初步電學(xué)(1):從電池開始
故事從玩手機(jī)開始,當(dāng)年身處寄宿學(xué)校的我,為了解決手機(jī)電池沒電的問題。
那個時代的手機(jī),使用的是可拆卸的鋰離子電池:
理論上來說,只要多買幾塊電池就能挨過學(xué)校那兩周漫漫長夜。
然而,作為一個小白,我并不知道如何購買電池。
所以,問題的關(guān)鍵就在于如何采集能源去給電池充電。
所以,我上網(wǎng)查了查手機(jī)電池充電方法,包括升壓電路,以及常用充電器的構(gòu)造。
最后,總結(jié)出一條思路。
這,就是我接觸到電學(xué)這個神奇世界的開始。
充電的原理:
鋰電池是一個可以儲存電能的容器,電池會隨著放電,電壓降低。
而電池放電就是將電能釋放出來的過程,是一種利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)出電能的過程。
為了使電池可以充電,這種化學(xué)反應(yīng)被設(shè)計為可逆的。
我們要做的就是讓這個化學(xué)反應(yīng)逆轉(zhuǎn)過來,使得它回到放電的起點(diǎn)。
如何讓電池里面的化學(xué)反應(yīng)逆轉(zhuǎn)?
化學(xué)反應(yīng)是有一個強(qiáng)度趨勢的,由此引發(fā)電池上的電壓不同。
簡單來說,電池放電越靠近終點(diǎn),則電池的電壓越低,這就是目前普遍使用的電量檢測計的原理。
而如果我們讓電流流入電池內(nèi)部,而不是流出,則電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)就會逆向進(jìn)行,同時電池的電壓會重新升高。就像是把弩箭的弦重新拉回一樣,使得它重新具有能量。
如何讓電流流入電池內(nèi)部?
讓電流流入電池很簡單,只需要你提供一個大于電池電壓的電源,就可以讓電源給電池供電。
而常見的情況,不是提供一個恒壓電源,或者干脆拿著發(fā)電機(jī)給電池充電;而是使用恒流電路,讓電流以一個恒定流量流入電池。
至于為什么要這樣做?它涉及到一個類似電容器并聯(lián)的問題,電能很容易就會因?yàn)楫a(chǎn)生電磁波或者是熱能的方式而消耗掉,使得能量被浪費(fèi)。
這之間我走過了許許多多的彎路,例如用三節(jié)堿性電池串聯(lián),直接給手機(jī)鋰電池充電,其效率極為低下。
所以如果要DIY便攜鋰電池充電器,應(yīng)該使用5V升壓模塊或?qū)S贸潆妼氈靼?,搭配TP4056之類的恒流芯片來做,同時注意控制充電溫度。(充電時請勿讓電池超過50度,否則應(yīng)及時停止充電)
學(xué)生黨專題:
關(guān)于悄悄玩手機(jī)這件事,相信許多學(xué)生黨都深有體會。|?ω?`)
在學(xué)校這種地方充電,只有充電寶可以使用。因?yàn)樘柲茈姵氐男蕟栴},除非是A4紙大小以上,發(fā)電功率很難滿足充電的要求。
而充電寶也終究有使用完畢的一天,想要長久的充電就只能在人類新能源的道路上更進(jìn)一步了。
一,是使用5V升壓模塊,溫差發(fā)電片和散熱片,DIY一個溫差發(fā)電機(jī)。
溫差發(fā)電機(jī)原料:溫差發(fā)電片,散熱片,5V穩(wěn)壓模塊。以及焊錫和導(dǎo)熱膠。
這樣就可以使用酒精燈來發(fā)電,功率勉勉強(qiáng)強(qiáng)可以給充電寶供電。
二,是做一個大容量的充電寶,這個是最簡單的,有兩種做法。
原料(1):18650電池或者鋰聚合物電池若干,充電寶主板。將它們焊接起來即可。
注意:一般情況下不會有超過3000mah的18650鋰電池,標(biāo)稱容量大于3000mah的18650大部分為假。
原料(2):成品大容量12V鋰電池,5V降壓充電板,12V電池充電器。不需要焊接,用的時候連接起來就可以使用。
溫馨提示:少看網(wǎng)文,多學(xué)知識。年輕人學(xué)習(xí)能力強(qiáng)過成年人,莫要浪費(fèi)了智慧。
回到電池充電的例子,我們可以理解到這樣一個事實(shí):
在電路中,我們可以認(rèn)為電能都存到了電容器(小電池)內(nèi)部。
而電能在轉(zhuǎn)移的過程中是會被消耗的,這是因?yàn)閷?dǎo)線中有電阻的存在。
其他特殊電路中,電能被轉(zhuǎn)化為了其他形式的能量,例如電感可以容納磁能。
電容器是什么?你可以認(rèn)為它就是某種形式的電池,它兩端的電壓卻不像電池是曲線變化,而是直線變化的。同一個電容器兩端的電壓和它內(nèi)部的電能成線性比例。
電阻是什么?電阻是可以理解為用來限制電流,或者說是給定額大小電流的元件。
電感是什么?電感就像一個轉(zhuǎn)換器,將電磁能相互轉(zhuǎn)化,而電磁是共生的,電感可以拿電來充磁,也可以拿磁來生電。
而在我們的電路中,電流是可以隨時變化的,電感的主要作用就是拿內(nèi)部的磁來補(bǔ)電,或者拿多余的電來充磁。于是電感就具有一定程度上使電流不變的特性。
于是,我們可以得到這樣一個規(guī)律:
電容內(nèi)的電能和電壓成正比,電感內(nèi)的電能和電流成正比。
大電容可以用于穩(wěn)定電壓,大電感可以用于穩(wěn)定電流。
電容上的電流可突變(可用于產(chǎn)生大電流),電感上的電壓可突變(可用于產(chǎn)生高電壓)。
現(xiàn)在,看到電路圖上密密麻麻的電阻、電容、電感,也不再像之前那么陌生了。

接下來,就是半導(dǎo)體的世界……