電気回路の基礎を学ぶ
nukopy電圧
きほん
乾電池の陽極（十）と陰極（－）の間に豆電球をつなぐと電流はいつまでも流れつづけます。
それは乾電池の（＋）極と（－）極の間の電位差（電圧）は電流が流れていても、なくならないからです。
これは電気が電流によって運び去られて中和されても、乾電池内部の化学作用によって新しく補充されて電圧を消滅させずに維持しようとする働きが乾電池にあるからです。このように電流を流し続けようとする働きを「起電カ」といいます。
乾電池はその内部の物質中に保有されている化学エネルギーとして、電気をたくわえておき必要なときにそれを取り出すようにした“電気の缶詰”といえます。
乾電池で電流が流れ続ける仕組みが理解できてない。
電池の仕組み
- 電流の流れる向きは定義
- 電子の流れる向きは原理
- 電解質：水に溶けたときに電気を流す物質
- 非電解質：水に溶けたときに電気を流さない物質
- 溶解：分子単位で溶けること（スクロース）
- 電離：イオン単位で溶けること（塩化ナトリウム NaCl、塩酸 HCl）
- イオン：電解質が電離したもの
どちらが電極になるか？
→ 金属のイオン化傾向（電子の放出しやすさ）で決まる
nukopy乾電池の仕組み
電池には電極と電解液から成る。なのでもちろん乾電池には電極と電解液が構成要素に含まれる。
アルカリ乾電池（正式にはアルカリマンガン電池）の仕組み
- 電極
- 負極：亜鉛 Zn
- 正極：酸化マンガン MnO2
- 電解液：水酸化カリウム KOH（強アルカリ。電解液がアルカリ性だから「アルカリ」電池）
- セパレータ（ショート予防。電解液が染み込んでおりイオンが通過できる。）
イオン化傾向は Zn > Mn。Zn から電子が放出されて（Zn が酸化されて）、MnO2 がその電子を受け取る（Mn が還元される））
以下の図が分かりやすいかも：
- 正極側（Zn 側）の反応（酸化反応）
- Zn + 2OH- → ZnO + H2O + 2e-
- 負極側（MnO2 側）の反応（還元反応）
- 2MnO2 + H2O + **2e- ** → Mn2O3 + 2OH-
一番知りたかった「電池切れ」という状態。正極側の Zn は有限であり、電子を放出し続けるとやがて全てが酸化されて ZnO になる。こうなると電圧を維持できなくなり（一般的なアルカリ電池は 1.5 V）、電流を流すことができなくなる。電池切れ。
スイッチをONにすると、水酸化物イオンOH⁻がプラス極からセパレーターを通してマイナス極に移動して亜鉛Znと酸化反応（共有結合）して酸化亜鉛ZnOと水と自由電子e⁻を生成する。その自由電子がスイッチがONされた回路を通過してプラス極に入る。二酸化マンガンMnO₂とセパレーターにしみこませた電解液の水H₂Oが還元反応して、酸化マンガンMn₂O₃と水酸化物イオンOH⁻を生成する。
そしてこの反応が繰り返されることで、自由電子e⁻が連続的に移動する。そして、化学反応が進めば、活物質である二酸化マンガン、亜鉛の量が減少してある期間を過ぎると必要な電圧が確保できなくなり、電池切れという状態に陥る。これが一次電池の宿命というわけである。
イオン化傾向
- 第一イオン化エネルギー
- 原子の最外殻電子 1 つを、取り去って一価の陽イオンにするのに必要なエネルギー
- このエネルギーが小さいほど陽イオンになりやすい＝電子を放出しやすい
- 電子親和力
- 原子が電子を 1 つ、最外殻に取り込んで一価の陰イオンになるときに発生するエネルギー
- 電気陰性度
- 共有結合の際に共有電子対を引き付ける力の大きさの尺度。希ガスは共有結合をしないので電気陰性度を定義できない。
引用元：第4回：第一イオン化エネルギーと第nイオン化エネルギー
いろんな電池の構造と反応式
nukopy電子工作で電源線が「赤がプラス」、「黒がマイナス」の理由
国際規格によって電源線の色が決まっているらしい。ただし、規格によって色がバラバラ。
日本は NEC（National Electrical Codes）という規格に準拠している。
NEC(National Electrical Codes)とIEC(International Electrotechnical Commission)コードでも違うようです。日本は、NECに準拠してるようですね。
電子工作で電源線が「赤がプラス」、「黒がマイナス」の理由
国際規格によって電源線の色が決まっているらしい。ただし、規格によって色がバラバラ。
日本は NEC（National Electrical Codes）という規格に準拠している。
NEC(National Electrical Codes)とIEC(International Electrotechnical Commission)コードでも違うようです。日本は、NECに準拠してるようですね。
引用元：冒頭の Quora のリンク
乾電池の向きと電流とモーターの向き
nukopy電気回路図の読み方
