¿Por qué las baterías en serie agregan voltaje?

Una celda o una batería es esencialmente una "bomba" de carga. Ahora, para ayudar a formar una intuición para la respuesta a su pregunta, vuelva a la analogía hidráulica .

Dos bombas de agua en paralelo pueden producir el doble del flujo de agua de una (idealmente).

Dos bombas de agua en serie pueden producir el doble de presión (o cabezal) de una (idealmente).

El exceso de electrones es inestable y quiere rellenar los átomos que pueden aceptar electrones. El exceso de electrones se carga en el lado negativo de una batería y se almacena porque el electrolito no les permitirá pasar al lado positivo donde pueden ser aceptados. Debe haber un conductor entre el negativo y la posición para permitir que fluyan o permanecerán allí, almacenados hasta que se salgan lentamente y ya no haya un potencial (diferencia) entre los dos. Cuando agrega dos baterías en serie, los potenciales (voltaje) se agregan porque, dado que la misma carga se mueve dos veces cada vez a través del mismo voltaje (potencial), el trabajo total realizado es 2 * V, pero el flujo de corriente sigue siendo el mismo. En Paralelo, la carga se mueve una vez a través de cualquiera de las baterías, por lo que no se agregan los voltajes de las baterías, pero con dos baterías, la carga puede hacer el doble de movimiento porque ambas baterías permiten el doble de movimiento y, por lo tanto, las corrientes se duplican. Algo así como un río y una presa. Cada batería es una pared de cierta altura (potencial) y el agua es el flujo de corriente. Cada batería (pared) solo puede permitir que pase tanta agua. El gran río principal dividido en dos ríos con una presa en cada uno permite el doble del agua (corriente) a la misma altura del agua (Voltaje). Mientras que si apilas las represas, solo permitirán la misma cantidad de agua que una represa y el agua tendrá el doble de altura (voltaje). Y cada represa (batería) solo tiene mucha agua que proporcionar y debe conectarse de nuevo a la parte vacía de la represa porque es un sistema de agua sellado, por lo que el agua no puede fluir a menos que el agua regrese. La parte vacía de la presa es más baja (terminal positiva) y, por lo tanto, puede acumular agua, pero no puede volver a ejecutarla a través del sistema a menos que sea bombeada (cargada) hasta la parte más alta de la represa (terminal negativa).

Puedo ver por qué se siente como magia negra, ya que parece que los electrones que dejan el ánodo de una batería ingresan al cátodo de la siguiente batería y no parece haber razón para que se acumulen los voltajes.

Pero mirémoslo desde una perspectiva diferente. Digamos que tiene una batería A con un voltaje v0 . Batería A es la única batería en un circuito con una resistencia R también en el circuito. La resistencia de R de la resistencia es TAN tan alta, que la batería A difícilmente puede generar una pequeña corriente a través del circuito. v0 no es suficiente para generar una corriente significativa a través de la resistencia R .

Pero ahora, digamos que agrega la batería B y la batería C en serie a la batería A , con resistencia R todavía en el circuito, también. Las baterías B y C también tienen voltajes de v0 .

En cada batería, dentro de un circuito cerrado, un electrón realmente quiere dejar el ánodo mientras que otro electrón del cable ingresa al cátodo. Cuando acabamos de tener la batería A conectada a la resistencia R , el voltaje v0 no era suficiente para que esto sucediera, ¿recuerdas? Pero ahora, con las 3 baterías en serie, no solo el voltaje de la batería A quiere empujar naturalmente un electrón lejos de su ánodo, sino que el cátodo de la batería B también está ejerciendo un tirón ¡en un electrón del ánodo de la batería A , también! Y con solo un voltaje de v0 , ¿cómo es que la batería B puede entregar un electrón de su ánodo para que pueda recibir uno en su cátodo de la batería A ? ¡Porque también se siente un tirón del cátodo de la batería C , de la batería C's v0 ! Y por último, lo adivinó: la batería C está dispuesta a renunciar a un electrón de su ánodo para aceptar uno en su cátodo (con solo el bajo voltaje individual v0 ) porque ¡se siente un tirón del cátodo de la batería A también! No hay primero ni último, todo sucede a la vez, como una cadena. ¿Ahora ve cómo los efectos de cada compuesto de batería producen un voltaje mucho más alto (también conocido como una motivación mucho más alta, o empuje / empuje para que fluyan los electrones)? Además, asuma que la resistencia R estaba entre la batería C y A . Esa parte realmente no importa.

Una definición de diferencia de potencial (lo que se mide en voltios y, a veces, se llama voltaje) puede ser útil: es el trabajo que realiza la batería en una carga de unidad al moverla de un terminal a otro. Por lo tanto, dado que la misma carga se mueve dos veces cada vez a través del mismo voltaje, el trabajo total realizado es 2 * V. En una conexión paralela, la carga se mueve a través de una batería u otra, por lo que el trabajo realizado es solo V. (Ignoro aquí los argumentos sobre algo de corriente a través de una batería y de otro a la otra, realmente no importan)