当高中电学遇上电池,你还看得懂么?

编辑: 逍遥路 关键词: 高中物理 来源: 高中学习网


电磁学是高考中重要的一部分,很多同学觉得电磁学太过抽象,因为我们生活中几乎不可能见到那些物理题中描绘的情形,大家时不时还会抱怨一下高考的这些知识就是为了考试,除了应付考试一点用也没有。其实并不是这样,我们的生活处处和电打交道,如果留心就会发现电磁学中的很多知识在生活中都有应用,比如我们大家非常熟悉的电池。

电动势

在物理里面,我们一般将电池和其他供电装置统称为电源,这意味着电池和其他电源既有着联系,也有着不太一样的地方。在学习电源时,我们主要学习了电源的两个物理特征,即电动势和内阻。电动势的定义是,电源搬运单位电荷时非静电力所做的功的大小在数值上等于电动势。

在这里我们需要强调关于非静电力的问题。因为在电源内部,电荷是逆着电场线方向运动的,所以必然还会收到一个非静电力克服电场力推动电荷运动,这个非静电力就由电源提供,对于电池来说,这个非静电力我们可以认为是化学力。因为非静电力推动电荷逆着电场力方向运动,那么从能的角度出发,电荷的电势能应该上升,电源的非静电能消耗,对于电池来说,即电池的化学能消耗。

所以一般的,对于电源的定义,我们可以从两个角度出发,第一个是从力的角度,即电源是提供非静电力,推动电荷在电源内部运动的装置,第二个是从能的角度,即电源是消耗自身非静电能补充电荷静电能的装置。电池作为电源的一种,自然也满足电源的特征,电动势说的是搬运单位电荷电源所贡献出的能量,那么对于电池来说,我们常见的电池标称的伏值就是电池的电动势,如一节五号电池是1.5V,即意味着一节五号电池搬运1C电荷贡献出1.5J的能量。

内阻

除了电动势的概念,我们在学习电源时还学习了内阻的概念。那么对于电池,内阻的概念依然存在,不过我们一般不会在电池上标称其内阻值。这是因为电池的内阻一般是在变化的,比如五号电池,随着电池的使用,内部不断发生化学反应,其内阻一般会变大。这也是为什么有的电池在玩具四驱车中已经无法使用,但是放到电视遥控器里还可以继续使用的原因。

电池从头到尾,其伏值即电动势都没有变化,变的是内阻。内阻变了,对于相同的外端电路即外电路阻值一定时,路端电压也就不一样。电池使用时间越久,内阻越大,那么提供的路段电压也就越小,所以无法继续带通四驱车的马达。但是此时将电池放入遥控器内,依旧可以使用,这是因为遥控器内的外电路阻值和四驱车马达的外电路阻值不同,和变大了的电池内阻相比,遥控器的电路依旧可以获得较大的路端电压,这样就可以继续工作了。

容量

上面两点,都是从电源的一般特征来考察电池的,除了这两点,电池还有一个重要的物理特征,就是容量。我们刚刚在电动势里提到,电动势可以用来评价电池给予单位电荷能量的能力,电动势大,意味着电池可以给予单位电荷更多的能量。那么仔细想一想就会发现,电池能给多少电荷这样的能量也是一个重要的问题,这个问题对应的物理参数就是容量。

对于家庭电源,不会存在这样的问题,因为家庭电源接入电网中,电网可以源源不断的搬运电荷。按照我们的理解,电池的容量应该是电池可以搬运电荷的多少,电荷的单位是库伦,那么容量的单位应该也是库伦,但是在实际中,我们一般很少使用库伦,以移动电源为例,买移动电源时,其价格和容量直接相关,我们一般用毫安时(mAh)来衡量容量。仔细思考可以看到,毫安时应该是毫安和时相乘得到,毫安是电流的单位,时是时间的单位,两者相乘,正好是电荷量的单位,具体的计算:1mAh=0.001A×3600s=3.6C。

相信下次各位再看到林林总总的电池时,

应该不会太过头疼了。

留心生活,处处都有物理的影子。


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