电池中的电流？

我正在读一本基本的电子书：“没有电子：地球人的电子设备”，并且我遇到了一个聪明的问题：需要闭合电路以使电流流动。这是我很好奇的一段：

“这一直困扰着我：如果电池的负极端子有过多的电子（负电荷），而电池的正极端子有太少的电子（正电荷）并且相反的方向相互吸引，为什么我不能在电池之间挂线呢？一块电池的负极和另一块电池的正极并获得电流？这是事实，它不起作用，没有电流流过，如果有人能够向我解释，我可能永远不会写这本书。”

有人对此问题有直接的答案吗？

这里的困惑来自最初对电池工作原理的不良描述。

电池由三部分组成：正极，负极以及介于两者之间的电解质。电极由强烈希望彼此反应的材料制成。它们被电解质隔开。

电解质的作用类似于过滤器，可阻止电子流动，但允许离子（来自电极的带正电的原子）通过。如果电池未连接任何东西，则化学力会拉动离子，试图将其拉到电解质上以完成反应，但这与静电力（电极之间的电压）保持平衡。记住-两点之间的电压表示在这些点之间存在电场，该电场将带电粒子推向一个方向。

在电池的两端之间添加电线时，电子可以在电压的驱动下穿过电线。这降低了静电力，因此离子可以穿过电解质。随着电池放电，离子从一个电极移动到另一个电极，化学反应继续进行，直到其中一个电极用完。

考虑用一根线连接的两个相邻电池，两个电池之间没有电压，因此没有驱动电子的力。在每个电池中，静电力会平衡化学力，并且电池会保持稳定状态。

（我对两种材料“想要”相互反应的含义有所了解。有关“谷歌自由能”的更多信息，谷歌“吉布斯自由能”。您也可以谷歌“能斯特方程式”。）

忘记电池一秒钟，那只是您可以用来描述电压/电流的一千个类比中的一个，而没有电流流动的原因与电池的电化学性质无关，这要简单得多。

想到它的最简单方法是：电流只会在一个回路中流动，即使在非常复杂的电路中，您也可以将其分解成电流回路，如果没有电流返回其源极的路径，则会没有电流。

在您的电池示例中，没有返回电流路径，因此不会有电流流过。显然，有一个更深层的物理原因可以解释为什么它起作用，但是由于这个问题要求一个简单的答案，我将跳过数学，谷歌麦克斯韦方程组以及它们如何在基尔霍夫电压定律的推导中使用。

电池确实是一个很好的例子，因为它们是具有完全隔离接地的电流源。对于完全隔离的“地”的任何其他电源，该示例同样适用。

但是，这并不是一件容易的事，例如，用2个长凳电源进行操作可能会使其中一个长凳电源感到非常不满意，但这不是因为效果不同，不同之处在于长凳电源可能都接地了。连接到建筑物中的电线，因此有一条电流流经的返回路径。

水比喻对此也有效。以这种方式思考您的电池示例：

您有一个水泵（电池A）连接到管道（电线），而另一个水泵（电池B）连接到同一管道（电线）。现在，在您的示例中，系统中没有返回路径，因此可以想象管道中充满了水，但两端均封闭。

您按下泵上的电源开关，会发生什么？

答案是什么，没有水可以移动到哪里，水泵甚至都没有旋转。（对此类比，忽略水湍流之类的影响）。

现在，如果您将管道连接成一个回路并按下开关，则泵将旋转（电压），水将流动（电流）。

如果您使用了2个差速泵（不同电压的电池）并使它们彼此面对，则将导致功率过大并导致另一个泵以错误的方向旋转（烧毁就像并联9V和6V电池一样）。

如果将两个泵指向同一方向，则将获得更大的水压（电压），因为这两个泵互相帮助（串联2个电池）。

假设您有AA电池，每节1.5V。此外，让我们给它们贴上电池A和电池B的标签。如果将A +钩到B-，则实际上得到的是A-到B +的3 V电压差。

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

当您将B-钩到A +时，它们都处于相同的电位（毕竟它们都用电线钩住了）。B +比该电位高1.5V，而A-则低1.5V。

重要的是要记住，电压不是绝对值。这是相对价值。B- _ A +线将处于一个电位，而B +和A- 相对于该电位。

我也总是发现传统的外行人对电池的描述具有误导性。大多数人将电池描述为电能的存储容器，但这并不能解释为什么您不能将电能从电池中倾倒到地面，或者为什么您不能用一个电池来给另一个电池供电，就像上面的问题一样。

这可能不是对实际发生情况的准确描述，但我发现一个更容易理解的类比是将电池描述为泵。电池中包含的“能量”用于驱动泵。它不会通过电线发送出去。以此类推，显而易见，为什么必须在电路中同时连接电池的正极和负极。例如，如果仅将负极接地，则不会有电流，因为正极上没有电流可以抽出。

从技术上讲，以这种方式连接电线时，电流可能会或可能不会流动。这完全取决于收费是否存在潜在差异这两个端子之间的。如果差异很小，则几乎没有电流流过。这适用于任何地方的任何两个端子之间连接的任何电线。

但是，电流的可能性更大（取决于电池的寿命/使用情况）。其原因是因为电势差-“正极上的过量空穴”和“负极上的过量电子”- 相对于给定的电池。相对于给定电池的末端，存在过多的电子/空穴。一个电池的负极端子和另一个电池的正极端子之间的关系可能成立，也可能不会成立。

流入结点的电流始终等于流出结点的电流。因此，电流必须始终循环流动。

第一。很小的电流将在很短的时间内流过……但是它只需要传递少量的电荷（静态电荷）即可建立足够的反向电压以消除正向电压。回想一下，任何明显的静电（例如在头发上擦气球）通常都涉及BIG电压，例如（数千）伏特，这是产生火花所必需的。典型的简单1.5伏电池无法发出火花（没有一些特殊帮助）。实际上，如果您小心地将一对简单的电池（电池）悬挂在太空中或挂在一根绳子上，它们将具有很小的偶极子相互作用并像一对磁铁一样扭曲，然后相互吸引。不幸的是，尽管力是可计算且有限的，但结果却很小。也许已经很敏感地完成了这个expt以表明这一点。进一步，如果考虑一下，原来的问题有点像给电容器充电。未连接的端子仅是电容器极板。端子的小巧和间距与数值好的电容器大不相同，后者面积大且间距小，这一切都不同，这就是为什么电流在原始问题中很小（但有限）的原因。

我认为可能会使您感到困惑的另一件事是，我们说导体中的电压始终是恒定的。尽管大多数情况都是如此，但这是一种谎言。所有导体仍然具有有限的电阻。因此，如果在电池的两个端子之间连接导线，则导线的一端实际上将处于另一电位，而另一端则处于另一电位，并且导线中的电流将遵循欧姆定律。我不知道您是否曾经尝试过像这样使电池的两个端子短路，但由于导线的电阻是如此之低，欧姆定律会产生很大的电流，这会加热导线并烧伤您。

现在，我们通常说电线中的电位恒定的原因是，电路中通常还有其他元件的电阻比电线大得多。因此，大部分电压最终会降落到电路中的其他组件上，并且从电线的一端到另一端只有很小的电压降。因此，我们可以通过说导线中的电压恒定来简化问题。