Ich kann anscheinend keine Bilder posten, also entschuldige ich mich, aber du musst diesen Link in einem neuen Fenster öffnen, um meine grauenhaften Diagramme zu sehen 🙂 Diagramme -> http://i.imgur.com/Lxfu1e2.png
EDIT: Hier sind die Diagramme, entschuldigt meine mangelnden künstlerischen Fähigkeiten, haha.
Spannung ist eine elektrische Potentialdifferenz, die im Wesentlichen eine Kraft ist, die durch Elektronen verursacht wird, die sich gleichmäßig in einem Material verteilen wollen, da sich die Elektronen gegenseitig abstoßen. Olin Lathrop verwendet die übliche Analogie zwischen flüssigen und elektrischen Systemen, weshalb er von einem „Druck“ spricht, weil Druck eine Art von flüssiger Kraft ist, aber für dieses Beispiel ist es vielleicht leichter zu verstehen, wenn ich es in elektrischen Begriffen halte.
Die Batterien versuchen also, eine Spannung (Potenzialdifferenz) von 1,5 V über den Anschlüssen aufrechtzuerhalten. Im ersten Teil des Diagramms, das ich zusammengewürfelt habe, wird der Knoten „V0“ mein Referenzknoten sein, der aufgrund des Erdungssymbols 0 V sein wird. Wenn wir also den Knoten „V1“ betrachten, wissen wir, dass die Batterie versuchen wird, eine Potenzialdifferenz von 1,5 V aufrechtzuerhalten, und wir wissen, dass ihr negativer Anschluss 0 V ist, also muss der positive Anschluss, oder der Knoten „V1“, 1,5 V sein. Betrachtet man nun die zweite Batterie, so ist der Minuspol mit dem Knoten „V1“ verbunden, und wenn die Batterie ihre 1,5 V Differenz zwischen den Anschlüssen beibehalten soll, können wir 1,5 V (Batterie) zu den 1,5 V (am Knoten „V1“) addieren, um die Spannung am Knoten „V2“ zu erhalten, die sich als 3 V herausstellt, wie in der Antwort von Olin Lathrop angegeben.
Warum addieren sich also die Spannungen? Batterien sind ein Behälter mit Spannung oder elektrischer Potenzialdifferenz, und die Potenzialkraft wird durch eine elektronenreiche Seite, die von einer elektronenarmen Seite getrennt ist, erzeugt. Die Elektronen wollen sich gleichmäßig in der Batterie verteilen, können aber nicht durch die Mitte gehen und müssen daher den langen Weg zur anderen Seite nehmen. Bei zwei Batterien kann man also sehen, dass es eigentlich zwei (im Grunde) gleiche Kräfte gibt, zwei Sätze mit 1,5 V Unterschied.
Um nun zum Kern deiner Frage zu kommen, warum können sich die beiden mittleren Teile nicht einfach am Knoten „V1“ vermischen? Ich werde 3 verschiedene Fälle zur Erklärung heranziehen Wir müssen auch bedenken, dass positive Ladungen nicht wirklich vorhanden sind, daher ist das letzte Diagramm noch etwas genauer, wo es einfach Elektronen und einen Mangel an Elektronen gibt (die elektrische Potentialdifferenz).
Fall 1: Nehmen wir an, dass die Batterien über den Knoten „V1“ verbunden sind, aber nicht von „V0“ nach „V2“. Wenn wir versuchen, uns vorzustellen, dass wir Elektronen von der linken Batterie über den Knoten ‚V1‘ zur rechten Batterie bewegen, dann schieben wir die Elektronen tatsächlich NÄHER zusammen. Wir wissen, dass Elektronen sich gegenseitig abstoßen, also tun sie das nicht gerne. Wenn wir das auf magische Weise könnten, würden wir den elektrischen Potentialunterschied oder die Spannung in der rechten Batterie erhöhen und in der linken Batterie verringern. (Das Gesamtsystem würde jedoch die gleiche Gesamtspannung beibehalten, da wir nichts am System verändert haben, außer die Elektronen zu verschieben). Anstatt also die Elektronen zu zwingen, sich mehr Elektronen zu nähern, sitzen sie einfach da und tun nichts.
Fall 2: Die äußeren Anschlüsse, die Knoten ‚V0‘ und ‚V2‘, sind verbunden, aber die beiden inneren sind nicht verbunden. Wenn wir Elektronen von ‚V0‘ durch den Stromkreis zum Knoten ‚V2‘ schieben, landen wir in der gleichen Situation wie in Fall 1: Wir versuchen, Elektronen in weitere Elektronen zu schieben! Das ist der Grund, warum die Elektronen nicht fließen wollen, wenn es keine geschlossene Schleife gibt, weil sie einfach auf Elektronen treffen, die sich nicht irgendwo anders hinbewegen.
Fall 3: Beide Gruppen von Anschlüssen sind verbunden (wenn es eine geschlossene Schleife gibt, durch die die Elektronen fließen können). In dem Moment, in dem wir eine Schleife bilden, durch die die Elektronen fließen können, geschehen einige Dinge mit diesen Kräften gleichzeitig. Erinnern Sie sich an die Elektronen, die durch den Knoten „V1“ fließen wollen, es aber nicht können, weil es zu viele Elektronen am Knoten „V0“ gibt? Und jetzt erinnern Sie sich an die Elektronen, die vom Knoten „V0“ durch den Stromkreis zum Knoten „V2“ fließen wollen, aber nicht können, weil es zu viele Elektronen am Knoten „V1“ gibt? Nun, wir haben eine Situation, in der sie zusammenarbeiten können, um die Probleme des anderen zu lösen! Stellen Sie sich vor, wir ziehen ein Elektron vom Knotenpunkt ‚V0‘ zum Knotenpunkt ‚V2‘, und während sich dieses Elektron dem Knotenpunkt ‚V2‘ nähert, verschieben wir ein anderes Elektron am Knotenpunkt ‚V1‘ aus der linken Batterie in den elektronenarmen Bereich der rechten Batterie. Wenn wir beides gleichzeitig tun, kommt und geht ein Elektron von beiden Orten, die vorher eine Elektronenblockade verursacht haben! Wenn also Elektronen von „V0“ nach „V2“ fließen, fließen gleichzeitig Elektronen durch den Knoten „V1“. Und jetzt haben wir zwei Gruppen von Elektronen, die mit zwei 1,5-V-Potenzialdifferenzen hintereinander fließen, weshalb wir die 3-V-Potenzialdifferenz erhalten!
Reality Check: Es gibt allerdings einige Unterschiede zur Realität. Zum Beispiel sinkt die Spannung von Batterien, wenn sie benutzt werden. Da die Elektronen versuchen, sich gleichmäßig zu verteilen, nimmt auch die elektrische Potentialdifferenz ab. Außerdem sind die Barrieren zwischen den elektronenreichen und elektronenarmen Bereichen der Batterie nicht perfekt. Alle Batterien haben eine Selbstentladungsrate, d. h. die Elektronen, die es von einer Seite der Batterie zur anderen schaffen, sind im Allgemeinen so gering im Vergleich zu der Menge an Elektronen, die wir tatsächlich nutzen können, dass wir sie ignorieren. Auch der Innenwiderstand wurde bereits erwähnt, eine weitere kleine Abweichung von der theoretischen Funktionsweise von Batterien. Aber du kannst all diese Dinge lernen, wenn du dich bereit fühlst.
Ich hoffe, das hilft dir, und wenn ich irgendwelche Fehler gemacht habe, lass es mich bitte wissen! 🙂