異なる電圧の電池を並列つなぎにしたら

Question

起電力１Ｖの電池と、１Ωの抵抗があったとします。
電池を１個─１個の並列で抵抗につないだら、理想的には１Ａの電流が流れますよね。
　 ┌電池┐
─┤　　　├─
 　 └電池┘

で、疑問に思ったのですが、電池を１個－２個で並列にして１Ωの抵抗につないだら、何Ａの電流が流れるのでしょう？
電池を並列につなぎ、片方は１Ｖ、もう片方は２Ｖの起電力を持たせるという意味です。


わかりにくくてすみません……。
数式による説明もある程度理解できると思います。
よろしくお願いします。

htms42 · Accepted Answer

今までの解答に書かれていることに少し疑問を感じます。
「無限大の電流が流れて一瞬にしてお釈迦になる。場合によっては爆発する・・・。」
こういうことは起こらないのではないでしょうか。

子供が電池をいろんなつなぎ方をして遊んでいることがあります。乾電池３つを１．５Ｖと３Ｖにしてつないでいることはありそうです。「一瞬にして・・・」というのであればつないだ瞬間に事故になるのですからもっと事故例が多くなるでしょう。
電池ケースの中に入れっぱなしにしていれば事故になるかもしれないという意味だろうと思います。

電池は内部で化学反応が起こっています。
電池の中にある物質の起こす化学反応に相当する電圧は普通１～２Ｖです。乾電池の１．５Ｖはそういう反応のひとつです。自動車用のバッテリーは１つ２Ｖの電池（鉛蓄電池）をいくつか組み合わせたものです。
鉛蓄電池は電圧をかけると逆反応が起こります。充電が出来ます。鉛蓄電池は積極的に逆向きに電圧をかけることで使われています。充電式の電池では逆向き電圧をかけても大丈夫です。
乾電池は充電の出来ない電池です。充電ができないというのは電圧をかけても逆の反応を起こさせることが出来ないということです。でも電池の中には色んな物質が入っていますからそれらが反応する可能性はあります。それを調べるのには使いきった乾電池に電圧をかけてみるといいでしょう。多分電流はほとんど流れないと思います。その電圧で起こる反応が内部になければ電流は流れません。持続的に反応が起こるように物質が配置されていなければ電流が流れません。電極表面の近くにある物質だけが反応して終わりということになるかも知れません。そういう意味では絶縁体です。
乾電池は内部抵抗に相当する抵抗を持った導体ではありません。もしそうであれば使いきった乾電池に電圧をかけるとショートしたのと同じ事になるはずです。
電圧をかけて起こる可能性のある反応の中で注意するものは水の電気分解です。感電池には塩化アンモニウムの入っているものもありますから塩素の発生もあるかもしれません。こられは気体が発生しますのでたまると破裂の可能性があります。鉛蓄電池では充電時に水の電気分解も起こります。このとき発生する気体を逃がすか水に戻すかの対策が採られています。
乾電池でも水の電気分解の起こる可能性はありますが瞬時に起こると言うレベルのものではないでしょう。

１Ｖの電池に２Ｖの電圧を実際にかけてみて調べたわけではありません。予想です。
・電池の起電力以上の電圧を逆にかけると電池反応が起こらなくなる、
・逆反応が継続的に起こるためには電池内部の物質がそのように配置されていなければいけない
・水の電気分解のような副反応は起こる可能性がある。
（水の電気分解に必要な電圧以上の電圧がかかっている場合です。）
・電流が流れなければ絶縁体をはさんだのと同じになる
いずれにしても瞬時に何かが起こるというものではありません。入れっぱなしは危ないです。
いかがでしょう。

tono-todo · Answer

話としては、おさまるところにおさまったのかどうかは分かりませんが、
実験をしてみれば自明です。

下記回路（→は起電力１.５Ｖの電池）

　Ａ－－→→－→－－Ｂ　　Ｃ－－→→－←－－Ｄ

にて豆電球をつなぐと、いずれも豆電球は点灯しますが、ＡＢの方が明るい
即、ＡＢ間電位差の方がＣＤより大きくなります。
昔、学校でやった実験です。


電解液が最近のマンガン電池はＮＨ４ＣｌではなくＺｎＣｌ２ですか、それは知りませんでした。
私の知識も少し古いようです。

ただ主役云々には少し意見があります・・少し古い知識ですが、
確かにマンガン電池にはＭｎＯ２が使われていることが、その名前の由来であり、重要な役割を担っています。
ただ、これは長時間負荷が掛かった時、正極に発生する分極を消滅させるのが主役割（減極）であり、電解液なくしては起電力は発生しま
せん。
無論、分極が進めば起電力が低下し実用にはなりませんので、両者あいまって、乾電池は今でも有用な電源として多方面に利用されている
ということには異論ありません。
一般的には、減極剤で電池の呼称がされており、酸素を減極剤とするものは空気電池、酸化水銀を減極剤とするものは水銀電池と呼ばれて
おります。
電解液は名前をつけて呼ばなければならぬほど特殊なものはなく、極々あるふれたものが使われるせいでしょう。


発熱について：
電位差間を電流が流れますので、その電気エネルギーは何かの形に変わっています。
基本的には、熱の形で放出されます。化学エネルギーの形で蓄えられることは、あるのかもしれないが、少ないはずです。
化学エネルギーの形で蓄えられるのであればそれは蓄電池です。マンガン電池には蓄電能力はありません。
熱が放出されるのは発熱反応であり、爆発といってもそれほど大きな間違いではないでしょう。
乾電池の注意書きに、
極性を逆に使用すると、電池には通常と逆方向に電流が流れるため、内部で異常な化学反応が進行し破裂・液漏れを引き起こす可能性があ
る。乾電池の使用個数が３直列以上の場合は特に極性に注意して正しく使うこと・・上記ＣＤ的使い方はするな、ということです。
と説明されており破裂の可能性に言及されていますので、実際としては発熱ではなく爆発の方が適切なのかもしれません。

htms42 · Answer

＃１６，１８様

１）は逆電圧をかけた場合ですね。
この反応が起これば電流が流れます。でもこの反応に必要な値以上の電圧がかかっている場合です。それ以下であれば絶縁体と同じです。
考えられる反応はメインの反応の逆反応とＮＨ４Ｃｌの電気分解です。ＮＨ４Ｃｌの反応が起こればＨ２とＣｌ２が生じると思います。気体が発生する反応ですから電池としては困った事になります。質問者様は液漏れが起こったと書いておられますが気体発生によって内圧が高くなって起こったことだろうと思います。発熱によってではないはずです。
２）ではマンガン電池の肝心な物質が抜けています。ＭｎＯ２です。Ｚｎを酸化する酸化剤です。ＮＨ４Ｃｌは反応の主役ではありません。
反応は
Ｚｎ＋ＭｎＯ２＋２ＮＨ４Ｃｌ→ＭｎＯＯＨ＋Ｚｎ（ＮＨ３）２Ｃｌ２
であるとされています。

正極、負極と正極活物質、負極活物質が混同されていることが多いです。亜鉛は負極であると同時に負極活物質でもあります。

ＮＨ３を含んだＺｎの化合物は反応により生じた亜鉛イオンが電極のそばにたまることを防ぐためのものと言われています。生じた亜鉛イオンをすぐに別の形に変えてしまい、逆反応にかかわるのを防ごうとしているのです。こういう工夫がされていますから逆電圧をかけたときに逆反応が起こるのはわずかでしょう。主はやはりＮＨ４Ｃｌの電気分解であると思います。０．２Ａ程度の電流が流れています。


（現在性能の高くなったマンガン乾電池の中ではＮＨ４ＣｌではなくてＺｎＣｌ２が使われているということです。これはおまけです。）

とにかく逆電圧をかけて電流が流れればその電圧で可能な酸化・還元反応が起こっているはずです。

＞短時間の発熱が爆発ですから、その差さえ押さえておけば、「爆発」は間違いではありません。

気体発生のメカニズムは考えられますが爆発にいたるような発熱のメカニズムは考えられません。

tono-todo · Answer

＃１６です。

がっくりさせたのは申し訳ありませんでした。

私の説明に言葉足らずがありました。
その修正です。

1)マンガン電池の電解液は（ＮＨ４＋）＋（Ｃｌ－）
この液に電極２本挿入し電位差を与える
高電位側に（Ｃｌ－）が移動し、電極に電子を与える、低電位側に（ＮＨ４＋）が移動し電子を貰う
これは高電位側、低電位側それぞれが酸化還元反応でした・・ただ、電流は流れる。

「化学反応と無関係だ」ではなく、これは立派な化学反応ですが、起電力メカニズムとは違う・・これを言いたかった

2)起電力メカニズム・・マンガン電池
正極Ｃ、負極Ｚｎ、電解液ＮＨ４Ｃｌ

負極側ではイオン化傾向の差でＺｎが液中に溶出（Ｚｎ＋）となり、負極に電子を与え、電解液よりＥ１だけ電位が下がる。
Ｚｎ＋はＣｌ－と結合し、ＮＨ４＋は正極にて電子を貰う。正極は電解液よりＥ２だけ電位が上昇する。
正極、負極間には（Ｅ１＋Ｅ２）の電位差が生じる・・これが起電力

この起電力メカニズムを化学反応と言ったまでで、１）も化学反応ですから、化学反応という言葉で２）だけのことを表現したのは間違いでした。

とした時＃１７の理論はどうなるのでしょうか。

htms42 · Answer

＃１６を読ませていただいてがっくりきました。
私はこれまで書いたことでいくらか化学反応のことを考慮する考えを受け入れてもらっていると思っていました。甘かったですね。

＞これは電気を楽々通す良導体であって絶縁体ではありません。電位差を与えれば順方向であろうが、逆方向であろうが、電気を流します。
ただ、化学変化で順方向に１．５Ｖ（この質問では１Ｖ）の起電力を発揮するだけです。

ここに書かれていることは「電解質があれば電気が流れる。これは化学反応とは無関係だ」ということですね。そしてそれとは別に１．５Ｖの起電力が生じる化学反応がある。

電解質に電圧をかければどうして電気が流れるのかという仕組みを考えてみられたことはありますか。ただ電解質にはそういう性質があるとされているだけではないですか。何度も書いてきたのですが
「対応する酸化・還元反応が起こらなければ電流は流れない」
というのは電気化学の大原則なんです。電解質の溶液であっても反応が起こらなければ電流は流れないのです。電池内部の物質と電極の間で電子の移動がなければ電流は流れません。イオンも分子も電子を失うか貰うかすれば別の物質に変化します。これが酸化・還元反応です。イオンは単なる電子のキャリアーではありません。これは全て高校の化学ででも出てくる認識です。食塩水の例を出しました。食塩水に電気が流れるときは電気分解が起こっています。電気分解が起こるためにはある限界以上の電圧をかけないとダメですからどんな電圧でも電気が流れるというのではありません。その限界電圧以下では絶縁体と同じです。

これも否定されますか。

でもまず今まで書いたことは読まないで書かれておられるように思いますからそれ以前のことかもしれませんね。

念のためと思って「直流と交流とは事情が異なる、交流では反応が起こらなくても電流が流れる」ということも書いたのですがそういうことも関係なしに直流で仰っているのですね。

＞ただマンガン電池の場合、化学反応は可逆ではありませんから、加えられた電力量（Ｗ）は化学エネルギーとして蓄積されませんので、相当量が発熱することになります。

この部分でも反応と無関係に電流が流れるとされていますね。逆反応がないと確認したうえで電流が流れるとしているのですから。
順方向の反応の逆反応も、そうでない副次的な反応も起こりえます。もしそういう反応が一切ないのであれば電流は流れません。

＃１４のご回答の中に書かれている「逆電圧をかけたとき新しい電池と古い電池とでは電流が異なる」というのも説明できませんね。
・逆反応がない、
・反応と無関係に電流が流れる
ということであれば新しいか古いかは関係がないことのはずですから。

反応によって生じた物質の量が測定できれば流れた電気量が分かるという法則をご存知でしょうか。ファラデーの法則といいます。これは反応以外では電流は流れないということが前提になっています。電気分解によって１モルの水素が発生すれば２ファラデーの電気量が移動しています。１Ｆ＝９６５００Ｃです。流れた電気量を測る電量計というのがありました。電気分解で生じる銀の質量から電気量を求めるものです。１ファラデーの電気量で銀が１０８ｇ析出します。これはセンター入試のレベルです。電流が流れれば何か反応が起こっているということが認められないのであればこれらが全て成り立たなくなります。ファラデーの法則も成り立たなくなります。（もっと早くこの法則を出していればよかったと思います。）


逆反応の例をひとつ出しておきます。炭素棒２本を使って水の電気分解を行います。希硫酸の水溶液でやるとします。電圧をかけます。電極から泡が出ます。この泡の発生と電流とが連動しています。しばらく電気分解を行った後電池をはずします。電池の代わりにファンのついたモータを接続します。モータが回転します。これは水の電気分解の逆反応が起こっているからです。炭素電極に吸着した水素と酸素が元の水に戻る反応です。直接水素と酸素が接触して反応するのではありません。電極を通じて電子が移動することで反応が実現しているのです。モータを回していますから電池になっているのは明らかです。。電池と電気分解は逆反応の関係になっています。ただしこれはそれほど長続きはしません。吸着している気体がなくなれば終わりです。大きな炭素電極を使うと持続時間を長く出来ます。発生して電極から離れてしまった期待は反応にかかわってきません。持続的に電流を流すことが出来る電池にするには工夫が必要です。燃料電池はそういう工夫の上に成り立っています。

tono-todo · Answer

まず質問者の質問から：
電池二つを並列につなぎ、その組み合わせ電池に直列に１Ωの抵抗をつなぐ
抵抗には２Ｖかかりますから、２Ａ流れます。

＃１３方は何か勘違い（思い込み）がある。
実際に実験されると良い。
マンガン乾電池を例にとると、正極が炭素、負極がＺｎです。内部は電解液・・紙・綿に沁みこませたり・糊状にしてあって、外部への漏れが極小になるよう工夫されています。
これは電気を楽々通す良導体であって絶縁体ではありません。電位差を与えれば順方向であろうが、逆方向であろうが、電気を流します。
ただ、化学変化で順方向に１．５Ｖ（この質問では１Ｖ）の起電力を発揮するだけです。
この１Ｖの電池に２Ｖの逆電圧がかかりますから、いとも簡単に電気を通します。外力２Ｖに対し自身の起電力１Ｖが抵抗しますので、差引１Ｖの「電圧」がかかり相当分の「電流」が流れます。
ただマンガン電池の場合、化学反応は可逆ではありませんから、加えられた電力量（Ｗ）は化学エネルギーとして蓄積されませんので、相当量が発熱することになります。
短時間の発熱が爆発ですから、その差さえ押さえておけば、「爆発」は間違いではありません。

htms42 · Answer

質問者様へ
(＋－)(＋－)(－＋）とつないだ電池と豆球で調べられたということですが＃１４様から「電池は全部新しかったか」という質問が出されています。一応確めておく事柄だと思います。別にテスターのようなメータは必要がありません。電池１つずつで同じように豆球が点灯することを確めておけば充分です（チェック１）。ついでにこの接続実験をやられた後の電池について１つずつで点灯実験を繰り返しておくと完璧になります（チェック２）。

どれくらいの時間接続していたのかも押さえておくといいでしょう（チェック３）。多分、分のレベル以上で接続していたことだろうと推測しています。これは＃１４様が「短時間電圧をかけた」と書いておられることと突き合せが出来るようになるためのチェックです。「短時間とはどの程度か」が書かれていませんので情報があいまいになっています。それを補うことが出来ます。一次電池も逆反応は可能です。電池内の化学反応はほとんど逆反応が可能です。ただ持続的に起こるような構造にはなっていないのです。電極のそばにある物質はほぼ平衡状態に近い状態で存在しています。どちら側にも動くのです。化学便覧の電池の項を見ると「一次電池とは正極、負極、電解液、隔膜、容器などの電池構成要素を用いて放電のみの適正を最大限に発揮できるように工夫され、システム化された化学電池をさす」と書かれています。
＃１２で「一次電池は反応が一方的で放電しか出来ない」と書かれています。これだと逆反応は起こりえないという理解になります。皆様こういう理解のようです。でも「逆反応は可能だが構造上起こりにくくなっている」ということです。「放電しか出来ないもの」ではなくて「放電という能力だけを最大限に発揮できるように工夫されたもの」なのです。
新しい電池で１．７Ａ，古い電池で０．５Ａ流れたということですがそれだけの逆反応が起こったということになります。副反応も一緒に起こっているでしょう。古くなったということは電極付近の反応物質が反応によって消費されてしまい充分な電圧が出せなくなっているということですから逆反応も当然新しいときに比べて起こりにくくなっています。今まで書いてきたのは「反応が起こらなければ電流は流れない」ということです。流れればそれに対応する反応があるのです。
１．７Ａの電流がどれくらいの時間持続するのかは知りたい所です。
新しい電池（単３）を順方向で使うときでもこの大きさの電流を１時間流すことは難しいと思いますから逆反応が持続して起こる時間はかなり短いものだと思います。どれくらいの時間で１．７Ａが０．５Ａに下がるのか知りたいところです。

チェック２でもし明るさにほとんど差がなければ＃１２で「逆向きに電圧をかけられた電池はかけられた時間が短時間であるにしろ焼損されている」と書かれていることが否定される事になります。

カセットラジオなどで電池を入れ替えるときにウッカリ逆向きに入れるというのは起こりうることです。スイッチを入れて「鳴らない、おかしい」ということで調べたら逆に入っていたということが分かるのです。もし逆向きに電池を入れることがそれほど危険なことであるのであれば電池ホルダーの構造がそういう入れ方を排除するようになっていなければいけません。小学生でも触る機器です。筒状のホルダーに入れるタイプなどでは起こる率が高いです。
電池とカセットラジオを両方作っているメーカーがほとんどですから危険ですから入れないようにと片方で言いながら同じ会社の製品には対策が取られていないというのはおかしいことです。電池ホルダーのなかに注意が書かれているだけで構造的な対策はとられていません。このことから考えても電池を逆向けに入れると爆発するというのには「？」がつくと思います。
事故があったかもしれませんが本当にどういう事情の事故であったか、その理由は何かがきちんと究明されずに全てを「逆向きに入れたからだ」としているように思えてなりません。調べるにしても「対応する反応がなければ電流が流れない」ということが踏まえられていなければ本当の事故の原因は分からなくなると思います。予測の難しい製造上の理由で起こっているのかもしれないのですから。
液漏れにしても予測不可能です。ある時間経過すれば必ず起こるというものでもありません。パッケージに入った電池の一部が液漏れを起こしているというのはよくあることです。さらに時間が経過すれば全ての電池で起こるということでもありません。手元に賞味期限から５年たってしまった単３アルカリ乾電池の２本セットのパッケージがあります。未使用です。片方は液漏れを起こしてさび付いています。もうひとつの電池の外観はなんともありません。

電池は小学校でもよく使います。教室のあちこちでどんなつなぎ方をしているかは予測のつかないことです。何でもやっています。それでも大して危ないことが起こらないから子供に触らせることが出来るのです。本当に危なければ文部省から通達が出るはずです。教卓での演示以外は禁止になるはずです。

ruto · Answer

どうも本題からずれてますね。質問者は1.5Vの乾電池を３個買って　、1個の1.5Vと２個直列の3.0Vを繋いで抵抗も１Ωでなく100Ω位繋いで実験したらどうですか。ただ1.5Ｖと２Ｖを並列に繋ぐと大きな電流が流れるのでこれも１００Ωくらいで繋いで実験した方がいいでしょう。
　それで疑問点があれば、質問すればいいと思います。
電池を＋－、＋－、－＋に繋いで豆球が暗かったとありますが、各電池は単体では1.5V程度の電圧がありましたか、1つでも古い電池があると、くらいです。
　私は１．５Vの乾電池に１．７Vの電圧を短時間かけて実験しましたが電流１．７Ａ程度流れました。しかし古い電池に同じ電圧をかけると０．５Ａ程度しか流れませんでした。

htms42 · Answer

＃１２様
＃１０，１１です。

充電器というのは＃９で一次電池用の充電器の話が出てきたからです。
今問題になっているのは電池で電池を充電する場合ですから場面が異なるというのを書きました。

＞１Ｖの電池に流入する電気エネルギーは熱エネルギーとなり電池を焼損します。運が悪く短時間で焼損すれば、爆発と言います。

私が書いてきたのはこの文章で言われているものが本当だろうかと言うものです。「電池に流入する電気エネルギー」と書かれていますが電圧がかかるということと電流が流れるということは同じではありません。
かけられた電圧で起こる反応がなければ電流は流れない、その場合は電池は絶縁体と同じであると書きました。電流が流れなければ発熱も電力の消費もありません。逆反応や副反応がないのであれば電流は流れないはずです。コンデンサーに電圧をかけているようなものです。

＃１２様をはじめ皆様が反応とは無関係に電流は流れるとされているようです。したがって皆様の考え方の流れは「一次電池でも二次電池でも電流は流れる、二次電池ではその電流が充電に使われるから問題にはならないが二次電池ではその電流が内部抵抗によって熱に変わるので危険である」となると思います。この最初の所が違うことになります。私の言っていることとの違いが分かっていただけますでしょうか。

質問者様が(＋－)(＋－)(－＋)という接続で豆球を点灯させています。かすかについたということです。これは間に抵抗が入っていますが電池の接続で言うと質問文の内容と同じです。
逆向きの電池は豆球の抵抗よりも大きな抵抗として働いています。そういうわずかな電流しか流れないような反応しか存在しないのです。内部抵抗だけの問題であればもっと明るくつきます。（これも既に書いたことです。）

反応がなければ電流が流れないという例として食塩水に電圧をかけた場合を書いたのですが読んでいただいていないようですね。
電池や電気分解で流れる電流が酸化・還元反応に伴って起こる電子の移動によるものであること、したがってそういう反応が起こらなければ電流は流れないということはどの電気化学の本にも書いてあることです。

tono-todo · Answer

話が大混乱

＃１０の発言は何か勘違いがあるようです。
電池には無限と言ってよいほど種類がありますが、化学反応を利用して電気エネルギーを授受する形式で言うと、
一次電池の代表例としてマンガン電池が二次電池の代表例として鉛電池があります。
一次電池は反応が一方的で放電しか出来ないもの
二次電池は反応が両方向で放電・充電が可能なもので、蓄電池と言われることも多いです。
充電器とはどういう脈絡で現れたのか不明ですが、放電時と逆方向に電流を流すことにより電気エネルギーを化学エネルギーとして蓄積することを充電（蓄電）と言います・・充電器とは全く意味が違う。
質問者の電池が両方とも鉛電池なら２Ｖの電池の化学エネルギーは電気エネルギーとして取り出され、一部は抵抗に、一部は１Ｖの電池に流れ込み、抵抗では熱エネルギーに変わり、１Ｖの電池では化学エネルギーとして内部に蓄積（充電）されます。
マンガン電池の場合は、何人もの回答者が説明されているように、１Ｖの電池に流入する電気エネルギーは熱エネルギーとなり電池を焼損します。運が悪く短時間で焼損すれば、爆発と言います。
電池の種類、電圧等で焼損時間はさまざまですから、何時間での問いにはイロイロあります、としか答えようがありません。
マンガン電池この程度の場合には秒の単位では、爆発はしませんが、電池が焼損（傷つく）していることには変わりありませんので、このような使い方はしてはいけません。
又、充電は危険なものではありません。キチンとルールを守って取扱えば何の問題もなく、今流行のインバーターはこの充電可能な電池と組み合わせることにより、単なる周波数変換以上の様々な用途に利用されているのはご存知のとおりです。

異なる電圧の電池を並列つなぎにしたら

今までの解答に書かれていることに少し疑問を感じます。

話としては、おさまるところにおさまったのかどうかは分かりませんが、

＃１６，１８様

＃１６です。

＃１６を読ませていただいてがっくりきました。

この回答への補足

まず質問者の質問から：

質問者様へ

どうも本題からずれてますね。

＃１２様

話が大混乱

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