放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造

一塊電池放電180年,使牛津電鈴響了100億次,人類卻不知電池的構造。
電池的發明使得移動用電設備成為可能,例如我們現在隨身攜帶的手機、無線藍牙耳機、智能手錶甚至是新能源汽車等等;
這些設備都需要電力來驅動,而且日常使用的頻率也非常高,所以安裝更大容量的電池、快速的充電能力必不可少。
放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造
但是人類現在製造電池的技術遠遠落後於我們需求,就拿手機來説,充滿一次電能使用一天時間也算是比較好的情況,而且手機電池也會因為充電次數的增加,性能出現明顯的衰減。
往往是手機沒用壞,電池就已經報廢。新能源汽車也一樣,續航里程、電池性能隨充電次數的衰減也是制約其發展的根本。
所以一提到電池我們就想到了充電器,貌似離開了充電器的電池其連續放電的能力也就是短短的數天時間。
放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造
在你的印象中人類貌似從來也沒有製造過一塊可以持續放電長達數年的電池,中途還不用充電的。
仔細想下,其實還真有,上世紀NASA發射了兩顆探測器旅行者1號和2號,他們發射的時間是1977年,到今天已經過去了43年的時間。
這兩個探測器所探索的地方是離太陽非常遙遠的外太陽系以及黑暗的星際空間,因此兩個探測器上沒有安裝太陽能帆板(主要是安了也沒用),而是各自攜帶了一塊電池。
這塊電池可了不得,到現在已經工作了43年,預計還會有5年的壽命。也就是説這塊電池的使用壽命可以長達48年。
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而且探測器在電池的驅動下在一直和人類保持着通訊,並且探測器上的行星照相機也為人類傳回了數萬張有關外太陽系行星、衞星的照片和磁場、大氣數據;
現在探測器上的宇宙射線儀以及太陽風粒子探測器一直在向人類發送着太陽層頂的信息。
你可能會想如此耐用的電池為何不民用呢?其實這塊電池並非普通的化學能電池,而是核能驅動的電池,使用的是放射性元素鈈,所以它並不能民用,因為放射性元素對人體有傷害。
那除了使用核能驅動的電池以外,還有沒有可以持續放電的電池呢?
答案是肯定的,有一個實驗裝置現在就擺放在英國牛津大學克拉倫登實驗室門廳的架子上。它長這樣:
放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造
這個裝置看起來非常的簡單,被雙層玻璃罩密封,隔絕了外部的空氣,在玻璃罩裏面有兩個被串聯起來的乾電堆,在兩個電堆的下方各有一個用黃銅製成的鈴鐺;
放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造
在鈴鐺之間有一個大小為4毫米的金屬球,這個金屬球與兩個鈴鐺之間有微小的縫隙。
那麼這個裝置有什麼特殊的地方呢?
這個裝置就是“牛津電鈴”,金屬球在兩個鈴鐺之間來回的震動,敲打着兩邊的鈴鐺發出清脆的聲音。金屬球震盪的頻率為2赫茲。
更為神奇的是,你要知道這個裝置的年齡可是老祖宗級別的。它到今天已經運行了180年,金屬球敲鈴的次數已經達到了100億次。
而且目前看來還沒有明顯衰減的跡象,因此這項實驗打破了多項記錄,不僅成為了歷史上持續最長的實驗,也成為了歷史上最耐用的電池。
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關於它的工作原理其實非常簡單,金屬球之所以能夠在鈴鐺之間來回震盪,是由電力驅動的。
當金屬球撞擊到一邊的鈴鐺時,金屬球上就是帶有正電荷,相同的電荷就會產生微小的斥力,導致金屬球撞向另外一邊的鈴鐺,同時轉移電荷;
這時金屬球又會帶有負電荷,同樣的斥力會再次把鈴鐺推向另外一邊,就這樣金屬球就形成了一個固定的震盪頻率,持續運行了180年。
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但是科學家並不清楚為什麼這兩個串聯在一起的乾電堆能持續供電這麼久,當然也對它內部的真實結構、以及所使用的材料並不是很清楚。
也就是説目前沒人知道牛津電鈴電池的組成,科學家現在不想打開這個裝置的玻璃罩,害怕外面潮濕的空氣進入影響到電池的性能,他們想一直等下去,等待金屬球停止的一天,然後檢查電池的結構。
放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造
為什麼科學家會不知道電池的構造呢?
因為牛津電鈴是1840年製成的,有關它的更詳細的説明、細節都已經丟失,據説是牛津大學的物理學教授羅伯特·沃克從儀器製造商沃特金和希爾買來的,就一直襬放在了牛津大學。
從來沒有打開過,因此有關它內部的細節當然就不清楚了。
但科學家猜測牛津電鈴的電池可能是Clarendon乾電堆,由Giuseppe Zamboni在1812年發明,是人類發明的最早的一種電池。
放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造
可以看出電堆的表面覆蓋了一層厚厚的硫磺,用來隔絕潮濕的空氣以及用來絕緣。內部可能是由上千層的金屬箔和一面塗有二氧化錳另外一面塗有硫酸鋅的紙組成。
當然內部情況只是猜測,畢竟沒有打開過。
科學家還認為牛津電鈴之所以能夠長時期的運行,是因為金屬球的每次震盪只會在兩極之間傳遞非常微小的電流,電池的耗電也非常少,所以牛津電鈴才能運行180年。
不過科學家目前也不知道這個電鈴啥時候能夠停止,只能夠慢慢的等待,等待它停的一天,來解開電堆內部的真實結構。
放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造
除了牛津電鈴以外,在科學史上還有一項長達百年,看似毫無意義的實驗。這個實驗就是大家非常熟悉的瀝青滴落實驗,這個實驗從1927年開始設置,到現在也已經接近100年了。
目的很簡單,就是想證明平時我們看到的固體瀝青塊,其實是黏度非常大的流體。
放電180年,牛津電鈴響了100億次,人類卻不知其電池構造
確實沒錯,實驗也成功證明了這一點,到目前為止瀝青總共低落過9次,最近的一次是在2014年,每次之間相隔往往都會是數十年不等。
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因此為了不讓人們錯過瀝青滴落的瞬間,現在這項實驗全程在直播錄像當中,確實挺無聊的。
但實驗告訴了我們一個真理,人類的直覺往往是錯誤的。看似固體的東西其實只不過是黏度很大的流體而已。
我們窗户上安裝的玻璃也一樣,看起來是固體,其實它也會在漫長的歲月中在重力的作用下,非常緩慢的往下流動,只不過我們難以察覺。

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