Прошу помощи в осмыслении, по-видимому, весьма очевидной физической ситуации!

[zam2]

Source of the post Вот только я совсем не могу понять почему я не мог найти этой информации в школьных учебниках по физике, да и вообще на просторах интернета?

Я тоже искал информацию по этому вопросу, и тоже без большого успеха. Возможно, это потому, что вопрос на стыке двух больших наук. Физики считают, что об этом должны написать химики, а химики наоборот.
Подобные вопросы очень подробно рассматриваются, например, при описании физических принципов работы полупроводниковых приборов (двойной электрический слой и т. п.).
Про наш случай теперь могу сказать точнее. В батарее химических источников тока области повышенной концентрации электронов представляют собой тончайшие пленочки в металле отрицательных электродов на границе металла и электролита. Также и области пониженной концентрации электронов, но в положительных электродах.
И при составлении элементов в батарею никакого перемещения электронов не происходит.

[DmitriySpb]

Т.е. при соединении двух элементов в отсутствии внешней сети электроны не компенсируют дефицит своего брата на катоде соседнего элемента? Запутался опять?! :blink:

[Andrew58]

Source of the post
И при составлении элементов в батарею никакого перемещения электронов не происходит.

Если вернуться в школьное детство, то я еще помню, какими образами я лично пользовался для понимания всей этой кухни. Картинка вырисовывалась примерно такая.
1. За счет химических свойств материалов на границе раздела металл-электролит происходят чудеса. Свободные электроны начинают дрейфовать до тех пор, пока обратно действующее поле не остановит этот дрейф. Образуется "ступенька" в электрическом потенциале, которую можно обозвать ЭДС. На самом деле, это такая высота ступеньки, при которой наступает равновесие - число электронов, которые с нее сваливаются, равно числу электронов, которые на нее взбираются.
2. Присоединим к этой ступеньке следующую такую же. Электроны глупые, они не знают, на какой высоте они уже находятся, поэтому они точно так же будут оккупировать и вторую ступеньку. И третью, и последующие.
3. Складывается потенциально напряженная ситуация - на верхней ступеньке столпились электроны, а вдруг упадут? Общая высота = общая ЭДС = общая разность потенциалов = общее напряжение, пока они еще не падают. Статика.
4. Замыкаем цепь на нагрузку, появляется труба, как в аквапарке... Начинается динамика и радостное движение толпы. Все ликуют.

[zam2]

Source of the post Т.е. при соединении двух элементов в отсутствии внешней сети электроны не компенсируют дефицит своего брата на катоде соседнего элемента? Запутался опять?!

Нет, не компенсируют.
Посмотрите еще раз на нижний график на картинке, где соединены два элемента - распределение объемной плотности заряда по длине батареи. На нем выступающие вниз прямоугольники отмечают те области, где повышена концентрация электронов (а выступающие вверх - где понижена). Реально ширина этих областей настолько мала, что не нарисуешь. При подключении внешней электроцепи высота этих зубцов уменьшается (тем больше, чем меньше сопротивление внешней цепи), и затем постепенно уменьшается в процессе работы батареи. Когда батарея полностью разрядится, высота зубцов станет равной нулю.

[Andrew58]

Source of the post

Source of the post Т.е. при соединении двух элементов в отсутствии внешней сети электроны не компенсируют дефицит своего брата на катоде соседнего элемента? Запутался опять?!

Нет, не компенсируют.

Еще как компенсируют. Всегда готовы, только дефицита нет в отсутствие внешней цепи. Нет оснований лезть на дачный участок брата, если он там живет. Обменом участков заниматься можно.

[DmitriySpb]

zam2, хорошо бы по имени к Вам обращаться... График вижу, концентрацию по графику понимаю, но почему электроны не переходят к ионам????
Andrew58, наверное Андрей? Как же нет дефицита, если медь в процессе хим. реакции отдает электроны, а значит на ней должен быть дефицит, неужели наличие цепи влияет на реакцию?
Ребят ещё раз спасибо, но вопросов меньше не стало, вот когда zam2 предложил считать причиной увеличения напряжения за счет увеличения расстояния, которое должны будут пройти электроны при последовательном соединении, всё вроде стало на свои места, я так понимаю это утверждение zam2 остается в силе, просто прибавилось ещё утверждение, что между анодом и катодом двух элементов отсутствует избыток-дефицит???

[zam2]

Source of the post zam2, хорошо бы по имени к Вам обращаться.

Если хотите, Владимир (это в профиле написано). Но тут как-то принято по никам.

Source of the post График вижу, концентрацию по графику понимаю, но почему электроны не переходят к ионам?

Ох, как не хочется в химию лезть. Давайте я вам ссылку дам на учебник для техникумов: Общая электротехника с основами электроники (эта страница и две следующие). Грубо говоря, возникает двойной электрический слой, который своим полем не дает электронам добраться до ионов.

Source of the post ...просто прибавилось ещё утверждение, что между анодом и катодом двух элементов отсутствует избыток-дефицит???

После соединения элементов в батарею анод и катод (+соединительный провод) - это один кусок металла. Он на одном конце положительно заряжен, а на другом отрицательно. В целом он нейтрален. Это в том случае, если элементы одинаковые. А если один новый, а другой уже поработал, то полной нейтральности не получится. Более сильный победит.

[DmitriySpb]

zam2, а напряжение значит возрастает всё по той же причине, которую Вы озвучили ранее, т.е. "расстояние" всё же играет ключевую роль? Огромное спасибо за ссылку!

[zam2]

Source of the post zam2, а напряжение значит возрастает всё по той же причине, которую Вы озвучили ранее, т.е. "расстояние" всё же играет ключевую роль?

На сегодняшний момент я считаю так.

[geolux]

Уважаемый DmitriySpb. Несколько замечаний по теме, а то, я смотрю, Вы совсем запутались.
Во-первых. При рассмотрении электроцепей никогда не рассуждайте о движении электронов, хотя в большинстве практических цепей движутся именно они. В электро-радио технике и науке принято за направление электротока - движение зарядов в цепи от + источника тока к минусу. Так сложилось исторически, от Фарадея, изучавшего электролиз.
Во-вторых. Не верьте, что у батареи анод на минусе ("цинке"), а катод на плюсе. Спросите об этом любого инженера и до рабочего - электриков и радиотехников. Так можно рассуждать чисто теоретически, рассматривая устройство батареи. Иначе запутаетесь ещё раз.
В третьих.Любая батарея (источник тока) характеризуется (электрически)двумя параметрами.
Это: электродвижущая сила (ЭДС), т.е. разность потенциалов плюса и минуса батареи при отсутствии внешней цепи, подключённой к ней; и внутреннее сопротивление батареи. ЭДС
можно измерить (при отключённой нагрузке) только прибором, не потребляющим от неё ток, напр., статическим вольтметром. Именно ЭДС вызывает ток в цепи, равный ЭДС, делённой на
сумму сопротивлений внешней цепи и батареи; и за счёт неё движутся носители заряда в цепи, совершающие работу. Сумма падения напряжения во внешней цепи (напряжение на клеммах батареи) и на внутреннем сопротивлении батареи - равна ЭДС.
При соединении двух батарей последовательно, "в столбик", Вы вдвое увеличиваете ЭДС батареи (и вдвое - внутреннее её сопротивление). Удвоенная ЭДС вызывает в замкнутой цепи почти вдвое больший ток. Почему так? Потому, что однонаправленные (коллинеарные) векторы напряжённости электрического поля батарей при последовательном их соединении плюсом к минусу - складываются, если "на пальцах" объяснять, и удваивают ЭДС.
Кстати, откуда взялся объёмный заряд на аноде и катоде батареи ( на картинках, повторённых зачем-то в комментах почти бесконечное число раз) ?
Ваша ошибка в том, что на графике ЭДС (средний) в месте соединения контактов батарей нарисован провал ЭДС до нуля. zam2 правильно заметил, что это при соединении - просто
металл, проводник. Линии ЭДС батарей должны продолжать одна другую без разрыва.