Construcción de la batería

La palabra batería simplemente significa un grupo de componentes similares. En el 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 de una celda es muy simple, y consta de 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 determinado estrictamente 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 de automóvil típica tiene seis celdas, para una salida de voltaje nominal de 6 x 2,0 o 12,0 voltios:

Las celdas de una batería de automóvil están contenidas dentro de la misma carcasa de goma dura, conectadas entre sí con barras de plomo gruesas 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 suelen adoptar la forma de placas o rejillas 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 eso. En ocasiones, sin embargo, es posible que se encuentre con el símbolo de una batería con un voltaje inusualmente alto, dibujado intencionalmente con líneas adicionales. Las líneas, por supuesto, son representativas de las placas de células individuales:

¿Qué importancia tiene el tamaño de la batería?

Si el tamaño físico de una celda no influye en su voltaje, ¿a qué afecta? La respuesta es la resistencia, que a su vez afecta la cantidad máxima de corriente que puede proporcionar una celda. Cada celda voltaica contiene cierta cantidad de resistencia interna debido a los electrodos y al electrolito. Cuanto más grande se construye una celda, mayor es 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 que la atraviesa es dictada únicamente por el externo resistencia del circuito al que está conectado, 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 de puntos tiene una resistencia interna de 0.2 Ω, lo que afecta su capacidad para 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 la Ley de Ohm para la corriente (I =E / R) nos dan un valor perfecto de 10 amperios para la corriente con la carga de 1 ohmio y el suministro de 10 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 una resistencia de 0 Ω, podría suministrar una cantidad infinita de corriente. La batería real, en cambio, solo puede suministrar 50 amperios (10 voltios / 0,2 Ω) a un cortocircuito de 0 Ω de resistencia, 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 para la carga.

¿Cómo conectar las celdas para minimizar la resistencia interna de la batería?

Dado que vivimos en un mundo imperfecto, con baterías imperfectas, debemos 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 menor 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 celdas en paralelo es disminuir la resistencia interna equivalente, al igual que las resistencias en paralelo disminuyen en 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 la corriente a través de ramas paralelas de igual resistencia.

REVISAR:

• 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 mayor voltaje total.
• El tamaño físico de la celda afecta la resistencia de la celda, lo que a su vez afecta la capacidad de la celda para suministrar corriente a un circuito. Generalmente, cuanto más grande es la celda, menor es su resistencia interna.
• Las celdas conectadas entre sí en paralelo dan como resultado una menor resistencia total y una corriente total potencialmente mayor.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de baterías
• Hoja de trabajo de los teoremas de transferencia de potencia máxima de Thevenin, Norton y