¿Por qué dos baterías conectadas de 1,5 voltios se convierten en una batería de 3 voltios?

Aparentemente no puedo publicar imágenes, así que me disculpo, pero tendrás que abrir este enlace en una nueva ventana para ver mis atroces diagramas :) Diagramas -> http://i.imgur.com/Lxfu1e2.png

EDITAR: Aquí están los diagramas, perdón por mi falta de habilidades artísticas, jaja.

El voltaje es una diferencia de potencial eléctrico , que es esencialmente una fuerza causada por electrones que desean distribuirse uniformemente en un material ya que los electrones se repelen entre sí. Olin Lathrop está usando la analogía común entre los sistemas fluido y eléctrico, por lo que lo llama "presión", porque la presión es un tipo de fuerza de fluido, pero para este ejemplo podría ser más fácil de entender si lo mantengo en términos eléctricos. .

Entonces, las baterías intentan mantener un voltaje (diferencia de potencial) de 1,5 V entre los terminales. Entonces, en la primera parte del diagrama que armé, el nodo 'V0' será mi nodo de referencia que, debido al símbolo de tierra, significa que será 0 V. Entonces, al mirar el nodo 'V1', sabemos que la batería intentará para mantener una diferencia de potencial de 1,5 V, y sabemos que su terminal negativo es de 0 V, por lo que el terminal positivo, o nodo 'V1', debe ser de 1,5 V. Ahora, mirando la segunda batería, el terminal negativo está conectado al nodo ' V1', y si la batería debe mantener su diferencia de 1,5 V entre terminales, podemos agregar 1,5 V (batería) a los 1,5 V (en el nodo 'V1') para obtener el voltaje en el nodo 'V2', que resulta ser ser 3 V, como se indica en la respuesta de Olin Lathrop.

Entonces, ¿por qué se suman los voltajes? Las baterías son un contenedor de voltaje o diferencia de potencial eléctrico, y la fuerza potencial es creada por un lado rico en electrones separado de un lado deficitario de electrones. Los electrones quieren dispersarse uniformemente a través de la batería, pero no pueden pasar por el medio y, por lo tanto, deben tomar el camino más largo para llegar al otro lado. Entonces, con dos baterías, puede ver que en realidad hay dos (básicamente) fuerzas iguales, dos conjuntos de 1,5 V de diferencia.

Ahora, para llegar al corazón de su pregunta, básicamente, ¿por qué las dos partes del medio no pueden simplemente entremezclarse en el nodo 'V1'? Usaré 3 casos diferentes para ayudar a explicar . También debemos tener en cuenta que las cargas positivas no están realmente allí, por lo que el último diagrama es un poco más preciso aún, donde simplemente hay electrones y falta de electrones (la carga eléctrica). diferencia de potencial).

Caso 1: suponga que las baterías están conectadas a través del nodo 'V1', pero no de 'V0' a 'V2'. Si tratamos de imaginar mover electrones de la batería izquierda a la batería derecha a través del nodo 'V1', en realidad estamos empujando electrones MÁS CERCANOS. Sabemos que los electrones se repelen entre sí, por lo que no les gusta hacer eso. Sin embargo, si pudiéramos mágicamente, estaríamos aumentando la diferencia de potencial eléctrico, o voltaje, en la batería derecha y disminuyéndola en la izquierda. (Pero el sistema total mantendría el mismo voltaje total, ya que no le hicimos nada al sistema excepto mover los electrones). Entonces, en lugar de que los electrones se acerquen a más electrones, simplemente se sientan allí y no hacen nada.

Caso 2: Los terminales exteriores, nodos 'V0' y 'V2', están conectados pero los dos interiores no están conectados. Si empujamos electrones desde 'V0' a través del circuito hasta el nodo 'V2', terminamos en la misma situación que en el caso 1, ¡tratando de empujar electrones hacia más electrones! Esta es la razón por la que los electrones no quieren fluir si no hay un circuito cerrado, porque terminarán chocando con electrones que no se están moviendo a ningún otro lugar.

Caso 3: ambos conjuntos de terminales están conectados (si hay un circuito cerrado por el que fluyen los electrones).En el instante en que hacemos un bucle para que los electrones viajen, están sucediendo algunas cosas con estas fuerzas simultáneamente. ¿Recuerda esos electrones que quieren fluir a través del nodo 'V1' pero no pueden porque hay demasiados electrones en el nodo 'V0'? Y ahora, ¿recuerda los electrones que quieren fluir desde el nodo 'V0' a través del circuito hasta el nodo 'V2' pero no pueden porque hay demasiados electrones en el nodo 'V1'? ¡Bueno, tenemos una situación en la que pueden trabajar juntos para resolver los problemas de los demás! Imagine que tiramos de un electrón del nodo 'V0' al nodo 'V2' y, a medida que ese electrón se acerca a 'V2', movemos otro electrón en 'V1' de la batería izquierda al área sin electrones de la batería derecha. Si las hacemos simultáneamente, ¡hay un electrón yendo y viniendo de ambos lugares que antes causaban un bloqueo de carretera de electrones! Entonces, a medida que los electrones fluyen de 'V0' a 'V2', simultáneamente habrá electrones que fluyan a través del nodo 'V1'. Y ahora tenemos dos conjuntos de electrones que fluyen con dos diferencias de potencial de 1,5 V seguidas, ¡por lo que obtenemos la diferencia de potencial de 3 V!

Verificación de la realidad: Sin embargo, hay algunas diferencias con la realidad. Por ejemplo, a medida que se usan las baterías, su voltaje disminuirá. Dado que los electrones están tratando de distribuirse uniformemente, la diferencia de potencial eléctrico también disminuirá. Además, las barreras entre las áreas ricas en electrones y las áreas deficitarias de electrones de la batería no son perfectas. Todas las baterías tienen una tasa de autodescarga, que son efectivamente los electrones que pasan de un lado de la batería al otro, generalmente es tan pequeña en comparación con la cantidad de electrones que realmente podemos usar, que la ignoramos. La resistencia interna también se menciona anteriormente, otra ligera desviación del funcionamiento teórico de las baterías. Pero puedes aprender sobre todo eso cuando te sientas listo.

Espero que esto ayude, y si cometí algún error, ¡por favor háganmelo saber! :)

Lo que estás describiendo se llama una conexión en serie . Piense en las baterías como bombas, con cada bomba generando 1,5 PSI. Si conecta el flujo de salida de una bomba al flujo de entrada de otra, entonces, en general, las dos bombas generarán 3.0 PSI.

Tenga en cuenta que la capacidad actual no se duplica. Si las dos bombas tienen una capacidad nominal de 1 galón/minuto, entonces la bomba resultante de 3 PSI aún puede generar solo 1 galón/minuto. Tenga en cuenta también que cada bomba sigue funcionando exactamente para lo que está clasificada, que es 1,5 PSI a 1 galón/minuto en este ejemplo.

Las baterías funcionan de la misma manera, excepto que la "presión" eléctrica se expresa en voltios y el flujo eléctrico en amperios (culombios/segundo). Dos baterías de 1,5 V 1 A conectadas en serie (extremo a extremo) forman una batería total de 3,0 V 1 A. Si las baterías estuvieran conectadas en paralelo (ambos extremos + juntos y ambos extremos - juntos), entonces tendría una batería total que puede generar 1,5 V a 2 A.