Fluxo atual de baterias?

Estou lendo um livro básico de eletrônica: "Não há elétrons: eletrônicos para terráqueos" e me deparei com uma passagem inteligente sobre o fato de que você precisa de um circuito fechado para que a corrente flua. Aqui está a passagem pela qual estou curioso:

"Isso sempre me incomodou: se os terminais negativos das baterias têm excesso de elétrons (uma carga negativa) e os terminais positivos das baterias têm muito poucos elétrons (uma carga positiva) e os opostos se atraem, por que não consigo conectar um fio entre os lado negativo de uma bateria e o lado positivo de uma bateria diferente e obter qualquer corrente? Esta verdade é que não vai funcionar. Nenhuma corrente fluirá. Se alguém tivesse sido capaz de me explicar isso, eu provavelmente nunca teria escrito este livro. . "

Alguém tem uma resposta direta a esta pergunta?

A confusão aqui é da descrição inicial ruim de como uma bateria funciona.

Uma bateria consiste em três coisas: um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e um eletrólito no meio. Os eletrodos são feitos de materiais que desejam reagir fortemente entre si; eles são mantidos separados pelo eletrólito.

O eletrólito age como um filtro que bloqueia o fluxo de elétrons, mas permite a passagem de íons (átomos carregados positivamente dos eletrodos). Se a bateria não estiver conectada a nada, a força química está puxando os íons, tentando atraí-los pelo eletrólito para concluir a reação, mas isso é equilibrado pela força eletrostática - a tensão entre os eletrodos. Lembre-se: uma tensão entre dois pontos significa que existe um campo elétrico entre os pontos que empurra as partículas carregadas em uma direção.

Quando você adiciona um fio entre as extremidades das baterias, os elétrons podem passar através do fio, acionados pela tensão. Isso reduz a força eletrostática, para que os íons possam passar através do eletrólito. À medida que a bateria é descarregada, os íons se movem de um eletrodo para o outro e a reação química prossegue até que um dos eletrodos seja usado.

Pensando em duas baterias próximas uma da outra, ligadas por um fio - não há voltagem entre as duas baterias, portanto não há força para acionar elétrons. Em cada bateria, a força eletrostática equilibra a força química e a bateria permanece em estado estacionário.

(Eu meio que encaminhei o significado de dois materiais "querer" reagir um com o outro. Google "Energia livre de Gibbs" para obter mais detalhes sobre isso. Você também pode pesquisar no Google a "equação de Nernst".)

Esqueça as baterias por um segundo, isso é apenas uma das mil analogias que você poderia usar para descrever tensão / corrente e a razão pela qual nenhuma corrente flui não tem nada a ver com as propriedades eletroquímicas das baterias, é muito mais simples.

A maneira mais fácil de pensar é a seguinte: a corrente sempre fluirá em um loop, mesmo em circuitos muito complexos, você sempre pode dividi-la em loops de corrente, se não houver caminho para a corrente retornar à sua fonte, haverá não há fluxo de corrente.

No exemplo da sua bateria, não há caminho de retorno da corrente; portanto, nenhuma corrente fluirá. Obviamente, há uma razão física mais profunda para o porquê disso funcionar, mas, como a pergunta é uma resposta simples, vou pular a matemática, as Equações de Maxwell do Google e como elas são usadas na derivação da lei de tensão de Kirchhoff.

As baterias são um bom exemplo disso simplesmente porque são fontes atuais com motivos completamente isolados. Este exemplo seria igualmente verdadeiro para qualquer outra fonte de energia com um "solo" completamente isolado.

No entanto, isso não é fácil de encontrar, por exemplo, fazer isso com dois suprimentos de bancada provavelmente deixaria um dos suprimentos de bancada muito infeliz, mas isso não é porque o efeito seja diferente, a diferença é que os suprimentos de bancada provavelmente estão aterrados à fiação elétrica no edifício e, como tal, existe um caminho de retorno para a corrente fluir.

A analogia da água para isso também é eficaz. Pense no seu exemplo de bateria desta maneira:

Você tem uma bomba de água (bateria A) conectada a um tubo (o fio) e outra bomba de água (bateria B) conectada ao mesmo tubo (o fio). Agora, no seu exemplo, não há caminho de retorno no sistema; imagine que o tubo esteja cheio de água, mas tampado nas duas extremidades.

Você aperta o interruptor das bombas, o que acontece?

A resposta é nada, não há para onde mover a água, as bombas nem sequer giram. (ignore os efeitos de turbulência da água para esta analogia).

Agora, se você conectasse o tubo em um loop e apertasse o botão, as bombas girariam (tensão) e a água fluiria (corrente).

Se você usou duas bombas de velocidade diferente (baterias de voltagem diferentes) e as encarou uma com a outra, a energia será excessiva e fará com que a outra gire na direção errada (queime exatamente como conectar uma bateria de 9V e 6V em paralelo).

Se você conectasse as duas bombas apontando na mesma direção, obteria mais pressão da água (tensão) porque as bombas estão se ajudando (duas baterias em série).

Digamos que você tenha pilhas AA, com 1,5 V cada. Além disso, vamos rotulá-los de bateria A e bateria B. Se você conectar A + a B-, o que realmente obtém é uma diferença de 3 V entre A- e B +.

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

Quando você conecta B- a A +, ambos têm o mesmo potencial (afinal, estão ligados a um fio). B + é 1,5V maior que esse potencial e A- é 1,5V menor.

É importante lembrar que uma tensão não é um valor absoluto . É um valor relativo . O fio B- _ A + terá um potencial e B + e A- são relativos a esse potencial.

Eu também sempre achei que a descrição tradicional de leigos de uma bateria é enganosa. A maioria das pessoas descreve uma bateria como um recipiente de armazenamento de eletricidade, mas isso não explica por que você não pode descarregar a eletricidade de uma bateria no chão ou por que você não pode ter uma bateria alimentando outra, como na sua pergunta acima .

Pode não ser uma descrição precisa do que realmente está acontecendo, mas acho que uma analogia mais compreensível é descrever uma bateria como uma bomba. A "energia" contida na bateria é usada para acionar a bomba; não é enviado por fio. Com essa analogia, é óbvio por que as extremidades positiva e negativa de uma bateria devem ser conectadas em um circuito. Se, por exemplo, você conectar apenas o eletrodo negativo ao terra, não há corrente porque não há eletricidade entrando no eletrodo positivo que pode ser bombeado.

Tecnicamente, a corrente pode ou não fluir quando um fio é conectado dessa maneira. Tudo depende da existência ou não de uma possível diferença nas tarifas entre esses dois terminais. Se a diferença for pequena, pouca / nenhuma corrente fluirá. Isso vale para qualquer fio conectado entre dois terminais, em qualquer lugar.

No entanto, a corrente provavelmente não será (dependendo da idade / uso da bateria). A razão disso é que a diferença de potencial de tensão - os "orifícios em excesso na extremidade positiva" e os "elétrons em excesso na extremidade negativa" - é relativa a uma determinada bateria . Há excesso de elétrons / orifícios nas extremidades de uma bateria em relação uma à outra. Essa relação pode ou não ser verdadeira entre o terminal negativo de uma bateria e o terminal positivo de outra.

A corrente que flui para uma junção é sempre igual à corrente que flui para fora da junção. Portanto, a corrente deve sempre fluir em um loop.

Primeiro. Uma corrente muito pequena VAI fluir por um período muito curto ... mas precisa apenas de uma pequena quantidade de carga elétrica (estática) para passar para criar uma tensão reversa suficiente para anular a tensão direta. Lembre-se de que qualquer eletricidade estática perceptível, como esfregar balões nos cabelos, geralmente envolve tensões GRANDES, como (dezenas de) milhares de volts, necessárias para provocar uma faísca. Célula simples típica de 1,5 volts não pode fazer uma faísca (sem ajuda especial). Na verdade, se você suspendesse cuidadosamente um par de células simples (baterias) no espaço ou penduradas em uma corda, elas teriam uma pequena interação dipolar e se torceriam como um par de ímãs, e então se atrairiam. Infelizmente, isso acaba sendo muito pequeno, embora forças finitas e calculáveis. Talvez esse esforço tenha sido feito com sensibilidade para mostrar isso. Mais distante, o problema original é como carregar um capacitor, se você pensar bem. Com os terminais não conectados sendo apenas as placas do capacitor. A pequenez dos terminais e a separação são muito diferentes numericamente de um bom capacitor que possui uma área grande e uma separação pequena que faz toda a diferença e é por isso que a corrente é minúscula (mas finita) no problema original.

Penso que outra coisa que pode confundir você é que dizemos que a tensão em um condutor é sempre constante. Embora isso seja verdade, é uma mentira. Todos os condutores ainda têm uma resistência finita. Por esse motivo, se você conectar um fio entre os dois terminais de uma bateria, uma extremidade do fio estará com um potencial diferente do outro e a corrente e a corrente no fio seguirão a lei de ohms. Não sei se você já tentou fazer um curto-circuito nos dois terminais de uma bateria como esta, mas como a resistência do fio é tão baixa, a lei de ohms fornece uma corrente muito grande que aquece o fio e o queima.

Agora, a razão pela qual costumamos dizer que o potencial em um fio é constante é porque geralmente existem outros componentes em nosso circuito cuja resistência é muito maior do que os fios. Por esse motivo, a maior parte da tensão acaba caindo entre os outros componentes do circuito e haverá apenas uma queda de tensão muito pequena de uma extremidade de um fio para a outra. Assim, podemos simplificar nossos problemas dizendo que a tensão é constante nos fios.