در سرعت گردش، وقتی یک الکترون به ترمینال مثبت باتری میرسد آن الکترون چه کاری انجام میدهد
قبل از بحث درباره رفتار الکترونها در باتریها، نیاز است تا مفاهیمی را به وضوح بدانیم. حرکت الکترونها در داخل یک باتری شامل واکنشهای الکتروشیمیایی و جریان الکتریکی است. الکترونها در داخل یک باتری به طور متفاوتی عمل میکنند در مقایسه با یک رسانای خالص، مانند سیم فلزی. در اینجا توضیحات پایهای برای حرکت الکترونها در یک باتری آمده است:
اصول کاری پایهای باتریها
در داخل باتری دو الکترود وجود دارد، یکی منفی (آنود) و دیگری مثبت (کاتود). در فرآیند تخلیه، الکترود منفی اکسید شده و الکترونها را آزاد میکند، در حالی که الکترود مثبت الکترونها را جذب میکند. این الکترونها از الکترود منفی به الکترود مثبت از طریق مدار خارجی جریان مییابند و بدین ترتیب یک جریان الکتریکی تشکیل میدهند.
حرکت الکترونها در یک باتری
جریان الکترونها در حین تخلیه
آنود: در الکترود منفی، یک واکنش الکتروشیمیایی باعث میشود که الکترونها از اتم جدا شوند و این الکترونها روی الکترود منفی تجمع مییابند.
مدار خارجی: الکترونها از ترمینال منفی به ترمینال مثبت از طریق مدار خارجی (سیم متصل به ترمینال منفی و مثبت) جریان مییابند تا هدایت جریان کامل شود.
کاتود: در الکترود مثبت، الکترونها توسط واکنش الکتروشیمیایی جذب میشوند و در واکنش کاهشی شرکت میکنند.
حرکت یونها در الکترولیت
به علاوه جریان الکترونها در مدار خارجی، حرکت یونها در الکترولیت نیز وجود دارد. یونهای مثبت (کاتیونها) از منفی به مثبت حرکت میکنند و یونهای منفی (آنیونها) از مثبت به منفی حرکت میکنند. این حرکت یونها برای حفظ تعادل بار در داخل باتری لازم است.
هنگامی که الکترونها به سمت مثبت باتری میرسند
هنگامی که الکترونها از طریق مدار خارجی به الکترود مثبت باتری میرسند، در واکنش کاهشی الکتروشیمیایی که در الکترود مثبت اتفاق میافتد شرکت میکنند. به طور خاص:
شرکت در واکنش: الکترونها توسط یک ماده شیمیایی در الکترود مثبت قبول میشوند و در واکنش کاهشی الکتروشیمیایی شرکت میکنند، مانند کاهش یونهای فلزی.
تعادل بار: ورود الکترونها به الکترود مثبت به حفظ تعادل بار در الکترود مثبت کمک میکند و از اینکه الکترود مثبت بیش از حد مثبت شود جلوگیری میکند.
آزادسازی انرژی: در این فرآیند، انتقال الکترونها با آزادسازی انرژی شیمیایی همراه است که میتواند برای اهداف خارجی مانند چرخاندن موتور الکتریکی یا روشن کردن یک چراغ استفاده شود.
خلاصه رفتار الکترونها
از منفی به مثبت: در حین تخلیه باتری، الکترونها از ترمینال منفی به ترمینال مثبت از طریق مدار خارجی جریان مییابند.
شرکت در واکنشهای شیمیایی: پس از رسیدن الکترون به الکترود مثبت، در واکنش کاهشی در الکترود مثبت شرکت میکند.
تبدیل انرژی: انرژی الکتریکی با انتقال الکترونها به سایر اشکال انرژی (مانند انرژی مکانیکی یا نوری) تبدیل میشود.
نکات مهم
مهم است بدانیم که هنگام بحث درباره رفتار الکترونها، معمولاً نگاه ما از دیدگاه ماکروسکوپی است و رفتار تعداد زیادی از الکترونها را توصیف میکنیم، نه رفتار یک الکترون واحد. در فرآیندهای فیزیکی واقعی، رفتار الکترونهای تکی بسیار پیچیدهتر است و شامل اصول مکانیک کوانتومی میشود.
نتیجهگیری
وقتی الکترونها به الکترود مثبت باتری میرسند، در واکنش کاهشی در الکترود مثبت شرکت میکنند، کمک میکنند به حفظ تعادل بار و تبدیل انرژی در فرآیند. این رفتار الکترونها بخش اساسی از نحوه کارکرد باتریها است که به آنها اجازه میدهد تا انرژی به مدارهای خارجی ارائه دهند.
