文內(nèi)蒙古包頭市第九中學(xué) 樊午龍 王逸軒 張 靖

小電池大作用

文內(nèi)蒙古包頭市第九中學(xué) 樊午龍 王逸軒 張 靖

最近我們在化學(xué)課上學(xué)習(xí)了電解池，物理課上學(xué)習(xí)了磁生電，多種產(chǎn)生電的方式使我們對電產(chǎn)生了濃厚的興趣。作為生活中最常見的供電裝置，電池更是吸引了我們的目光。我們決定對電池的功效與回收利用展開研究。

一、電池概述

電池指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，具有正、負(fù)極之分。隨著科技的進(jìn)步，電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置，如太陽能電池。

電池用作能量來源時可以得到具有穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電流、長時間供電、不易受外界影響的電流。

二、實(shí)驗(yàn)探究電池功效

實(shí)驗(yàn)一

1.實(shí)驗(yàn)材料

足量錫紙（口香糖包裝紙），3節(jié)五號電池，3節(jié)鈕扣電池，隔熱指套，裁紙刀，水，萬用表。

2.實(shí)驗(yàn)過程

先將錫紙剪成杠鈴形，再將電池裝入制成的紙?zhí)字?，將錫紙兩端光滑面與電池正、負(fù)極相連，可明顯看到中間狹窄部分迅速變黑，冒煙，最終被點(diǎn)燃。實(shí)驗(yàn)后將未燃盡的錫紙放入水中。

3.實(shí)驗(yàn)原理

包裝用的錫紙其實(shí)是鋁箔紙，一面是鋁箔，一面是紙。鋁箔能導(dǎo)電，被剪成長條的鋁箔相當(dāng)于一根電阻很小的導(dǎo)線。鋁箔兩端接入電池正、負(fù)兩極時有很大的電流通過，鋁箔發(fā)熱，點(diǎn)燃紙片。這是一種電熱現(xiàn)象。

錫紙的形狀也能影響點(diǎn)火效果。我們進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，分別是1節(jié)五號電池、2節(jié)五號電池、2節(jié)鈕扣電池。錫紙中間部分較窄，電阻較大，在等量的電流下，電阻大的發(fā)熱更多。增加一節(jié)電池時，電壓增加1倍，電流變成原來的2倍，發(fā)熱量變成原來的4倍，所以就會瞬間起火。

在實(shí)驗(yàn)過程中，有一個現(xiàn)象讓我們很不解：2節(jié)1.5V電池可以使錫紙迅速點(diǎn)燃，但2節(jié)2V的鈕扣電池接通電路后卻沒有任何現(xiàn)象出現(xiàn)，錫紙也沒有發(fā)熱。這是為什么？對于這個問題，我們將作進(jìn)一步研究。

實(shí)驗(yàn)二

1.實(shí)驗(yàn)材料

細(xì)導(dǎo)線（裸露），訂書釘，8節(jié)五號電池，支架，鉛筆，萬用表，磁鐵，鑷子，開關(guān)等。

2.實(shí)驗(yàn)過程

將兩根導(dǎo)線拉直后平行固定在支架上并繃緊，間距小于1厘米，再把訂書釘左右下端向中間彎折，使之構(gòu)成環(huán)形并套在兩根導(dǎo)線上。

為使實(shí)驗(yàn)效果更明顯，用鉛筆涂抹導(dǎo)線，減少摩擦，再將并排固定的磁鐵橫置于兩根導(dǎo)線的正下方，將訂書釘放置一端，再將兩根導(dǎo)線的同一端接入12V電路中，連通電路。這時可以看到訂書釘在軌道上向前加速滑動，直至飛出導(dǎo)軌。

3.實(shí)驗(yàn)原理

訂書釘中的電子通過磁場時受洛倫茲力的作用，帶動訂書釘向前。根據(jù)安培力定義式F=BIL可知，安培力與電流強(qiáng)度成正比，如果將電流成倍增加，也會產(chǎn)生巨大的作用力。在日常生活中，該原理被廣泛應(yīng)用于制動領(lǐng)域，如電動汽車、電磁炮等。

在實(shí)驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)了一個問題：訂書釘反復(fù)運(yùn)動多次后表面變得粗糙，分別接通兩根導(dǎo)線時電壓示數(shù)有時為0，但訂書釘不運(yùn)動，且與導(dǎo)軌連接處出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。

我們猜測，可能是由于導(dǎo)軌發(fā)熱使上面涂抹的炭蒸發(fā)了。查詢資料時，我們在網(wǎng)上看到一個視頻，其中演示了對一根碳棒加高壓時碳棒大量冒煙后發(fā)光的實(shí)驗(yàn)。而我們的實(shí)驗(yàn)因?yàn)殡妷盒?，只能達(dá)到冒煙的效果。

實(shí)驗(yàn)過程

三、實(shí)驗(yàn)感悟

電池給人們的生活帶來諸多便利，但若不合理使用，也會帶來很多危害。單從我們的實(shí)驗(yàn)來看，兩節(jié)電池串聯(lián)的電壓就能引燃錫紙，那些被丟棄的電池也很可能引起火災(zāi)，所以對廢棄電池應(yīng)妥善處理。

廢舊電池“廢則為害，收則為利”。我國每年電池的廢棄量約兩百多億只，一只一次性電池含二氧化錳20%、鋅25%、碳10%、鐵10%、電解液20%、塑料10%、其他材料5%。按一只一次性電池質(zhì)量為25克計(jì)算，每年廢棄量達(dá)50萬噸。如果這些一次性電池全部被回收，粗略估算，則可回收二氧化錳10萬噸、鋅12.5萬噸、鐵5萬噸、塑料5萬噸等。

每年廢棄氫鎳電池產(chǎn)出量約為1.4萬噸，折合鎳3 220噸、貯氫材料4 760噸、氧化亞鈷280噸等。

鋰離子電池含鈷酸鋰34%、碳19%、銅9%、鋁6%、電解液與其他材料32%，每年廢棄鋰電池產(chǎn)生量約為6.75萬噸，折合鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰22 950噸、銅6 075噸、鋁4 050噸等。如果能將它們回收利用，既能保護(hù)環(huán)境又能節(jié)約資源。