배터리의 전류 흐름?

나는 기본 전자 책을 읽고 있습니다 : "전자는 없습니다 : 지구인을위한 전자 장치". ​​전류가 흐르기 위해서는 폐쇄 회로가 필요하다는 사실에 대한 영리한 통로를 발견했습니다. 내가 궁금한 구절은 다음과 같습니다.

"이것은 항상 나를 귀찮게했다 : 배터리의 음극 단자에 전자가 과다 (음전하)하고 배터리의 양극 단자에 전자가 너무 적고 (양전하) 반대쪽이 끌 리면 왜 하나의 배터리의 음극과 다른 배터리의 양극과 전류가 발생합니까?이 진실은 작동하지 않을 것입니다. 전류가 흐르지 않을 것입니다. "

누구 든지이 질문에 대한 직접적인 대답을 가지고 있습니까?

여기서 혼란은 배터리 작동 방식에 대한 초기의 잘못된 설명 때문입니다.

배터리는 양극, 음극 및 그 사이의 전해질 세 가지로 구성됩니다. 전극은 서로 강하게 반응하기 원하는 물질로 만들어집니다. 전해질에 의해 분리되어 있습니다.

전해질은 전자의 흐름을 차단하지만 이온 (전극으로부터 양으로 하전 된 원자)이 통과하도록하는 필터와 같은 역할을합니다. 배터리가 아무 것도 연결되어 있지 않으면 화학적 힘이 이온을 끌어 당겨 전해질을 가로 질러 끌어 당겨 반응을 완료하려고하지만, 이는 전극 사이의 전압 인 정전기력에 의해 균형을 이룹니다. 두 지점 사이의 전압은 충전 된 입자를 한 방향으로 밀어주는 지점 사이에 전기장이 있음을 의미합니다.

배터리 끝 사이에 전선을 추가하면 전압에 의해 전자가 전선을 통과 할 수 있습니다. 이는 정전기력을 감소시켜 이온이 전해질을 통과 할 수 있도록합니다. 배터리가 방전되면 이온이 한 전극에서 다른 전극으로 이동하고 전극 중 하나가 소모 될 때까지 화학 반응이 진행됩니다.

하나의 와이어로 연결된 두 개의 배터리를 생각하면 두 배터리 사이에 전압이 없으므로 전자를 구동시키는 힘이 없습니다. 각 배터리에서 정전기력은 화학적 힘의 균형을 유지하며 배터리는 정상 상태를 유지합니다.

(두 물질이 서로 "반응하고 싶다"는 것이 무엇을 의미하는지에 대해 약간의 영광을 표했습니다. 자세한 내용은 Google "Gibbs free energy"입니다. Google "Nernst equation"도 있습니다.

배터리를 1 초 동안 잊어 버리십시오. 전압 / 전류를 설명하는 데 사용할 수있는 수천 개의 비유 중 하나이며 전류가 흐르지 않는 이유는 배터리의 전기 화학적 특성과 관련이 없습니다.

생각하는 가장 쉬운 방법은 다음과 같습니다. 전류는 루프로만 흐릅니다. 매우 복잡한 회로에서도 전류를 루프로 나눌 수 있습니다. 전류가 소스로 돌아갈 경로가 없으면 전류가 흐르지 않아야합니다.

배터리 예제에서 리턴 전류 경로가 없으므로 전류가 흐르지 않습니다. 왜 이것이 작동하는지에 대한 더 깊은 물리학적인 이유가 있지만 질문에 간단한 답변을 요청했을 때 수학, Google Maxwell의 방정식 및 Kirchhoff의 전압 법칙 도출에 사용되는 방법을 건너 뛸 것입니다.

배터리는 완전히 격리 된 접지가있는 전류원이기 때문에 이에 대한 좋은 예입니다. 이 예제는 완전히 격리 된 "접지"가있는 다른 전원에서도 마찬가지입니다.

그러나, 이것은 찾기가 쉽지 않습니다. 예를 들어 2 개의 벤치 소모품으로이 작업을 수행하면 벤치 소모품 중 하나를 매우 불행하게 만들 수 있지만 그 효과가 다르기 때문에 벤치 공급 장치가 모두 접지되어 있지 않다는 것이 아닙니다 건물의 전기 배선에 전류가 흐르기위한 복귀 경로가 있습니다.

이것에 대한 물의 비유도 효과적입니다. 다음과 같이 배터리 예를 생각해보십시오.

수도 펌프 (배터리 A)가 파이프 (와이어)에 연결되어 있고 다른 수도 펌프 (배터리 B)가 동일한 파이프 (와이어)에 연결되어 있습니다. 이제 귀하의 예에는 시스템에 복귀 경로가 없으므로 파이프에 물이 가득 차 있지만 양쪽 끝에 막혀 있다고 상상해보십시오.

펌프의 전원 스위치를 쳤다면 어떻게됩니까?

답은 아무것도 아닙니다. 물을 어디로 옮길지가 없으며 펌프도 회전하지 않습니다. (이 비유의 효과와 같은 난류를 무시하십시오).

이제 파이프를 루프에 연결하고 스위치를 누르면 펌프가 회전하고 (전압) 물이 흐릅니다 (전류).

2 개의 차동 속도 펌프 (서로 다른 전압 배터리)를 사용하고 서로 마주 보게되면 하나의 전원이 공급되어 다른 방향으로 회전하게됩니다 (9V와 6V 배터리를 병렬로 연결하는 것처럼 타 버립니다).

두 펌프를 같은 방향으로 연결하면 펌프가 서로 돕고 있기 때문에 수압 (전압)이 높아집니다 (2 개의 배터리 시리즈).

AA 배터리가 있고 각각 1.5V의 배터리가 있다고 가정 해 봅시다. 또한 배터리 A와 배터리 B에 레이블을 붙입니다. A +를 B-에 연결하면 실제로 얻을 수있는 것은 A-에서 B +의 3V 차이입니다.

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

B-를 A +에 연결하면 둘 다 동일한 전위에있게됩니다 (결국 와이어로 연결됩니다). B +는이 전위보다 1.5V 높고 A-는 1.5V 낮습니다.

전압은 절대 값 이 아니라는 점을 기억해야 합니다. 그것은 A의 상대적인 값입니다. B_ _ A + 와이어는 하나의 전위에 있으며 B + 및 A-는 해당 전위에 상대적 입니다.

나도 항상 배터리에 대한 전통적인 평신도의 설명이 오도하는 것을 발견했습니다. 대부분의 사람들은 배터리를 전기의 저장 용기로 설명하지만 배터리에서지면으로 전기를 버릴 수없는 이유 또는 위의 질문에서와 같이 배터리를 서로 공급할 수없는 이유는 설명하지 않습니다. .

이것은 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 정확한 설명이 아닐 수도 있지만, 더 이해하기 쉬운 유추는 배터리를 펌프로 설명하는 것입니다. 배터리에 포함 된 "에너지"는 펌프를 구동하는 데 사용됩니다. 와이어를 통해 전송되지 않습니다. 이 비유를 통해 배터리의 양극과 음극을 모두 회로에 연결 해야하는 이유는 분명합니다. 예를 들어, 음극 만 접지에 연결하는 경우 펌핑 될 수있는 양극에 전기가 들어오지 않기 때문에 전류가 없습니다.

기술적으로, 와이어가 이런 식으로 연결되면 전류가 흐르거나 흐르지 않을 수 있습니다. 그것은 모두 두 터미널 사이 에 전하 의 잠재적 차이 가 있는지 여부에 달려 있습니다. 차이가 작 으면 전류가 거의 흐르지 않습니다. 이것은 두 터미널 사이에 연결된 모든 와이어에 적용됩니다.

그러나 전류는 배터리 수명에 따라 다릅니다. 그 이유는 전압 포텐셜 차이 ( "양의 끝의 초과 구멍"과 "음의 끝의 초과 전자") 가 주어진 배터리에 상대적이기 때문 입니다. 주어진 배터리의 끝에는 서로에 대해 과도한 전자 / 정공이 있습니다. 이러한 관계는 한 배터리의 음극 단자와 다른 배터리의 양극 단자 사이에 적용되거나 적용되지 않을 수 있습니다.

The current that flows into a junction is always equal to the current that flows out of the junction. Therefore, current must always flow in a loop.

First. A very small current WILL flow for a very short time ... but it needs only a small amount of electric charge (static) to pass to build up sufficient backward voltage to nullify the forward voltage. Recall that any noticable static electricity like rubbing balloons on hair usually involves BIG voltages like (tens of) thousands of volts which is necessary to make a spark. Typical simple 1.5 volt cell cant make a spark (without some special help). Actually if you carefully suspended a pair of simple cell (batteries) in space or hanging on a string they would have a small dipole interaction and twist like a pair of magnets and then attract each other. Unfortunately this just turns out to be very small though calculable and finite forces. Perhaps this expt has been done sensitively to show this. Further, a the original problem is a bit like charging a capacitor if you think about it. With the unconected terminals being just the capacitor plates. The smallness of the terminals and the seperation is very different numerically from a good capacitor which has big area and small seperation which makes all the difference and thats why current is miniscule (but finite) in original problem.

I think another thing which might be confusing you is that we say the voltage in a conductor is always constant. While this is mostly true it is kind of a lie. All conductors still have a finite resistance. Because of this if you hook up a wire between the two terminals of a battery one end of the wire will actually be at a different potential then the other and the current in the wire will follow ohms law. I don't know if you've ever tried shorting the two terminals of a battery like this but because the resistance of the wire is so low ohms law gives a very large current which will heat up the wire and burn you.

Now the reason that we usually say that the potential in a wire is constant is because there are usually other components in our circuit whose resistance is much larger then the wires. Because of this most of the voltage will end up being dropped across the other components in the circuit and there will only be a very small voltage drop from one end of a wire to the other. So we can simplify our problems by saying that the voltage is constant in the wires.