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本帖最后由 twq19810302 于 2022-9-28 15:18 编辑 : q% ~& X" @) g4 I6 K+ h$ S
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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。( v3 y8 a* R- X1 m$ r, t5 _0 j9 O$ D
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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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9 l3 Z e( {& T4 s& y- @* b, o$ n2 X1 S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。/ E8 U P- j, S8 \0 m7 v& e
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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。 X" Z% o, M, y, D: g
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2 {' N% _+ s) s# i 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。! T" }" V! Q3 Y# ?5 `5 q
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克拉伦登实验室8 h/ a& C9 ~/ V3 a/ @! Z+ Z* e
6 W: f' H+ p) Y 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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: u+ D; w5 k: s5 v2 f4 l, f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。
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0 J+ i `9 p4 H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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+ }( t! @) R: t, S9 h6 a4 I" J! b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。
g7 j; ]) Q% J8 c' \ Y R" L牛津电铃的构造4 c5 r- @ W* A, {! Q; v/ X( N) N
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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。
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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。! n- o8 J( ?( ~& {' n
4 j1 x/ p& y, i, h7 {! b( F* u金属球和铃铛
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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。9 _. P. T2 e3 I! y8 D9 t- @2 v
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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。
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金属球在其中来回摆动# j% [' L' J8 h7 u. M, L( J" O" ?( E4 a
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对牛津电铃工作原理的猜测
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2 ~* A: D2 Z; [9 Y6 g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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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。% @' A3 ]. k# A, m( U {" M
. R8 A4 w; m8 S3 t* O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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+ x, c4 X; K3 v3 j* O外部厚厚的硫磺! Q0 U( v3 d: m4 z! M
) x/ a" s" d1 _/ o 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。0 k! y1 n! P$ l4 O
# m7 k; g& H9 g7 |: I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。
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' C9 C6 y8 ^/ [% f3 e赞博尼电堆; R9 F; J' o1 S1 `7 }- C* t
' e$ ^/ l- G; z+ R, s- B 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。+ T, h$ J A* n/ n- a/ W) o/ Q
+ a! ~2 Z* v* b& V ~% n: ^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。% M, Y% f6 u" _5 L7 {1 `
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最耐用电池' E) v3 ?9 H2 F- E: |& Y, m2 c
& j4 _9 ]& o) d( o2 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。
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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。# T/ F7 ^# \- c
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