¿Cómo se puede calcular el voltaje de una batería?

El voltaje de circuito abierto de una batería se basa en los potenciales electroquímicos de los materiales constituyentes. La tensión teórica está determinada por la ecuación de Nernst . Puedes buscar los potenciales semicelulares. Hay una dependencia de la temperatura que la ecuación de Nernst predecirá.

Aquí es un simple laboratorio de licenciatura donde se les pide a los estudiantes que trabajen en una batería de plomo-ácido ordinaria.

En la práctica, los ingenieros eléctricos generalmente se referirán a la hoja de datos de la batería o celda para conocer el rango de voltajes y las características (generalmente más importantes) en diversas condiciones de descarga (y condiciones de carga, cuando corresponda).

Si la batería no está conectada a nada, no fluye corriente pero aún existe voltaje en sus terminales positivo y negativo. Se llama EMF de la batería. Está relacionado por los potenciales de reducción estándar de sus electrodos en química como: $$ E = E_ {cátodo} - E_ {ánodo} $$

Cuando la batería está conectada a una resistencia R, algo de corriente fluirá a través de R, así como a través de una pequeña serie de resistencia r, que es la resistencia interna de la batería. Así que efectivamente, obtendremos un voltaje de terminal, V a través de R, que es menor que el EMF de la batería. Las relaciones se verán como:

$$ V = E - Ir = IR $$

El voltaje de una batería no puede ser "calculado", es una propiedad inherente dada del elemento eléctrico. El potencial V existe independientemente de la carga o sin carga.

Pero si conecta una carga R, entonces la corriente a través de la R será I = V / R.

V = IR no es una forma universal de calcular el voltaje. Es para el caso especial donde tiene una resistencia conocida (R) y una corriente conocida a través de esa resistencia (I). Ninguno de estos se aplica a "calcular el voltaje de una batería" , sea lo que sea que se supone que significa.

Para una primera aproximación, puede modelar una batería como una fuente de voltaje en serie con una resistencia. Dicho de otra manera, lo modelas como una fuente de Thevenin. Para encontrar el valor de la fuente de voltaje, simplemente mida la batería sin nada conectado. Debido a que no hay corriente (la corriente consumida por el voltímetro es tan pequeña que puede ignorarse en esta aplicación) a través de la resistencia, la tensión a través de ella es 0. La tensión del circuito abierto de la batería es la tensión de la fuente de tensión interna.

Para encontrar la resistencia en serie, aplique una carga moderada en la batería y mida la caída de voltaje externo. Usted asume que la fuente de voltaje interno permanece igual, y que la caída en el voltaje externo se debe a la caída a través de la resistencia. Encontrará la resistencia según la ley de Ohm: Ω = V / A, donde V es la caída de voltaje en la resistencia interna y A la corriente de la batería en amperios.

  

Si el voltaje se calcula utilizando la fórmula V = IR, ¿cómo se puede calcular el voltaje de una batería si no está conectado a nada (es decir, sin corriente)?

No calculamos el voltaje, lo medimos. Para hacerlo, generalmente se requiere que extraigamos algo de la batería, pero solo una pequeña cantidad. La mayoría de los multímetros digitales tienen una impedancia de entrada de aproximadamente 10 MΩ y conectar esto a una batería de 9 V causaría un consumo de corriente de \ $ \ frac {V} {R} = \ frac {9} {10M} = 0.9 \ µA \ PS Es poco probable que esto cause un problema en la mayoría de los casos.

Figura 1. El multímetro analógico ICE Supertester 680R que muestra la carga de CC y CA. El autor tuvo uno de estos por muchos años.

Los multímetros analógicos antiguos normalmente eran de 20 kΩ / V y el usuario tenía que tener esto en cuenta al realizar una lectura. Por ejemplo, cuando en el rango de 10 V CC, la carga en el circuito sería 20k * 10 = 200 kΩ y esto podría cargar un circuito de alta impedancia significativamente.