Perché le batterie in serie aumentano la tensione?

Questa domanda probabilmente sembrerà facile per la maggior parte di voi, ma per me è ancora una specie di magia :)

Tenendo conto di tutto ciò che so fino a che non so, immagino che una batteria abbia due lati:

1. uno che "emette" elettroni (qualche termine tecnico per quello?)
2. uno che "manca" di elettroni

Quindi, come è possibile che quando inserisco due batterie in serie, si sommano le tensioni ? Per me sembra che gli elettroni dell'uno dovrebbero fluire direttamente tra i protoni dell'altro.

Ovviamente ci deve essere una sorta di magia nera lì;) Uno di voi stregoni me lo spiegherà?

Una cella o una batteria è essenzialmente una "pompa" di carica. Ora, per aiutare a formare un'intuizione per la risposta alla tua domanda, torna all'analogia idraulica .

Due pompe per acqua in parallelo possono produrre il doppio del flusso d'acqua di una (idealmente).

Due pompe per acqua in serie possono produrre il doppio della pressione (o prevalenza) di una (idealmente).

Posso capire perché sembra magia nera, dal momento che sembra che gli elettroni che lasciano l'anodo di una batteria entrino nel catodo della batteria successiva e non sembra esserci motivo per cui le tensioni si sommino.

Ma guardiamolo in una prospettiva diversa. Supponiamo che tu abbia una batteria A con una tensione v0 . La batteria A è l'unica batteria in un circuito con una resistenza R anche nel circuito. La resistenza del resistore R è così alta, che la batteria A è appena in grado di generare una piccola corrente attraverso il circuito. v0 solo non è sufficiente a produrre una corrente significativa attraverso il resistore R .

Ma ora, supponiamo di aggiungere la batteria B e la batteria C in serie alla batteria A , con il resistore R ancora nel circuito. Le batterie B e C hanno anche tensioni di v0 .

In ogni batteria, all'interno di un circuito chiuso, un elettrone vuole davvero lasciare l'anodo mentre un altro elettrone dal filo entra nel catodo. Quando abbiamo appena collegato la batteria A al resistore R , la sua tensione v0 non era abbastanza per farlo accadere, ricordi? Ma ora, con tutte e 3 le batterie in serie, non solo la tensione della batteria A vuole spingere naturalmente un elettrone lontano dal suo anodo, ma anche il catodo della batteria B sta esercitando una trazione su un elettrone dall'anodo della batteria A ! E con solo una tensione di v0 , in che modo la batteria B è in grado di rinunciare a un elettrone dal suo anodo a in modo che possa riceverne uno nel suo catodo dalla batteriaA ? Perché si sente anche un tiro dalla batteria C catodo s', dalla batteria v0 di C ! E infine, l'hai indovinato: la batteria C è disposta a rinunciare a un elettrone dal suo anodo per accettarne uno nel suo catodo (con solo la bassa tensione individuale v0 ) perché sente anche un tiro dal catodo della batteria A ! Non c'è il primo o l'ultimo, succede tutto in una volta, come una catena. Ora vedi come gli effetti di ciascun composto della batteria producono una tensione molto più elevata (ovvero una motivazione molto più elevata, o pull / push per il flusso degli elettroni) ?? Inoltre, assumere resistore R è stato fra batteria C e A . Quella parte non ha molta importanza.

Gli elettroni in eccesso sono instabili e vogliono riempire atomi in grado di accettare elettroni. Gli elettroni in eccesso vengono caricati sul lato negativo di una batteria e immagazzinati perché l'elettrolita non li permetterà al lato positivo dove possono essere accettati. Ci deve essere un conduttore tra neg e pos per consentire loro di fluire o rimarranno lì, conservati fino a quando non fuoriescono lentamente e non c'è più un potenziale (differenza) tra i due. Quando si aggiungono due batterie in serie, vengono aggiunti i potenziali (tensione) perché poiché la stessa carica viene spostata due volte ogni volta attraverso la stessa tensione (potenziale), il lavoro totale svolto è 2 * V ma il flusso di corrente rimane lo stesso. In parallelo, la carica viene spostata una volta attraverso una delle batterie, quindi le tensioni delle batterie non vengono aggiunte ma con due batterie, la carica può fare il doppio del movimento perché entrambe le batterie consentono il doppio del movimento e quindi le correnti sono raddoppiate. Un po 'come un fiume e una diga. Ogni batteria è una parete di una certa altezza (potenziale) e l'acqua è il flusso corrente. Ciascuna batteria (a parete) può solo consentire il passaggio di così tanta acqua. Il grande fiume principale diviso in due fiumi con una diga su ciascuno consente il doppio dell'acqua (corrente) attraverso alla stessa altezza dell'acqua (tensione). Considerando che se impilate le dighe in su allora consentiranno solo la stessa quantità di acqua di una diga e l'acqua sarà il doppio dell'altezza (tensione). E ogni diga (batteria) ha solo tanta acqua da fornire e deve essere ricollegata alla parte vuota della diga perché è un sistema idrico sigillato in modo che l'acqua non possa fluire a meno che non ritorni.

Una definizione di differenza potenziale (ciò che viene misurato in volt e talvolta chiamato tensione) può essere utile: è il lavoro che la batteria fa su un'unità caricandola spostandola da un terminale all'altro. Pertanto, poiché la stessa carica viene spostata due volte ogni volta attraverso la stessa tensione, il lavoro totale svolto è 2 * V. In una connessione parallela la carica si sposta attraverso una batteria o l'altra, quindi il lavoro svolto è solo V. (Ignoro qui gli argomenti su un po 'di corrente attraverso una batteria un po' attraverso l'altra, non contano davvero)