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Funcionamiento de la batería

Me gustaría saber por qué las baterías actúan como lo hacen. Digamos que tenemos 2 baterías, ambas de 5V. enter image description here

Cuando conectamos una pila + a la otra pila -, obtenemos lo que se llama conexión "en serie", que daría como resultado una tensión total de 10V.

Si la tensión es una diferencia de potenciales, y conectamos una batería + a otra -, ¿no debería ser la tensión entre ellas 0V, debido a que la carga fluiría hacia el ánodo de la otra batería? enter image description here

Lo pregunto porque si conectas el mismo + y el mismo - de la batería, fluye una corriente enorme y cortocircuita la batería. ¿Por qué no ocurre esto cuando se conecta el + de una batería con el - de otra? Me parece que me estoy perdiendo algún punto importante aquí. enter image description here

Si se necesita un bucle para que fluya la corriente, ¿hay un bucle cuando cae un rayo?

21voto

Callum Rogers Puntos 6769

Una batería es simplemente una fuente de energía o fuerza.

Se puede pensar en un circuito eléctrico como una locomotora que tira de un tren de vagones alrededor de una vía circular, donde la parte trasera del tren hace un bucle para acoplarse a la parte delantera de la locomotora.

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En una vía cerrada, la locomotora utilizará su fuerza de tracción para arrastrar los vagones por esa vía. La velocidad a la que el tren girará viene dictada por la resistencia (fricción) del tren.

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En un circuito eléctrico, la pila produce una fuerza electromotriz (FEM), una tensión que arrastra a los electrones por el circuito. La velocidad con la que se mueven esos electrones, la corriente, viene dictada por la resistencia del circuito.

El número de vagones que puede arrastrar una locomotora, o la velocidad que puede alcanzar con una determinada carga, está limitado por el par motor, la fuerza de tracción, que puede ejercer la locomotora. Si quieres tirar de un tren más largo, tienes que añadir más locomotoras.

Del mismo modo, la cantidad de carga que puede manejar, o la cantidad de corriente que puede poner a través de una carga dada, está limitada por el CEM de la batería. Si quieres tirar de más corriente, o conducir la carga más duro, usted necesita agregar más baterías.

Por supuesto, como sin duda sabes, los electrones van en sentido contrario, es decir, de negativo a positivo, pero este modelo sigue funcionando, sólo hay que considerar que el tren no se mueve, sino que lo hace la vía, girando hacia atrás.

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Con dos locomotoras, cuando la vía está completa, la primera locomotora tira de la segunda y esa fuerza se transfiere a través de la segunda locomotora y se suma a la fuerza ejercida por la segunda locomotora para generar el doble de fuerza sobre el tren de vagones.

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Cuando la vía está rota, las locomotoras no pueden moverse. Tienen velocidad cero.

Lo mismo ocurre con tus dos pilas, cuando el circuito está abierto, hay una resistencia infinita (casi) y no puede pasar corriente.

8voto

ianb Puntos 659

La corriente sólo fluye cuando hay un bucle. Conectar un terminal de batería aislado a otro terminal de batería aislado no crea un bucle. En la imagen que muestra un cortocircuito se ha creado un bucle y la corriente fluye libremente.

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Si el interruptor se cierra, tienes un bucle de corriente.

Si se necesita un bucle para que fluya la corriente, ¿hay un bucle cuando un rayo?

No estoy seguro de que entiendas cómo funcionan los condensadores, así que esta "adición" a tu pregunta probablemente sea mejor que investigues un poco sobre los condensadores.

3voto

GRoNGoR Puntos 81

Los rayos son un ejemplo de descarga estática/electricidad. Se produce debido a la acumulación de un gran número de cargas opuestas en las nubes-nubes y en las nubes-tierra. Cuando la diferencia de potencial es lo suficientemente grande, el aire entre ellas se rompe y la descarga repentina de cargas se ve como un rayo entre ellas. Esto es diferente de la electricidad dinámica convencional, en la que para que el flujo de corriente sea constante se necesita un circuito cerrado.

2voto

ozmank Puntos 127

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

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Obsérvese que los picos agudos protegen la casa creando un alto gradiente de campo de carga, también conocido como divergencia de campo E. Esto tiene una fuerza de atracción mucho mayor que una superficie plana de cargas de polaridad opuesta. ( ~ 2x a 3x)

Como todos los aislantes son dieléctricos y viceversa, el aire es como un condensador sin los electrodos. Las nubes son lo mismo sin los electrodos como una gorra o una batería. Pero un poco de humedad del agua tiene una constante dieléctrica de 80 , por lo que tiene 80x más de capacitancia ( por unidad de volumen) y el roce de las partículas de polvo (contaminantes) en el cielo causan transferencia de iones o de carga como el roce de un globo en el pelo.

Cómo funcionan las nubes como vertederos de carga estática. .. una perspectiva en física 101.

Cuando una pequeña corriente de fuga hacia una nube con carga opuesta (recientemente descargada) o hacia la tierra, la superficie se acumula como un condensador de doble capa y los altos campos eléctricos (campo E) en voltios por milímetro [V/mm o kV/m] pueden superar el aislamiento y crear una descarga parcial, que se extiende en cascada hacia la siguiente brecha y se repite con un breve retraso para la acumulación de carga los zaps a la velocidad de la luz hacia/desde la tierra Se llama líder y no suele ser visible. Esto ioniza el aire (resistencia negativa) y lo convierte de aislante en conductor.

La razón por la que hay bifurcaciones aleatorias a lo largo del camino porque cada descarga parcial puede ir en cualquier dirección aleatoria (dirección del eslabón más débil basada en la humedad cargada con contaminación ) pero generalmente hacia la misma superficie grande en la distancia. Puede tener algo de intercia detrás (humedad en movimiento) para hacer que las bifurcaciones del trazador sean más largas. Una vez que el trazador ha llegado a su destino. Ahora tiene un circuito de baja resistencia para equilibrar y devolver un número mucho mayor de electrones. Así que el rayo sigue este camino líder de descargas parciales (PD) como un camino en zig-zag de decisiones bifurcadas con un arco de retorno de un millón de veces mayor corriente para volcar cargas de electrones en alguna tasa ( llamada curent que cambia el equilibrio de las cargas en la nube o el suelo de la superficie de la tierra.

Por lo tanto, no se trata de una corriente de bucle, sino de una transferencia de carga estática.

Entonces, ¿cómo se mide esta tensión de ruptura (BDV)? Depende del aislante y del nivel de contaminación. Pero entre superficies lisas, el aire limpio y seco es de 3 kV/mm y el aire con polvo de carbón de 0,3kV/mm. El aire seco entre las puntas de las agujas es < 1kV/mm. El plástico tiende a ser 5~10x aire y si hay huecos o contaminantes (dendritas) entonces puede tener PD. Si hay muchas, en una batería, y se sacude, pueden hacer un cortocircuito, como un rayo pero en este caso no estático sino un bucle cerrado. (Fuego de LiPo)

Toepler y muchos otros escribieron volúmenes de libros sobre este tema en el siglo XIX.

1voto

bradleyjx Puntos 136

Una visualización aún más sencilla: piense en una batería como una escalera de dos peldaños. Si pasas del peldaño superior al inferior de cualquiera de ellos, caes 1 pie. Si se sienta el peldaño inferior de la escalera b sobre el peldaño superior de la escalera a, esos dos peldaños están ahora al mismo nivel. No puedes "caer" de uno a otro. Pero ahora puedes caer desde el peldaño superior de la escalera b dos pies al último peldaño de la escalera a.

Ahora sólo hay que cambiar el potencial gravitatorio por el potencial eléctrico.

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