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本帖最后由 twq19810302 于 2022-9-28 15:18 编辑
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% r3 X1 F/ y8 t& n美国在上世纪70年代先后发射的旅行者1号和旅行者2号,至今还在太空中运行,由于它们的任务会和太阳渐行渐远,所以并没有安装太阳能帆板,而是采用的电池。
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算下来,它们的电池已经用了40多年了,你们知道用的是什么电池吗?
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0 L- z8 }- ^1 R+ a6 i7 I这个大家可能很少听说,用到的是核能驱动的电池,其中的放射性元素就是钚。由于元素具有半衰期,所以当钚耗尽时,可能就是探测器罢工的时候了。+ M. d k, h; s3 z! t7 T5 S* [
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但是,这还不是世界上持续时间最长的电池,咱们今天要了解的牛津电铃,已经持续放电180多年,并且响铃100亿次了,不过奇怪的是,人类至今却不知其电池构造。
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牛津电铃的180多年
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这个电铃现在就摆放在,英国牛津大学克拉伦登实验室门厅的架子上,第一眼看上去,它就是一个普通的实验装置。( _. d9 R9 Q+ q. I: e/ R
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" T' ^0 C& |% \ y$ T/ u9 `- y" l) \克拉伦登实验室; j+ @8 h( T4 A7 ?8 a5 h6 K
. h: b- U8 ~7 |" {; b0 E2 \& a e 但是神奇的是,这个被罩在双层玻璃中的电铃,竟然已经持响了180多年了,几乎很少有实验会持续这么长的事件。$ u, I8 [ T& H- ]
- r% c& a; v+ k9 l据记载,这个电铃是在1840年,由牛津大学物理学教授罗伯特·沃克,从仪器制造商沃特金和希尔那买回来的。至今那个玻璃罩都没有被人打开过,就这样任它工作到现在。% H- G) _2 `( r/ W Y0 {
5 v4 |( C$ I) r0 j不过值得注意的是,据可查资料显示,这个电铃的寿命可能还更长,因为它或许在1825年时就已经被制造出来了。
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牛津电铃1 P4 G' {$ |. V, ?! X$ J
如果从制造出来那一天起,它就开始持续响铃的话,那截至2022年,它已经响了197年了,这简直是不可思议。 8 O9 {7 j7 s+ N8 q
牛津电铃的构造7 f; ~! X. Q3 R3 O3 \- I5 U( M
0 [/ J" f$ M1 w8 R# a3 r# s从外表上看,牛津电铃的装置确实不难,在绝对隔绝空气的环境中,其中有两个干电池,它们组成串联的电堆。
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在两块电池中间,悬挂着一根丝线,上面吊着一个直径为4毫米的金属球。而电池的末端都是一个半球形的黄铜铃铛,而金属球就位于两个铃铛之间。
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金属球和铃铛
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6 D/ L2 T1 \: u+ p9 | 三者之间仅有一点缝隙,而这个电铃的声音,就是依靠金属球在铃铛之间来回摆动,以此敲打铃铛起到打铃的效果。我们很难想象它是如何做到,持续这么多年来回摆动的。& C/ U: g: q$ V" r) i
% }5 y9 S" P5 R6 Q- a+ w毕竟在我们看来,电池的耐用性其实就是和使用它的时间成反比,但是至今这一趋势还没有怎么在牛津电铃身上体现出来。对此,很多科学家们也是一头雾水,不知道它究竟是如何长时间运作的。1 f" u6 W! f8 `5 C9 {3 }
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金属球在其中来回摆动4 e( P. J4 v7 F! B* t
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对牛津电铃工作原理的猜测2 h- p% l% Y, n, d
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金属球能够来回摆动,依靠的就是两块电池的电力。& V) p4 h q& O% m5 s8 O
! W3 I5 H8 e/ H: @ R简单来说,就是当金属球碰到其中一个铃铛时,上面就会携带正电荷。由于二者属于相同的电荷,于是就会产生细微的斥力,使得它被撞击到另一个铃铛上。此时金属球身上携带的已经是负电荷了,于是它又会被另一边吸引。就这样循环往复,牛津电铃已经形成了一个2赫兹震荡的周期。
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内部结构是解题关键
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/ j" X1 J ^ S. ]- f9 U2 p首先,科学家们只能从电铃的外观,进行观测。因为自从电铃拿回牛津大学后,就一直没有打开过,所以隔绝空气可能是电池能够长久工作的原因之一。8 P, S+ Q5 Q" X& W' H% S6 m: N/ {
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我们可以看到,在电池的表面覆盖了一层硫磺,它的作用就是将空气隔绝,并且起到绝缘的效果。# G5 m! f- z3 j3 W5 w1 Y. P/ K
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外部厚厚的硫磺
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' X" H0 q# g8 u 科学家们猜测这个电堆应该是赞博尼电堆,这是由朱塞佩·赞博尼在1812年发明的静电电池。它的主要部分就是银箔、锌箔等金属箔和圆盘形状的纸构成,这种纸的一面涂上了二氧化锰,另一面涂的是硫酸锌。
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2 \, H, u% N! M, f' o3 s+ N+ C将这些东西叠上几千层,再用带有端盖的玻璃管进行压缩,随后就可以将其浸入熔融硫绝缘了。另外这些纸片的电压为0.8V,由此可见这个其中电池的电压可以达到几千伏。) V+ a; ?/ i s% s
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赞博尼电堆
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尽管它能提供的电流只有纳安,但是由于其内阻很大,所以即便短路也不会将其烧毁。并且金属球在铃铛之间的运动,只会传递很小的电流,因此电池的耗电量就会很少,如此才能持续那么长的时间。
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但是这仅是科学家们的猜测,因为关于电铃的详细说明和细节早已丢失了,所以除了将其拆除,对内部结构进行研究,也没有别的办法了。只不过,现在科学家们不愿意直接拆除电铃,因为这个实验已经打破了多个记录。
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最耐用电池) ]. l3 B+ S; Q, f; u2 _
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不仅成为了史上持续时间最长的实验,并且也是史上最耐用的电池。
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所以,现在只能等到电铃没电的那天,才有机会解开谜底了,但还需要多长时间,科学家们也未可知,我们也只能默默期待了。
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