電池の仕事について

Question

電池の負極から正極に正の電荷が通過する場合は電池のする仕事は負となるのでしょうか？

例えば電位０(負極)から電位Ｖ（正極）まで正電荷（+Q）が通るとーＱＶに電池のする仕事はなりますか？

(1)電位の高い方から低いほうへ電場は生じるので、正電荷が通る方向と正電荷に働く静電気力が逆になるから負となると思ったんですが

詳しく教えて頂けると嬉しいです

FT56F001 · Accepted Answer

> 正電荷は負の仕事をして、電池は正の仕事をした　と考えていいということですか？

放電している電池の中で，正電荷は
マイナス極からプラス極に向かって，くみ上げられて，
エネルギーをもらいました。
正電荷は負の仕事をしました。

> 電池は正の仕事をした　
この言葉は引っかかります。
通常，「電池が仕事をした」という言葉は，
電池の外部を流れる電流が，電池の外でした仕事を意味します。
確かに，放電しているので，電池は外に仕事をしています。

でも，今，電池の内部を通る電流の話をしているのでしょ。
「電池」なんて大きく捕らえてはダメで，もっと細かく見なくちゃ。

電池内部の化学反応が仕事をした。
電池内部にできている電場に逆らって，
電荷をくみ上げ，電荷にエネルギーを与えた。

と言うべきじゃないかな。

------
とにかく，

電池は，放電中なのか，充電中なのか，
電池外部を流れる電流が外部回路にする仕事なのか，
電池内部を流れる電流が化学物質にする仕事なのか

回答者によって質問から受けるイメージがバラバラになっています。
質問者さんが聞きたいことを，整理し直した方がよいかもしれません。

特に物理系では電池内部まで考えることは少ないので，
電池内部のことを問題にしたいなら，
それを明確に書かないと，回答者が読み取ってくれません。

mandegansu · Answer

>電池の負極から正極に正の電荷が通過する場合は電池のする仕事は負となるのでしょうか？

実際の回路では移動するのは電子（＝負の電荷）なので正の電荷が通過することはありません。
従って仮に正の電荷が移動する回路があるとします。
電池は負荷に対しては正から負に電流を流します。電池内部では負から正に電流を流します。
従って｛電池の負極から正極に正の電荷が通過する場合は電池のする仕事は正です。」

FT56F001 · Answer

「電位０(負極)から電位Ｖ（正極）まで正電荷（+Q）が通ると
  ーＱＶに電池のする仕事はなりますか？」

質問者さんの疑問は，
「放電する向きに電流を流している電池では，
　電池内部をマイナス極からプラス極に向かって，
　正電荷が通り抜ける。
  その仕事はどうなっているの?」
という疑問でしょう。

あまり見かけない疑問なので，回答の先生方も質問の意味が分からずに，
困ってらっしゃるみたいです。

「電池がする仕事」という言葉は，通常，外部回路に対して電池がする仕事を指します。
質問者さんの意図は「電池内にできた電場がする仕事」という意味ですね。

まず，電池を
・化学エネルギーを蓄えている電極と電解液
・電極に出来た電場
の二つに分けて考えましょう。
でないと，
「電池のする仕事がマイナス，じゃあ，電池を充電している状況?」
と誤解されてしまいます。

放電中の電池内部を，正の電荷はマイナス極からプラス極へ，
静電場から受ける力に逆らって，移動します。
電気的には負の仕事をした(エネルギーをもらった)ことになります。
このエネルギーはどこから来るか，
というと化学エネルギーから来ています。
すなわち，マイナス極の金属がイオンになって溶けていく化学反応によって，
エネルギーができます。そのエネルギーを使って，
電場から受ける静電力に逆らって，電荷をくみ上げます。
電場と電荷からすると，エネルギーをもらった(負の仕事をした)ことになります。
このエネルギーは電池の外の回路に流れる電流となって，
(通常の意味の)電池のする仕事になります。

エネルギーはつぎのように伝わります。

化学エネルギー -> 電場 -> 電池の外側の回路

質問者さんの予想通り，

「放電している電池の中で，正電荷は
　マイナス極からプラス極に向かって，
　くみ上げげられる。電気的には負の仕事をした(エネルギーをもらった)」

でいいんですよ。

難しい疑問なので，私も100%は答えていません。
電気化学に強い先生から，補足説明があるといいですね。

watch-lot · Answer

＞電位０(負極)から電位Ｖ（正極）まで正電荷（+Q）が通るとーＱＶに電池のする仕事はなりますか？
●いいえ、正電荷（+Q）を負極から正極に持って行って電位がΔVだけ上昇させたなら、ΔQVのエネルギーを電池に与えたということになります。つまり、これは充電です。

電位を水位に置き換えて考えれば判りやすいです。
つまり、下の貯水池から上の貯水池に水をくみ上げた場合と同じで、位置のエネルギーを増やすために外部からエネルギーを加える（ポンプアップする）ことになります。

＞正電荷が通る方向と正電荷に働く静電気力が逆になるから負となると思ったんですが
●正電荷に働く力（クーロン力）は電界の方向です。逆方向に働くことはありえません。逆方向に働くというか、逆方向に移動させたいのであれば外部の力（別の力）が必要です。

rnakamra · Answer

その考え方でOK。
ただ、それで電池の持つエネルギーが増えるとは限らない。
充電可能な電池の場合はQVだけエネルギーが増えるが、充電が出来ないものだと熱等の別の形に変わります。

EleMech · Answer

＞例えば電位０(負極)から電位Ｖ（正極）まで正電荷（+Q）が通るとーＱＶに電池のする仕事はなりますか？
これは、電池がＶ（Ｖ）という事ですよね？
それならば、電池の仕事は、－Ｖ（Ｖ）になります。
ＱとＶでは単位が違うので、正確ではありませんが、結果生じる電気的な結果は、
Ｑ－Ｖ
という差し引きの考え方です。

電池の仕事について

> 正電荷は負の仕事をして、電池は正の仕事をした と考えていいということですか？

>電池の負極から正極に正の電荷が通過する場合は電池のする仕事は負となるのでしょうか？

「電位０(負極)から電位Ｖ（正極）まで正電荷（+Q）が通ると

＞電位０(負極)から電位Ｖ（正極）まで正電荷（+Q）が通るとーＱＶに電池のする仕事はなりますか？

その考え方でOK。

＞例えば電位０(負極)から電位Ｖ（正極）まで正電荷（+Q）が通るとーＱＶに電池のする仕事はなりますか？

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