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入门级资料——电池的工作过程

钜大LARGE  |  点击量:1030次  |  2019年11月07日  

电池是能持续产生电子的化学装置。每个都电池有正负极,在AA、AAA型、C型或者D型电池中,正负极在电池的两端。



C型和D型电池


负极部分产生电子,正负极之间如果连接一根金属线,电子就顺着它迅速流到正极,有多快呢?主要看电压有多高,不过大约几百公里每秒的样子,如果直接这样接起来是比较危险的,一般都需要把某种类型的负载接在电池正负极两端,比如灯、电动机、无线电等等。



最简单的电池应用


电池两端电子生成的数量取决于电池里化学反应的速度,您可以在电子市场中买个几十块钱的万用表,这样可以看到自制电池生效的过程。



廉价万用表


以下将介绍如何制作伏特电堆:


1、准备若干1毛钱、5毛钱硬币,纸板、盐、水


2、兑一杯盐水,尽量饱和


3、将纸板浸入盐水中


4、5毛钱硬币在上,1毛钱硬币在下,中间夹一层蘸了盐水的纸板(三明治一样)


5、把若干个三明治堆起来。



伏特电堆示意图


这时你用万用表量顶部与底部的电压,会出现读数,200年前伏特就做过这样的实验了。您也可以增加堆叠层数看看电压如何变化,也可以改用其他币种看看电压有什么变化。


此外还可以做一个实验,需要准备以下材料:一个容器(糖罐)、一些稀酸(醋、柠檬汁)、几个钉子(曲别针、大头针)、一些铜线。然后这样做:


1、选择不同材质的钉子,一根铜丝拴一个钉子


2、把算倒入容器内


3、把两个系着铜丝的钉子扔进容器里,不让他们互相接触


4、用万用表看电压电流变化



简单的电池


您可以换用曲别针,或者其他金属看看电压与电流的变化,也可以换用盐水看看变化。


大部分传统电池让电子保持一个方向的运动从而产生电流的,蓄电池则可以在外加电压的作用下发生逆向反映。比如铅酸蓄电池在适当的电压下向电池充电,两个极板上将再次生成铅和二氧化铅。而中学学过的很多生成氢气的电解反应过程中,氢气就很难回到电解液中。现代电池使用各种化学物质为反应提供能量。典型的化学电池包括:


锌碳电池——(也称为标准碳电池)所有廉价的AA型、C型和D型干电池均使用锌碳化学物质。电极为锌和碳,两极之间采用酸性糊状液体作为电解液。


碱性电池——用于常见的Duracell(金霸王)和Energizer(劲量)电池,电极为锌和二氧化锰,并使用碱性电解液。


照相机锂电池——照相机中的电池使用锂、碘化锂和碘化铅,因为它们能够提供电涌保护。


铅酸电池——用于汽车,电极为铅和二氧化铅,并使用强酸电解液(可充电)。


镍镉电池——电极为氢氧化镍和镉,并使用氢氧化钾作为电解液(可充电)。


镍金属氢化物电池——此类电池将很快取代镍镉电池,因为前者不存在记忆效应,而后者却存在(可充电)。


锂离子电池——由于具备极佳的功率重量比,因此此类电池通常用于高端笔记本电脑和手机(可充电)。


锌空气电池——此类电池重量轻,并可以充电。


锌汞电池——此类电池通常用于助听器。


锌银电池——由于具备良好的功率重量比,因此此类电池用于特种航天设备。


金属氯化物电池——此类电池用于电动车。


在使用电池的设备中因为需要的电压和电流不同,我们不可能只使用单个电池,通常需要将电池单元串联在一起形成更高的电压,或将其并联在一起形成更高的电流。下图显示了这两种结构:



电池的并联和串联


上面四个电池是并联,如果每个电池单元生成1.5伏电压,四个并联后电压也是1.5V,但提供的电流却为单个电池单元的四倍。下面的四个电池是串联,这样连接后将产生6V电压,能提供的电流和单个电池一样。


当你买电池时,包装上会显示电池的额定电压和额定电流。比如老式数码相机使用四节镍镉电池,每个电池单元的额定电压为1.25伏,额定电流为500毫安时,额定毫安时表示电池里的电量,也就是可以提供电子的总数。您可以将额定的毫安时划分为多种不同的形式,一个500毫安时的电池可以在100小时内生成5mA电流,在50小时内生成10mA电流、在20小时内生成25mA电流,或(在理论上)在1小时内生成500毫安电流,甚至在30分钟内生成1A电流。


但电池并不具备如此高的线性。首先,所有电池都有一个额定的最大电流—一个500毫安时的电池无法在1秒内生成30,000毫安电流,原因是该电池的化学反应无法在如此短的时间内发生,并且在更高的电流强度下,电池会生成大量热量,从而损失了某些能量。此外,在极低的电流强度下,许多化学电池的寿命可能会比预期的寿命长或短。但在通常的使用范围内,可以对额定毫安时进行一定程度的线性划分。使用额定的毫安时,可以粗略估计电池在给定负载下的持续供电时间。


如果将四个1.25伏、500毫安时的电池串联在一起,则最终的电压为5伏(1.25x4),电流为500毫安时;如果将这四个电池并联在一起,则最终的电压将为1.25伏,电流为2,000(500x4)毫安时。


您是否见过9V电池的内部结构?



9V电池内部结构


9V电池实际是有6个首尾相接的1.5V小电池组成的。


编辑总结:


电容是电子设备中的重要元件,在电源中也是如此,电池和电容都有储能的功能,而相比较来说,电池储能的密度远远大于电容(几万倍?)


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