¿Qué es lo que realmente provoca la tensión en los terminales?

Question

En clase vemos cómo una corriente reduce la tensión a través de la pila si ésta tiene resistencia interna. Y vemos que Vterminal=EMF-Ir. No vemos realmente la teoría detrás de esto, y pasé a investigar un poco más.

Lo que descubrí fue que cuando fluye una corriente hay menos tiempo para que una batería cree una diferencia de potencial. Sin embargo, quería saber lo que está sucediendo microscópicamente y esperaba que alguien pudiera decírmelo.

¿Se acorta la longitud entre los terminales positivo y negativo de manera que la tensión se reduce? ¿O disminuye la cantidad de carga acumulada en ambos lados?

Además, y no contestes a esto si lo consideras irrelevante, ¿cómo es que una batería consigue establecer una tensión en mi cable?

También me preguntaba si la llamada "fuerza no electrostática" dentro de una pila es siempre igual a la fuerza eléctrica dentro de la pila.

Answer 1

La resistencia interna de las baterías se debe a varios mecanismos diferentes. Una de las principales contribuciones proviene de los mecanismos de conducción iónica en la solución electrolítica. Los iones son grandes y sólo pueden moverse muy lentamente en los electrolitos. Otra fuente de caída de tensión es la polarización de los electrodos, que depende de la concentración y la densidad de corriente. Estos efectos se pueden modelar hasta el último orden mediante una segunda fuente de EMF que reduzca la tensión de la batería (es decir, una segunda batería ideal con una tensión más baja) y una resistencia efectiva, pero estos modelos son insuficientes para la mayoría de las aplicaciones, ya que tanto la polarización de los electrodos como la resistencia interna muestran efectos de memoria, es decir, dependen del flujo de corriente pasado a través de la batería. Desgraciadamente, no hay una explicación sencilla de lo que ocurre en el interior de las baterías y parte de ello sigue siendo parte de la investigación activa.

Answer 2

Esta es una cuestión tanto de química como de electricidad, porque las pilas son dispositivos químicos. Una batería se construye de tal manera que hay una reacción redox dividida en dos semirreacciones que debe mover electrones a través de su circuito para completarse. La reacción ocurre en un velocidad finita y también puede estar limitado por la rapidez con la que varios iones se difunden o derivan a través de la célula.

El efecto es que a medida que se extrae más corriente de una batería, el voltaje en sus terminales caerá; esto puede ser aproximado imaginando que tienes una batería ideal con una resistencia en serie.

(También hay cierta resistencia eléctrica real en los electrodos de la batería y en el cableado interno, por supuesto, que puede ser significativa a veces).

Answer 3

Te preguntas "¿cómo es que una batería consigue establecer una tensión en mi cable?".

Esto es conceptualmente incorrecto: piense en la tensión o en el CEM como energía potencial, es decir, la que hace que la corriente fluya. Los ingenieros decimos que "aplicamos" una tensión "a través" de los terminales de una red y, de hecho, en algunos libros de texto antiguos se habla de una diferencia de potencial (DP).

Siento ser pedante, por cierto ;-)