電池原理的理解

2021-01-19 格瑞特資訊

想弄明白電池工作原理先要了解物質的構成和庫侖定律,我們都知道物質是由分子或者原子直接構成,因為分子是由原子構成,也可以說物質是由原子構成的。那麼原子是由什麼構成的呢?原子是由原子核與核外電子構成,核外電子帶負電,原子核帶正電。我們還知道原子核由質子與中子構成,質子帶正電,中子不帶電。質子所帶正電與核外電子所有帶負電電性相反,電量相等,所以在原子核外電子不多不少的情況下物質呈電中性,也就是我們平常所說的不帶電。
正負電荷之間的關係是怎樣的呢?1785年法國科學家庫侖由實驗得出,真空中兩個靜止的點電荷之間的相互作用力同它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上,同名電荷相斥,異名電荷相吸。 到此理解電池工作原理的邏輯基礎就具備了。電池是我們日常必備品,無論是手機還是其它的家用電器經常會用到並不陌生。電池分正負極,正極就是正電荷聚集的地方,負極就是負電荷聚集的地方。那有人就開始有疑問了,既然正負電荷互相吸引,那負極的電子為什麼不往正極跑呢?不是不想去,而是去不了,因為啥呢?電池內部有一個機制,這個機制就是把正負電荷分開,把正電荷送往正極,把負電荷送往負極。而根據庫侖定律,正負電荷不願意分開啊,他們之間有吸引力,這就需要額外的力,正負電荷之間的吸引力叫做靜電力,而克服這個靜電力的力我們就叫做非靜電力。克服非靜電力要做功,我們就把非靜電力所做的功叫做電動勢。當我們用萬用表測量電池兩端電壓時,測得的這個值其實就是電池的電動勢。這個機制呢,有的時候是化學能,有的時候可以是太陽能,有的時候可以是變化的磁通,有的時候兩種物質相互接觸也可以產生。我們來簡單分析一下這個手電筒電路,看電池是怎麼工作的。當開關S合上的時候,正電荷就從正極出發通過導線、開關S、燈泡、導線、電阻R、導線,來到電池的負極。剛到電池的負極還沒來的及高興就被電池內部的機制拽走送往正極,到了正極如果開關是閉合的就又往負極走。如此循環往復。燈泡就處在一直亮的狀態。
開關合上,為什么正電荷就會沿著導線通過燈泡往負極走呢?電池內部有一個機制把正負電荷分開,但是在電池的外部也就是在電池所在的迴路中沒有這個機制。在沒有機制的迴路中,電荷要遵循它的天性,它的天性就是只要有通道它就願意往異性電荷那裡去。當開關S合上後通道建立,正電荷高興的離開電池的負極,通過導線,通過開關,通過燈泡、通過電阻、越過重重阻力也要去往負極,樂此不疲,這就是它的天性。到了負極它不願意走,不願走也不行,機制在哪呢,要被迫去往正極,去也不願去,那頭也不願接收,排斥啊,即使這樣那個機制也要把你弄過去。到了正極,如果開關是閉合的就又開始一個回合,如此循環不止。
每當正電荷循環一周在電池內部都會留下點垃圾,這垃圾會使得電池內阻加大。這就是為什麼電池用久了,燈泡會不亮,因為提供不了燈泡能亮的電流了。但這個時候電動勢依舊在,用萬用表一測便知。


以下連結是張立新發表在國家級期刊《中國電梯》上的部分文章:

1、格瑞特資訊II張立新:《中國電梯》第五百期紀念特刊--值得珍藏的一期

2、電梯邏輯程序模塊化方案(《中國電梯》2002年第9期)

3、歷經百年還在使用的哈爾濱老電梯 (《中國電梯》2015 年第 4期)

4、學習電梯電氣原理的「5串糖葫蘆法」--電梯控制模型的建立

5、三位一體培養電梯維保人才(《中國電梯》2015年 第6期)

6、電梯漫談(《中國電梯》2015年第 14期)

7、電磁感應定律的應用——學習電梯電氣原理的「5串糖葫蘆法」(《中國電梯》2016年第8期)

8、電動機與人生(《中國電梯》2016 年第18期)

9、學習電梯電氣原理的「五串糖葫蘆法」—脈寬調製的應用(《中國電梯》2016年第 22期)

10、格瑞特資訊ll張立新:從心做起成就偉業(《中國電梯》2019年第20期)

11、格瑞特資訊ll張立新:5串糖葫蘆之4-電梯的自動控制(《中國電梯》2019年第22期)

12、校企戮力育新苗--「林甸技校與格瑞特電梯聯合培養的第一期電梯維修 人才班開課」有感一文刊載於《中國電梯》

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