La palabra batería simplemente significa un grupo de componentes similares. En vocabulario militar, una “batería” se refiere a un grupo de armas. En electricidad, una “batería” es un conjunto de celdas voltaicas diseñadas para proporcionar mayor voltaje y / o corriente de lo que es posible con una sola celda.
El símbolo para una celda es muy simple, y consiste en una línea larga y una línea corta, paralelas entre sí, con cables de conexión:
El símbolo de una batería no es más que un par de símbolos de celda apilados en serie:
Como se dijo antes, el voltaje producido por cualquier tipo particular de celda está estrictamente determinado por la química de ese tipo de celda. El tamaño de la celda es irrelevante para su voltaje. Para obtener un voltaje mayor que la salida de una sola celda, se deben conectar varias celdas en serie. El voltaje total de una batería es la suma de todos los voltajes de las celdas. Una batería de plomo-ácido automotriz típica tiene seis celdas, para una salida de voltaje nominal de 6 x 2.0 o 12.0 voltios:
Las celdas de una batería automotriz están contenidas dentro de la misma carcasa de goma dura, conectadas entre sí con gruesas barras de plomo en lugar de cables. Los electrodos y las soluciones de electrolitos para cada celda están contenidos en secciones separadas y divididas de la caja de la batería. En las baterías grandes, los electrodos comúnmente toman la forma de rejillas o placas metálicas delgadas y a menudo se denominan placas en lugar de electrodos.
En aras de la conveniencia, los símbolos de batería generalmente se limitan a cuatro líneas, alternando largo / corto, aunque la batería real que representa puede tener muchas más celdas que esa. En ocasiones, sin embargo, puede encontrar un símbolo para una batería con un voltaje inusualmente alto, dibujado intencionalmente con líneas adicionales. Las líneas, por supuesto, son representativas de las placas celulares individuales:
¿Cómo es relevante el tamaño de la batería?
Si el tamaño físico de una celda no tiene impacto en su voltaje, ¿qué afecta? La respuesta es la resistencia, que a su vez afecta la cantidad máxima de corriente que puede proporcionar una célula. Cada celda voltaica contiene cierta cantidad de resistencia interna debido a los electrodos y al electrolito. Cuanto más grande se construya una celda, mayor será el área de contacto del electrodo con el electrolito y, por lo tanto, menor resistencia interna tendrá.
Aunque generalmente consideramos que una celda o batería en un circuito es una fuente perfecta de voltaje (absolutamente constante), la corriente a través de ella está dictada únicamente por la resistencia externa del circuito al que está conectada , esto no es del todo cierto en la vida real. Dado que cada celda o batería contiene alguna resistencia interna, esa resistencia debe afectar la corriente en cualquier circuito dado:
La batería real que se muestra arriba dentro de las líneas punteadas tiene una resistencia interna de 0.2 Ω, lo que afecta su capacidad de suministrar corriente a la resistencia de carga de 1 Ω. La batería ideal de la izquierda no tiene resistencia interna, por lo que nuestros cálculos de Ley de Ohm para corriente (I = E / R) nos dan un valor perfecto de 10 amperios para corriente con la carga de 1 ohm y 10 suministro de voltios. La batería real, con su resistencia incorporada, que impide aún más el flujo de corriente, solo puede suministrar 8.333 amperios a la misma carga de resistencia.
La batería ideal, en un cortocircuito con resistencia de 0 Ω, podría suministrar una cantidad infinita de corriente. La batería real, por otro lado, solo puede suministrar 50 amperios (10 voltios / 0.2 Ω) a un corto circuito de resistencia de 0 Ω, debido a su resistencia interna. La reacción química dentro de la celda aún puede proporcionar exactamente 10 voltios, pero el voltaje cae a través de esa resistencia interna a medida que la corriente fluye a través de la batería, lo que reduce la cantidad de voltaje disponible en los terminales de la batería a la carga.
¿Cómo conectar celdas para minimizar la resistencia interna de la batería?
Dado que vivimos en un mundo imperfecto, con baterías imperfectas, necesitamos comprender las implicaciones de factores como la resistencia interna. Por lo general, las baterías se colocan en aplicaciones donde su resistencia interna es insignificante en comparación con la de la carga del circuito (donde su corriente de cortocircuito supera con creces su corriente de carga habitual), por lo que el rendimiento es muy cercano al de una fuente de voltaje ideal.
Si necesitamos construir una batería con una resistencia inferior a la que puede proporcionar una celda (para una mayor capacidad de corriente), tendremos que conectar las celdas juntas en paralelo:
Esencialmente, lo que hemos hecho aquí es determinar el equivalente de Thevenin de las cinco celdas en paralelo (una red equivalente de una fuente de voltaje y una resistencia en serie). La red equivalente tiene el mismo voltaje de fuente pero una fracción de la resistencia de cualquier celda individual en la red original. El efecto general de conectar células en paralelo es disminuir la resistencia interna equivalente, así como las resistencias en paralelo disminuyen en la resistencia total. La resistencia interna equivalente de esta batería de 5 celdas es 1/5 de la de cada celda individual. El voltaje general permanece igual: 2.0 voltios. Si esta batería de celdas alimentara un circuito, la corriente a través de cada celda sería 1/5 de la corriente total del circuito, debido a la división igual de corriente a través de ramas paralelas de igual resistencia.
REVISIÓN:
- Una batería es un grupo de celdas conectadas entre sí para una mayor capacidad de voltaje y / o corriente.
- Las celdas conectadas entre sí en serie (ayuda de polaridades) dan como resultado un voltaje total mayor.
- El tamaño físico de la celda afecta la resistencia de la celda, lo que a su vez afecta la capacidad de la celda de suministrar corriente a un circuito. En general, cuanto más grande es la celda, menor es su resistencia interna.
- Las células conectadas juntas en paralelo dan como resultado una menor resistencia total y una corriente total potencialmente mayor.
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