¿Qué mantiene el voltaje constante en una batería?

Sé que hay muchas preguntas que abordan situaciones similares ( ¿ Baterías conectadas en paralelo , Baterías y campos?, Pregunta ingenua sobre las baterías , y el visto con frecuencia No entiendo lo que realmente queremos decir con caída de voltaje ).

Sin embargo, tengo una pregunta, y después de examinar solo la estructura de la batería, me he estado preguntando, ¿exactamente qué estructura/proceso mantiene la caída de voltaje constante dentro de las baterías? Quiero decir, ciertas reacciones químicas están ocurriendo en cada media celda, y los electrolitos mantienen la conservación de la carga, entiendo que hay alguna motivación para que el electrón se mueva de una celda a la otra.

Pero, ¿por qué esta motivación es tan constante? Realmente quiero conseguir esto.

Respuestas (1)

Considere por un momento una celda que no está conectada a un circuito, es decir, no hay camino para la corriente externa a la celda.

Las reacciones químicas dentro de la celda eliminan electrones del cátodo y agregan electrones al ánodo.

Por lo tanto, a medida que avanzan las reacciones químicas, se crea un campo eléctrico entre el ánodo y el cátodo debido a las diferentes densidades de carga.

Resulta que este campo eléctrico actúa para reducir la velocidad de las reacciones químicas dentro de la célula.

En algún momento, el campo eléctrico es lo suficientemente fuerte como para detener efectivamente las reacciones químicas dentro de la celda.

El voltaje a través de las terminales de la celda, debido a este campo eléctrico, es entonces constante y este es el voltaje de circuito abierto de la celda.

Si se conecta un circuito externo a la celda, los electrones fluyen desde el ánodo a través del circuito externo y hacia el cátodo, lo que reduce la diferencia en las densidades de carga, lo que a su vez reduce el campo eléctrico lo suficiente como para que las reacciones químicas vuelvan a tener lugar . mantener la corriente eléctrica a través del circuito.

Cuanto mayor sea la corriente externa, mayor será la tasa requerida de reacciones químicas y, por lo tanto, menor será el voltaje entre los terminales.

Siempre que la corriente del circuito sea significativamente menor que la corriente máxima que pueden soportar las reacciones químicas, el voltaje en los terminales de la batería estará cerca del voltaje del circuito abierto.

A medida que la corriente externa se acerca a la corriente máxima, el voltaje entre los terminales cae rápidamente y cuando el voltaje es cero, la celda está suministrando la corriente máxima. Esta corriente se llama corriente de cortocircuito .

+1, y agregaría que el campo eléctrico requerido para detener la reacción química está relacionado con el potencial redox .
Gracias por la respuesta. En el ejemplo anterior, ¿los dos electrodos están conectados por un puente salino? Además, pensé que lo que ralentizaba la reacción era el campo eléctrico entre el interior del electrodo y la solución electrolítica, no el campo eléctrico entre el ánodo y el cátodo.
Además, veo que un electrón que va del punto a (en un ánodo) al punto b (en un cátodo) recibirá una cantidad determinada de energía y, por lo tanto, tiene un voltaje, pero ¿qué pasa con un viaje indirecto de a a b siguiendo un circuito? ? ¿El potencial sigue siendo el mismo en este caso?
@AndresSalas, el ejemplo es general. No entiendo muy bien a qué te refieres con "interior del electrodo y la solución electrolítica". Además, su segundo comentario no está claro. Medimos el voltaje a través o entre dos puntos en un circuito. No estoy muy seguro de cómo interpretar "un electrón ... por lo tanto, tiene un voltaje". Pruebe este enlace: av8n.com/physics/lead-acid.htm
Gracias por el enlace. Entonces, sé que la diferencia de energía potencial entre los electrodos tiene una cierta cantidad fija para el espacio entre los electrodos, ¿por qué, sin embargo, esta diferencia de energía potencial es la misma si el puente entre el espacio ya no es una línea recta, es decir, un circuito? No conozco una respuesta intuitiva a esto.
@AndresSalas, tu intuición necesita trabajo, eso es todo. La intuición no es automática. La intuición proviene de estudiar y trabajar con el sujeto, corrigiendo premisas erróneas e intuición en el camino. Si sigues estudiando y haciendo preguntas, en algún momento verás dónde están tus conceptos erróneos y, después de corregirlos, esto será intuitivo.
Estaba pensando en cómo funciona todo esto en términos del proceso de aprendizaje. La física es significativamente diferente a las matemáticas en términos de razonamiento en que las suposiciones se acuerdan en matemáticas. Básicamente, siempre tengo razón en matemáticas y siempre estoy equivocado en física. No está muy claro e implica lucha libre, parece @AlfredCentauri
+1 respuesta muy útil. Siempre le he tenido miedo a la electroquímica porque nunca pude responder este tipo de preguntas a mi propia satisfacción.
¿Qué mantiene el voltaje constante en una batería?
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