Warum addieren Batterien in Reihe Spannung?

Diese Frage wird für die meisten von Ihnen wahrscheinlich einfach klingen, aber für mich ist es immer noch eine Art Magie :)

Unter Berücksichtigung von allem, was ich bis jetzt weiß, hat eine Batterie zwei Seiten:

1. eine, die Elektronen "emittiert" (irgendein Fachbegriff dafür?)
2. eine, der Elektronen "fehlen"

So wie kann es sein , dass , wenn ich in Reihe zwei Batterien setzen, sie Spannung addiert ? Für mich klingt es so, als ob die Elektronen von einem direkt zwischen den Protonen des anderen fließen sollten.

Offensichtlich muss es dort eine Art schwarze Magie geben;) Wird einer von euch Zauberern es mir erklären?

Eine Zelle oder eine Batterie ist im Wesentlichen eine Ladungspumpe. Um nun eine Intuition für die Antwort auf Ihre Frage zu entwickeln, greifen Sie auf die hydraulische Analogie zurück .

Zwei Wasserpumpen parallel können (idealerweise) den doppelten Wasserfluss von einer erzeugen.

Zwei in Reihe geschaltete Wasserpumpen können (idealerweise) den doppelten Druck (oder Druck) einer erzeugen.

Ich kann sehen, warum es sich wie schwarze Magie anfühlt, da es so aussieht, als würden die Elektronen, die die Anode einer Batterie verlassen, einfach in die Kathode der nächsten Batterie gelangen, und es scheint keinen Grund zu geben, dass sich die Spannungen addieren.

Aber schauen wir es uns aus einer anderen Perspektive an. Angenommen, Sie haben eine Batterie A mit einer Spannung v0 . Batterie A ist die einzige Batterie in einem Stromkreis mit einem Widerstand R, der sich ebenfalls im Stromkreis befindet. Der Widerstand des Widerstands R ist so hoch, dass Batterie A kaum einen winzigen Strom durch die Schaltung erzeugen kann. v0 reicht einfach nicht aus, um einen signifikanten Strom durch den Widerstand R zu erzeugen .

Angenommen, Sie fügen Batterie B und Batterie C in Reihe zu Batterie A hinzu , wobei sich auch der Widerstand R noch im Stromkreis befindet. Die Batterien B und C haben ebenfalls Spannungen von v0 .

In jeder Batterie möchte ein Elektron innerhalb eines geschlossenen Stromkreises die Anode wirklich verlassen, während ein anderes Elektron aus dem Draht in die Kathode eintritt. Als wir gerade Batterie A an Widerstand R angeschlossen hatten , war die Spannung v0 nicht genug, um dies zu ermöglichen, erinnerst du dich? Aber jetzt, da alle 3 Batterien in Reihe geschaltet sind, möchte nicht nur die Spannung von Batterie A ein Elektron auf natürliche Weise von seiner Anode wegdrücken, sondern die Kathode von Batterie B übt auch einen Zug auf ein Elektron von der Anode von Batterie A aus ! Und wie kann die Batterie B mit nur einer Spannung von v0 ein Elektron von ihrer Anode abgeben, damit sie eines in ihrer Kathode von der Batterie empfangen kann?A ? Da es sich anfühlt , auch einen Zug von der Batterie C ‚s Kathode, von der Batterie C der v0 ! Und zuletzt haben Sie es erraten: Batterie C ist bereit, ein Elektron von ihrer Anode abzugeben, um eines in ihrer Kathode aufzunehmen (nur mit der niedrigen, individuellen Spannung v0 ), weil sie auch einen Zug von der Kathode von Batterie A spürt ! Es gibt kein erstes oder letztes, alles passiert auf einmal, wie eine Kette. Sehen Sie jetzt, wie sich die Auswirkungen der einzelnen Batterieverbindungen auf eine viel höhere Spannung auswirken (auch bekannt als viel höhere Motivation oder Ziehen / Drücken, damit Elektronen fließen)? Es sei auch angenommen Widerstand R zwischen Batterie war C und A . Dieser Teil spielt keine Rolle.

Überschüssige Elektronen sind instabil und möchten Atome ausfüllen, die Elektronen aufnehmen können. Überschüssige Elektronen werden auf die negative Seite einer Batterie geladen und gespeichert, da der Elektrolyt sie nicht auf die positive Seite lässt, wo sie akzeptiert werden können. Zwischen neg und pos muss ein Leiter vorhanden sein, damit sie fließen können. Andernfalls bleiben sie dort und werden gespeichert, bis sie langsam austreten und zwischen beiden kein Potential (Unterschied) mehr besteht. Wenn Sie zwei Batterien in Reihe schalten, werden die Potentiale (Spannung) addiert, da die gesamte geleistete Arbeit 2 * V beträgt, der Stromfluss jedoch gleich bleibt, da dieselbe Ladung jedes Mal zweimal durch dieselbe Spannung (Potential) bewegt wird. Parallel dazu wird die Ladung einmal durch eine der Batterien bewegt, sodass die Spannungen der Batterien nicht addiert werden, sondern mit zwei Batterien. Die Ladung kann die doppelte Bewegung ausführen, da beide Batterien die doppelte Bewegung zulassen und somit die Ströme verdoppelt werden. Ein bisschen wie ein Fluss und ein Damm. Jede Batterie ist eine Wand mit einer bestimmten Höhe (Potential) und das Wasser ist der Stromfluss. Jede Batterie (Wand) kann nur so viel Wasser durchlassen. Der große Hauptfluss, der in zwei Flüsse mit jeweils einem Damm aufgeteilt ist, lässt bei gleicher Wasserhöhe (Spannung) das doppelte Wasser (Strom) durch. Wenn Sie dagegen die Dämme stapeln, lassen sie nur die gleiche Menge Wasser zu wie ein Damm, und das Wasser ist doppelt so hoch (Spannung). Und jeder Damm (Batterie) hat nur so viel Wasser zu liefern und muss wieder an den leeren Teil des Damms angeschlossen werden, da es sich um ein abgedichtetes Wassersystem handelt, sodass kein Wasser fließen kann, wenn kein Wasser zurückkommt.

Eine Definition der Potentialdifferenz (was in Volt gemessen und manchmal als Spannung bezeichnet wird) kann nützlich sein: Es ist die Arbeit, die die Batterie an einer Einheitsladung leistet, um sie von einem Anschluss zum anderen zu bewegen. Da also dieselbe Ladung jedes Mal zweimal durch dieselbe Spannung bewegt wird, beträgt die Gesamtarbeit 2 * V. Bei einer Parallelschaltung bewegt sich die Ladung durch die eine oder andere Batterie, so dass die geleistete Arbeit nur V beträgt. (Ich ignoriere hier Argumente über etwas Strom durch eine Batterie, etwas durch die andere, sie spielen keine Rolle)