初中电池基础知识
导体和绝缘体
有的物体容易导电,有的物体不容易导电。硬币、铅笔心容易导电,接入硬币、铅笔心时、小灯泡丝中有电流企过,小灯泡发光。橡皮、塑料尺不容易导电,接入橡皮、塑料尺时,小灯泡丝中没有电流或者电流很小,小灯泡不发光。容易导电的物体叫做导体。
金属、石墨、人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液等都是导休,不容易导电的物体叫做绝缘体。橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等都是绝缘体。好的身体和绝缘体都是重要的电工材料,电线电线芯线用金属来做,因为金属是导体,容易导电;电线芯线外面包上一层橡胶或塑料,因为它们是绝缘体,能够防止漏电。图4-11表示各种物体的导电和绝缘能力的排列顺序,可见导体和绝缘体之间并没有绝对的界限。而且在一般情况下,不容易导电的物作当条件改变时就可能导电。例如,玻璃是相当好的绝缘体,但如果给玻璃加热,使它达到红炽状态,它就变成导体了(图4-12)。
为什么导体容易导电,绝缘体不容易导电呢?原来,在绝缘体中,电荷几乎都束缚在原子的范围之内,不能自由移动,也就是说,电荷不能从绝缘体的一个地方移动到另外一个地方,所以绝缘体不容导电。相反,导体动到另外的地方,所以导体容易导电。金属是最重要的导休。在金属导体中,部分电子可以脱离开原子核的束缚而在金属内部自由移动,这种电子叫做自由电子。金属导电,靠的就是自由电子,金属中的电流是带负电自由电子发生定向移动形成的。根据电流方向的规定知道,金属中的电流方向跟自由电子向相反。
电路和电路图
什么是电路?
电灯、用铃、电风扇、电视机等用电来工作电器,怎样才能使用电器工作呢?
这个问题太简单了!合上开关,电灯就亮,电铃就响了,电风扇的叶片就转起来了,电视机屏上的画面就显示出来了……难道还需要什么知识吗?需要的!如果你想懂得这里面的道理,就要学习连接电路的知识.
在前面图4-6所示的实验中,已经连成一个最简单的电路。一般的电路都要比它复杂。但是,不论简单和复杂,组成电路总离不开电源、开关和导线所谓电路,就是把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流的路径。
首先必须有电源。没有电源,电路中不会有持续电流,这在这前面已经讲过了。
用导线把用电器与电原连接起来,用电器就能工作但是,电灯不能总是亮着,电铃不能一直响着,为了能够控制用电器的工作,电路还要安装开关,图4-15是几种常用的开关。合上开关,电路接通,电路中就有了电流接通的电路叫做通路(4-16甲),如果电路中某处断开了,例如打开开关,电路中就没有电流了,断开的电路叫做开路(图4-16乙)。直接把导线接在电源上,电路中会有很大的电流,可能把电源烧坏,这是不允许的,这种情况叫做短路(图4-16丙)。
电路图图4-17的上图是一种门铃的电路。电铃装在室内,电源装在地板下面,门铃开关装在门外。这个电路中各个元件是怎样连接的,初学者往往不容易一眼就看出来。可是,如果用符号把电路连接情况表示出来,如图4-17的下图,那么,即便是初学者,也易于认识电路中的各个元件是如何连接的,用符号表示电路连接图,叫做电路图,电路图中用统一规定的符号来代表电路中的各种元件(图4-18)。
电路图可以方便地画出,而且使人们比较容易地看清电路中各个元件的连接情况,在电学以及有关技术资料中使用很广泛。我们应该学会看电路图,还要学会根据电路图来实际连接电路。
串联电路和并联电路
按图4-19那样,把两只小灯泡,顺次连接在电路里,一只灯泡亮时另一只也亮。像这样把元件逐个顺次连接起来,就组成了串联电路。在串联电路中通过一个元件的电流同时也通过另一个。
要求两只灯泡可以各自开和关,互不影响,可以按图4-20那样,把两只灯泡并列地接在电路中,并各自安装一个开关。像这样把元件并列地连接起来,就组成了并联电路。图4-20所示的并联电路中,干路的电流在分支处分成两部分,一部分流过第一条支路中的元件。另一部分流过第二条支路中的元件。
串联电路和并联电路是最基本的电路,它们的实际应用非常普遍。市场上,出售的一种装饰用小彩灯,经常被用来装饰店堂、居室,烘托欢乐的气氛,其中的几十只彩色小灯泡就是串联的(图4-21)。
每当国庆节的夜晚,首都北京的天安门以及高大建筑物,都要用成千只灯泡装点起来(参见彩图4),点亮的灯泡映出建筑物的轮廓,显得美丽、壮观、这些灯泡都是非联的。在我们的家庭中,像电灯、电风扇、电冰箱、电视机等用电器都是并联在电路中的(图4-22).
图4-23是一个简化了的电冰箱的电路图.学习了串联和并联电路的知识,你能看懂这个电路图吗?电路图中的灯泡L与电动机M是串联的还是并联的?
有了串联电路和并联电路的知识,你就可以根据实际需要来连接电路了.如果要使几个电器总是同时工作(只要有一个开路,其他的就停止工作),可以把它们串联在电路中,如果要求几个用电器可以分别控制,就成该那它们并联在中路中,并且分别装上开关.
第七节实验:组成串联电路和并联电路
[目的]学会串联电路的连接方法.
[器材]两只小灯泡,一个电铃.三个开关,两个电池(或其他电源),若干条导线.电池(或其他电源),若干条导线。
[步骤]
组成串联电路
l、按照图4-24组成串联电路。连接电路前,先要画好电路图。电路的连接要按照一定的顺序进行;可以从电池的正极开始,依欢连接开关S、灯L1、灯L2、最后连到电池负极;也可以从时地负极开始,依次连接L2、L1、S,最后连到用池正极。注意连接过程中,开关碰该是断开的。
2.经检查电路连接无误后,闭合和断开开关,观察开关控制两只灯泡的情况。
3.把开关s改接到L1和L2之间,闭合和断开断开开关.观察开关控制两只灯泡的情况.
4.把开关S故接到L2和电池负极之间,.团合和断开开关.观察开关控制两只灯泡的情况.
5.一只灯泡和一个电铃串联在电路中再做一次。
6.根据上面的实验回答:在串联电路里,开关可以控制所有用电器,还是只控制其中某个用电器?开关的位置改变了,它的控制作用是否也改变?
组成并联电路
1.按照图4-25组成并联电路。
2.经检查电路连接无误后,把三个开关全部闭合。
3.断开、闭合干路中的开关s,观察它控制灯泡的情况.
4.闭合开关S后,断开、闭合支路中的开关S1,观察它控制电路的情况.
5.闭合开关S后,断开、团合支路中的开关S2.观察它控制电路的情况.
6.根据上面的实验回答:在并联电路里,干路开关和支路开关的控制作用各是什么?
试验一,用自制滑动变阻器 控制小灯泡的亮度
用木板、图钉、薄铁片、细铜丝(或细铁丝)、小木块央等,按照图7-14做一个电池夹和一只小灯泡座.
用小刀将铅笔剖成两半,留下附着铅笔心的那一半.在铅笔心的一端接一根导线(用细线绑紧或用胶布粘住),以便把铅笔心连入电路.用铜线在铅笔上绕几圈,做成一个能紧密接触铅等心又能在铅笔上滑动的铜环,这样就做成了一个滑动变阻器.
用导体把电池、小虾池和自制的变阴器连接起来,观察铜环在铅笔心上滑动时小灯泡亮度的变化.
在用一节干电池的情况下,要选用标有1.2V的小灯泡.
试验二,楼梯电灯开关电路
在楼梯(或楼道)中间安装的电灯,需要在楼梯的上、下两头都能控制它(图4-29甲)当上楼梯时,能用下面的开关S1开灯,人上了楼梯以后,能用上面的开关S2关灯;当下楼梯时,能用S2开灯,用S1关灯。图4-29乙是用两个单刀双掷开关控制一盏灯的电路图。单刀双掷开关的掷刀可以绕轴1转动,或者跟触头2接触或者跟触头3接触。分析一下S1、S2中的任何一个都能开灯、关灯的道理按照图4-29乙所示的电路图,在木板上用电池、小灯泡、两个单刀双掷开关组成电路,并且试验这个电路中的两个开关是不是都能开灯、关灯。如果没有单刀双掷开关,可以采取代替的办法,例如在木板上接三个圈钉分别代替轴1和触头2、3,用一段铜线代替掷万,接在1、2间,或置接在1、3间。
阅读材料,新型电池
在这一章中提到的干电池、蓄电池,它们的应用已有100多年的历史,在人类生产和生活中发挥了重要作用。虽然它们的性能在不断提高,但是仍满足不了科学技术飞速发展的需要,因此,近年来新型电池不断出现氧化银电池是一种质量小、容量大的电池,大量用在电子表、导弹和人造卫星上。图4-27是一种钮扣式氧化银电池,它的正极是氧化银,负权是锌,所以又叫锌银扣式电池。
燃料电池是一种能量转换率高、无污染、可大量供电的新型电池。最普通的一种燃料电池是氧-氢燃料电池,它把燃料转化为氢气,然后与空气中的氧气分别在电解波的两极发生氧化和还原反应,产生电能。目前,燃料电地已有应用,但还有些技术问题有待改进,尚未广泛使用。
光电池是一种将光能转化为电能的电池。硅光电池(图4-28)是一种典型的光电池。它的主要部分用硅制成。这种电池性能稳定,使用寿命长,已广泛用到电子计算器、收音机、玩具等方面,在人造卫星和其他太空仪器上常用硅光电池作为电源。由于目前光电池的成本高,而且能量转换效率较低,限制了它的应用范围。
原子电池是一种把核能直接转化为电能的电池。它是在光电池表面涂上一层能够放出射线的物质(放射性物质),用这些射线代替光来产生电流,它已在医疗、科技方面得到应用。