鉛蓄電池の充電の際の外部電源との接続について質問です

鉛蓄電池の負極、つまり、Pbに、強制的に外部電源の負極から電子を流して放電時とは逆向きの反応を起こして極板の状態を戻して充電完了となると思うのですが、
下の図のように図を描いてみると肝心である電子の移動が訳のわからないことになってしまいます。

特に、充電中の鉛蓄電池内での電子の流れる向きが、両方向になってしまうようになってしまいます。

どこが間違っているのでしょうか？
ご教授お願い致します。

質問者からの補足コメント

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  回答ありがとうございます！
  
  ショートしてしまうのですか！！
  
  ご回答に沿って絵を修正したのですが、
  外部電源の負極と正極を結ぶ線が不要というのは、
  教科書に載っている図ではボルタ電池やらダニエル電池やら、みんな線で結んであるので、なんとも不思議な感じがしてしまいます。
  
  外部電源には電圧差がもう既にチャージしてあるんですか？

  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2019/09/15 15:00

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  あれ?、修正後の図が貼り付けられていなかったので、もう一度補足します。

  
    補足日時：2019/09/15 15:26

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  質問に貼ったような図ではなくて、
  外部電源が記号で記された、以下のような図を描いた方が、入試などでは無難ですか？？

  
    補足日時：2019/09/15 15:28

No.3 ベストアンサー 回答者： masterkoto 回答日時： 2019/09/15 15:32

外部電源には電圧差がもう既にチャージしてあるんですか？

＞＞＞当然です
充電とは別の観点で言えば、（電気的）エネルギーの補てんと言えます
外部電源がチャージされていなければ、外部電源に補填用のエネルギーが無いという事になりますから、鉛電池へのエネルギー補給、すなわち充電は不可能です
外部電源にエネルーギーがあるという事は、外部電源が電圧を持っているという事です

ショート回路について
外部電源（教科書に載っている図ではボルタ電池やらダニエル電池・・・etc）の正極と負極が導線だけで結ばれているようなら、それはあくまでも電池内部の電子のやり取りにフォーカスを当てたもので簡易的な図という事だと思います
これらの電池に限らず、市販されている乾電池で考えてみれば分かることですが、電池のプラス極とマイナス極を導線で直接結ぶことを短絡（ショート）と言います。
仮に、導線にわずかな抵抗Rがあると仮定すれば、オームの法則により
E=RI⇔I=E/R（Eは電池の電圧、Iは電池及び導線を流れる電流）
となりますから、Rが小さいほどEを割る数Rが小さいので、商であるIは大きくなります。つまりRが極端に小さいという事は電流が極端に大きくなり
極みは、抵抗が０なら電流は無限大　ということになりこれをショートと呼びます
だから、外部電源、鉛電池の双方とも正極と負極を直接導線だけで結ぶのは抵抗値が極めて低いことになりショートなのです
従って、本来は電池のプラス極とマイナス極をつなぐときには、間に必ず抵抗の働きをするものを挟まなければならないのです
これは、鉛電池を含めすべての電池に共通することです
（ちなみに、私の持っている教科書などの図にはボルタ電池などにつながる導線に豆電球がつながれていますよ！）

あなたが初めに書いた図では、鉛電池も短絡なので充電はされずむしろ電気の放出が起こります。
で、私が指摘したように短絡導線２本を外してあげると、外部電源プラス極～鉛電池プラス極～鉛電池マイナス極～電源マイナス極というループが出来、外部電源から見れば、外部電源プラス極とマイナス極の間に鉛電池が挟まれているので最早ショート回路ではないという事になります
反対に鉛電池から見ても、プラス極とマイナス極の間に電源電池が挟まれているので最早ショート回路ではないという事になります。（ただし、プラスマイナスを逆につなぐとショートです）
したがって、充電が行われるのです。
（詳しくは高校物理で電気回路を学習してみて下さい。）

この回答へのお礼

詳しく回答ありがとうございます！

よく分かりました。

よーく教科書を見返したら、ちゃんとショートしないように豆電球が付いていました！

意識したことすらなかったので、大変勉強になりました！

お礼日時：2019/09/15 21:49

No.4 回答者： masterkoto 回答日時： 2019/09/15 15:37

画像の書き方については、題意によります

通常、外部電源の種類は電池とは限らないので、一般的にはあなたが書いた３枚目の方が普通ではないでしょうか？

この回答へのお礼

回答ありがとうございます！

確かに、問題で外部電源の内部も描けとかなっていれば、書かないといけないと思いますが、
そうじゃなかったら、外部電源が電池以外も十分あり得るわけですし、電流電源の記号を使って描くのが無難ですよね。

お礼日時：2019/09/15 21:52

No.2 回答者： masterkoto 回答日時： 2019/09/15 14:09

＃１補足

①外部電源で、負極と正極を結ぶ導線は余分（この状態ではショート回路となり鉛蓄電池へ電子が移動することは無い。実際は外部電源が異常加熱して極めて危険）
同様に、鉛電池の正極と負極を結ぶ線も余分（この状態では、ショート回路となり、正極と負極を結ぶ導線を優先的に電子が流れることになり、鉛電池が充電される（電子が鉛電池内に侵入する）ことは無い）
②　①のショート回路を解消すると（短絡導線２本を取り外すと）外部電源の電圧により
電子は外部電源マイナス極を出発して鉛電池負極へ至り、電解液を介して正極から再び放出され、電源プラス極へと戻る
と言う循環になります。

No.1 回答者： masterkoto 回答日時： 2019/09/15 13:51

①充電なのだから、両バッテリーとも　正極と負極を短絡している線が余計なのでは

②　①の短絡導線２本を取り外すと
外部電源負極から放出された電子は、導線を伝って鉛電池負極に侵入する
鉛電池正極からでた電子は外部電源プラス極へと入る