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電池を2個直列につなぐと電圧が約2倍になる理由を標準電極電位の観点から教えてください。

□電圧がxボルトの電池をy個直列につなぐと得られる電圧はx×yボルトになりますよね。9Vの角型電池は中に1.5Vの電池が6個直列接続で入っています(積層電池ですね)。
http://amalgam.ldblog.jp/archives/18150825.html


□ここでダニエル電池を例にとります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%83%8B% …
電池の起電力は基本的には標準電極電位の差ですので、ダニエル電池の各還元半反応
正極:Cu(2+) +2e- → Cu Ec=+0.34V (vs NHE)   ※NHE:標準水素電極
負極:Zn(2+) + 2e- → Zn Ea=-0.76V (vs NHE)
の標準電気電位の差0.34V-(-0.76V)=+1.1Vが起電力になります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%99%E6%BA%96% …

□では、ダニエル電池を2個直列につなぐと約2Vの電圧が得られると思いますが、それはなぜでしょうか。
-[(正極)│ダニエル電池A│(負極)]-[(正極)│ダニエル電池B│(負極)]-
とつないだ場合に、電池Aの正極電位と電池Bの負極電位は、やはりそれぞれEc=+0.34V (vs NHE)とEa=-0.76V (vs NHE)のままだと思います。各半反応の標準電極電位は標準水素電極NHEに対して一定だと思っていますので。そうしますと、電圧はやはり2個直列つなぎでも+1.1Vになってしまうと思うのですが、どこが間違っているのでしょうか。

※オームの法則は知っていますが、この質問はその話ではありません。
※厳密には内部抵抗等で2倍にはならないでしょうが、質問の本質から外れた細かいところは無視してください。

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A 回答 (6件)

No.4です。


>同じ反応の電子の電位が違うのが分からないのです。
 水素の標準電位を無視してください。基準は亜鉛電極に対してです。ここだけがポイントです。
 例えば、この装置全体に1万ボルトの静電圧をかけてしまうとどうなるでしょう。
(実際のところ地上の電位は上空数キロよりも数万ボルト高い---(^^))

 他の相対性原理と同様、物理法則はすべての系で同等です。--なんて話は置いておいて--

 いっそのこと、乾電池で考えて見ましょう。電池は正極は常に負極より高い電圧になっています。電池の内部にある電子は自身がどの電位にいるか知る由もありません。彼が知っているのは自身が置かれている周囲の電場の傾きだけなのです。
 亜鉛表面の電子は、自分の背後(金属亜鉛)の電子の密度と、溶液中の電荷の電位の差によってどちらに移動するか決めているだけです。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございますm(_ _)m

電子の視点で考えるのは、より理解が深まる気がします、

ありがとうございました。

お礼日時:2013/03/10 12:43

#2のお礼のurlの図についてですが、申し訳ないが、どのような発想ならあの図が描けるのか、理解できません。

極端に言えば、幼稚園児が思うまま描いた図にしか見えないのです。ふざけて描いたとも思えないが、自分で質問した内容も無視しているようだし、何の電位なのかもわからないし、NHEとの関連を質問していながらそれもないし。
だから、この図についてのコメントはしません。したくない。

もっとも、私の添付図も当然理解されるだろうと思って、省いた部分があるので十分理解されなかったせいかもしれないが。

で、一部追加してもう一度のせます。

なお、一番下の階段の図は、左端のZnの電位を0Vとすれば、左側のNHEの電位は0.76V、右側のNHEの電位は、1.86Vになることを示しています。NHEの電位は絶対的にいつも0Vになるわけではなく、相対的なものです。当然、NHEの電位を0Vとすれば、Znの電位は-0.76V、Cuの電位は+0.34Vになっています。

もう1つ追加すれば、Zn---NHEはこれで1つの電池です。だから、添付の図は、4つの電池を直列につないだ図です。これでダニエル電池を2つを直列接続したのと同等です。
「電池2個直列で電圧2倍の理由、標準電極電」の回答画像5
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この回答へのお礼

重ねての補足ありがとうございます。 また、どうも気分を害してしまっているようで申し訳有りませんm(_ _)m

図の追記ありがとうございます、が、図の縦の位置関係は上段、中段、下段で同じ電極を示しているというのは、はじめから気づいています。そのうえで、下段は理解はできませんでした。

基準は左の電池の亜鉛でもよいと思います。そうしますと、左の電池のNHEは0.76Vになるし、左の電池の銅と右の電池の亜鉛をつなげば同じ電位(1.1V)になる、ここまではOKです。

わからないのは左側のNHEは0.76Vなのに右側のNHEが1.86Vになっていることです。私は右側のNHEも0.76Vになると思っていました。なぜなら、左の電池の亜鉛を基準にしていますので。

念のためですが、何を子供じみたことを思っているかもしれませんが、私はふざけているのではなく真剣に悩んでいます。私の分からない点が回答者の方にちゃんと伝わっていないのが誤解の原因かもしれません。

3回ものご回答大変ありがとうございました。おかげさまで疑問点が明確になりつつあります。もう一度よく考えてみます。ありがとうございました。m(_ _)m

お礼日時:2013/03/06 22:43

>「単純に電位差は加算される」のは分かりません。


 ふたつの誤解に起因しているのでは?

 あくまで標準イオン化電位は、比較のための手段であって、何を基準にしてもよいということ。亜鉛を基準にすれば宵と言うこと。

 もうひとつは、電池は電解液を介してふたつの電極が離れていること!!
 電極どおしを短絡させれば電位はなくなるということ。
 これはふたつの電池ではなく、ひとつの電池の正極と負極を短絡させたことをまず想像してみてください。ふたつの電極間に電流が流れますが抵抗がゼロなので電位差もゼロです。そのため、亜鉛電極はどんどん溶けていき、銅は水溶液中の銅イオンがなくなるまで電流は流れ続け、さらに水素が発生し始めます。

 そこを理解していただくために、回路全体の電位グラフをNo.2で上げました。
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この回答へのお礼

補足ありがとうございました m(_ _)m

基準は亜鉛でもよいと思います。左の電池の亜鉛を基準にしたときに、左の電池の銅と右の電池の亜鉛をつなげば同じ電位になるのも分かります。分からないのは、右の電池の亜鉛はもはや左の銅と同じ電位になってしまっているが、(1)それでもZn→Zn(2+)+ 2e-というふうに溶け出すことがあるのでしょうか、(2)もし溶け出すのならその反応ででてきた2e-の電子は左の電池の亜鉛を基準にすれば1.1V+0.76V=1.86Vの電位をもっているのでしょうか、(3)もしもっているなら、左の電池の亜鉛から出てきた電子は0.76Vの電位なのに、なぜ右の電池の亜鉛からでてきた電子は1.86Vなのでしょうか。同じZn → Zm(2+)+2e-の反応なのにでてくる2e-の電子の電位が違います。標準水素電極に対して(別に左の電池の亜鉛に対してでも良いですし、何の基準に対してでもも良いです)、同じ反応の電子の電位が違うのが分からないのです。逆にここが分かれば、私の疑問は全部解決しそうです。

無負荷の状態で回路を閉じれば、電池はあっという間に消費されますね。短絡(ショート)してすごい熱がでます。今、問題になっているボーイングB-787のリチウムイオン電池の事故もこれが原因ではないかといわれているみたいです。

重ねてのご回答ありがとうございました。分からない点を整理して、もう一度よく考えて見ます。

お礼日時:2013/03/06 21:26

 化学の話と電気の話を一緒にして論じようとするから難しくなっている。

確かに電池とは何かを知っていることは必要ですが・・
 化学電池「の起電力は基本的には標準電極電位の差」ですが、これは両端の電極に電位差を生じさせる理由でしかありません。実際に電流が流れるときの反応と切り離してください。また、標準電位はこの時点で無関係になります、というか標準電位自体が単なる水素の電位を基準にした目安でしかないのですから。電位の基準を亜鉛にしてもなんら変わりはありません。
 わかりにくければ[亜鉛基準電位]で考えると良いでしょう。

 電池を直列にするということは、ひとつの電池の負極なら負極に、いまひとつの電池の陽極を電気的に接続して同電位にすることですから、単純に電位差は加算されるだけです。

・・ここから物理/電気・・・

 この回路が開かれているときは電荷は電位差があっても移動できませんが、回路を閉じると電池内を含めて、回路全体のどの点でも電位勾配がありますから、電子はいっせいに移動します。このとき単位時間に回路断面を通過する電荷が電流であり、その量が電流量の正体ですね。

 もし、ことなる2点間に抵抗があればそこには電圧が発生します。一方の電池の負極と他方の電池の間に抵抗がなければ電圧はゼロです。

 
 
「電池2個直列で電圧2倍の理由、標準電極電」の回答画像3
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます m(_ _)m

「化学の話と電気の話を一緒にして論じようとするから難しくなっている 」
そのとおりだと思います。

化学的なメカニズムをそれほど深く考えなくてもよい単純な電気回路や物理の計算はむしろ得意だったりするのですが、私が知りたいのは化学の詳しいメカニズムの方なのです。。。

標準水素電極の電位を相対的に変換できるのは分かります。単なる座標の平行移動みたいなものなので。

「電池を直列にするということは、ひとつの電池の負極なら負極に、いまひとつの電池の陽極を電気的に接続して同電位にすること」
ここは分かりますが、「単純に電位差は加算される」のは分かりません。

No2の方へのお礼の欄にも同様の疑問を書いてしまったのですが、同電位になるがゆえに、どちらか片方の電池の電位差(起電力)は無くなるor小さくなるような気がしておるのですが。

もしよろしければ、追加のご説明をいただけるととてもありがたいです。

お礼日時:2013/03/05 02:11

#1です。


補足についてです。

「この2つの電池の図の、中央の正極(Cu)と負極(Zn)をつなげばこの2つの電極の電位は等しくなりますね。」
と書きましたが、これが理解できていないようです。

もし、ここの電位が等しくない(質問者が多分思っているように、Cuは0.34Vで、Znが-0.76Vと変わらないとすれば、これを接続するのだから、CuからZnに電流が生じます(Cuのほうが電位が高いから)。ここに負荷があって、両端が接続されていれば、電力が消費されますが、外部の負荷との兼ね合いで決まる電流による電圧降下分の電位差だから0.34Vと-0.76Vの差すなわち1.1Vの電位差にはなりません。もっと小さくなるでしょう。
質問者も「内部抵抗」など細かいところは無視といっているので、負荷がなければ、瞬時に電位が等しくなるはずで、いずれにしても2点を接続するのだから、電位は等しくなります。

ここの電位が等しくなるということは、左側の電池の電位は右側の電池の電位より低くなるということではありませんか。

「NHEは基準電極なので常に同じ高さを示す」というのが間違っています。これも相対的なのです。基準というのは、NHEの電位を0Vとして比較するということだけです。添付の図でそのようにしても何の矛盾もないのではないですか。どのZnもNHEに対して-0.76Vだし、どのCuも0.34Vになっているでしょう。
もし、左の電池のCuは右の電池のNHEからみれば-0.76V(=Znの電位)になっていて0.34Vじゃないなどと(バカな)ことをいうのであれば、電極の電位と電極につないだ銅線の電位が違わないとおかしいと言っていることです。もう1度言いますが、負荷がなく接続されている導体の電位は等しいのです。
左側のCu電極の電位を知りたかったら、これとNHEを組み合わせなければなりません。
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この回答へのお礼

補足くださいましてありがとうございますm(_ _)m

「負荷がなく接続されている導体の電位は等しい」
これは分かります。左の電池のCuと右の電池のZnをつないだら、両電極の電位は等しくなりますね。
導線でつながっている部分の金属は(負荷がなければ)すべて同じ電位であるということは分かります。

ですが、
「ここの電位が等しくなるということは、左側の電池の電位は右側の電池の電位より低くなる」
この過程がよく分からないので、詳しく教えていただければと思います。

私は↓の図のようになるのではないかと思っているのですが。
http://photomemo.jp/kohei_/517767

図の(1)の場合ですと、電池BのZnはCuと同じ電位ですし、(2)の場合は電池AのCuはZnと同じ電位なので問題ないと思います。

さらに言いますと、ここが私の一番知りたいところなのですが、(1)の場合、右の電池のZn電極の自由電子の電位は、左の電池のCu電極と同じところまで上がってしまっていますので、もはや Zn → Zn(2+) + 2e- の反応は起こらないのではないかと思うのですが。

もしくは(2)の場合ですと、左の電池のCu電極の自由電子の電位は、右の電池のZn電極と同じところまで下がってしいまっているので、Cu(2+) + 2e- → Cu の反応が起こらないのではないか、と。

Znまたは、Cuの自由電子の電位がそれぞれ本来の電位にあるからこそ、それぞれの半反応が起こり得るのであって、別の金属につながって自由電子の電位が変化してしまうと、半反応が起こらない、もしくは起こったとしても標準酸化還元電位からは、ずれてくると思うのですが。

説明がくどいようですが、Znの自由電子は-0.76V vs NHEの低さがあるからこそ還元的性質があって、Zn → Zn(2+) + 2e- となるのであって、Cuに接続されるとZnの自由電子の電位は高くなってしまう(還元的性質が失われてしまう)のでZn → Zn(2+) + 2e- となりにくい、もしくはなったとしても0.76Vもの酸化還元電位は無いのではないか、ということです。

私の意図が正しく伝わるか心配なのですが、もしさらにご説明いただければとてもありがたいです。

お礼日時:2013/03/05 01:42

ダニエル電池は、添付図の一番上に示した、NHEを接続したものと等価でしょう。


それを2つ書いておきました。

それぞれの電極の電位は中段の階段のようになりますね。

この2つの電池の図の、中央の正極(Cu)と負極(Zn)をつなげばこの2つの電極の電位は等しくなりますね。したがって、全体の電位は、一番下の階段で示したようになります。電位は相対的なものだから、一番左の電極(Zn)の電位を0Vとすれば、一番右の電極(Cu)の電位は2.2Vになるでしょう。ふつうはこれを電池の起電力(電位差=電圧)といっています。
「電池2個直列で電圧2倍の理由、標準電極電」の回答画像1
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。m(_ _)m

添付図の中段までは理解できます。
ですが、私の勉強が足りないため、一番下の段が理解できません。

中段の図で、左の電池のCu電極と右の電池のZn電極を接続すると、接続した直後にZn電極から電子がCu電極に流れ込んで、接続された2つの電極の電位が等しくなったところで電子の移動が止まる(他に回路をつながなければ)というのはなんとなく想像できます。
また、電位は相対的なものなので、一番左の電極(Zn)の電位を0Vとしたときに、NHEが+0.76V、Cu電極が+1.1Vの位置にくるのも理解できます。(vs Zn/Zn2+ってことですね)

しかし、なぜ右の電池全体のポテンシャルが上にシフトするのでしょうか。
特に右の電池のNHEと左の電池のNHEのポテンシャルの高さが変わるのが分かりません。NHEは基準電極なので常に同じ高さを示すと思っているのですが。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%BA%E6%BA%96% …
右の電池のCu電極の高さが上にシフトしているのも分かりません。


もし、よろしければ補足説明をいただけれるととてもありがたいです。

お礼日時:2013/03/03 23:04

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こんにちは

電子の流れを考えてみると、意外と簡単かもしれませんよ。
実際の反応とは、ちょっと違うかもしれませんが・・・
繋がっている、ということは、それぞれ単独で反応しているのではないということです。

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直列につないだ場合、たとえば基点となる電池Aの+から電子を1つ放出したとします。-から電子をうけっとた電池Bは、電子による反応と自身のイオン化傾向の差により、+から2つの電子を出すことになります。
電池Aは-から電子2個を受け取り、1つは反応の完成に使われ、1つは新たな反応に使われ、さらに自身のイオン化傾向の差から1つの電子、計2つの電子を放出します。
次に電池Bも電子がひとつ足りない状態なので、うけっとた2つの電子のうち1つを反応の完成に、1つを新たな反応に使い1つの電子を放出して、さらに自身のイオン化傾向の差から1つの電子を放出するので、電池Bの+から電子2つが放出されます。
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  Zn+SO4II- → ZnII++SO4II-+2e-
  また、自身のイオン化傾向の差から、
  Zn → ZnII++2e-
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Qダニエル電池による電気分解

化学の問題で納得できないところがあるので教えてください。

まず問題文(の一部)は以下の通りです。

「ダニエル電池は、素焼き板で仕切られた硫酸亜鉛、硫酸銅(II)水溶液に、それぞれ亜鉛板と銅板をひたした構造である。いま、ダニエル電池を直列に2個つなぎ、図のような電解装置で硝酸銀水溶液の電気分解を行った。電解槽の陽極には白金、陰極には銀を用いている。その結果、ダニエル電池の正極は全体で1.27gの質量増加があった。この実験で電解槽に流れた電流は何クーロンか。ただしファラデー定数F=96500C/mol Cu=63.6とする」

(なお、問題文の「ダニエル電池の正極は全体で1.27gの質量増加があった」という表現は個人的に少しわかりにくい気がしますが、原文のままです)


ダニエル電池の正極では

Cu2+ + 2e- → Cu

の反応が起こるので

正極ではダニエル電池2個分で1.27/63.6molの銅が析出することになると思います。

なので、1.27/63.6×2×96500=3.85×10^3(C)と考えたのですが

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この問題ではダニエル電池を直列にしていますが、直列の場合は
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理解ができているかの確認の意味だと思います。

Qバッテリを直列に接続すると容量はどのように計算するの

バッテリの容量は
容量[Ah]=電流[A]×時間[h]
です。

電荷で考えて
電池はコンデンサなので
Q=CV
です。

コンデンサを2つ直列に接続すれば容量の計算は
1/( 1/Q + 1/Q)=Q/2
です。

並列に接続すれば
Q+Q=2Q
です。

質問1
例えば
1.2[V]のセルが20個の24[V]で容量40[Ah]のバッテリがあります。
これを直列に接続すると容量[Ah]と電圧はいくらになりますか?


電圧は2倍の48[V]になるでしょ?

容量は40[Ah]の1/2の20[Ah]になるのですか?
しかし、電流の大きさがかわらないので容量が減るのはおかしいですよね?

Q=CVより
電圧が2倍になるのでQも2倍になり容量は同じになるのですか?

・バッテリを直列に接続すると電圧は2倍になると考えています。容量はどのような計算式ですか教えて下さい?

・バッテリを並列に接続すると容量は足し算と考えて間違いないでしょうか?


質問2
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上記の例のバッテリのセル1つの容量は
44[Ah]/20セル=2.2[Ah]にはならないような気がするのですが・・・
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電池はコンデンサなので
Q=CV
です。

コンデンサを2つ直列に接続すれば容量の計算は
1/( 1/Q + 1/Q)=Q/2
です。

並列に接続すれば
Q+Q=2Q
です。

質問1
例えば
1.2[V]のセルが20個の24[V]で容量40[Ah]のバッテリがあります。
これを直列に接続すると容量[Ah]と電圧はいくらになりますか?


電圧は2倍の48[V]になるでしょ?

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しかし、電流の大きさがかわらない...続きを読む

Aベストアンサー

 こんにちわ
 あなたには電気の基本が必要と思われますので、お話ししましょう。面倒くさいのでわざわざ話してくれる人がいないものです。誤解されないように話しますので、少しくどくなりますよ。

 先ず、電池とコンデンサーは全く違う世界のものです。

 コンデンサーは、二枚の金属板の間に絶縁物をはさんでおいて極板としたものです。電極板を接触させなければ、円筒状に丸めても構いません。乾燥した空気(95%以上窒素と酸素の混合したもの)も絶縁物になります。

 絶縁物(誘電体とも言う)でさえぎられた両金属板(金属の定義は自由電子が自由に飛び回っている物のこと)に、常時発電し続けている電源(発電機や電池、時には摩擦電気でも良い、フランクリンの様に雷雲でも良い)の+とーを接続してやると、電極板に+とーの電荷が絶縁物にさえぎられているので流れていって中和できず、吸引しあって、(丁度、織田信長軍と、徳川家康軍が川をはさんで対峙している様に)溜まったままになる構造のものです。このとき電源電圧と同じ電圧になるまで、電気が(電流の元になる電子が)溜まります。
 電気=電荷、が溜まると電極板間の電圧が上昇するのが科学で突き止めた自然現象です。
 
 計算の詳細は省略します。
 
 コンデンサーの両極に電線を接続してマブチモーターを回し電流を流すと、溜まった電子が相手+電極に流れて順次中和し刻々減って行きます、最後に電荷が0になってしまいます。コンデンサーには電荷製造能力がないからです。
 これに対し、電池は、喧嘩相性の良い物質を探り当て(組みあわせは無限にあるのを探り当てその構造を工夫するのに各国、各大学、各会社、・・が発見に懸命です。燃料電池などと消費者用に適当に名前を付けています、水素電池、空気電池の方がよいと思うのですが)
 の反応を利用して、電流の素になる電子を分離して作り出しているのです。
 電流の元を作れる(化学反応他の手段で)電池と言えども、電流が流れて相手+電極に流れ着くと、中和して電子の出ない安定化合物に変化してしまいます。
 電気的に安定物質に変化した化合物には、充電と言う操作で引き千切り、鉛電池(バッテリー)の様に元の反応物質に戻せるものと、戻せないものがあります。


 このように、電池には寿命があります。つまり、製造した電池には反応物質に限度がありますから、5時間継続してほぼ一定電流流し続けられる電流は何アンペアか、10時間一定に流し続けられる電流は何アンペアか、を実測して、5時間率、とか10時間率とか、業界で用語を作り、使用電流が大きいと寿命が早いと言う消費者の目安にするわけです。

 電池の電圧が下がってきたら、反応物質がなくなってきた訳ですが、電気的には、電池の内部抵抗が大きくなったなどと、★内部抵抗と言う等価的な考えを取り入れ、電気回路で割り切る事もします。
 
 ★容量と言う言葉を色々な分野で使いますが。
英語のCapacity(キャパシティー)です。人間の度量、寛容度?、★静電容量(電圧x電気量これは計算に必要な値を並べただけの取り決め、定義)。
 ★電流容量ーー電流を流せる能力の意味
 トランス、発電機の容量でも、使用電圧(定格電圧などと言う)x発熱を考えて長時間連続して流せられる電流(定格電流)などです。

 電池を直列接続しても電流の出口は1個の電池と同じ、つまり、電流能力はIAのまま。
 電圧の+記号は電気の高さが高い方という意味の★「高」の文字-記号は★「低」の文字と考えて扱うとどんな場合も間違いを起こしません。誰もはっきり話してくれませんね。私の事実に基ずく記憶の仕方です。電圧の場合ですよ。
 すると、直列接続の場合、+2V-+2V-2V-+2V-は、高2V低高2V低高2V低高2V低となり、
安心して、山の高さを足し算できるし、さかさまに接続したのが有っても、計算できます、枝分れした接続でも。
 電池の並列接続の場合は電極板の出口が、2倍になったと考えるのが、科学的であり、事実でもあります。
 電流容量(放出能力)は、2I[A]。3個並列なら、電流容量(放出能力)は、3I[A]。

全体の容量(平均能力)は、計算に必要な電圧と電流を並べて、4個直列の場合=2x4VxIA。
 3個並列接続の場合=2Vx3IA

 誤解されないための、注意、全体の容量(平均継続能力)は、計算に必要な電圧と電流を並べただけと言いまし
たが、一応意味はあります。それは、

 電気は電圧を加えて電流を流して仕事をさせているわけですから、丁度、あなたが力を出して、バッテリーがあがった車を動かして仕事をしているのと同じ考え方をして、
電気にしてもらった仕事なので、電力と名付け、蒸気機関車を発明して大きな仕事が出来るようにしてくれたワット氏の名前を頂いて、電気の仕事の単位をワットにしているのです。仕事をしたかしないかが、私たちの最終目的ですからね。そうでしょう。
 それで電圧と言う力を出して、1秒間に動かした電子の粒の数=電流を掛け算したVxI=VIを容量といったり
時には電力と言うわけです。
 その使い分けは、よく見ると分かります。
 計算式、は以上の様に、考え方が先で、それを数式にするだけなのです。

 数式以前の基本的考え方の方が、基本であって、これで分かった分からないが決まるわけです。
 言葉の定義ですね。


 科学知識は、全て言葉の定義を覚えると、全部理解できてしまうのです。計算式も同じ。・・・・。です。


 

 こんにちわ
 あなたには電気の基本が必要と思われますので、お話ししましょう。面倒くさいのでわざわざ話してくれる人がいないものです。誤解されないように話しますので、少しくどくなりますよ。

 先ず、電池とコンデンサーは全く違う世界のものです。

 コンデンサーは、二枚の金属板の間に絶縁物をはさんでおいて極板としたものです。電極板を接触させなければ、円筒状に丸めても構いません。乾燥した空気(95%以上窒素と酸素の混合したもの)も絶縁物になります。

 絶縁物(誘電体とも言う...続きを読む

Q電池の直列つなぎと並列つなぎ

あまりにも基本的で物理学のカテゴリーに入れるのもおこがましいのですが・・・。
子供に聞かれて恥をかかないように、苦手だった物理に再チャレンジしています。ところがいきなり初歩でつまづきました。
乾電池2個と豆電球1個をつなぐ場合、並列だと電圧も電流も1個のときと同じで直列だと電圧も電流も2倍になるのはどうしてですか?
小学校のときは「そういうものだ」と覚えたのですが、どうにもスッキリしません。水流に例えるといってもなんだかよくわかりません。
サルだと思ってわかりやす~く教えていただけないでしょうか。

Aベストアンサー

小学生に教えるたとえ話が分からないという質問でよいのですよね。
私なりに考えたのですが、この電気の症状を水流で例えるには、限界があると思います。なので、こじつけで納得させるしかないと思います。
それを踏まえて、私なりの解釈を考えました。
私が小学生の頃は、『電圧』と『電流』と『電気の強さ』と『電気の量』という単語を使っていたような気がします。
イメージは、山の川を想定します。その川には上流にダム、下流に水車があります。
この時に、『ダムの貯蓄水は電気の量』、『水車の回転は電気の強さ』、『ダムの高さが電圧』、『水の勢いが電流』に例えます。
条件として一つのダムに対して、入口は一つです。
なお、ダムが一つの時を基準にします。
並列のときは、同じ高さにダムを2つひっつけるので、同じ高さでダムの貯蓄水が多く(土地が広がると思ってください)なります。だけど、ダムの入口は一つから流れる勢いは同じなので、ダム1つの時と水の流れる勢いと水車の回転は同じになります。
ダム1つの時と違うのは、ダムの貯蓄水が多くなります。つまり、ダム1つの時より長い時間、水を流す事ができます。つまり、電圧、電流、電気の強さは、同じだが、電気の量が多くなったので、長持ちすることが説明できます。
次に直列の場合です。
直列の時は、ダムの上にダムが繋がるので、ダムの高さが高くなります。上のダムから水を流すと下のダムの貯蓄水が溢れるので、水の勢いを上げて貯蓄水を捨てます。水の勢いが増したので、水車の回転も速くなります。
ダム1つの時と違うのは、ダムの高さ、水の勢い、水車の回転です。
なので、直列の場合は、電圧、電流、電気の強さが上がります。電気の量は、捨てる水の勢いを上げたので、貯蓄水の減る早さが並列の時より早くなります。つまり、並列の時より長持ちしません。

かなり、こじつけのたとえ話ですが、どうでしょうか?
小学生にとって電気は、実験体験する事で納得し易いと思うのですが

小学生に教えるたとえ話が分からないという質問でよいのですよね。
私なりに考えたのですが、この電気の症状を水流で例えるには、限界があると思います。なので、こじつけで納得させるしかないと思います。
それを踏まえて、私なりの解釈を考えました。
私が小学生の頃は、『電圧』と『電流』と『電気の強さ』と『電気の量』という単語を使っていたような気がします。
イメージは、山の川を想定します。その川には上流にダム、下流に水車があります。
この時に、『ダムの貯蓄水は電気の量』、『水車の回転は...続きを読む

Q電圧降下??

今第二種電気工事士の勉強をしているのですが電圧降下とはどういうものなのかよく分かりません。テキストには「電圧降下とは抵抗に電気が流れるとき、流れ込む点の電位よりも、流れ出る点の電位の方が低くなることをいう・・・」とかかれているのですがいまいち意味がわかりません。
またなぜ電圧降下は電流と逆に発生するのでしょうか?
教えてください、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 
  電圧というのは、ポテンシャルです。ポテンシャルというのは、簡単には、位置エネルギーのようなものです。高いところから低いところに水が流れるように、高い電位のところから、低い電位のところに、電流が流れるのです。
 
  重いものを高いところから低いところに落とすと、位置エネルギーの差で、重いものには、エネルギーが加わります。この加わるエネルギーの大きさは、位置の差をd、重いものの重量をwで表すと、d・wに比例します。
 
  これと同じで、電気の場合も、電位差が、vで、重いものに相当する「電流」の大きさがIの時、エネルギーの大きさは、v・iに比例します。
 
  抵抗とは何かと言いますと、位置の差や、電位の差(これが電圧です)によって生まれるエネルギーを、途中で吸収するものだと考えるとよいでしょう。抵抗なしに、プラスとマイナスの線を直接触れさせると、短絡(ショート)が起こり、ヒューズが跳んだり、線が溶けたりしますね。あれは、途中でエネルギーを吸収する抵抗がないので、大きなエネルギーが線に流れ、線が加熱して溶けてしまうのです。
 
  以上の話がよく分からない場合、以下を読んで、もう一度考えてください。
 
  電気はプラスからマイナスに流れます。例えば、10ボルトの極から0ボルトの極へと流れるとしてもよいのです(+5ボルトから、-5ボルトに流れるのと同じことです。電圧の場合、「電位の差」が問題で、実際に、その極が、例えば地球と較べて何ボルトかはあまり考える必要がありません。無論、アースをする場合は、アースした側が0ボルトと一応なります)。
 
  途中で、5オームの抵抗が二つ直列にあった場合、合計の抵抗値は10オームです。この回路に流れる電流は、I=V/Rから、I=10/10=1アンペアです。
 
  電流というのは、1秒当たり、どれぐらいの電気が流れるかということで、回路のなかでは、一定になります(枝分かれしていない場合はです。水の流れがそうであるように、枝別れすると、流れる電気は、枝分かれして、合わせて同じ値ですが、一つの回路では、より少なくなります)。この回路は枝分かれしていないので、抵抗も含め、線のなかを、何時も、1アンペアの電流が流れています。
 
  最初、+10ボルトだったのです。それが、最後には、0ボルトになるということは、途中で、電圧が低くなっているということです。回路を通ると、10ボルト低くなるのです。これは、オームの法則で、一つの抵抗5オームの時、この抵抗を通ると、I=V/Rで、つまり、1(アンペア)=V/5 → V=5(ボルト)、電圧が下がるのです。これで、抵抗を出た時は、電位は+5ボルトになっていて、更にもう一つの同じ5オームの抵抗を通ると、また電位は5ボルト下がり、結果的に0ボルトになり、話が合うのです。
 
  抵抗を通ると、いまオームの法則で説明したように、電位が低くなるのです。これを「電圧降下」と呼ぶのです。第一の抵抗で、5ボルトの電圧降下があり、第二の抵抗で、更に5ボルトの電圧降下があり、合計10ボルト電圧が降下して、最初の+10ボルトから、最後の0ボルトになったのです。
 
     電流=1アンペア → →  電流の流れる方向
             ___         ___
  10V ――――|___|――――|___|――――― 0V
            10v R1 5v      5v R2 0v
   
     電子 ← ← ← ← ← ← ← 電子の流れ ←←

  10V ――――
             \\\\____       5V
   電圧降下                 \\\\_____ 0V
               抵抗1
                            抵抗2
 
  こういう図で表されるように、「電圧降下」が起こるのです。電圧降下が起こった抵抗では、I・Vのエネルギーが抵抗を通るあいだに消えます。抵抗から、熱や光として形を変えてエネルギーが放出されるのです。
 
  上の図のように、電流の流れる方向に、電圧降下は起こっています。
 

 
  電圧というのは、ポテンシャルです。ポテンシャルというのは、簡単には、位置エネルギーのようなものです。高いところから低いところに水が流れるように、高い電位のところから、低い電位のところに、電流が流れるのです。
 
  重いものを高いところから低いところに落とすと、位置エネルギーの差で、重いものには、エネルギーが加わります。この加わるエネルギーの大きさは、位置の差をd、重いものの重量をwで表すと、d・wに比例します。
 
  これと同じで、電気の場合も、電位差が、vで...続きを読む

Qアルキル基の電子供与性

アルキル基の電子供与性はいかなる理由(構造)によるものですか?

Aベストアンサー

わずかではあってもCとHの電気陰性度が異なるためC上の電子密度が(少し)高まるので、Cの結合する原子がそのCより電子密度が低ければそちらに電子(の存在確率)を供与して安定化しようとするから生じるのだと思います。

例(メチル基)
       H(δ+)
       ↓
供与相手←C(δ-)←H(δ+)
       ↑
       H(δ+)

Q直列つなぎの電流の変化について

乾電池1個とモーターを使った回路の電流の強さの測定をしても、乾電池2個とモーターを使った直列つなぎの回路で電流の強さを測定しても、電流の強さの差がほんの少ししかないのは、なぜなのでしょうか。電池が1個から2個に増えたのだから、2倍の電流が流れてもよいのではないのでしょうか。

Aベストアンサー

 理由は二つあると思います。
1. 電池には内部抵抗があり、電池を2個直列にすると、この内部抵抗も2倍となり、電流は2倍より小さくなる。
2. 負荷がモーターの場合は、ANo.2の方がおっしゃる通りモーターに逆起電力が発生しており、特に無負荷では電池を直列にしても、電流はあまり増加しません。

 私も実験してみました。模型のモーターに定電圧電源で1Vの電圧を掛けた時無負荷で170mAでした。2Vで200mA,3Vで240mAでした。2倍の電圧で約1.2倍3倍の電圧で約1.4倍の電流でした。
 これは定電圧電源でしたが、電池なら内部抵抗増加による電圧降下で、これより少し少ない電流になるはずです。


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