¿Por qué dos baterías de 1.5 voltios conectadas se convierten en 3 voltios?
Si el lado positivo de una batería se conecta al lado negativo de otra batería, debería haber un flujo de corriente entre ellas hasta que ya no se mueva ninguna carga libre, luego el estado final de estos dos lados es de 0 voltios. Por lo tanto, el voltaje total de las dos baterías conectadas sigue siendo de 1.5 voltios.
Esto es incorrecto, pero no puedo entender por qué.
Al parecer no puedo publicar imágenes, por lo que pido disculpas pero tendrás que abrir este enlace en una nueva ventana para ver mis atroces diagramas :) Diagramas -> https://i.sstatic.net/SvxQR.png
EDITAR: Aquí están los diagramas, disculpa por mi falta de habilidades artísticas, jaja. 
El voltaje es una diferencia de potencial eléctrico, que es básicamente una fuerza causada por electrones que quieren distribuirse uniformemente en un material ya que los electrones se repelen entre sí. Olin Lathrop está utilizando la analogía común entre sistemas de fluidos y eléctricos, por lo que lo llama una "presión", porque la presión es un tipo de fuerza de fluido, pero para este ejemplo podría ser más fácil de entender si lo mantengo en términos eléctricos.
Entonces, las baterías intentan mantener un voltaje (diferencia de potencial) de 1.5 V a través de los terminales. Por lo tanto, en la primera parte del diagrama que armé, el nodo 'V0' va a ser mi nodo de referencia que debido al símbolo de tierra significa que será de 0 V. Por lo tanto, al observar el nodo 'V1' sabemos que la batería intentará mantener una diferencia de potencial de 1.5 V, y sabemos que su terminal negativo es 0 V, por lo que el terminal positivo, o nodo 'V1', debe ser de 1.5 V. Ahora, observando la segunda batería, el terminal negativo está conectado al nodo 'V1', y si la batería va a mantener su diferencia de potencial de 1.5 V entre terminales, podemos sumar 1.5 V (batería) a los 1.5 V (en el nodo 'V1') para obtener el voltaje en el nodo 'V2', que resulta ser 3 V, como se indica en la respuesta de Olin Lathrop.
Entonces, ¿por qué se suman los voltajes? Las baterías son un contenedor de voltaje o diferencia de potencial eléctrico, y la fuerza potencial se crea por un lado rico en electrones separado de un lado deficiente en electrones. Los electrones quieren dispersarse uniformemente a través de la batería, pero no pueden pasar por el medio, y por lo tanto deben tomar el camino más largo para llegar al otro lado. Así que con dos baterías, puedes ver que en realidad hay dos (básicamente) fuerzas iguales, dos conjuntos de 1.5 V de diferencia.
Ahora, para llegar al corazón de tu pregunta, básicamente ¿por qué no pueden simplemente mezclarse las dos partes intermedias en el nodo 'V1'? Usaré 3 casos diferentes para ayudar a explicar También necesitamos tener en cuenta que las cargas positivas no están realmente ahí, por lo que el último diagrama es un poco más preciso aún, donde simplemente hay electrones y falta de electrones (la diferencia de potencial eléctrico).
Caso 1: Supongamos que las baterías están conectadas a través del nodo 'V1', pero no de 'V0' a 'V2'. Si tratamos de imaginar mover electrones de la batería izquierda a la batería derecha a través del nodo 'V1', en realidad estaríamos acercando los electrones. Sabemos que los electrones se repelen entre sí por lo que no les gusta hacer eso. ¡Si pudiéramos hacerlo mágicamente, estaríamos aumentando la diferencia de potencial eléctrico o el voltaje, en la batería derecha y disminuyéndola en la izquierda! (Pero el sistema total mantendría el mismo voltaje total, ya que no hicimos nada al sistema excepto mover electrones de un lado a otro). Así que en lugar de que los electrones obliguen su camino más cerca de más electrones, simplemente se sientan allí y no hacen nada.
Caso 2: Los terminales externos, nodos 'V0' y 'V2', están conectados pero los dos internos no están conectados. Si empujamos electrones desde 'V0' a través del circuito hasta el nodo 'V2', terminamos en la misma situación que en el caso 1, ¡tratando de empujar electrones hacia más electrones! Es por eso que los electrones no quieren fluir si no hay un circuito cerrado, porque simplemente terminarán chocando con electrones que no se están moviendo en otro lugar.
Caso 3: Ambos conjuntos de terminales están conectados, (si hay un circuito cerrado para que los electrones fluyan a través). En el instante en que creamos un bucle para que los electrones viajen a través, varias cosas están sucediendo con estas fuerzas simultáneamente. ¿Recuerdas esos electrones que quieren fluir a través del nodo 'V1' pero no pueden porque hay demasiados electrones en el nodo 'V0'? Y ahora, recuerda los electrones que quieren fluir desde el nodo 'V0' a través del circuito hasta el nodo 'V2' pero no pueden porque hay demasiados electrones en el nodo 'V1'? ¡Bueno, obtenemos una situación en la que pueden trabajar juntos para resolver los problemas del otro! ¡Imagina que sacamos un electrón de 'V0' a 'V2', y cuando ese electrón se acerca a 'V2', movemos otro electrón en 'V1' de la batería izquierda al área empobrecida de electrones en la batería derecha. Si lo hacemos simultáneamente, hay un electrón entrando y saliendo de ambos lugares que anteriormente causaban un bloqueo de electrones! Así que mientras los electrones fluyen de 'V0' a 'V2' simultáneamente habrá electrones fluyendo a través del nodo 'V1'. ¡Y ahora tenemos dos conjuntos de electrones fluyendo con dos diferencias de potencial de 1.5 V seguidas, por eso obtenemos la diferencia de potencial de 3 V!
Verificación de la realidad: Existen algunas diferencias con la realidad. Por ejemplo, a medida que se utilizan las baterías, disminuirán en voltaje. Dado que los electrones intentan distribuirse uniformemente, la diferencia de potencial eléctrico también disminuirá. Además, las barreras entre el lado rico en electrones y el lado deficiente en electrones de la batería no son perfectas. Todas las baterías tienen una tasa de auto descarga, que es efectivamente los electrones moviéndose de un lado de la batería al otro, generalmente es tan pequeña en comparación con la cantidad de electrones que realmente puedes usar, que la ignoramos. La resistencia interna también se menciona anteriormente, otra ligera desviación de la operación teórica de las baterías. Pero puedes aprender sobre todas esas cosas cuando te sientas listo.
Espero que esto ayude, y si cometí algún error, ¡por favor házmelo saber! :)
La respuesta de bjwalls es interesante. ¿Existe un enlace o referencia que aborde la pregunta en lenguaje de termodinámica/electroquímica?
Lo que estás describiendo se llama una conexión en serie. Piensa en las baterías como bombas, con cada bomba generando 1.5 PSI. Si conectas la salida de una bomba a la entrada de otra, entonces en general las dos bombas van a generar 3.0 PSI.
Nota que la capacidad de corriente no se duplica. Si las dos bombas están valoradas para 1 galón/minuto cada una, entonces la bomba resultante de 3 PSI todavía solo puede hacer 1 galón/minuto. También ten en cuenta que cada bomba sigue haciendo exactamente lo que está valorada, que en este ejemplo es 1.5 PSI a 1 galón/minuto.
Las baterías funcionan de la misma manera, excepto que la "presión" eléctrica se expresa en Voltios y el flujo eléctrico en Amperios (Coulombs/segundo). Dos baterías de 1.5 V 1 A conectadas en serie (extremo a extremo) hacen una batería general de 3.0 V 1 A. Si las baterías se conectaran en paralelo (ambos extremos + juntos y ambos extremos - juntos), entonces tendrías una batería general que puede hacer 1.5 V a 2 A.
También recuerda que existe una resistencia interna en las baterías, por lo que nunca obtendrás un voltaje de 3V puro al combinarlas en serie.
@signus, la combinación en serie tiene un circuito equivalente que es precisamente la suma de las tensiones de batería en circuito abierto en serie con la suma de las resistencias internas. Olin tiene en cuenta esto en su respuesta cuando especifica que la capacidad de corriente de la conexión en serie es la misma que para una sola batería.
@Signus: La resistencia interna no tiene efecto sobre el voltaje de circuito abierto. Causa un voltaje más bajo cuando se dibuja corriente, pero no más por batería como cuando están solas. Si la resistencia interna es de 2 Ohmios y se dibujan 300 mA, entonces cada batería caerá en 600 mV. Si el voltaje de circuito abierto era de 1.5 V, entonces habrá 900 mV a través de cada batería. Eso sigue duplicándose cuando pones dos baterías de este tipo en serie, lo que te da un total de 1.8 V a 300 mA.
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