Ik kan blijkbaar geen afbeeldingen plaatsen, dus mijn excuses, maar je zult deze link in een nieuw venster moeten openen om mijn afschuwelijke diagrammen te zien 🙂 Diagrammen -> http://i.imgur.com/Lxfu1e2.png
EDIT: Hier zijn de diagrammen, sorry voor mijn gebrek aan artistieke vaardigheden, haha.
Voltage is een elektrisch potentiaalverschil, wat in wezen een kracht is die wordt veroorzaakt door elektronen die zich gelijkmatig in een materiaal willen verdelen omdat de elektronen elkaar afstoten. Olin Lathrop gebruikt de gebruikelijke analogie tussen vloeibare en elektrische systemen, en daarom noemt hij het een “druk”, omdat druk een soort vloeistofkracht is, maar voor dit voorbeeld is het misschien gemakkelijker te begrijpen als ik het in elektrische termen houd.
Dus de batterijen proberen een spanning (potentiaalverschil) van 1,5 V over de aansluitpunten te handhaven. In het eerste deel van het diagram dat ik in elkaar heb geflanst, wordt knooppunt ‘V0’ mijn referentieknooppunt, dat vanwege het massasymbool 0 V zal zijn. Als we dus naar knooppunt ‘V1’ kijken, weten we dat de batterij een potentiaalverschil van 1,5 V zal proberen te handhaven, en we weten dat de negatieve klem 0 V is, dus de positieve klem, of knooppunt ‘V1’, moet 1,5 V zijn. Als we nu naar de tweede batterij kijken, is de negatieve pool verbonden met knooppunt ‘V1’, en als de batterij zijn potentiaalverschil van 1,5 V over de klemmen moet handhaven, kunnen we 1,5 V (batterij) toevoegen aan de 1,5 V (op knooppunt ‘V1’) om de spanning op knooppunt ‘V2’ te krijgen, die 3 V blijkt te zijn, zoals vermeld in het antwoord van Olin Lathrop.
Waarom worden de spanningen dan opgeteld? Batterijen zijn een vat van spanning of elektrisch potentiaalverschil, en de potentiaalkracht wordt gecreëerd door een elektronrijke zijde gescheiden van een elektronarme zijde. De elektronen willen zich gelijkmatig door de batterij verspreiden, maar kunnen niet door het midden passeren, en moeten dus de lange weg nemen om aan de andere kant te komen. Dus met twee batterijen zie je dat er eigenlijk twee (in principe) gelijke krachten zijn, twee sets met 1,5 V verschil.
Nu om tot de kern van uw vraag te komen, waarom kunnen de middelste twee delen niet gewoon in elkaar overgaan bij knooppunt ‘V1’? Ik zal 3 verschillende gevallen gebruiken om het uit te leggen We moeten ook in gedachten houden dat positieve ladingen er niet echt zijn, dus het laatste diagram is nog een beetje nauwkeuriger, waar er gewoon elektronen zijn en een gebrek aan elektronen (het elektrische potentiaalverschil).
Geval 1: Veronderstel dat de batterijen zijn verbonden via knooppunt ‘V1’, maar niet van ‘V0’ naar ‘V2’. Als we ons proberen voor te stellen dat we elektronen van de linker- naar de rechterbatterij verplaatsen via knoop ‘V1’, duwen we de elektronen in feite LAGER NAAR elkaar toe. We weten dat elektronen elkaar afstoten, dus dat doen ze niet graag. Als we dat echter op magische wijze zouden kunnen doen, zouden we het elektrische potentiaalverschil, of voltage, in de rechter batterij vergroten en in de linker verminderen. (Maar het totale systeem zou dezelfde totale spanning behouden, omdat we niets aan het systeem deden behalve elektronen verplaatsen). Dus in plaats van dat de elektronen hun weg naar meer elektronen forceren, blijven ze daar gewoon zitten en doen niets.
Geval 2: De buitenste aansluitpunten, knooppunten ‘V0’ en ‘V2’, zijn verbonden, maar de binnenste twee zijn niet verbonden. Als we elektronen van ‘V0’ door het circuit naar knooppunt ‘V2’ duwen, komen we in dezelfde situatie als in geval 1: we proberen elektronen in meer elektronen te duwen! Dit is de reden waarom elektronen niet willen stromen als er geen gesloten lus is, omdat ze dan gewoon ergens anders elektronen tegenkomen die niet bewegen.
Geval 3: Beide sets klemmen zijn verbonden, (als er een gesloten lus is voor de elektronen om doorheen te stromen). Op het moment dat we een lus maken voor de elektronen om doorheen te reizen, gebeuren er een paar dingen tegelijk met deze krachten. Herinner je je die elektronen die door knoop ‘V1’ willen stromen, maar dat niet kunnen omdat er te veel elektronen bij knoop ‘V0’ zijn? En herinner je je nu de elektronen die van knoop ‘V0’ door het circuit naar knoop ‘V2’ willen stromen, maar dat niet kunnen omdat er te veel elektronen bij knoop ‘V1’ zijn? Nu krijgen we een situatie waarin ze kunnen samenwerken om elkaars problemen op te lossen! Stel dat we een elektron trekken van knoop ‘V0’, naar knoop ‘V2’, en terwijl dat elektron in de buurt komt van ‘V2’, verplaatsen we een ander elektron op ‘V1’ van de linker batterij naar het elektron-verarmde gebied in de rechter batterij. Als we ze tegelijk doen, komt en gaat er een elektron van beide plaatsen die eerder een elektronenwegversperring veroorzaakten! Dus terwijl elektronen van ‘V0’ naar ‘V2’ stromen, stromen er tegelijkertijd elektronen door knooppunt ‘V1’. En nu hebben we twee sets elektronen stromen met twee potentiaalverschillen van 1,5 V achter elkaar, daarom krijgen we het potentiaalverschil van 3 V!
Reality Check: Er zijn echter enkele verschillen met de werkelijkheid. Bijvoorbeeld, als batterijen worden gebruikt, zal de spanning afnemen. Omdat de elektronen zich gelijkmatig proberen te verdelen, zal het elektrische potentiaalverschil ook afnemen. Ook zijn de barrières tussen de elektronenrijke en elektronentekortgebieden van de batterij niet perfect. Alle batterijen hebben een zelfontladingssnelheid, wat betekent dat de elektronen van de ene kant van de batterij naar de andere kant gaan, maar die is over het algemeen zo klein in vergelijking met de hoeveelheid elektronen die we kunnen gebruiken, dat we er geen rekening mee houden. De interne weerstand wordt hierboven ook vermeld, nog een kleine afwijking van de theoretische werking van batterijen. Maar over al die dingen kun je leren als je je er klaar voor voelt.
Ik hoop dat dit helpt, en als ik fouten heb gemaakt, laat het me dan weten! 🙂