¿Flujo de corriente en las pilas?

Question

Estoy leyendo un libro de electrónica básica: "No hay electrones: Electrónica para terrícolas" y me encontré con un pasaje ingenioso sobre el hecho de que se necesita un circuito cerrado para que fluya la corriente. Este es el pasaje sobre el que tengo curiosidad:

"Esto siempre me ha molestado: Si los terminales negativos de las pilas tienen un exceso de electrones (una carga negativa) y los terminales positivos de las pilas tienen muy pocos electrones (una carga positiva) y los opuestos se atraen, ¿por qué no puedo enganchar un cable entre el lado negativo de una pila y el lado positivo de otra pila y obtener corriente? La verdad es que no funcionará. No fluye la corriente. Si alguien hubiera sido capaz de explicarme eso, probablemente nunca habría escrito este libro".

¿Alguien tiene una respuesta directa a esta pregunta?

Answer 1

La confusión aquí se debe a la mala descripción inicial de cómo funciona una batería.

Una pila se compone de tres cosas: un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito en medio. Los electrodos están hechos de materiales que quieren reaccionar entre sí; el electrolito los mantiene separados.

El electrolito actúa como un filtro que bloquea el flujo de electrones, pero permite el paso de iones (átomos cargados positivamente de los electrodos). Si la pila no está conectada a nada, la fuerza química tira de los iones, tratando de arrastrarlos a través del electrolito para completar la reacción, pero esto se equilibra con la fuerza electrostática: el voltaje entre los electrodos. Recuerda: un voltaje entre dos puntos significa que hay un campo eléctrico entre esos puntos que empuja las partículas cargadas en una dirección.

Cuando se añade un cable entre los extremos de las pilas, los electrones pueden pasar a través del cable, impulsados por la tensión. Esto reduce la fuerza electrostática, por lo que los iones pueden pasar a través del electrolito. A medida que la pila se descarga, los iones se mueven de un electrodo al otro, y la reacción química continúa hasta que uno de los electrodos se agota.

Si pensamos en dos pilas contiguas, unidas por un cable, no hay tensión entre las dos pilas, por lo que no hay fuerza que impulse a los electrones. En cada pila, la fuerza electrostática equilibra la fuerza química, y la pila permanece en estado estacionario.

(He pasado por alto lo que significa que dos materiales "quieran" reaccionar entre sí. Busca en Google "energía libre de Gibbs" para obtener más detalles al respecto. También puedes buscar en Google "ecuación de Nernst").

Answer 2

Olvídate de las baterías por un segundo, esa es sólo una de las mil analogías que podrías usar para describir la tensión/corriente y la razón por la que no fluye la corriente no tiene nada que ver con las propiedades electroquímicas de las baterías, es mucho más simple.

La forma más fácil de pensarlo es la siguiente: La corriente sólo fluye en un bucle, incluso en circuitos muy complejos siempre se puede dividir en bucles de corriente, si no hay un camino para que la corriente vuelva a su fuente, no habrá flujo de corriente.

En tu ejemplo de la batería, no hay camino de retorno de la corriente, por lo que no fluye. Obviamente hay una razón física más profunda de por qué esto funciona, pero como la pregunta pedía una respuesta sencilla, me saltaré las matemáticas, y buscaré en Google las ecuaciones de Maxwell y cómo se utilizan en la derivación de la ley de voltaje de Kirchhoff.

Las baterías son un buen ejemplo para esto, simplemente porque son fuentes de corriente con tierras completamente aisladas. Este ejemplo sería igualmente válido para cualquier otra fuente de energía con una "tierra" completamente aislada.

Sin embargo, esto no es fácil de encontrar, por ejemplo, hacer esto con 2 suministros de banco probablemente haría uno de los suministros de banco muy infeliz, pero eso no es porque el efecto es diferente, la diferencia es que los suministros de banco son probablemente ambos conectados a tierra al cableado eléctrico en el edificio y, como tal, hay un camino de retorno para que la corriente fluya a través.

La analogía del agua para esto también es efectiva. Piensa en tu ejemplo de la batería de esta manera:

Tienes una bomba de agua (batería A) conectada a una tubería (el cable), y tienes otra bomba de agua (batería B) conectada a la misma tubería (el cable) . Ahora, en tu ejemplo, no hay una vía de retorno en el sistema, así que imagina que la tubería está llena de agua pero tapada en ambos extremos.

Si pulsas el interruptor de las bombas, ¿qué ocurre?

La respuesta es nada, no hay a donde mover el agua, las bombas ni siquiera giran. (ignora los efectos de la turbulencia del agua para esta analogía).

Ahora bien, si conectaras la tubería en un bucle y pulsaras el interruptor, las bombas girarían (tensión) y el agua fluiría (corriente).

Si utilizas 2 bombas de diferente velocidad (baterías de diferente voltaje) y las enfrentas una hacia la otra, una se sobrealimentará y hará que la otra gire en la dirección equivocada (se quemará igual que si conectaras una batería de 9V y otra de 6V en paralelo).

Si conectas las dos bombas apuntando en la misma dirección obtendrás más presión de agua (tensión) porque las bombas se ayudan mutuamente (2 baterías en serie).

Answer 3

Digamos que tienes pilas AA de 1,5 V cada una. Además, vamos a etiquetarlas como pila A y pila B. Si conectas A+ a B-, lo que realmente obtienes es una diferencia de 3 V entre A- y B+.

B+  -------------------
|                     |
B- _ A+  --           | 3V
     |    | 1.5 V     |
     A-  --------------

Cuando conectas B- a A+, ambos están al mismo potencial (después de todo, están conectados con un cable). B+ es 1,5V más alto que este potencial, y A- es 1,5V más bajo.

Es importante recordar que una tensión no es un absoluto valor. Es un relativa valor. El cable B- _ A+ estará a un potencial, y B+ y A- son relativa a ese potencial.

Answer 4

A mí también me ha parecido siempre que la descripción tradicional de una pila es engañosa. La mayoría de la gente describe una batería como un contenedor de almacenamiento de electricidad, pero eso no explica por qué no se puede verter la electricidad de una batería al suelo, o por qué no se puede hacer que una batería alimente a otra, como en tu pregunta anterior.

Puede que no sea una descripción exacta de lo que ocurre en realidad, pero me parece que una analogía más comprensible es describir una batería como una bomba. La "energía" contenida en la pila se utiliza para impulsar la bomba; no se envía por el cable. Con esta analogía, es evidente por qué los extremos positivo y negativo de una pila deben estar conectados en un circuito. Si, por ejemplo, se conecta sólo el electrodo negativo a tierra, no hay corriente porque no entra electricidad en el electrodo positivo que pueda ser bombeada.

Answer 5

Técnicamente, la corriente puede o no fluir cuando un cable está conectado de esa manera. Todo depende de si hay o no una diferencia potencial de cargas entre esos dos terminales. Si la diferencia es pequeña, fluirá poca o ninguna corriente. Esto es válido para cualquier cable conectado entre dos terminales cualesquiera, en cualquier lugar.

Sin embargo, es más que probable que la corriente no lo haga (dependiendo de la edad/uso de la batería). La razón es que la diferencia de potencial de voltaje -el "exceso de agujeros en el extremo positivo" y el "exceso de electrones en el extremo negativo"-. es relativa a una pila determinada . Hay un exceso de electrones/agujeros en los extremos de una pila determinada con respecto a la otra. Esa relación puede ser válida o no entre el terminal negativo de una batería y el positivo de otra.