在一根石墨棒(铅笔芯)上加220V电压会怎样,原理是什么?


这就要看铅笔芯是什么类型的,铅笔芯是由石墨和黏土按照一定的比例混合而制成的一种可用于书写的文具,其中,描述铅笔芯特性的参数主要有两个,第一个是H,即铅笔的硬度(hard),H的值越大,就表示铅笔的硬度越大,写出来的字就越模糊;第二个就是B(black),代表石墨的含量,石墨越多写出的字就越黑;因此普通的铅笔用HB表示。


我们假设有一根长10厘米的铅笔,用万用表可以测出电阻大概是6至7Ω。由于铅笔芯和石墨两种不同的东西,因此在通电后现象也就不同,因为铅笔芯是由石墨制作而成的,所以就要从分析石墨入手,而石墨是一种层状二维结构,即石墨拥有方向导电性,电流只能从层状结构上流动,而不能在相邻层之间流动,当石墨结构没有被破坏时,导电性是其他石墨制品中最好的;


而在制造铅笔时,通常需要将石墨粉碎,这就破坏了石墨的空间结构,通过显微镜可以发现铅笔中的这些细小颗粒就是粉碎的石墨,那么自然电阻就会增大,当在这10厘米的铅笔芯上加上220伏的交流电或者直流电时,通过欧姆定律可以计算出电流有几十安培,所以铅笔芯发烫是必然的,由于石墨的熔点是3850摄氏度,上下浮动50度。

但是铅笔芯中有黏土,因此铅笔芯中的石墨颗粒是不会轻易融化的,如果温度实在是非常高,顶多就是其中的黏土被烧焦。以前我们也用一段铅笔芯通过电,但是可能是电压太低,没有看到过铅笔芯发红,只是觉得铅笔芯的温度有点高。如果你很想弄清楚,可以自己去做来看看!


零维立方体

我只说原理吧,现象几位大神都说的很清楚了。

这是石墨单层分子的电子显微图片(也称为石墨烯)。注意一下,每个碳原子只能和周围3个碳原子结合成共价键。

但每个碳原子的最外层实际上是有4个电子的,也就是说,每个碳原子理论上可以和周围4个原子形成4条共价键,如钻石。但石墨的每个碳原子却只能和周围3个碳原子形成3条共价键,剩余的1个电子,没有参与成键,独立在外。从高中化学知识中理解,有一条p轨道电子没有参与正常成键,而是独立存在。这样,任意两个碳原子的这一条p轨道并列平行,形成一条不稳定的π键。

有趣的事情发生了,这两条平行的p轨道的能级是相同的,也就是说,这两条相邻的p轨道上的电子,可以只需要克服很小的束缚力,就可以在两条轨道上任意跳跃。

如果有连续的有单独未成键的p轨道的碳原子,任意相邻的两个碳原子都能形成一条π键,从而形成了一条“大π键”(如苯环结构)。

而石墨烯,就是天然的这种大π键高分子。所以,石墨是可以导电的。

(导电塑料也是同样原理)


pathswalker


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