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      小電池大作用

      2017-06-27 05:47:10文內(nèi)蒙古包頭市第九中學(xué)樊午龍王逸軒
      發(fā)明與創(chuàng)新 2017年26期
      關(guān)鍵詞:鈕扣訂書錫紙

      文內(nèi)蒙古包頭市第九中學(xué) 樊午龍 王逸軒 張 靖

      小電池大作用

      文內(nèi)蒙古包頭市第九中學(xué) 樊午龍 王逸軒 張 靖

      最近我們?cè)诨瘜W(xué)課上學(xué)習(xí)了電解池,物理課上學(xué)習(xí)了磁生電,多種產(chǎn)生電的方式使我們對(duì)電產(chǎn)生了濃厚的興趣。作為生活中最常見的供電裝置,電池更是吸引了我們的目光。我們決定對(duì)電池的功效與回收利用展開研究。

      一、電池概述

      電池指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間,能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置,具有正、負(fù)極之分。隨著科技的進(jìn)步,電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置,如太陽(yáng)能電池。

      電池用作能量來(lái)源時(shí)可以得到具有穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電流、長(zhǎng)時(shí)間供電、不易受外界影響的電流。

      二、實(shí)驗(yàn)探究電池功效

      實(shí)驗(yàn)一

      1.實(shí)驗(yàn)材料

      足量錫紙(口香糖包裝紙),3節(jié)五號(hào)電池,3節(jié)鈕扣電池,隔熱指套,裁紙刀,水,萬(wàn)用表。

      2.實(shí)驗(yàn)過程

      先將錫紙剪成杠鈴形,再將電池裝入制成的紙?zhí)字?,將錫紙兩端光滑面與電池正、負(fù)極相連,可明顯看到中間狹窄部分迅速變黑,冒煙,最終被點(diǎn)燃。實(shí)驗(yàn)后將未燃盡的錫紙放入水中。

      3.實(shí)驗(yàn)原理

      包裝用的錫紙其實(shí)是鋁箔紙,一面是鋁箔,一面是紙。鋁箔能導(dǎo)電,被剪成長(zhǎng)條的鋁箔相當(dāng)于一根電阻很小的導(dǎo)線。鋁箔兩端接入電池正、負(fù)兩極時(shí)有很大的電流通過,鋁箔發(fā)熱,點(diǎn)燃紙片。這是一種電熱現(xiàn)象。

      錫紙的形狀也能影響點(diǎn)火效果。我們進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn),分別是1節(jié)五號(hào)電池、2節(jié)五號(hào)電池、2節(jié)鈕扣電池。錫紙中間部分較窄,電阻較大,在等量的電流下,電阻大的發(fā)熱更多。增加一節(jié)電池時(shí),電壓增加1倍,電流變成原來(lái)的2倍,發(fā)熱量變成原來(lái)的4倍,所以就會(huì)瞬間起火。

      在實(shí)驗(yàn)過程中,有一個(gè)現(xiàn)象讓我們很不解:2節(jié)1.5V電池可以使錫紙迅速點(diǎn)燃,但2節(jié)2V的鈕扣電池接通電路后卻沒有任何現(xiàn)象出現(xiàn),錫紙也沒有發(fā)熱。這是為什么?對(duì)于這個(gè)問題,我們將作進(jìn)一步研究。

      實(shí)驗(yàn)二

      1.實(shí)驗(yàn)材料

      細(xì)導(dǎo)線(裸露),訂書釘,8節(jié)五號(hào)電池,支架,鉛筆,萬(wàn)用表,磁鐵,鑷子,開關(guān)等。

      2.實(shí)驗(yàn)過程

      將兩根導(dǎo)線拉直后平行固定在支架上并繃緊,間距小于1厘米,再把訂書釘左右下端向中間彎折,使之構(gòu)成環(huán)形并套在兩根導(dǎo)線上。

      為使實(shí)驗(yàn)效果更明顯,用鉛筆涂抹導(dǎo)線,減少摩擦,再將并排固定的磁鐵橫置于兩根導(dǎo)線的正下方,將訂書釘放置一端,再將兩根導(dǎo)線的同一端接入12V電路中,連通電路。這時(shí)可以看到訂書釘在軌道上向前加速滑動(dòng),直至飛出導(dǎo)軌。

      3.實(shí)驗(yàn)原理

      訂書釘中的電子通過磁場(chǎng)時(shí)受洛倫茲力的作用,帶動(dòng)訂書釘向前。根據(jù)安培力定義式F=BIL可知,安培力與電流強(qiáng)度成正比,如果將電流成倍增加,也會(huì)產(chǎn)生巨大的作用力。在日常生活中,該原理被廣泛應(yīng)用于制動(dòng)領(lǐng)域,如電動(dòng)汽車、電磁炮等。

      在實(shí)驗(yàn)中,我們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題:訂書釘反復(fù)運(yùn)動(dòng)多次后表面變得粗糙,分別接通兩根導(dǎo)線時(shí)電壓示數(shù)有時(shí)為0,但訂書釘不運(yùn)動(dòng),且與導(dǎo)軌連接處出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。

      我們猜測(cè),可能是由于導(dǎo)軌發(fā)熱使上面涂抹的炭蒸發(fā)了。查詢資料時(shí),我們?cè)诰W(wǎng)上看到一個(gè)視頻,其中演示了對(duì)一根碳棒加高壓時(shí)碳棒大量冒煙后發(fā)光的實(shí)驗(yàn)。而我們的實(shí)驗(yàn)因?yàn)殡妷盒?,只能達(dá)到冒煙的效果。

      實(shí)驗(yàn)過程

      三、實(shí)驗(yàn)感悟

      電池給人們的生活帶來(lái)諸多便利,但若不合理使用,也會(huì)帶來(lái)很多危害。單從我們的實(shí)驗(yàn)來(lái)看,兩節(jié)電池串聯(lián)的電壓就能引燃錫紙,那些被丟棄的電池也很可能引起火災(zāi),所以對(duì)廢棄電池應(yīng)妥善處理。

      廢舊電池“廢則為害,收則為利”。我國(guó)每年電池的廢棄量約兩百多億只,一只一次性電池含二氧化錳20%、鋅25%、碳10%、鐵10%、電解液20%、塑料10%、其他材料5%。按一只一次性電池質(zhì)量為25克計(jì)算,每年廢棄量達(dá)50萬(wàn)噸。如果這些一次性電池全部被回收,粗略估算,則可回收二氧化錳10萬(wàn)噸、鋅12.5萬(wàn)噸、鐵5萬(wàn)噸、塑料5萬(wàn)噸等。

      每年廢棄氫鎳電池產(chǎn)出量約為1.4萬(wàn)噸,折合鎳3 220噸、貯氫材料4 760噸、氧化亞鈷280噸等。

      鋰離子電池含鈷酸鋰34%、碳19%、銅9%、鋁6%、電解液與其他材料32%,每年廢棄鋰電池產(chǎn)生量約為6.75萬(wàn)噸,折合鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰22 950噸、銅6 075噸、鋁4 050噸等。如果能將它們回收利用,既能保護(hù)環(huán)境又能節(jié)約資源。

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