Voltage en aantal coulombs

[Auke20]

Beste forumleden,
 
Ik zit met de volgende vraag.
 
Als ik 2 batterijen in serie doe van bv 3 volt, die exact hetzelfde zijn, heb ik een potentiaal verschil van 6 volt tussen het begin en het einde van het circuit.
Dit potentiaal verschil geeft het aantal joule per coulombs weer. Toch neemt het aantal coulombs dat ik heb ook met een factor 2 toe?
Ik heb des nood 2 keer zoveel elektronen want ik heb 2 keer zoveel batterijen. 
 

1. 2 keer zoveel potentiaal verschil en 2 keer zoveel coulombs geeft in mijn hoofd 4 keer zoveel energie. Welke denkfout maak ik nu want ik snap dat dit niet waar is. 
2. Zou iemand kunnen uitleggen waarom het aantal joule per coulomb überhaupt toeneemt als ik 2 batterijen in serie zet. Waarom blijft de hoeveelheid joule per lading niet hetzelfde, de elektronen uit de batterijen lijken zover ik weet geen interactie te hebben.

Ik hoop dat deze 2 vragen te begrijpen zijn. Mocht er iemand extra toelichten willen doe ik dat graag.
 
Bedankt voor uw tijd!
 
 

[Xilvo]

De hoeveelheid lading in die batterijen doet er niet toe.
 
Vergelijk het met iets wat misschien makkelijker voor te stellen is.
Op het aardoppervlak neemt de potentiële energie van een kilo met 9,8 J toe als je 'm een meter optilt: m.g.h=1.g.1 = g J.
 
De zwaartekrachtpotentiaal verandert met 9,8 J per meter hoogteverschil.
 
Dat is een potentiaal. Die is er ook zonder die kilo. Maar zonder die kilo geen energie(verschil).
En ik kan elk energieverschil krijgen door maar een voldoende zwaar voorwerp van hoogte te veranderen.
 
Idem voor volt. Die energie is er niet, maar die kan vrijkomen/kan geleverd moeten worden als je een zekere hoeveelheid lading over dat potentiaalverschil verplaatst.
 
In die batterij zit ook geen lading opgeslagen (nou ja, eigenlijk wel, maar zoals in alle materie, evenveel positief (protonen) als negatief (elektronen), en dat doet niets). De energie zit in een batterij als chemische energie opgeslagen.
 
In een condensator is dat wel het geval (dat er op een bepaalde manier lading is opgeslagen) en daar klopt het inderdaad dat een verdubbeling van de spanning een verdubbeling van lading, en dus een verviervoudiging van de energie, betekent. Jouw idee is dus zeker niet raar.

[jkien]

1. 2 keer zoveel potentiaal verschil en 2 keer zoveel coulombs geeft in mijn hoofd 4 keer zoveel energie. Welke denkfout maak ik nu want ik snap dat dit niet waar is. 
2. Zou iemand kunnen uitleggen waarom het aantal joule per coulomb überhaupt toeneemt als ik 2 batterijen in serie zet. Waarom blijft de hoeveelheid joule per lading niet hetzelfde, de elektronen uit de batterijen lijken zover ik weet geen interactie te hebben.

 
Als de weerstand in de stroomkring hetzelfde blijft dan verdubbelt niet alleen de spanning maar ook de stroomsterkte, en dan verviervoudigt inderdaad het vermogen dat de batterijen samen leveren, en dat de weerstand verbruikt.
 
Het onderstaande youtubefilmpje geeft mooie visualisatie van batterijen in serie die energie meegeven aan de stromende ladingsdeeltjes. De energie wordt gevisualiseerd in de vorm van pakketjes, en in de vorm van de hoogte boven de grond. Verderop in de stroomkring, bij de lamp, wordt alle energie verbruikt. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=u4FpbaMW5sk#t=3m42s

[Xilvo]

Als de weerstand in de stroomkring hetzelfde blijft dan verdubbelt niet alleen de spanning maar ook de stroomsterkte, en dan verviervoudigt inderdaad het vermogen dat de batterijen samen leveren, en dat de weerstand verbruikt.

 
Maar om misverstanden bij Auke20 te voorkomen: De batterijen zijn bij een twee maal zo grote stroom ook twee maal zo snel leeg.
De totaal geleverde energie is dan toch maar twee maal zo groot.

[Auke20]

Beste Xilvo en jkien,
 
Hartelijk dank voor de snelle reactie en het verduidelijken van de situatie. Het is mij nu duidelijk waar mijn beredenering niet klopte. Ik had inderdaad de zelfde werking als bij een condensator in mijn hoofd en dit heeft u snel gespot. 
 
Ik kom hierdoor wel op het volgende. Ik dacht dat de elektronen gingen bewegen doordat ze op elkaar gedrukt zaten net zoals bij een condensator. De vrije elektronen drukken elkaar hier dan weg als de condensator ontlaad. Ik kan mij hierbij goed voorstellen waarom een hoger voltage zorgt voor een grotere stroom. Bij de batterij is mij dit nu niet helemaal duidelijk, de elektronen ontvangen nu chemische energie, en naarmate dit meer is loopt er meer stroom. Zou u nog uitleg kunnen geven waarom dit precies gebeurd?
 
Hartelijk dank alvast!

[Xilvo]

Nou, voor een uitleg over wat er precies gebeurt in een chemische batterij zijn er ongetwijfeld forumleden die beter gekwalificeerd zijn.
 
Maar kort door de bocht:
- Een chemische reactie veroorzaakt een potentiaalverschil (aan de ene kant worden elektronen opgenomen, aan de andere kant komen elektronen vrij);
- Wanneer die potentiaal een zekere waarde bereikt stopt de reactie;
- Wanneer de batterij stroom moet gaan leveren zal die potentiaal wat zakken waardoor de reactie weer op gang komt.
 
Zie bijvoorbeeld de zuil van Volta, voor één van de eerste batterijen:
https://en.wikipedia.org/wiki/Voltaic_pile
 
N.B. In #2 moet staan:
De zwaartekrachtpotentiaal verandert met 9,8 J/kg per meter hoogteverschil.
 
Vergelijk met de elektrische potentiaal J/C.

[jkien]

lithium2.png (16.22 KiB) 2004 keer bekeken

Een Li-ion batterij is een prettig voorbeeld omdat Li+ het enige ion is dat zich verplaatst in de batterij. Zolang er lithium op de anode zit wil de chemische reactie verlopen in de aangegeven richting. De batterij is een spanningsbron, geen stroombron. Als iemand de externe weerstand oneindig groot maakt moet de stroom stoppen, anders zou het elektronenoverschot op de anode en het elektronentekort op de kathode een groeiende tegenwerkende condensatorspanning opleveren. (De buitenoppervlakken van anode en kathode vormen een condensator, met een elektrisch veld buiten de batterij). 

[Auke20]

Een erg fijne verheldering! Fijn dat jullie mijn vragen hebben kunnen beantwoorden