Wie erzeugen Batterien Spannung?

Ich versuche, ein grundlegenderes Verständnis von Elektrizität und insbesondere davon zu bekommen, was Spannung ist.

Meine Erinnerung an die Highschool-Physik war, dass eine Batterie an einem Anschluss einen Elektronenüberschuss und am anderen einen Mangel hat. Diese Erklärung verursachte einige Verwirrung, als ich an Batterien in Reihe dachte; Warum addieren sich zwei 1,5-V-Batterien zu 3 V?

Wenn es ein Überschuss und ein Mangel an Elektronen ist, die durch eine chemische Reaktion entstehen, die die Elektronen von der Kathode zur Anode anziehen, wäre das Volt (J / C) für einen Stromkreis mit zwei Batterien nicht gleich; Jedes Elektron in der Kathode hat eine Lücke, um die Anode zu füllen?

Einige Lesarten führen mich dazu, die Batteriespannung als Maß dafür zu sehen, wie viel Energie pro Elektron (J / C) die chemische Reaktion erzeugt, und die Anzahl der Reaktionen pro Sekunde als Strom (C / s). Ich weiß, dass 1 Coulomb nicht 1 Elektron ist und eine Reaktion nicht unbedingt = 1 freies Elektron, das ist ein grobes Bild in meinem Kopf.

Bedeutet dies, dass die aus der Reaktion freigesetzte Energie das Elektron je nach Energiemenge um einen bestimmten Betrag beschleunigt, und wie kommt es, dass zwei Batterien das Elektron doppelt so stark beschleunigen?

Dies ist mein erster Versuch, meine Verwirrung auszudrücken, daher tut es mir leid, dass dies nicht so eloquent ist, wie es sein könnte

Antworten (1)

Spannung (bis zu einem Faktor) ist die Arbeit, die ein Elektron beim Weg von der Anode ( − ) zur Kathode ( + ). Strom ist die Anzahl der fließenden Elektronen.

Die für die Arbeit benötigte Energie stammt aus der Energie, die freigesetzt wird, wenn das Elektron an der Reaktion an der Kathode teilnimmt. Dies ist chemiespezifisch, sodass eine Zelle einer Batterie normalerweise eine ganz bestimmte Spannung hat.

Stellen Sie sich nun vor, was passiert, wenn Sie zwei Zellen in Reihe haben. Wenn ein Elektron von A2 nach C1 wandert, erzeugt es Arbeit W und wann es ankommt C 1 es setzt Energie frei U . Aber gleichzeitig erlaubt es einem anderen Elektron, sich fortzubewegen A 1 Zu C 2 und ein weiteres Stück Energie freisetzen U . Also am Ende, W = U + U = 2 U und wir sagen, dass zwei in Reihe geschaltete Zellen eine doppelt so große Spannung haben, was bedeutet, dass für jedes Elektron, das am Außenstrom teilnimmt, jetzt doppelt so viele Reaktionen stattfinden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

// Natürlich legt ein einzelnes Elektron in Wirklichkeit nicht die gesamte Strecke von der Anode zur Kathode zurück und die Energie wird nicht auf magische Weise freigesetzt und übertragen. Es gibt ein Meer von Elektronen im Draht und sie bewohnen unterschiedliche Energieniveaus, und chemische Reaktionen in verschiedenen Metallen der Zelle erzeugen Niveauverschiebungen, die wiederum ein elektrisches Feld im Draht erzeugen, das eine Elektronenantriebskraft erzeugt usw. Aber das tut es nicht. Ändern Sie nicht das allgemeine Bild, warum sich die Spannung verdoppelt

Wie so oft, bekam ich, nachdem ich die Frage aufgeschrieben hatte, eine neue Idee, wie das alles funktioniert. Ich fing an, darüber nachzudenken: Keine Verbindung zwischen Batterien oder Schaltung - Elektronen bauen sich durch Reaktionen in A1 und A2 auf. Ein Gleichgewicht wird erreicht und die Reaktionen stoppen. Schließen Sie die Batterien an, aber nicht den Stromkreis - Elektronen von A1 fließen zu C2, was eine stärkere Reaktion in der zweiten Batterie erleichtert, wodurch die Elektronen in A2 verdoppelt werden. Sie haben jetzt die normale Menge an positiver Ladung in C1 und doppelt negativ in A2, wodurch doppeltes Volt entsteht. Habe ich recht, wenn ich so denke?
Obwohl Sie im Allgemeinen Recht haben, gibt es eine spontane Reaktion des Austauschs zwischen Zn Und Zn 2 + + 2 e − , Sie können es ignorieren. Bis etwas Elektronen von der Anode entfernt, werden Sie keine merkliche Ansammlung von Zinkionen sehen (dasselbe gilt für die Kathode). Ich glaube, das gleiche gilt, wenn Sie A1 mit C2 verbinden. Der kleine anfängliche Elektronenfluss wird aufgrund der Ladungsfehlanpassung sofort durch das elektrostatische Feld ausgeglichen. Ich bezweifle, dass man das überhaupt messen kann.
Wenn Sie ein Multimeter zwischen den beiden Batterien anschließen, welche Spannung würde es anzeigen?
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