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干电池、蓄电池、核反应堆工作原理  

2012-05-13 22:06:50|  分类: 自然科学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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干电池、蓄电池、核反应堆工作原理

在讲解干电池、蓄电池、核反应堆工作原理时,首先要对它们的主要结构进行了解,并且知道金属与非金属液体相比比重有很大差别,比重差别来自原子体密度不同。也就是说在物体原子同等大小时,金属原子核要大于非金属电解质的原子核,一旦两种不同密度物体紧密接触则会在电性作用下核发生密度均衡位移(以下称极化),这同晶体管PN结形成过程,极化力取决于密度差,密度差别越大极化力越大。当然在此还要搞清一些基本概念:(1)无论是电子、中子和质子,它们都是同电性质量粒子,区别在原子中的分布位置不同、粒度大小不同和运动方式不同,而且质子和中子分布位置是相同的都是原子核构成的粒子没有任何不同;(2)活性物质系指物体原子核是旋转的,而且原子核具有极性,原子活性越高核旋速越高极性越强;(3)无论什么物体,只要暴露在空气中,它的表面原子核都会在重力波作用下向物体中心方向位移(同自由落体),空气质量越小重力波对物体表面原子核的位移作用力越大,对物体原子核位移作用力越深;(4)电流是核振波或核极方向调转波。知道了粒子、原子和电流基本情况,下面就可以研究干电池、蓄电池、核反应堆工作原理了。

图1是干电池简单结构:以锌锰干电池为例,主要由负极活性锌皮、活性糊状电解质和非活性炭棒正极构成,当然锌材料密度最大,糊状电解质和炭棒差别不大具导电性。另外,糊状电解质对锌有腐蚀性,炭棒为非活性物质性质稳定;

图2是蓄电池简单结构:以铅酸蓄电池为例,主要由两块分离浸没在同一活性电解液中的活性正、负极铅板构成,铅材料密度最大,电解液密度小具导电性,电解液对铅板有腐蚀性;

图3是核反应堆简单结构:主要由多个分离浸没在同一水溶液的活性铀棒和非活性炭棒构成,铀棒密度很大,水溶液密度小具导电性,炭棒密度也小也具导电性,水溶液对铀棒腐蚀性很小。另外,为了控制核反应堆发热量,炭棒浸入水溶液的表面积可以调节。

上面有了干电池、蓄电池、核反应堆的简单结构图和各种材料的性质,再结合图4、5、6就很方便知道它们是如何产生电能和热能的:

图4是干电池锌皮与糊状电解质接触放电时原子核活动情况:锌皮在组装干电池前是暴露在空气中的,锌皮由外及里的所有原子核在重力波作用下尽可能向内部深部方向偏位,一旦被组装成干电池,锌皮就与糊状电解质紧密接触。突然的糊状电解质替代了空气阻挡了重力波对锌皮接触面的压力,高密锌皮的原子核则向低密糊状电解质方向有了均衡力,但这时并不能发生核偏位或核极方向偏转,只有当锌皮、糊状电解质、炭棒构成了波传回路均衡偏位力才能得到释放,这种电能释放也是我们常见的物体接触时的静电释放现象。炭棒在这里不但是构成放电回路的导体,也是控制放电速度的物体。当然,干电池放电时糊状电解质中的原子核在锌皮原子核跃动偏位作用力下也剧烈跃动或极方向剧烈偏转,它们剧烈活动产生的杂波是干电池发热的一个内因。干电池放电是有终止的,那么这个终止是什么因素控制?主要有三个方面:(1)锌皮与糊状电解质接触面的最外层锌原子核已达到最外边缘形成类晶体管的PN结,使锌皮深部原子核偏移能无法再释放或核跃动产生的波无法穿过PN结则终止放电,但干电池内的糊状电解质很好的解决了这一问题,由于锌皮最靠近糊状电解质的原子核已达到电解质方向的最边缘,它的核旋与电解质中的核旋近距离剧烈干扰,这又是一个干电池放电发热的内因,发热同时原子活性(核旋速)很快被消耗掉,锌原子发生质变原子体积变小从锌皮中溃解脱落进入糊状电解质中成了电解质与锌的化合物,锌皮新暴露出的内层又与糊状电解质紧密接触核偏位能释放得到继续;(2)锌皮全部或部分溃解,糊状电解质外泄放电回路中断;(3)糊状电解质活性降低无法破坏PN结;

图5蓄电池铅板正极与电解液接触充电时原子核活动情况:铅酸蓄电池与干电池有很大不同,干电池正负极采用的是不平衡材料,它们一旦形成回路就有放电能力,而铅酸蓄电池是采用平衡正负极材料,也就是说正负极板是同种高密度金属构成,组装时它们互不接触同时浸入一体的电解液中(见图2),虽然两块极板与电解液紧密接触原子核向电解液方向都存在很大的均衡力,但由于它们放电方向相反所以在回路中无法形成电流,因此铅酸蓄电池要释放电能必须要对两块极板进行不平衡处理,这种不平衡处理就是充电。当我们确定了蓄电池正负极则用直流电两极向蓄电池的两个极板充电,实际铅酸蓄电池就是一个巨大的电容。下面以蓄电池正极充电为例说明极板充电原子核发生的情况,当蓄电池正极接入直流正极时,极板原子核在波的冲击下向电解液方向移位或核极轴正向电解液方向调转。蓄电池的负极板充电原子核变化情况与正极板原子核变化方向相反,是向极板内方向移位或核极轴正向板内方向调转。蓄电池充电有终止,那么这个终止因素是什么?主要有两个因素:(1)正极板与电解液接触面原子核达到了接触面的最边缘形成类PN结,充电电波已无法冲过PN结形成断路;(2)极板原子活性消失,原子核已没有极性旋性,这时虽然充电电波很强,但铅酸蓄电池已无蓄电能力,实际这种充电结束实为蓄电池极板金属已完全失去原性质。铅酸蓄电池放电核移位与充电是相反过程,但放电时负极板与电解液接触面不会形成类PN结,只是两极板的原子核位置恢复到充电前状态,因此铅酸蓄电池放电时不会出现电解液腐蚀电极板的现象,恰相反,正极板在充电时会形成类PN结,会出现电解液腐蚀电极板现象,因此蓄电池是不能过量充电的。

从现蓄电池的结构看它很不合理,它可采用干电池不平衡极材料,正极板采用非活性石墨板或涂炭低密金属板,这样组装后不用充电就可使用,并且可采用电极与电解液**法破坏PN结以达到自然充电目的。

图6是核反应堆铀棒与水溶液接触加热时原子核活动情况:核反应堆实为巨大的干电池,工作原理相同,但它的电解液是水溶液而不是糊状电解液。同时现在人们不是利用核反应堆产生的电能,而是利用核反应堆产生的电能冲击水溶液产生的热去推动蒸气机发电,这是一个巨大浪费。核反应堆工作一段时间后铀棒和水溶液接触面可以形成类PN结,但水溶液不具腐蚀铀棒的类PN结能力,因此,只有放出水溶液休息破坏类PN结再灌入水溶液重新工作。

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