为什么干电池在大电流放电时,电动势会明显下降?

王起药


干电池是化学电池的一种,存在一定的内阻

使用液态电解液来产生直流电的电池为湿电池,而干电池则由糊状电解液来产生直流电。干电池的应用非常广泛,遥控器、玩具车、闹钟、计算器、收音机等等的电器都会用到。干电池的技术已经发展好多年了,比能量、循环寿命、高低温适应性等问题已经得到很大的突破。干电池主要有碳性干电池和碱性干电池两类。一节干电池的电压为1.5V。

碳性干电池和碱性干电池有什么不同?

碳性干电池就是普通的锌锰干电池,它用锰(Mn)、石墨棒作为正极材料,用锌(Zn)片作为负极的材料,NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊状物作为电解质,碳性干电池最为常见,价格也很低,但容量也相对较低。

碱性锌锰干电池的正极材料需要改用钢筒,Mn层需要紧靠钢筒,还需要用高导电的糊状KOH代替NH4Cl。

碳性干电池内阻相对较大,电动势下降较快;而碱性干电池内阻较小,电动势相对稳定。

什么是干电池内阻?

干电池内阻我们可以理解为:当电池工作时,电流流过电池内部所受到的阻力。干电池内阻又为分欧姆内阻和极化内阻,而极化内阻又包括了电化学极化内阻和浓差极化内阻。

欧姆内阻包括了电极材料、电解液、隔膜电阻还有各部分零件的接触电阻,它跟电池的尺寸、结构、装配等都有关系。

当有电流通过电池的电极时,电极电势会偏离平衡电极电势,这种现象我们称之为电极的极化,电池的正极和负极在进行电化学反应时极化所产生的内阻,我们称之为极化电阻。

电池的内阻并不是固定的哦,因为电池内部的活性物质,电解液的浓度和温度都在不断的变化,干电池的欧姆内阻同样需要遵守欧姆定律,而极化内阻会随着电流密度增加而增大,但并不是线性的关系,它会随着电流密度的对数增大而线性增加。

内阻小的干电池比内阻大的干电池放电能力强,所以碱性的干电池比碳性干电池性以强很多。

大电流时电动势为什么会下降?

  • 在电池容量正常,电流输出正常时,干电池的输出电压维持在1.5V,根欧姆定律(I=U/R),放电电流越大,内阻就会越小,以提供足够电流输出。
  • 当电流大于干电池能量输出的能力时,干电池已经不能继续减少内阻来提供更多电流了,内阻压降较大,所以对外输出的电动势就变低了。
  • 干电池随着电量的变少,它的内阻就会增大,提供电流的能力就越弱,电池内部的压降就会越大,对外输出的电动势就越容易被拉低了。

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这是因为干电池内部有电阻。 由于干电池和用电器形成一个串联电路,在串联电路中电压按电阻分配,电阻越大,电压越高。当干电池有大电流输出时,说明用电器的电阻很小,所以加在用电器两端的电压就低。

很多农村电网也会出现这样的问题。当使用大功率电器时,房间的灯会突然暗下来。这是因为输电线路和变压器有电阻,而家里的用电器和输电线路、变压器形成了串联回路。大功率电器的电阻低,所以分配的电压就低。

电路和和水路相似,这和家里淋浴用的花洒调水量的原理一样。当花洒把水量调大时,水的阻力就小,水压也小;当花洒把水量调小时,水的阻力就大,水压也大。


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