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      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造

      發布時間:2022-07-05 12:28:18 閱讀次數:

      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      盒子里的密探
      現代社會,很多東西都需要電池才能使用,比如遙控器、電動車、鬧鐘,以及一些大型設備等。
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      各種型號的電池
      而針對不同的設備,所需要的電池類型不同,其續航時間也不同。
       
      美國在上世紀70年代先后發射的旅行者1號和旅行者2號,至今還在太空中運行,由于它們的任務會和太陽漸行漸遠,所以并沒有安裝太陽能帆板,而是采用的電池。
       
      算下來,它們的電池已經用了40多年了,你們知道用的是什么電池嗎?
       
      這個大家可能很少聽說,用到的是核能驅動的電池,其中的放射性元素就是钚。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      核電池
      由于元素具有半衰期,所以當钚耗盡時,可能就是探測器罷工的時候了。
       
      但是,這還不是世界上持續時間最長的電池,咱們今天要了解的牛津電鈴,已經持續放電180多年,并且響鈴100億次了,不過奇怪的是,人類至今卻不知其電池構造。
      牛津電鈴的180多年
      這個電鈴現在就擺放在,英國牛津大學克拉倫登實驗室門廳的架子上,第一眼看上去,它就是一個普通的實驗裝置。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      克拉倫登實驗室
      但是神奇的是,這個被罩在雙層玻璃中的電鈴,竟然已經持響了180多年了,幾乎很少有實驗會持續這么長的事件。
       
      據記載,這個電鈴是在1840年,由牛津大學物理學教授羅伯特·沃克,從儀器制造商沃特金和希爾那買回來的。
       
      至今那個玻璃罩都沒有被人打開過,就這樣任它工作到現在。
       
      不過值得注意的是,據可查資料顯示,這個電鈴的壽命可能還更長,因為它或許在1825年時就已經被制造出來了。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      牛津電鈴
      如果從制造出來那一天起,它就開始持續響鈴的話,那截至2022年,它已經響了197年了,這簡直是不可思議。
       
      牛津電鈴的構造
      從外表上看,牛津電鈴的裝置確實不難,在絕對隔絕空氣的環境中,其中有兩個干電池,它們組成串聯的電堆。
       
      在兩塊電池中間,懸掛著一根絲線,上面吊著一個直徑為4毫米的金屬球。
       
      而電池的末端都是一個半球形的黃銅鈴鐺,而金屬球就位于兩個鈴鐺之間。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      金屬球和鈴鐺
       
      三者之間僅有一點縫隙,而這個電鈴的聲音,就是依靠金屬球在鈴鐺之間來回擺動,以此敲打鈴鐺起到打鈴的效果。
       
      我們很難想象它是如何做到,持續這么多年來回擺動的。
       
      畢竟在我們看來,電池的耐用性其實就是和使用它的時間成反比,但是至今這一趨勢還沒有怎么在牛津電鈴身上體現出來。
       
      對此,很多科學家們也是一頭霧水,不知道它究竟是如何長時間運作的。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      金屬球在其中來回擺動
       
      對牛津電鈴工作原理的猜測
      金屬球能夠來回擺動,依靠的就是兩塊電池的電力。
       
      簡單來說,就是當金屬球碰到其中一個鈴鐺時,上面就會攜帶正電荷。
       
      由于二者屬于相同的電荷,于是就會產生細微的斥力,使得它被撞擊到另一個鈴鐺上。
       
      此時金屬球身上攜帶的已經是負電荷了,于是它又會被另一邊吸引。
       
      就這樣循環往復,牛津電鈴已經形成了一個2赫茲震蕩的周期。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      大致工作原理
       
      那么關于它是如何運行的,這兩塊干電池是否具有特殊功能,或者其內部的真實結構究竟如何等,我們接下來看看科學家們的猜測。
       
      內部結構是解題關鍵
       
      首先,科學家們只能從電鈴的外觀,進行觀測。
       
      因為自從電鈴拿回牛津大學后,就一直沒有打開過,所以隔絕空氣可能是電池能夠長久工作的原因之一。
       
      我們可以看到,在電池的表面覆蓋了一層硫磺,它的作用就是將空氣隔絕,并且起到絕緣的效果。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      外部厚厚的硫磺
       
      科學家們猜測這個電堆應該是贊博尼電堆,這是由朱塞佩·贊博尼在1812年發明的靜電電池。
       
      它的主要部分就是銀箔、鋅箔等金屬箔和圓盤形狀的紙構成,這種紙的一面涂上了二氧化錳,另一面涂的是硫酸鋅。
       
      將這些東西疊上幾千層,再用帶有端蓋的玻璃管進行壓縮,隨后就可以將其浸入熔融硫絕緣了。
       
      另外這些紙片的電壓為0.8V,由此可見這個其中電池的電壓可以達到幾千伏。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      贊博尼電堆
      盡管它能提供的電流只有納安,但是由于其內阻很大,所以即便短路也不會將其燒毀。
       
      并且金屬球在鈴鐺之間的運動,只會傳遞很小的電流,因此電池的耗電量就會很少,如此才能持續那么長的時間。
       
      但是這僅是科學家們的猜測,因為關于電鈴的詳細說明和細節早已丟失了,所以除了將其拆除,對內部結構進行研究,也沒有別的辦法了。
       
      只不過,現在科學家們不愿意直接拆除電鈴,因為這個實驗已經打破了多個記錄。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      最耐用電池
      不僅成為了史上持續時間最長的實驗,并且也是史上最耐用的電池。
       
      所以,現在只能等到電鈴沒電的那天,才有機會解開謎底了,但還需要多長時間,科學家們也未可知,我們也只能默默期待了。
      電池的發展過程
      那么現在市面上有那么多電池,根據材料的不同,應用的范圍也不同,那么這些電池都經歷了怎樣的發展階段呢?
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      電池不斷發展
       
      現代電池已經過兩百多年的發展歷程,在1800年時,意大利化學家亞歷山德羅首次發明了伏打電堆,這是世界上第一個發電器。
       
      伏打電堆由多層鋅和銀組成,其中間隔浸漬水,是最早的化學電源,不僅為電磁學的發展提供了基礎,而且還開創了電學發展的新時代。
       
      但是此時的伏打電堆不能重復使用,于是在1836年時,因果科學家丹尼爾對其進行改良,將其中的電解液替換成稀硫酸,于是第一個不極化,并且能保持平衡的鋅銅電池就發明出來了。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      伏打電堆
      本著對資源重復利用的想法,法國物理學家普蘭特在1859年,發明了世界上最早可以充電的電池——鉛酸電池。
       
      這個發明就是我們現在所說的蓄電池,為現代汽車引擎的發展,提供了很大的便利。
      由于此前的電池,用的電解液很容易泄露,所以不方便攜帶,所以1887年的時候,英國科學家赫勒森將液態的電解液換成糊狀,這就是最早的干電池。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      可以充電的電池
       
      1890年,愛迪生又在此基礎上進行改進,發明除了可以充電的鐵鎳干電池,將電池的發明又推向一個新的高度。
       
      如今的干電池已經逐漸發展了100多種,它們的功能和原理,其實就和伏打電堆一脈相承。
       
      隨著及時的進步,以及人們的經濟發展,對于電池的使用越來越苛刻了,于是在1980年,古迪納夫發明出了鋰電池。
       
      這類電池可以說是為現代電子產品的發展,奠定了堅持的基礎,鋰電池的體積雖小,但是卻可以提供最高的電壓,密度也比此前的電池更大。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      鋰電池
      我們現在所用的手機、電腦,甚至電動汽車等,都采用了鋰電池。
       
      當然了,現代的電池一直處于發展狀態,每一種電池的發明,或多或少都是為了彌補前一種電池的漏洞。
       
      而鋰電池也具有一定的缺點,因為它使用的電解液是一種十分易燃的有機溶劑。
       
      所以這種電池經常會出現短路,甚至在高溫的時候會導致爆炸的情況。
       
      180多年內,響了100億次的牛津電鈴,人類至今不知其電池內部構造
      電池爆炸
       
      當然這些都是我們可以接觸到的電池,還有一些并不在我們的使用范疇之內,比如核能驅動的電池,因為其帶有的放射性元素會對人體造成危害。
       
      現在這些應用于我們日常生活的電池,一直在持續不斷地發展,或許有一天,我們真的能夠發明出那種,續航能力堪比牛津電鈴的電池。