Pourquoi les batteries en série ajoutent-elles de la tension?

Cette question semblera probablement facile à la plupart d'entre vous, mais pour moi, c'est toujours une sorte de magie :)

En tenant compte de tout ce que je sais jusqu'à ce que je sache, je suppose qu'une batterie a deux côtés:

1. celui qui "émet" des électrons (un terme technique pour ça?)
2. celui qui "manque" d'électrons

Alors, comment se fait-il que lorsque je mets deux batteries en série, leur tension augmente ? Pour moi, il semble que les électrons de l'un devraient circuler directement entre les protons de l'autre.

Évidemment, il doit y avoir une sorte de magie noire là-bas;) Est-ce que l'un de vous les sorciers me l'expliquera?

Une cellule ou une batterie est essentiellement une "pompe" de charge. Maintenant, pour aider à former une intuition pour la réponse à votre question, revenez à l' analogie hydraulique .

Deux pompes à eau en parallèle peuvent produire deux fois le débit d'eau d'une (idéalement).

Deux pompes à eau en série peuvent produire deux fois la pression (ou la hauteur) d'une (idéalement).

Je peux voir pourquoi cela ressemble à de la magie noire, car il semble que les électrons qui quittent l'anode d'une batterie entrent dans la cathode de la batterie suivante, et il ne semble pas y avoir de raison pour que les tensions s'additionnent.

Mais regardons cela dans une perspective différente. Disons que vous avez une batterie A avec une tension v0 . La batterie A est la seule batterie dans un circuit avec une résistance R également dans le circuit. La résistance de la résistance R est tellement élevée que la batterie A est à peine capable de générer un petit courant à travers le circuit. v0 ne suffit pas pour produire un courant important dans la résistance R .

Mais maintenant, disons que vous ajoutez la batterie B et la batterie C en série à la batterie A , avec la résistance R toujours dans le circuit également. Les batteries B et C ont également des tensions de v0 .

Dans chaque batterie, dans un circuit fermé, un électron veut vraiment quitter l'anode tandis qu'un autre électron du fil entre dans la cathode. Lorsque nous venions de connecter la batterie A à la résistance R , sa tension v0 n'était pas suffisante pour que cela se produise, vous vous en souvenez? Mais maintenant, avec les 3 batteries en série, non seulement la tension de la batterie A veut pousser naturellement un électron loin de son anode, mais la cathode de la batterie B exerce également une traction sur un électron de l' anode de la batterie A ! Et avec juste une tension de v0 , comment la batterie B peut-elle abandonner un électron de son anode pour en recevoir un dans sa cathode de la batterieUn ? Parce qu'il se sent également une traction de la batterie C cathode de, de la batterie de v0 de C ! Et enfin, vous l'avez deviné: la batterie C est prête à abandonner un électron de son anode pour en accepter un dans sa cathode (avec juste la tension individuelle basse v0 ) car elle ressent aussi une traction de la cathode de la batterie A ! Il n'y a ni premier ni dernier, tout se passe en même temps, comme une chaîne. Voyez-vous maintenant comment les effets de chaque composé de batterie produisent une tension beaucoup plus élevée (aka une motivation beaucoup plus élevée, ou tirer / pousser pour que les électrons coulent) ?? De plus, supposons que la résistance R était entre la batterie C et A . Cette partie n'a pas vraiment d'importance.

Les électrons en excès sont instables et veulent remplir des atomes qui peuvent accepter des électrons. Les électrons en excès sont chargés dans le côté négatif d'une batterie et stockés parce que l'électrolyte ne leur permettra pas du côté positif où ils peuvent être acceptés. Il doit y avoir un conducteur entre le négatif et le pos pour leur permettre de couler ou ils y resteront, stockés jusqu'à ce qu'ils fuient lentement et qu'il n'y ait plus de potentiel (différence) entre les deux. Lorsque vous ajoutez deux batteries en série, les potentiels (tension) sont ajoutés car, comme la même charge est déplacée deux fois à chaque fois à travers la même tension (potentiel), le travail total effectué est de 2 * V mais le flux de courant reste le même. En parallèle, la charge est déplacée une fois à travers l'une ou l'autre batterie afin que les tensions des batteries ne soient pas ajoutées mais avec deux batteries, la charge peut faire deux fois le mouvement car les deux batteries permettent deux fois le mouvement et donc les courants sont doublés. Un peu comme une rivière et un barrage. Chaque batterie est un mur d'une certaine hauteur (potentiel) et l'eau est le flux de courant. Chaque batterie (mur) ne peut laisser passer que beaucoup d'eau. La grande rivière principale divisée en deux rivières avec un barrage sur chacune laisse passer deux fois l'eau (courant) à la même hauteur d'eau (tension). Alors que si vous empilez les barrages, ils ne permettront que la même quantité d'eau qu'un barrage et l'eau sera le double de la hauteur (tension). Et chaque barrage (batterie) n'a que tant d'eau à fournir et doit être raccordé à la partie vide du barrage car il s'agit d'un système d'eau scellé afin que l'eau ne puisse pas couler à moins que l'eau ne revienne.

Une définition de la différence de potentiel (ce qui est mesuré en volts et parfois appelé tension) peut être utile: c'est le travail que fait la batterie sur une unité qui la charge en la déplaçant d'une borne à l'autre. Ainsi, étant donné que la même charge est déplacée deux fois à chaque fois à travers la même tension, le travail total effectué est de 2 * V.Dans une connexion parallèle, la charge se déplace à travers une batterie ou l'autre, de sorte que le travail effectué n'est que V. (J'ignore ici les arguments concernant certains courants à travers une batterie certains à travers l'autre, ils n'ont pas vraiment d'importance)