¿Por qué no podemos sumar la fem de dos baterías en un circuito paralelo?

Mi maestro me dijo que la fem de dos baterías no se puede sumar en un circuito en paralelo, pero sí en un circuito en serie. Sin embargo, parece que no puedo entender completamente por qué y creo que puede haber algunas lagunas en mi comprensión de la fem. Adjunté dos fotos para ilustrar mi argumento de por qué creo que se pueden agregar dos baterías en una fem en un circuito paralelo.

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Para ejemplificar mi argumento, dibujé un circuito con dos baterías de 9V y 3V en el primer diagrama. Los terminales de las dos baterías están opuestos entre sí.

Este diagrama se puede volver a dibujar así (diagrama 2).

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Desde mi comprensión de la fem de una batería, es la energía suministrada por unidad de carga positiva, por la batería, al mover la carga desde el terminal negativo al terminal positivo de la batería. Por lo tanto, se puede considerar como la diferencia de potencial entre los dos terminales. En el caso de la batería de 9V extraída, puedo tomar el terminal negativo de la batería de 9V para tener un potencial de 0V y el terminal positivo para tener un potencial de 9V, por lo que el PD entre los dos terminales será 9V-0V=9V . Esto se puede aplicar de manera similar a la batería de 3V donde su terminal negativo tiene un potencial de 0V y su terminal positivo tiene un potencial de 3V.

Como se muestra en el diagrama 2, dado que las baterías de 9 V y 3 V están conectadas en paralelo en el punto de los dos puntos gruesos dibujados, comparten una diferencia de potencial común en esos dos puntos. El potencial en el punto grueso izquierdo tendrá un potencial de 9V+0V (dibujado en azul) debido al terminal positivo de la batería de 9V y al terminal negativo de la batería de 3V. De manera similar, el potencial en el punto grueso de la derecha tendrá un potencial de 0V+3V (dibujado en azul) debido a los terminales de las dos baterías. Por tanto, la diferencia de potencial entre los dos puntos gruesos será 9V-3V=6V. Por lo tanto, se muestra que la fem de las baterías se puede sumar (o restar en este caso, ya que los dos terminales están en dirección opuesta).

Al final, el circuito se puede dibujar como una batería con 6V como esta.

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¿Ha aprendido la ley de voltaje de Kirchhoff (KVL)? ¿Qué sucede si lo aplica alrededor del bucle superior en su circuito? ¿Qué tal si primero lo aplica en el bucle que contiene la batería de 3 V y las resistencias, luego lo aplica en el bucle con la batería de 9 V y las resistencias? ¿Son los resultados autoconsistentes?
Bobby, realmente no dibujaste un circuito paralelo para tus baterías. Para dos baterías conectadas en paralelo, el lado positivo de una batería debe conectarse al lado positivo de la otra batería y el lado negativo de una batería debe conectarse al lado negativo de la otra batería.
@DavidWhite, ¿tiene una referencia para esto? Como se dibuja, ¿cómo están conectadas las dos celdas si no están conectadas en paralelo? ¿Antiparalelo?
@AlfredCentauri, no "entiendo" lo que estás preguntando. Si conecto el terminal negativo de una batería al terminal positivo de una segunda batería, luego conecto el terminal positivo de la primera batería al terminal negativo de la segunda batería, obviamente las baterías están conectadas en serie.
@DavidWhite, no creo que sea correcto.
@AlfredCentauri, mi opinión sobre el circuito del OP es la siguiente: tiene dos baterías conectadas en serie sin resistencia en el circuito. Debido a esto, la resistencia total de las dos resistencias conectadas en paralelo a la batería de 3V es MUCHO mayor que la resistencia del circuito de la batería. Este circuito es, de hecho, equivalente a dos baterías conectadas en serie, con un voltímetro en la batería de 3V.
@DavidWhite, para que dos elementos de circuito se conecten en serie, toda la corriente a través de uno debe pasar necesariamente por el otro. Pero en el dibujo superior, toda la corriente a través de una de las celdas no pasa necesariamente por la otra, es decir, hay otra rama que contiene las resistencias conectadas en serie además de la rama con la otra celda. Por lo tanto, las dos celdas no están conectadas en serie. Dicho de otra manera, a menos que haya cero voltios en la combinación de resistencias, hay una corriente distinta de cero a través de las resistencias que debe provenir de una de las celdas.

Respuestas (3)

El diagrama que ha dibujado es un arreglo que tiene un circuito con las fem de dos celdas sumadas y la resistencia de ese circuito siendo cero (celdas ideales y cables de conexión) o la resistencia interna de las celdas y la resistencia de los cables de conexión ( componentes reales).

Para el circuito de componentes ideal, la corriente a través de ese bucle sería infinita y extremadamente alta si las resistencias de las celdas, etc., fueran bajas.
Las celdas se descargarían muy rápidamente y en el mundo real generarían mucho calor y probablemente explotarían o provocarían un incendio.

Así que tu maestro tenía razón en este caso.

Bobby, confía en la palabra de tu profesor y deja de intentar encontrar la excepción a la regla.

Puede pensar en la fem como fuerza o presión, si conecta el 9V al 3V, el 9v en realidad dominará la batería de 3v y hará que funcione en reversa (y se sobrecargue o explote). 2 baterías, ambas de 9v en paralelo, tienen la ventaja de suministrar 2x de corriente, lo que es mejor. A veces, una batería más nueva se coloca en paralelo con una batería más antigua y eso puede generar problemas.

La forma más sencilla de ver por qué su tercer dibujo no es correcto es colocar una resistencia en serie con cada una de las celdas y etiquetarlas, por ejemplo, r 9 V y r 3 V respectivamente. Estas resistencias representan la resistencia interna de cada celda.

Es fácil de resolver para el voltaje. V a través de la rama de dos resistencias con superposición:

V = 9 V 1 + r 9 V r 3 V | | 5 − 3 V 1 + r 3 V r 9 V | | 5

Ahora, estipule que las resistencias internas son mucho menores que R 1 + R 2 = 5 Ω y luego

V ≈ 9 V 1 + r 9 V r 3 V − 3 V 1 + r 3 V r 9 V

Mira eso solo si r 3 V = 3 ⋅ r 9 V será el caso de que V = 6 V .

Si bien puede intentar arreglar la proporción r 3 V r 9 V = 3 mientras deja que ambas resistencias internas lleguen a cero y concluye que su tercer dibujo es correcto para las celdas ideales, tenga en cuenta que la corriente de la celda diverge en este límite.

Entonces, para una corriente de celda finita, una o ambas celdas deben tener una resistencia interna distinta de cero cuando se conectan juntas como en el primer diagrama.

¿Por qué no podemos sumar la fem de dos baterías en un circuito paralelo?
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