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入門級資料——電池的工作過程

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電池是能持續產生電子的化學裝置。每個都電池有正負極,在AA、AAA型、C型或者D型電池中,正負極在電池的兩端。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/227520.htm

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C型和D型電池

負極部分產生電子,正負極之間如果連線一根金屬線,電子就順著它迅速流到正極,有多快呢?主要看電壓有多高,不過大約幾百公里每秒的樣子,如果直接這樣接起來是比較危險的,一般都需要把某種型別的負載接在電池正負極兩端,比如燈、電動機、無線電等等。

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最簡單的電池應用

電池兩端電子生成的數量取決於電池裡化學反應的速度,您可以在電子市場中買個幾十塊錢的萬用表,這樣可以看到自制電池生效的過程。

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廉價萬用表

以下將介紹如何製作伏特電堆:

1、準備若干1毛錢、5毛錢硬幣,紙板、鹽、水

2、兌一杯鹽水,儘量飽和

3、將紙板浸入鹽水中

4、5毛錢硬幣在上,1毛錢硬幣在下,中間夾一層蘸了鹽水的紙板(三明治一樣)

5、把若干個三明治堆起來。

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伏特電堆示意圖

這時你用萬用表量頂部與底部的電壓,會出現讀數,200年前伏特就做過這樣的實驗了。您也可以增加堆疊層數看看電壓如何變化,也可以改用其他幣種看看電壓有什麼變化。


此外還可以做一個實驗,需要準備以下材料:一個容器(糖罐)、一些稀酸(醋、檸檬汁)、幾個釘子(曲別針、大頭針)、一些銅線。然後這樣做:

1、選擇不同材質的釘子,一根銅絲拴一個釘子

2、把算倒入容器內

3、把兩個繫著銅絲的釘子扔進容器裡,不讓他們互相接觸

4、用萬用表看電壓電流變化

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簡單的電池

您可以換用曲別針,或者其他金屬看看電壓與電流的變化,也可以換用鹽水看看變化。

大部分傳統電池讓電子保持一個方向的運動從而產生電流的,蓄電池則可以在外加電壓的作用下發生逆向反映。比如鉛酸蓄電池在適當的電壓下向電池充電,兩個極板上將再次生成鉛和二氧化鉛。而中學學過的很多生成氫氣的電解反應過程中,氫氣就很難回到電解液中。現代電池使用各種化學物質為反應提供能量。典型的化學電池包括:

鋅碳電池——(也稱為標準碳電池)所有廉價的AA型、C型和D型乾電池均使用鋅碳化學物質。電極為鋅和碳,兩極之間採用酸性糊狀液體作為電解液。

鹼性電池——用於常見的Duracell(金霸王)和Energizer(勁量)電池,電極為鋅和二氧化錳,並使用鹼性電解液。

照相機鋰電池——照相機中的電池使用鋰、碘化鋰和碘化鉛,因為它們能夠提供電湧保護。

鉛酸電池——用於汽車,電極為鉛和二氧化鉛,並使用強酸電解液(可充電)。

鎳鎘電池——電極為氫氧化鎳和鎘,並使用氫氧化鉀作為電解液(可充電)。

鎳金屬氫化物電池——此類電池將很快取代鎳鎘電池,因為前者不存在記憶效應,而後者卻存在(可充電)。

鋰離子電池——由於具備極佳的功率重量比,因此此類電池通常用於高階膝上型電腦和手機(可充電)。

鋅空氣電池——此類電池重量輕,並可以充電。

鋅汞電池——此類電池通常用於助聽器。

鋅銀電池——由於具備良好的功率重量比,因此此類電池用於航空航天裝置。

金屬氯化物電池——此類電池用於電動車。


在使用電池的裝置中因為需要的電壓和電流不同,我們不可能只使用單個電池,通常需要將電池單元串聯在一起形成更高的電壓,或將其並聯在一起形成更高的電流。下圖顯示了這兩種結構:

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電池的並聯和串聯

上面四個電池是並聯,如果每個電池單元生成1.5伏電壓,四個並聯後電壓也是1.5V,但提供的電流卻為單個電池單元的四倍。下面的四個電池是串聯,這樣連線後將產生6V電壓,能提供的電流和單個電池一樣。

當你買電池時,包裝上會顯示電池的額定電壓和額定電流。比如老式數碼相機使用四節鎳鎘電池,每個電池單元的額定電壓為1.25伏,額定電流為500毫安時,額定毫安時表示電池裡的電量,也就是可以提供電子的總數。您可以將額定的毫安時劃分為多種不同的形式,一個500毫安時的電池可以在100小時內生成5mA電流,在50小時內生成10mA電流、在20小時內生成25mA電流,或(在理論上)在1小時內生成500毫安電流,甚至在30分鐘內生成1A電流。

但電池並不具備如此高的線性。首先,所有電池都有一個額定的最大電流—一個500毫安時的電池無法在1秒內生成30,000毫安電流,原因是該電池的化學反應無法在如此短的時間內發生,並且在更高的電流強度下,電池會生成大量熱量,從而損失了某些能量。此外,在極低的電流強度下,許多化學電池的壽命可能會比預期的壽命長或短。但在通常的使用範圍內,可以對額定毫安時進行一定程度的線性劃分。使用額定的毫安時,可以粗略估計電池在給定負載下的持續供電時間。

如果將四個1.25伏、500毫安時的電池串聯在一起,則最終的電壓為5伏(1.25x4),電流為500毫安時;如果將這四個電池並聯在一起,則最終的電壓將為1.25伏,電流為2,000(500x4)毫安時。

您是否見過9V電池的內部結構?

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9V電池內部結構

9V電池實際是有6個首尾相接的1.5V小電池組成的。

編輯總結:

電容是電子裝置中的重要元件,在電源中也是如此,電池和電容都有儲能的功能,而相比較來說,電池儲能的密度遠遠大於電容(幾萬倍?)


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