En ilmeisesti osaa lähettää kuvia, joten pahoittelen, mutta sinun täytyy avata tämä linkki uudessa ikkunassa nähdäksesi kauheat kaavioni 🙂 Kaaviot -> http://i.imgur.com/Lxfu1e2.png
EDIT: Tässä ovat kaaviot, anteeksi taiteellisten taitojeni puute, haha.
Jännite on sähköinen potentiaaliero, joka on pohjimmiltaan voima, joka aiheutuu siitä, että elektronit haluavat jakaantua tasaisesti jossakin materiaalissa, koska elektronit hylkivät toisiaan. Olin Lathrop käyttää yleistä analogiaa neste- ja sähköjärjestelmien välillä, minkä vuoksi hän kutsuu sitä ”paineeksi”, koska paine on eräänlainen nestevoima, mutta tämän esimerkin kohdalla voi olla helpompi ymmärtää, jos pidän sen sähköisissä termeissä.
Paristot pyrkivät siis pitämään jännitteen (potentiaalieron) 1,5 V:n suuruisena napojen yli. Kaavion ensimmäisessä osassa, jonka heitin yhteen, solmusta ’V0’ tulee referenssisolmuni, joka maasymbolin vuoksi tarkoittaa, että se on 0 V. Kun tarkastelemme solmua ’V1’, tiedämme, että akku yrittää ylläpitää 1,5 V:n potentiaalieroa, ja tiedämme, että sen negatiivinen napa on 0 V, joten positiivisen napan, eli solmun ’V1’, on oltava 1,5 V. Kun nyt tarkastellaan toista paristoa, sen negatiivinen napa on kytketty solmuun ’V1’, ja jos pariston on tarkoitus säilyttää 1,5 V:n jännite-ero napojen välillä, voimme lisätä 1,5 V:n (paristo) 1,5 V:iin (solmussa ’V1’) saadaksemme jännitteen solmuun ’V2’, joka osoittautuu 3 V:ksi, kuten Olin Lathropin vastauksessa todettiin.
Miksi jännitteet siis summautuvat? Akut ovat jännitteen eli sähköisen potentiaalieron säiliö, ja potentiaalivoima syntyy elektronirikkaan puolen erotessa elektronivajeesta. Elektronit haluavat hajaantua tasaisesti akun läpi, mutta eivät pääse kulkemaan keskeltä läpi, joten niiden on kuljettava pitkää reittiä päästäkseen toiselle puolelle. Joten kahdella paristolla näet, että on itse asiassa kaksi (periaatteessa) yhtä suurta voimaa, kaksi sarjaa 1,5 V:n erolla.
Nyt päästäkseni kysymyksesi ytimeen, periaatteessa miksi keskimmäiset kaksi osaa eivät voi yksinkertaisesti sekoittua keskenään solmussa ’V1’? Käytän 3 erilaista tapausta selityksen helpottamiseksi Meidän on myös pidettävä mielessä, että positiivisia varauksia ei oikeastaan ole, joten viimeinen kaavio on vielä hieman tarkempi, jossa on yksinkertaisesti elektroneja ja elektronien puute (sähköinen potentiaaliero).
Tapaus 1: Oletetaan, että akut on kytketty solmun ”V1” kautta, mutta ei solmusta ”V0” solmuun ”V2”. Jos yritämme kuvitella siirtävämme elektroneja vasemmasta paristosta oikeaan paristoon solmun ’V1’ kautta, työnnämme itse asiassa elektroneja lähemmäs toisiaan. Tiedämme, että elektronit hylkivät toisiaan, joten ne eivät halua tehdä niin. Jos kuitenkin voisimme maagisesti tehdä niin, kasvattaisimme sähköistä potentiaalieroa eli jännitettä oikeassa akussa ja pienentäisimme sitä vasemmassa akussa. (Mutta koko järjestelmässä säilyisi sama kokonaisjännite, koska emme tehneet järjestelmälle mitään muuta kuin siirtelimme elektroneja). Sen sijaan, että elektronit pakottaisivat tiensä lähemmäs lisää elektroneja, ne vain istuvat siinä eivätkä tee mitään.
Tapaus 2: Ulommat terminaalit, solmut ’V0’ ja ’V2’, ovat kytkettyinä, mutta kaksi sisempää eivät ole kytkettyinä. Jos työnnämme elektroneja piiristä ’V0’ piirin läpi solmuun ’V2’, päädymme samaan tilanteeseen kuin tapauksessa 1, eli yritämme työntää elektroneja lisää elektroneihin! Tämän takia elektronit eivät halua virrata, jos ei ole suljettua silmukkaa, koska ne päätyvät vain törmäämään elektroneihin, jotka eivät liiku jossakin muualla.
Tapaus 3: Molemmat päätelaitesarjat on kytketty, (jos on suljettu silmukka, jonka läpi elektronit voivat virrata). Sillä hetkellä, kun teemme silmukan, jonka läpi elektronit voivat kulkea, näillä voimilla tapahtuu samanaikaisesti muutamia asioita. Muistatko ne elektronit, jotka haluavat virrata solmun V1 läpi, mutta eivät voi, koska solmussa V0 on liikaa elektroneja? Muistatko nyt ne elektronit, jotka haluavat virrata solmusta ’V0’ virtapiirin läpi solmuun ’V2’, mutta eivät voi, koska solmussa ’V1’ on liikaa elektroneja? Nyt saadaan tilanne, jossa ne voivat työskennellä yhdessä ratkaistakseen toistensa ongelmat! Kuvitellaan, että vedämme elektronin solmusta ’V0’ solmuun ’V2’, ja kun tämä elektroni pääsee lähelle solmua ’V2’, siirrämme toisen elektronin solmusta ’V1’ vasemmasta paristosta oikean pariston tyhjentyneelle elektronialueelle. Jos teemme ne samanaikaisesti, elektroni tulee ja menee molemmista paikoista, jotka aiemmin aiheuttivat elektronitietukoksen! Kun siis elektronit virtaavat solmusta ’V0’ solmuun ’V2’, solmun ’V1’ läpi virtaa samanaikaisesti elektroneita. Ja nyt meillä on kaksi joukkoa elektroneja, jotka virtaavat kahdella 1,5 V:n potentiaalierolla peräkkäin, minkä vuoksi saamme 3 V:n potentiaalieron!
Todellisuustarkistus: Todellisuudessa on kuitenkin joitakin eroja. Esimerkiksi, kun paristoja käytetään, niiden jännite laskee. Koska elektronit pyrkivät jakautumaan tasaisesti, myös sähköinen potentiaaliero pienenee. Myöskään esteet akun elektronirikkaiden ja elektronivajeiden alueiden välillä eivät ole täydellisiä. Kaikissa akuissa on itsepurkautumisnopeus, joka tarkoittaa käytännössä sitä, että elektronit pääsevät akun toiselta puolelta toiselle, mutta se on vain yleensä niin pieni verrattuna käyttämiemme elektronien määrään, että jätämme sen huomiotta. Sisäinen vastus mainitaan myös edellä, toinen pieni poikkeama akkujen teoreettisesta toiminnasta. Mutta voit tutustua kaikkiin näihin asioihin sitä mukaa, kun tunnet itsesi valmiiksi.
Toivottavasti tästä on apua, ja jos tein virheitä, kertokaa minulle! 🙂