本帖最后由 shangui0237 于 2016-10-18 19:41 编辑
现在我们已经做好了一个电池,想知道它有怎样的特性。这就将是我最喜欢的部分,制作图表!
如果你使用10枚铜硬币和铝箔制造电池,你应该测量到大约5 - 6伏的总串联电压。如果你使用锌和铜(总共20美分硬币),你应该测量到9和10伏之间的值。但是如果你试图用它来为某些东西供电,同时测量电压,你会注意到电压迅速下降。这是由于电池中每个电池的内阻增大引起的。
我们可以认为电池是一个与电阻串联的理想电压源,如第一张图所示。(理想电压源是其中电压在负载变化时不变化的电压源)。如果我们用万用表测量“开路”电压,这给出了这个理想电压的非常好的近似值,因为在这种模式下,通过的电流非常小。
为了找到这个内部电阻值,我们需要确定各种电流下该电阻上的压降。如果我们测量开路电压为10伏,加载10毫安的电流后我们测量到9伏的电压,这意味着内部电阻上有1伏的压降。根据欧姆定律,我们可以确定
R = V / I = 1 / 10e-3 = 100欧姆。
当然我们现在不只是一次测量的结果,我们要采取几个线性拟合的结果数据集的电压降对电流。由于V = IR是一个线性方程,最佳拟合线的斜率也就是我们想得到的内部电阻。
如图,我们获取到了5个不同的数据集。这里有一些有趣的事情要注意。
看看顶部两行(橙色和绿色)之间的差异。这些显示了当向食醋中添加盐时所产生的差异,其结果是内阻大约减少3倍。
比较蓝色和绿色(都使用铜和铝),显示串联添加电池确实导致内阻近似线性增加。 (换句话说,每个电池具有约1k欧姆的内部电阻,4个电池组合产生4和5k欧姆左右,而10在一起产生10-11k欧姆)。
比较绿色(10个Cu和Al电池)和紫色(10个Cu和Zn电池),我们看到Zn电极不仅增加总电压,而且使内部电阻降低到使用Al时的约五分之三。
黄线表示当整个电池浸入电解质溶液中时发生了什么,有效地将所有电池并联连接。或者我们可以认为它是一个单元格,具有10倍的电极表面积。这导致内部电阻20倍的减小了,尽管当然最大电压仅为0.6-0.7伏。我对这种减少的预期电阻值大约的十分之一,但是这里减少的更多,如果你有更好的解释,请联系我
最重要的是,在任何环境中,该电池的内阻真的非常非常大。