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本帖最后由 twq19810302 于 2022-9-28 15:18 编辑
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5 Q; v/ U+ w* |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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7 d' |9 H0 h! B! T7 p9 i) D# i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？+ L$ h& k( Z3 |% t3 [: q: y
' ~4 v& L8 {! h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。: B7 ^" ?% E% c
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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。$ F7 J: K9 D7 h2 q
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, ]1 V6 e. F) ~6 H; W9 e _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。/ g! P- E! z* K( F& }4 h
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克拉伦登实验室
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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。
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2 i* {3 M! x9 n; y& v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。6 _/ i w3 L! h; X
. K. w5 T2 F3 C4 `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
' F6 h9 u6 D) {! p6 k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 V( o7 y8 }/ r( A, E
牛津电铃的构造5 r, S3 Y! g1 F/ K6 Z& g% X0 A
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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。, f2 }. X+ K4 ` A$ X
4 U! g% ]2 m) D; Y S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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2 B9 K; |% s S/ t8 n- z金属球和铃铛
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" P2 L* L0 ?7 ?4 R/ a$ @9 M 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。) q! I* M, n/ U8 v u
2 Y* [ ?) o4 Z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。" i/ z/ a2 |* Q0 a6 a
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金属球在其中来回摆动
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) G$ E4 t" q4 l; R& L7 a 对牛津电铃工作原理的猜测
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, U2 a# `5 J& C& U% o; {7 `% O金属球能够来回摆动，依靠的就是两块电池的电力。
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# i" Y% l$ {/ F5 o$ y4 f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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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。2 V" c- u' x: Z* S6 O
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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。
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外部厚厚的硫磺" T) Y2 g+ t M2 n
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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。; t8 @/ v4 @, G% e2 y \) b, G. q
, s* i6 Z7 R8 L% f3 j, e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。; L7 f1 w1 m1 j o
; t5 c* ?3 `0 r \0 z赞博尼电堆" o$ x* a# Q) B6 y7 V
9 I/ k% K& ?. S* a0 `2 H5 n 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。* h$ z. T5 b! Q* D
% ] U* N" b0 ^5 H8 G, _% @# y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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- @ `: m. P+ _1 _/ D; z最耐用电池
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6 j( g: B9 w( b' G8 I" T 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。' T7 x2 V( p- Q5 x" u, e
& `( r( q2 g- [4 O. I. ^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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发表于 2022-9-28 15:14:53
