登陆注册
28664600000012

第12章 电路

电子的定向运动形成了电流,那么电子在电路中是怎样做定向运动的呢?

有些人看到一拉开关电灯就亮,认为是发电厂的电子在拉开关的瞬间飞速地跑到了电灯上,也有些人认为电子可能是在电路中一个顶一个地做“顶牛接力”,推倒第一个电子时,其他电子就接连不断地被推倒。这些猜想虽然都有一定的道理,但是都不对,电子在电路中究竟是怎样运动呢?为了说明这个问题,我们先来了解一下阅兵的场面。

阅兵开始前,队伍在大街上静静地等候着。当总指挥一声令下,阅兵仪式开始,队伍中的每个人听到了命令,都动了起来,整个队伍就开始前进了。电子在电路中的运动就好像阅兵的队伍一样。

闭合开关,接通电路,这就像阅兵队伍的总指挥一声号令,整个电路上各处的电子都很听话,几乎同时开始向正极前进,形成了电流,电灯亮了。号令传播的速度跟光速相同,都是300000千米/秒,这是一个相当高的速度。

应该说明的是,电子开始前进是很及时的,但是前进的步伐却很缓慢。例如,在直径约2毫米的铜导线上,若通过10安培的电流,这时电子定向前进的平均速度只有0.02厘米/秒。按照这个速度前进,电子定向移动1厘米,大约需要45秒!

电阻与我们的日常生活关系紧密,只是我们很少去注意它。

早晨起来,我们打开收音机听新闻广播,调节音量时实际上就是调节电位器的电阻;晚间看电视,电视机的亮度、黑白对比度及音量的控制也都是通过转动电位器,改变电阻的大小,从而改变电流的大小而实现的,电流大,喇叭声响,荧光屏亮。

我们外出乘电车,电车上也要用电阻。无轨电车是依靠直流电动机驱动的,电动机通过调节电阻的大小来改变电流,从而改变电动机的转速,达到调节车速的目的。电车司机就是用脚踏的轻重不同来控制自动开关,改变电阻的大小,控制车速的。

电阻家族中的成员很多,大小、构造、模样一般都不相同,而且随着科学的发展,又不断出现一些新型的电阻。

绝缘体是如何变导体的呢?让我们来看看这个实验。首先,拿来一只废旧的白炽灯泡,小心地敲击灯泡的玻璃外壳,留下里面的玻璃柱和两根铜丝,并且把两根铜丝接入电路。开始时电路中的灯泡不亮,因为两根铜丝与玻璃柱相连,而玻璃是不导电的绝缘体。再拿一只酒精灯,给玻璃柱加热。过了一会儿,灯泡亮了。大家都很惊奇,为什么酒精灯能点亮电灯呢?

我们都知道,玻璃是绝缘体,因此,用它连接电路当然不会通过电流,灯泡不会亮。

可是,绝缘体并不总是不导电的,在一定的条件下,绝缘体也可以变成导体。在加热的情况下玻璃就变成导体,所以灯泡就亮了。绝缘体变成导体的情况还有很多,例如,在高电压下,原来绝缘的空气、橡胶、塑料、干木材等都会变成导体。所以,高压变压器附近是不允许人们靠近的,以免触电。纯水是绝缘的,但是,水中若掺有杂质后也就能导电了。

由于绝缘体在一定的情况下会变成导体,所以我们一定要警惕这些随时可能发生变化的物体,以免造成伤害。

我们经常要用到干电池,干电池是有一定的寿命的,用了一段时间以后就不能再用。如果我们想想办法,能不能让干电池复活呢?

首先,让我们解剖一个干电池,看看它的构造吧。干电池有两个电极,一个是正极,就是立在圆筒中央的碳棒,它的顶端有一个小铜帽;一个是负极,就是用锌做成的圆筒。锌筒的内壁衬着氯化锌溶液和淀粉混合做成的糊状物。在碳棒和糊状物之间,装有用氯化铵溶液喷湿过的二氧化锰和碳粉的混合物。

当碳棒和锌浸在氯化锌溶液中时,在电极与氯化锌之间就进行着化学反应。结果使碳棒带正电,成为正极,锌筒带负电,成为负极,也就是说,化学反应就像电子泵一样,把碳棒上的电子搬到锌筒上,这样,碳棒缺少电子而带正电,锌筒多了电子而带负电,两个电极之间就有了电压。如果用导线把一个小灯泡与两个电极相连,小灯泡就会发亮。只要化学反应不停止,电流就可以持续下去。如果化学反应进行完了,电源就失去作用了,也就没有电流了。一般手电筒常用的电池叫一号电池,如果电路上接5欧姆的电阻,每天连续放电30分钟,可用850分钟。

从以上的文字我们可以看出,干电池不能进行化学反应的主要原因是电糊干了,氯化铵不能与锌继续起作用或者是由于氯化铵少了的缘故。针对这个原因,我们可以让电池再复活。办法是:在干电池的底部用铁钉打两个小孔,孔要打在靠锌皮的地方,深度要超过电池高度的2/3以上。在小孔内分别灌入氯化铵饱和溶液,如果没有氯化铵,可用普通食盐。饱和溶液的制法是,取一杯热水,渐渐加入氯化铵或食盐,不断地搅拌,待杯底有一些沉淀而且不再溶化了,就停止加氯化铵或食盐。放置24小时以后,上面澄清的水就是饱和溶液。然后将该溶液注入小孔内,一直到注不进去为止,最后用熔化的蜡封住两个小孔,干电池就复活了,用它可使小灯泡重放光明。

这种干电池复活的方法虽然从经济上讲价值不大,但是当干电池不能用时,我们自己用简单的方法使它重新复活,的确是一件很有趣味的事情。需要注意的是,一节干电池用这种方法复活一般只能重复进行二三次,次数多了就不起作用了。

电池是一个大家庭,这个大家庭有许多的成员。尽管种类繁多,但总的说来,可以分为化学电池和物理电池两大类。化学电池主要包括干电池、蓄电池、燃料电池、微生物电池等等,物理电池有太阳能电池和放射性同位素电池两种。

很多人可能都在电视上看过宇航员在宇宙飞船里喝水的情景,但可能没有人想到宇航员喝的水是由一种特殊的电池提供的,这种电池就是燃料电池。

我们知道,一般电池由正极、负极和电解液三部分构成,燃料电池也是如此。通常燃料电池以氢、甲醇、甲烷、甲醛作为燃料,用氧气、空气、双氧水作为氧化剂,燃料和氧化剂通过催化剂的作用,在两个电极上分别发生氧化和还原反应。如果在飞船上采用氢氧燃料电池,氢就会在电极上氧化生成水,供宇航员饮用,从而大大减少飞船携带水的数量。可见,燃料电池既提供电能又提供饮水,真是一举两得。

燃料电池与其他电池或一般发电方式比较,它最大的特点就是效率高,此外,它还具有无噪声、少污染的优点。因为燃料和氧化剂都是从电池的外面连续地往里输送,故它不需要充电再生;它的功率范围大,可以从几十毫瓦到几万千瓦。由于燃料电池具有很多的优点,所以燃料电池现在已被广泛地应用到宇宙航行的通信设备、潜艇以及无人照顾的场合,像航标、气象站等地方。

放射性同位素能放出各种射线,如α、β、γ射线,并放出大量的热量。人们把这种热能转变成电能或把射线作用于某些物质转变成荧光,再使荧光作用于硅光电池产生电流,这样就做成了放射性同位素电池,即核电池。

核电池的可靠性很高,工作寿命可达5~10年,目前人们正在设计能工作15~20年的核电池。核电池还可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作,例如,它不怕月球表面127℃~183℃高温的变化,也不怕深海下的高压和腐蚀。正因为如此,人造卫星、空间探测器以及高寒山区、远海孤岛等地方,核电池备受青睐。

在密闭的宇宙飞舱里,必须处理宇航员排出的尿。美国为此设计了一个巧妙的方案:用一种芽孢杆菌来处理人尿,使人尿生产出氨气,氨作为电极活性物质在铂电极上发生电极反应,这样就构成了微生物电池,亦称生物化学电池。一个人一天排出的尿,可获得47瓦的电力。这样既处理了尿液,又获得了电,在宇宙飞行中,真是一个两全其美的事情。

近几年来,日本研制成功一种比纸还薄的超薄电池,为电子计算机及电子手表的微型化开辟了美好的前景。这种电池的大小为4平方毫米,厚度仅0.034毫米,大约是头发直径的一半左右。超薄电池可以重复充放电2000多次,每次充电后可使用200~300小时,而且提供的电压基本稳定在2.5伏。它可贴在太阳能电池的里层,白天利用太阳能电池充电,晚上向太阳能电池放电,可以说是一种“永久性”的电池。

随着电子化技术的发展,研制体积更小、寿命更长、适应性更强、能量更大的电池,是今后的重要课题。

同类推荐
热门推荐
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 人生路上十七年

    人生路上十七年

    根据真实内容改编。淮安,X市十七中学霸一枚,为人大方,长相漂亮,办事利落干净。
  • 凤妃

    凤妃

    “放心,即使你死了,这三宫六院,我也会给你留有一席之地!”深深宫廷,一场宫变让她成为戴罪之身,一把匕首将她一腔爱恋粉碎,而他只是淡眸冷漠的扫过匕首处的鲜血四溅……三年后,她再夺荣宠,所有背弃她的人,全要死!!
  • 是我那样喜欢你

    是我那样喜欢你

    后来有人问江东青为什么拼了命也要护着许茸他说,只有她对自己那样好后来有人问任修钰为什么不顾一切的也要娶许茸他说,因为她刚刚好是那个对于他来说独一无二的人后来有人问许茸为什么要对江东青那么好许茸说因为不想他一辈子的那么孤独
  • 记忆为零

    记忆为零

    我寻找着自己曾经走过的路,直到一切梦醒,却重新步入迷途。一切的尘埃落定,定若悲剧的收场么?不同的人,不同的故事,相似的结局……
  • 沐雨晨阳

    沐雨晨阳

    人生有无数次选择的机会,如果再来一次,我选择的是---
  • 五蕴皆空

    五蕴皆空

    色不异空,空不异色;色即是空,空即是色。受想行识,亦复如是!
  • 红颜笑浮生

    红颜笑浮生

    她满怀期待的嫁给他,原以为,她会母仪天下,却不曾想,他却爱上了另一个女子,把她深深逼宫,让她交出凤印。她的双膝早已血肉模糊,而他却没有一丝怜悯,却道“来人,地上再倒满玻璃渣。”大雪还在下着,梅花已经开了,你的承诺终是成了谎话。微风还在,阳光正好,伊人却已不复。
  • 第一楼主的太子妻

    第一楼主的太子妻

    本是西凉女国的太子,武艺非凡,曾经统领三军,对抗辽军,却在西凉的判乱中失意,流落异国,沦为奴隶,让人送给天下第一楼的楼主夜星晨,却因惊世的容颜,过人的智慧和武艺,引起天下第一楼主夜星辰,以及辽国北院大王萧清珏和大宋青王这三个称霸一方的奇男子的注意,成为几人争夺的对象。
  • 运动养生金处方

    运动养生金处方

    本书针对不同的人群,从日常生活中的方方面面讲述了进行科学运动的方法,既节省了你的宝贵时间,又可以为你节省大笔用于治疗疾病上的金钱,使你的身体更健康。