¿Por qué las baterías en serie suman voltaje?

Esta pregunta probablemente les parecerá fácil a la mayoría de ustedes, pero para mí, sigue siendo una especie de magia :)

Teniendo en cuenta todo lo que sé hasta saber, supongo que una batería tiene dos lados:

1. uno que "emite" electrones (¿algún término técnico para eso?)
2. uno que "carece" de electrones

Entonces, ¿ cómo puede ser que cuando coloco dos baterías en serie, el voltaje se acumula ? Para mí, parece que los electrones de uno deberían fluir directamente entre los protones del otro.

Obviamente debe haber algún tipo de magia negra allí;) ¿Me lo explicará uno de ustedes, hechiceros?

Una celda o una batería es esencialmente una "bomba" de carga. Ahora, para ayudar a formar una intuición para la respuesta a su pregunta, recurra a la analogía hidráulica .

Dos bombas de agua en paralelo pueden producir el doble del flujo de agua de una (idealmente).

Dos bombas de agua en serie pueden producir el doble de presión (o altura) de una (idealmente).

Puedo ver por qué se siente como magia negra, ya que parece que los electrones que salen del ánodo de una batería simplemente entran en el cátodo de la batería siguiente, y parece que no hay razón para que los voltajes se sumen.

Pero veámoslo desde una perspectiva diferente. Digamos que tiene una batería A con un voltaje v0 . La batería A es la única batería en un circuito con una resistencia R también en el circuito. Resistor de R la resistencia es tan alta, que la batería A no es capaz de generar una corriente pequeña a través del circuito. v0 simplemente no es suficiente para producir una corriente significativa a través del resistor R .

Pero ahora, supongamos que agrega la batería B y la batería C en serie a la batería A , con la resistencia R todavía en el circuito. Las baterías B y C también tienen voltajes de v0 .

En cada batería, dentro de un circuito cerrado, un electrón realmente quiere abandonar el ánodo mientras que otro electrón del cable ingresa al cátodo. Cuando acabamos de conectar la batería A a la resistencia R , el voltaje v0 no fue suficiente para que esto sucediera, ¿recuerdas? Pero ahora, con las 3 baterías en serie, no solo el voltaje de la batería A quiere empujar naturalmente un electrón lejos de su ánodo, ¡sino que el cátodo de la batería B también está ejerciendo un tirón sobre un electrón del ánodo de la batería A ! Y con solo un voltaje de v0 , ¿cómo puede la batería B ceder un electrón de su ánodo para que pueda recibir uno en su cátodo de la batería? A ? Debido a que también se siente un tirón de la batería C cátodo 's, desde la batería v0 de C ! Y por último, lo adivinaste: la batería C está dispuesta a ceder un electrón de su ánodo para aceptar uno en su cátodo (con solo el bajo voltaje individual v0 ) porque siente un tirón de la batería Acátodo también! No hay primero ni último, todo sucede a la vez, como una cadena. ¿Ves ahora cómo los efectos de cada batería se combinan para producir un voltaje mucho más alto (también conocido como una motivación mucho más alta, o tirar / empujar para que los electrones fluyan)? Además, suponga que la resistencia R estaba entre la batería C y A . Esa parte realmente no importa.

El exceso de electrones es inestable y quiere llenar átomos que puedan aceptar electrones. El exceso de electrones se carga en el lado negativo de una batería y se almacena porque el electrolito no les permitirá el lado positivo donde puedan ser aceptados. Tiene que haber un conductor entre el neg y la posición para permitirles fluir o permanecerán allí, almacenados hasta que goteen lentamente y ya no haya un potencial (diferencia) entre los dos. Cuando agrega dos baterías en serie, los potenciales (voltaje) se agregan porque, dado que la misma carga se mueve dos veces cada vez a través del mismo voltaje (potencial), el trabajo total realizado es de 2 * V, pero el flujo de corriente sigue siendo el mismo. En paralelo, la carga se mueve una vez a través de cualquiera de las baterías, por lo que los voltajes de las baterías no se agregan, sino con dos baterías, la carga puede hacer el doble de movimiento porque ambas baterías permiten el doble de movimiento y, por lo tanto, las corrientes se duplican. Como un río y una presa. Cada batería es una pared de cierta altura (potencial) y el agua es el flujo de corriente. Cada batería (pared) solo puede permitir que pase tanta agua. El gran río principal dividido en dos ríos con una presa en cada uno permite el doble del agua (corriente) a la misma altura (Voltaje). Mientras que si apila las presas, entonces solo permitirán la misma cantidad de agua que una presa y el agua duplicará la altura (voltaje). Y cada presa (batería) solo tiene mucha agua para proporcionar y debe conectarse de nuevo a la parte vacía de la presa porque es un sistema de agua sellado para que el agua no pueda fluir a menos que el agua regrese.

Puede ser útil una definición de diferencia de potencial (lo que se mide en voltios y a veces llamado voltaje): es el trabajo que realiza la batería en una unidad de carga moviéndola de un terminal a otro. Por lo tanto, dado que la misma carga se mueve dos veces cada vez a través del mismo voltaje, el trabajo total realizado es de 2 * V. En una conexión paralela, la carga se mueve a través de una batería u otra, por lo que el trabajo realizado es solo V. (Ignoro aquí los argumentos sobre alguna corriente a través de una batería a través de la otra, realmente no importan)