电池世界 - 第 1 部分
2019 年诺贝尔化学奖因开发锂离子电池的设计而获得。 与诺贝尔委员会的其他一些裁决不同，这一裁决并不令人意外——恰恰相反。 锂离子电池为智能手机、笔记本电脑、便携式电动工具甚至电动汽车提供动力。 三位科学家 John Goodenough、Stanley Whittingham 和 Akira Yoshino 理所当然地获得了文凭、金牌和 9 万瑞典克朗的分发。
您可以在我们的化学循环的上一期中阅读更多关于获奖理由的信息——文章本身以宣布更详细地介绍电池和电池问题而告终。 是时候兑现你的承诺了。
首先，对命名错误的简要说明。
链接 这是唯一产生电压的电路。
电池 由正确连接的单元组成。 目标是增加电压、电容（可以从系统中获取的能量）或两者兼而有之。
电池 它是可以在电量耗尽时充电的电池或电池。 并非每个芯片都具有这些特性——许多是一次性的。 在日常用语中，前两个术语经常互换使用（本文中也会出现这种情况），但必须注意它们之间的区别（1）。
1. 由电池组成的电池。
在过去的几十年里，电池并没有被发明出来，它们的历史要长得多。 您可能已经听说过这种体验 加瓦涅戈 i 伏特 在 XNUMX 世纪和 XNUMX 世纪之交，这标志着在物理和化学中开始使用电流。 然而，电池的历史开始得更早。 那是很久以前 …
...在巴格达很长时间
1936年德国考古学家 威廉·柯尼希 在巴格达附近发现了一个可追溯到公元前 XNUMX 世纪的陶器。鉴于幼发拉底河和底格里斯河上的文明繁荣了数千年，这一发现似乎并不罕见。
然而，容器里的东西是神秘的：一卷生锈的铜板、一根铁棒和天然树脂的残余物。 Koenig 对这件神器的用途感到困惑，直到他想起参观了巴格达的珠宝商胡同。 当地工匠使用类似的设计来用贵金属覆盖铜产品。 它是一个古老的电池的想法并没有让其他考古学家相信当时没有电的证据幸存下来。
那么（这就是这个发现的名称）这是一个真实的事物还是来自 1001 个夜晚的童话故事？ 让实验决定。
你需要： 铜板、铁钉和醋（请注意，所有这些材料在古代都是已知的并且广泛使用）。 更换树脂以密封容器并用橡皮泥代替它作为绝缘材料。
在烧杯或烧瓶中进行实验，尽管使用陶器花瓶会给测试带来真实的味道。 使用砂纸清洁金属表面的斑块并将电线连接到它们。
将铜板卷成卷，放入容器中，将钉子插入卷中。 使用橡皮泥固定板和钉子，使它们不会相互接触 (2)。 将醋（约 5% 的溶液）倒入容器中，并使用万用表测量连接到铜板和铁钉的电线末端之间的电压。 设置仪器以测量直流电流。 哪个极是电压源的“正”，哪个是“负”？
2. 巴格达电池的现代副本草图。
仪表显示 0,5-0,7 V，因此 Baghdad 电池正在工作！ 请注意，系统的正极是铜，负极是铁（只有一种接线方式的接线端子显示为正电压值）。 可以从建造的副本中产生电力以用于有用的工作吗？ 是的，但是多做一些型号，把它们串联起来，增加电压。 LED 需要大约 3 伏的电压 - 如果您从电池中获得那么多电压，LED 就会亮起。
巴格达电池多次测试其为小型设备供电的能力。 几年前，邪教节目 MythBusters 的作者进行了类似的实验。 流言终结者（你还记得亚当和杰米吗？）也得出结论，该结构可以用作古代电池。
那么人类与电的冒险是在两年前开始的吗？ 是和不是。 是的，因为即使那样也可以设计电源。 不，因为这项发明并没有普及——当时和未来的许多世纪都没有人需要它。
联系？ 这很简单！
彻底清洁金属板或电线、铝、铁等表面。 将两种不同金属的样品放入多汁的水果中（这将促进电流流动），这样它们就不会相互接触。 将万用表夹连接到伸出水果的电线末端，并读取它们之间的电压。 更改使用的金属类型（以及水果）并继续尝试 (3)。
3.水果电池（铝和铜电极）。
在所有情况下都创建了链接。 测得的电压值因实验所采用的金属和水果而异。 将水果电池组合成电池可以让您使用它为小型电子设备供电（在这种情况下，它需要少量电流，您可以从您的设计中获得）。
将伸出极端果实的电线末端连接到电线，然后将这些电线连接到 LED 的末端。 一旦你把电池的电极接到二极管相应的“端子”上，电压超过一定的阈值，二极管就会亮起来（不同颜色的二极管初始电压不同，但3伏左右就足够了)。
一个同样吸引人的电源是电子手表——它可以使用“水果电池”长时间运行（尽管很大程度上取决于手表的型号）。
蔬菜绝不逊色于水果，还可以让你用它们制造电池。 因为？ 取一些泡菜和适量的铜和铝板或电线（您可以用钢钉代替它们，但您会从单个链接中获得较低的电压）。 组装电池，当你用它从音乐盒给集成电路供电时，黄瓜合唱团就会唱歌！
为什么是黄瓜？ Konstantin Ildefons Galchinsky 辩称：“如果黄瓜在任何时候都不会唱歌，那么他很可能看不到天意。” 事实证明，化学家可以做连诗人都做梦也想不到的事情。
比瓦科夫电池
在紧急情况下，您可以自己设计电池并用它为 LED 供电。 诚然，光线会很暗，但总比没有好。
你需要什么？ 当然，二极管，还有冰块托盘、铜线和钢钉或螺钉（金属需要清洁其表面以促进电流流动）。 将金属丝切成碎片，并用碎片的一端缠绕螺钉或钉子的头部。 以这种方式制作几个钢铜布局（8-10应该足够了）。
将潮湿的土壤倒入模具的凹槽中（您可以另外撒上盐水，这会降低电阻）。 现在将您的结构插入空腔：螺钉或钉子应进入一个孔，铜线进入另一个孔。 放置下一个，使钢与铜在同一个空腔中（金属不能相互接触）。 整体形成一个系列：钢-铜-钢-铜等。以这样的方式排列元素，使第一个和最后一个空腔（唯一包含单个金属的空腔）彼此相邻。
高潮来了。
将二极管的一条腿插入该行的第一个凹槽中，将另一条腿插入最后一个凹槽中。 它在发光吗？
如果是这样，恭喜（4）！ 如果没有，请查找错误。 与传统灯泡不同，LED 二极管必须具有极性连接（您知道哪种金属是电池的“正极”，哪种金属是“负极”吗？）。 将腿向与地面相反的方向插入就足够了。 其他故障原因是电压过低（最低 3 伏）、开路或短路。
4.“接地电池”在运行。
在第一种情况下，增加组件的数量。 其次，检查金属之间的连接（同时密封它们周围的地面）。 在第三种情况下，确保铜和钢的末端不会在地下相互接触，并且润湿它的土壤或砂浆不会连接相邻的坑。
用“地球电池”做的实验很有趣，它证明了电力几乎可以从无到有。 即使您不必使用建筑结构，您也总能以 MacGyver 式的技能（可能只有高级技术人员记得）或生存大师给度假者留下深刻印象。
细胞是如何工作的？
浸入导电溶液（电解质）中的金属（电极）从中充电。 最少量的阳离子进入溶液，而电子留在金属中。 溶液中有多少离子以及金属中有多少过剩电子取决于金属的类型、溶液、温度和许多其他因素。 如果将两种不同的金属浸入电解质中，由于电子数量不同，它们之间会产生电压。 当用导线连接电极时，来自电子数量较多的金属（负电极，即电池阳极）的电子将开始流入数量较少的金属（正电极 - 阴极）。 当然，在电池运行期间，必须保持平衡：来自阳极的金属阳离子进入溶液，而输送至阴极的电子与周围的离子发生反应。 整个电路由提供离子传输的电解质闭合。 流过导体的电子能量可用于有用的功。
