, вони мали б невелику дипольну взаємодію і крутяться, як пара магнітів, а потім притягують один одного. На жаль, це виявляється дуже малим, хоча обчислювальним і обмеженим зусиллям. Можливо, цей еппт був зроблений чуйно, щоб показати це. Далі, оригінальна проблема трохи схожа на зарядку конденсатора, якщо ви думаєте про це. З непоєднаними клемами є лише пластини конденсатора. Невелика кількість клем і сепарація чисельно відрізняється від хорошого конденсатора, який має велику площу і малу сепарацію, що робить все різницею, і ось чому струм є незначним (але кінцевим) в оригінальній задачі.

Я думаю, що ще одна річ, яка може вас бентежити, - це те, що ми говоримо, що напруга в провіднику завжди постійне. Хоча це в основному так, це свого роду брехня. Усі провідники все ще мають кінцевий опір. Через це, якщо підключити провід між двома клемами акумулятора, один кінець дроту буде фактично різним потенціалом, то інший та струм у проводі будуть дотримуватися закону ом. Я не знаю, чи ви коли-небудь намагалися вкоротити два клеми акумулятора, як це, але тому, що опір дроту настільки низький, закон закону дає дуже великий струм, який нагріватиме провід і спалює вас.

Тепер причина, по якій ми зазвичай кажемо, що потенціал в проводі є постійним, полягає в тому, що в нашій схемі зазвичай є інші компоненти, опір яких значно більше, ніж дроти. Через це велика частина напруги в кінцевому підсумку знизиться через інші компоненти ланцюга, і відбудеться лише дуже невеликий перепад напруги з одного кінця проводу на інший. Тож ми можемо спростити наші проблеми, сказавши, що напруга в провідх постійне.