电池没有连接任何东西。它的正极和负极之间有电压吗?

电器工程 电压 电池 电池化学 细胞 电化学
2022-01-07 14:14:11

这是电池的一张心理图片:

电池内部的电化学反应只有在闭合电路时才会发生。当您将电压表放在两极之间时,您会创建一个闭合电路(电流非常低) - 电化学反应开始,并且您现在在两极之间有一个电压。电压表的位置会改变您要测量的东西。没有电压表,两极之间就没有电压,因为没有闭合电路。

但上述内容似乎与人们所说的开路电压完全不一致,因为它独立于实际测量而存在。

我的推理一定是有问题的。但是哪里?

(我知道这是一个非常简单的问题,但我真的对此感到困惑。)

这是开路电压的典型使用示例(见 24:00),来自 MIT 讲座。

编辑:用电压替换电压

4个回答

电池内部的电化学反应只有在闭合电路时才会发生。

对于理想的电池来说,这是真的。但是,所有电池都有一些(希望非常小)漏电流,并且最终会放电。希望这需要数年时间才能发生,但情况并非总是如此。

当您在两极之间放置一个电压表时,您会创建一个闭合电路(电流非常低) - 电化学反应开始,并且您现在在两极之间有一个电压降。

在连接电压表或闭合电路之前,两极之间的电压已经存在。正是两极之间的电压阻止了电化学反应的进行。如果电池没有连接任何东西,其两极之间的电压与反应的电化学势完全匹配。

电压表的位置会改变您要测量的东西。

是的。

没有电压表,两极之间就没有电压降,因为没有闭合电路。

这是错误的。每当电池保持充电时,两极之间就会存在电压差。没有闭合电路时没有电流。

但上述内容似乎与人们所说的开路电压完全不一致,因为它独立于实际测量而存在。

开路可能有电压,并且该电压的存在独立于对其进行测量的尝试。

电池内部的化学反应会导致在端子上积聚相反的电荷。

相反电荷的积累会在端子之间产生电压差,无论电池是否连接。

当电池断开连接时,电荷会累积起来,直到足以阻止这些化学反应。这就是为什么只有当电池处于电路中时才会发生反应。

当负载连接到电池时,它会将这些积聚的电荷排出,从而使电池内部的化学反应继续进行,直到它们重新积聚。

当电池断开时,端子上的电压最大,因为它足以阻止化学反应。当电池被电路耗尽时,电压会稍微低一些,从而使反应继续进行。漏极越高,电压越低,化学反应越快,电流越大。这种效应产生了我们可以测量的电池内阻。

没有电流回路,电池内部会产生平衡状态。在产生的内部电荷不平衡补偿由自由低能电子态引起的吸引力之前,尽可能多的电子在形成新化合物中占据了新的位置。但是一些电子已经占据了新的位置,所以它们离开了原来的位置。我们将其视为电池+极处的+charge。分别在负极有一些额外的电子。因此,电压在没有任何负载(例如电压表)的情况下存在。

提问者怀疑在没有负载的情况下不应该存在电压,因为在没有电流的情况下不应该发生电化学反应。我说它发生了,但由于内置的​​平衡电场而停止。平衡作为空载电压发生。

顺便提一句。我必须承认,在有任何电压之前,我不知道是什么导致了声称的电流。

它始终是欧姆定律和电压分压器。

假设您有两个电池端子。端子之间有空气,其电导率非常低。理论上,如果你用万用表从一个电池端子探测到两个端子中间的空气,你应该看到一半的电池电压。但你没有。在这种情况下,空气的电阻非常高,以至于没有足够的电流流入万用表。

在您描述的情况下,您可以将电池视为内部具有串联电阻的理想电池。它可能非常低,例如在锂离子电池中,远低于 100 毫欧。在其他电池中,它可能会更高,例如 3 欧姆。

但是完成电路的万用表通常是 1 兆欧。有时它有自己的内部分压器,9 兆欧到 1 兆欧 (10:1)。

在 3.6 伏电池上,相当于 3.6 V/(1 兆欧 + 3O 欧) = 3.6 uA。然后将该电流与 3 ohm 的内阻相关,3.6 uA * 3 ohm = 11 mV。

因此,通过完成这个特定的电路,您可以测量到比实际电池电压低 11 mV。