【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話(huà)嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。

第二章直流電

【山話(huà)||? 本系列專(zhuān)欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！?/span>

§2-9化學(xué)電源——電池

【01】電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)要消耗電能，它們被轉(zhuǎn)變?yōu)閯e種形式的能（如物質(zhì)的內(nèi)能等）。要在導(dǎo)體里維持持續(xù)電流，就要有一種能不斷地供給能量的裝置；如果要在導(dǎo)體里維持穩(wěn)恒電流，那就要求這種裝置能夠維持穩(wěn)定的路端電壓。電池就是這種不斷轉(zhuǎn)變別種形式的能為電能，并且維持穩(wěn)定的路端電壓的裝置。

【02】電池和電解池相反，它是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置，所以又稱(chēng)為化學(xué)電源。所有的電池都是用兩種不同的第一類(lèi)導(dǎo)體（金屬和碳）浸在電解液（酸、堿或鹽的溶液）里做成的。這兩個(gè)第一類(lèi)導(dǎo)體叫做電池的兩極。電池的兩個(gè)極板要和電解液發(fā)生化學(xué)變化。在化學(xué)變化的過(guò)程中，參與反應(yīng)的物質(zhì)放出化學(xué)能，并轉(zhuǎn)變成電能。由于兩種極板和電解液的化學(xué)反應(yīng)不同，因而產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。

1、伏打電池

【03】電池的種類(lèi)很多，最簡(jiǎn)單的一種叫做伏打電池，是意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明的。伏打電池的正極是銅板(Cu)，負(fù)極是鋅板(Zn)，電解液是稀硫酸溶液(H?SO?)，如圖2·42所示.伏打電池的電動(dòng)勢(shì)約為 1.1 伏特，即在外電路沒(méi)有接通時(shí)，銅板的電勢(shì)比鋅板的高 1.1 伏特。在外電路接通以后，外電路上的電流從銅極板流向鋅極板，內(nèi)電路上的電流從鋅極板流向銅極板，形成穩(wěn)恒電流。在穩(wěn)定狀態(tài)下，兩極板間電勢(shì)差（即路端電壓）要比電動(dòng)勢(shì)小。在用伏打電池作電源維持電流時(shí)，鋅板不斷地溶解——和稀硫酸化合為硫酸鋅(ZnSO?)，氫氣泡不斷地在銅板附近生成，并上升逸出液面，直到鋅板溶解完或硫酸耗盡為止。

【04】實(shí)踐指出，若在伏打電池的外電路上接一個(gè)小燈泡，起初燈泡很亮，可是過(guò)不多時(shí)它就會(huì)逐漸暗下來(lái)，這表示通過(guò)燈泡的電流并不是穩(wěn)定的，而是在逐漸減小著。所以我們說(shuō)，伏打電池的發(fā)明為研究化學(xué)電源的理論提供了有利條件，但在實(shí)際應(yīng)用上還存在著困難。

2、伏打電池的電動(dòng)勢(shì)

【05】在伏打電池里，電動(dòng)勢(shì)是怎樣形成的呢？為了回答這個(gè)問(wèn)題，就需要先討論一下：在外電路沒(méi)有接通之前，電池的兩個(gè)極板和電解液究竟起了哪些變化？

【06】在稀硫酸溶液里，經(jīng)常有一定百分比的硫酸分子(H?SO?)離解為帶正電荷的氫離子(H?)和帶負(fù)電荷的硫酸根離子(SO???)。在沒(méi)有外電場(chǎng)的時(shí)候，這些離子只作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)；在有外電場(chǎng)的時(shí)候，除了無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)之外，正離子還要順著電場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子還要逆著電場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng)。

【07】把純粹的鋅板（即不含雜質(zhì)的鋅板）浸在稀硫酸溶液里，由于所謂化學(xué)力（一種非靜電力）的作用，帶正電荷的鋅離子(Z??)被推出鋅板，進(jìn)入溶液，從而鋅板由不帶電變成了帶負(fù)電荷。脫離鋅板的鋅離子由于受到鋅板上負(fù)電荷的吸引作用（即靜電力的作用），而聚集在接觸面的周?chē)浅＊M窄的區(qū)域內(nèi)。這樣，在接觸面的一側(cè)是帶負(fù)電荷的鋅板，它的電勢(shì)比較低；在接觸面的另一側(cè)是帶正電荷的鋅離子，它的電勢(shì)比較高。也就是說(shuō)，在接觸面附近的狹窄區(qū)域內(nèi)，建立起一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)，從鋅板到溶液有一個(gè)電勢(shì)躍升（突然上升）。這個(gè)電場(chǎng)要阻礙鋅離子脫出鋅板。但在化學(xué)力的作用大于靜電力的作用時(shí)，鋅板上的鋅離子還是要繼續(xù)脫出，于是鋅板與溶液間的電勢(shì)差還在繼續(xù)加大。直到阻礙離子脫出的靜電力和推動(dòng)離子脫出的化學(xué)力相互平衡時(shí)，鋅板周?chē)匿\離子數(shù)才不再增加。此時(shí)，每秒鐘從鋅板上脫出的鋅離子數(shù)等于每秒鐘從溶液中返回鋅板的鋅離子數(shù)，即形成一種所謂動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。此時(shí)，鋅板和溶液間的電勢(shì)差已經(jīng)達(dá)到它的最大限值，它就叫做鋅和稀硫酸的接觸電動(dòng)勢(shì)。圖2·43(a)表示鋅板周?chē)x子的分布情況，圖2·43(b)是表示電勢(shì)變化情況的線圖。圖中的 E? 表示鋅板和稀硫酸之間的接觸電動(dòng)勢(shì)。

【08】必須指出：(1)所謂接觸電動(dòng)勢(shì)，是指動(dòng)態(tài)平衡時(shí)鋅板與溶液之間的電勢(shì)差而言；在尚未達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡之前，或在動(dòng)態(tài)平衡已被破壞之后，實(shí)際存在于鋅板和溶液之間的電勢(shì)差都不等于接觸電動(dòng)勢(shì)。(2)從鋅板浸入溶液開(kāi)始，到建立起動(dòng)態(tài)平衡為止，所經(jīng)過(guò)的時(shí)間很短促，實(shí)際上可以看做是瞬時(shí)變化。在這過(guò)程中，從鋅板脫出的鋅離子數(shù)并不多，因此不能認(rèn)為鋅在繼續(xù)溶解。(3)在鋅板周?chē)莫M窄區(qū)域里雖有相當(dāng)強(qiáng)的電場(chǎng)，但在這個(gè)狹窄區(qū)域以外的溶液里，實(shí)際上并沒(méi)有電場(chǎng)的作用（由于鋅板所帶的負(fù)電荷數(shù)和鋅離子所帶的正電荷數(shù)是相等的，所以它們所起的作用可以認(rèn)為相互抵消），故溶液里的氫離子(H?)和硫酸離子(SO???)還是只有熱運(yùn)動(dòng)，而沒(méi)有定向運(yùn)動(dòng)。

【09】接觸電動(dòng)勢(shì)的大小只與導(dǎo)體和電解液的性質(zhì)有關(guān)，而與接觸面積的大小無(wú)關(guān)。把一根細(xì)鋅絲和一滴稀硫酸相接觸，或把一大塊鋅板浸在一大缸同樣濃度的稀硫酸里，它們之間的接觸電動(dòng)勢(shì)完全相等。一般地說(shuō)，任何一種第一類(lèi)導(dǎo)體和任何一種電解液接觸時(shí)，都存在著因化學(xué)力而引起的接觸電動(dòng)勢(shì)；不過(guò)，化學(xué)力的大小各有不同，因而引起的接觸電動(dòng)勢(shì)也各不相等。接觸電動(dòng)勢(shì)可以用靜電計(jì)測(cè)量出來(lái)在伏打電池里，除了鋅板之外還有一塊銅板。實(shí)驗(yàn)指出，把銅板浸在稀硫酸溶液里，化學(xué)力不但不能推出銅離子，相反，它還要吸引溶液里的氫離子(H?)，并從它們那里獲得正電荷而使銅板帶正電。氫離子給出正電荷后就成為氫氣泡上升到液面逸出，剩下的硫酸根離子就圍繞在銅板的周?chē)?，并在接觸面附近的狹窄區(qū)域里形成另一個(gè)電場(chǎng)，它從溶液到銅板有一個(gè)電勢(shì)躍升。在到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡后，溶液和銅板之間的電勢(shì)差就是銅與稀硫酸的接觸電動(dòng)勢(shì)。圖2·44(a)表示伏打電池里的離子分布情況，圖2·44(b)表示伏打電池里的電勢(shì)升降情況。圖中 E? 表示鋅與稀硫酸之間的接觸電動(dòng)勢(shì)，鋅的電勢(shì)低于溶液的電勢(shì)；E? 表示銅與稀硫酸之間的接觸電動(dòng)勢(shì)，溶液的電勢(shì)低于銅的電勢(shì)。顯然，銅的電勢(shì)要比鋅的電勢(shì)高。這時(shí)兩極板間的外電路沒(méi)有接通，銅極板（正）與鋅極板（負(fù)）之間的電勢(shì)差 E＝E?＋E?，這就是伏打電池的電動(dòng)勢(shì)。

【10】實(shí)驗(yàn)測(cè)得，鋅與稀硫酸的接觸電動(dòng)勢(shì) E?＝0.76伏特，銅與稀硫酸的接觸電動(dòng)勢(shì)，E?＝0.33伏特，因此求得伏打電池的電動(dòng)勢(shì) E＝E?＋E?＝0.76＋0.33＝1.09伏特。

【11】用任何兩種不同的第一類(lèi)導(dǎo)體浸在稀硫酸里都能獲得電動(dòng)勢(shì)，不過(guò)電動(dòng)勢(shì)的大小各不相同。例如：不用銅而改用鐵作為正極，那么因?yàn)殍F和稀硫酸的接觸電動(dòng)勢(shì) E?＝0.45伏特（鐵的電勢(shì)比溶液低），所以這種電池的電動(dòng)勢(shì)?E'＝E?－E?＝0.76－0.45＝0.31伏特，要比伏打電池的電動(dòng)勢(shì)小得多了。

3、伏打電池里的化學(xué)反應(yīng)

【12】在外電路沒(méi)有接通之前，伏打電池里的化學(xué)反應(yīng)并不是連續(xù)進(jìn)行的。如果用導(dǎo)線把銅板（正極）和鋅板（負(fù)極）接通，那么在整個(gè)電路上（包括外電路和內(nèi)電路）將發(fā)生下列各種變化（如圖2·45所示）：

【13】(1)正電荷從正極通過(guò)外電路流向負(fù)極（實(shí)際上是自由電子從負(fù)極流向正極），形成外電路上的電流Ⅰ?。結(jié)果：正極的電勢(shì)比斷路時(shí)降低了一些，負(fù)極的電勢(shì)比斷路時(shí)升高了一些，兩極間的電勢(shì)差從斷路時(shí)的 E 減小到 V? 。

【14】(2)由于兩個(gè)極板上的電勢(shì)有了變化，極板與溶液接觸處的電勢(shì)差就都小于接觸電動(dòng)勢(shì) E? 和 E?，這就破壞了原來(lái)的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。于是，極板和周?chē)x子所帶的異種電荷數(shù)不再相等，因而在整個(gè)溶液里建立了電場(chǎng)。由于鋅板周?chē)恼姾蓴?shù)（鋅離子所帶的正電量）多于鋅板本身所帶的負(fù)電荷數(shù)，銅板周?chē)呢?fù)電荷數(shù)（硫酸離子所帶的負(fù)電量）多于銅板本身所帶的正電荷數(shù)，結(jié)果這種新建立的電場(chǎng)方向是從鋅板指向銅板的。

【15】(3)由于溶液里有了電場(chǎng)，氫離子在順著電場(chǎng)的方向移向銅板，硫酸根離子在逆著電場(chǎng)的方向移向鋅板，形成正負(fù)離子分向兩極流動(dòng)的內(nèi)電路電流。內(nèi)電路的電流方向由鋅板（即負(fù)極）通過(guò)溶液流到銅板（即正極）。

【16】(4)氫離子移到銅板后，給出它所帶的正電荷而變成氣泡上升逸出液面；硫酸離子移到鋅板后，與鋅離子化合成硫酸鋅(ZnSO?)向下沉淀，化學(xué)力繼續(xù)推動(dòng)鋅離子脫離鋅板。這樣，正負(fù)兩極板就因不斷得到補(bǔ)充電荷而穩(wěn)定了電勢(shì)。在穩(wěn)定狀態(tài)下的兩極電勢(shì)差就是外電路的路端電壓，它比電動(dòng)勢(shì)小，在穩(wěn)定狀態(tài)下的電流就是穩(wěn)恒電流。

【17】只有在外電路沒(méi)有接通時(shí)，動(dòng)態(tài)平衡才有可能。外電路接通后首先就破壞了動(dòng)態(tài)平衡；而也只有在動(dòng)態(tài)平衡被破壞了之后，上述各項(xiàng)反應(yīng)才能繼續(xù)進(jìn)行，并且繼續(xù)進(jìn)行到鋅或硫酸消耗完了為止。在這種反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行的過(guò)程中，電路上存在著穩(wěn)恒電流；氫氣泡不斷在銅板附近形成，并上升逸出液面；鋅離子不斷從鋅板脫出，形成溶解現(xiàn)象；硫酸分子不斷離解；硫酸鋅不斷生成。在這種復(fù)雜變化的過(guò)程中，化學(xué)能不斷轉(zhuǎn)變成電能；它把正電荷從電勢(shì)較低的鋅板移入電勢(shì)較高的溶液，再?gòu)娜芤阂粕想妱?shì)更高的銅板，從而維持穩(wěn)定的路端電壓和電路中的穩(wěn)恒電流。在這種變化過(guò)程中，起主要作用的是化學(xué)反應(yīng)，即所謂化學(xué)力，所以我們把電池稱(chēng)作為化學(xué)電源。

4、伏打電池的極化和局部作用

【18】前面已經(jīng)講過(guò)，如果在伏打電池的外電路上接一個(gè)小燈泡，起初燈泡很亮，可是過(guò)不多時(shí)就會(huì)逐漸暗下來(lái)。這是什么原因呢？如果在燈泡暗下來(lái)的時(shí)候仔細(xì)觀察一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在銅板的外表面上附著了一層來(lái)不及上升的氫氣泡。氫氣泡的存在，要起兩種不良的影響：(1)由于氫氣泡附在銅板的表面，這就減少了銅和溶液的接觸面積，因而加大了電池的內(nèi)電阻（電池的內(nèi)電阻隨著極板面積的減小而加大，并隨著兩極板之間的距離增大而加大）。(2)在銅板上有了一層氣泡以后，跟溶液相接觸的是氫而不是銅，這就改變了正極板的性質(zhì)；已知?dú)浜拖×蛩岬慕佑|電動(dòng)勢(shì)比銅?。ㄍǔ？醋龅扔诹悖噪姵氐碾妱?dòng)勢(shì)也要減?。ㄗ兂杉s為0.77伏特）。這種因氫氣泡的集聚而減小電動(dòng)勢(shì)和加大內(nèi)電阻的現(xiàn)象，叫做伏打電池的極化。消除或減少極化的方法是利用去極劑，常用的去極劑有二氧化錳和重鉻酸鉀等，它們能把正極上附著的氫氣氧化成水。用機(jī)械抖動(dòng)的方法也可以在一定程度上減少極化的影響，例如當(dāng)我們抖動(dòng)一下伏打電池里的銅板時(shí)，就可以看到小燈泡亮一些。

【19】在外電路沒(méi)有接通時(shí)，純鋅是不會(huì)繼續(xù)溶解于稀硫酸的；只有在外路接通時(shí)才會(huì)繼續(xù)不斷地溶解。通常所用的鋅一般含有鐵、碳等雜質(zhì)，它在外電路斷開(kāi)時(shí)也要繼續(xù)不斷地溶解，結(jié)果極板損耗得很快，顯然這是一種浪費(fèi)，在含有雜質(zhì)的鋅塊浸入稀硫酸后，雜質(zhì)鐵與鋅或雜質(zhì)碳與鋅就形成了許多小電池，鐵或碳為正極，鋅為負(fù)極。在鋅塊里電流從雜質(zhì)流到鋅，在溶液里電流從鋅流到雜質(zhì)，結(jié)果形成了所謂局部電流。這種局部電流，不管外電路接通與否，都照樣存在。這也就是說(shuō)，不管外電路接通與否，鋅都要繼續(xù)不斷地溶解生成硫酸鋅。這種因雜質(zhì)存在而引起的局部電流叫做局部作用。消除這種局部作用的方法是先把鋅板洗干凈，然后涂上一層水銀（汞），使鋅溶解在水銀里成為一種叫做鋅汞齊的物質(zhì)。這樣，稀硫酸只能和汞齊中的鋅接觸，而不能再和雜質(zhì)接觸，因此局部電流就不可能形成了。

5、勒克朗謝電池和干電池

【20】勒克朗謝電池的正極為碳棒，負(fù)極為鋅棒，電解液為氯化氨稀溶液。為了減少極化作用，電池的正極不是一根單獨(dú)浸在溶液里的碳棒，而是把碳棒 C 放在一只沒(méi)有上過(guò)釉的瓷筒里，并在 C 的周?chē)顫M(mǎn)碳屑和二氧化錳粉末，然后把整個(gè)瓷筒浸在氯化氨稀溶液里，如圖2·46所示。電池的負(fù)極或者用一根鋅棒組成，或者用一個(gè)比瓷筒大一些的無(wú)底鋅簡(jiǎn)組成。瓷筒里的碳屑和二氧化錳混合物是預(yù)先用氯化氨溶液浸濕了的。無(wú)釉瓷筒具有半透性，它允許氨離子和氯離子透過(guò)，卻不讓碳屑和二氧化錳粉末透過(guò)。在外電路接通時(shí)，通過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)，在負(fù)極附近生成了氯化鋅，在正極中所放出的氫氣被二氧化錳逐漸氧化成水，因此極化作用可以大大地減小。在去極化良好的情況下，勒克朗謝電池的電動(dòng)勢(shì)最大可以達(dá)到 1.4 伏特以上，但不能超過(guò) 1.5 伏特。如果使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，常因去極化（即二氧化錳對(duì)氫氣的氧化作用）不盡而顯著地降低電動(dòng)勢(shì)。但停止使用一會(huì)兒，又可恢復(fù)原狀了。所以這種電池只適用于斷續(xù)通電的工作，如手電筒、電鈴、電話(huà)及其他電動(dòng)號(hào)志機(jī)等。

【21】為了方便，勒克朗謝電池可以改裝成所謂干電池。干電池的外殼是用鋅板壓成的圓筒，它同時(shí)也是電池的負(fù)極。碳棒放在圓簡(jiǎn)的中央（不與鋅筒接觸）作為正極，它周?chē)幸蝗τ寐然比芤簼裢噶说奶夹己投趸i。筒內(nèi)其余部分填滿(mǎn)一種糊狀混合物，其中包含有氯化氨、氯化鋅等化合物。為了防止蒸發(fā)，用瀝青封好筒頂，如圖2·47所示。這種干電池的性能，和勒克朗謝電池相同。

6、蓄電池

【22】象伏打電池和勒克朗謝電池那樣，只能把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的電池，我們稱(chēng)它們?yōu)?strong>原電池。原電池在使用時(shí)不斷地消耗負(fù)極板（一般是鋅板）和電解液，所以用過(guò)一定的時(shí)間后就不能再用了。蓄電池能把由外界輸入的電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，使用時(shí)，再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。前一個(gè)變化過(guò)程叫做充電，后一個(gè)變化過(guò)程叫做放電。只要保養(yǎng)妥善，蓄電池可以反復(fù)充電放電，長(zhǎng)期使用。蓄電池又叫做次電池。最常用的蓄電池是鉛蓄電池。

【23】茲分述鉛蓄電池的工作原理和使用方法如下。

(1)制板

【24】先把兩塊純粹的鉛板浸在稀硫酸溶液（濃度20%）里，然后用導(dǎo)線把兩板連接起來(lái)，并串聯(lián)一個(gè)小燈泡或安培計(jì)（如圖2·48所示）。此時(shí)，我們不能發(fā)現(xiàn)電路上有電流通過(guò)，這也說(shuō)明用相同的兩塊金屬浸在同一種電解液里的裝置不能用來(lái)作為電源。因?yàn)閮蓧K鉛板與稀硫酸的接觸電動(dòng)勢(shì)相等，則在兩板之間不能形成電勢(shì)差。如果把上述兩塊鉛板與一組電源和一個(gè)安培計(jì)串聯(lián)起來(lái)（如圖2·49所示），我們可以看到電流從 A 板進(jìn)入溶液，從 K 板流出溶液，并引起了一系列的化學(xué)變化，這種化學(xué)變化的過(guò)程和結(jié)果如下所述：

【25】在沒(méi)有接通電路之前，A 板和 K 板都不帶電，溶液中的氫離子(H?)和硫酸根離子(SO???)只作熱運(yùn)動(dòng)而不作定向運(yùn)動(dòng)。在接通電路之后，A 板帶了正電，K 板帶了負(fù)電，溶液里就有了電場(chǎng)。此時(shí)，氫離子移向 K 板，給出所帶的正電荷后，變成氫氣泡上升到液面；硫酸根離子移向 A 板，給出所帶的負(fù)電荷后與水化合，還原為硫酸并放出氧氣。它使 A 板的外表面氧化為二氧化鉛(PbO?)。這個(gè)變化過(guò)程叫做蓄電池的制板過(guò)程，要一直進(jìn)行到斷開(kāi)電路為止。在制板過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生的變化是：

【26】溶液里的水(H?O)不斷分解為氫和氧；A 極板的外表面不斷被氧化成二氧化鉛(PbO?)；在 K 極板的附近不斷生成氫氣泡升出液面；電源供給的電能不斷轉(zhuǎn)變?yōu)樾铍姵氐幕瘜W(xué)能。（實(shí)際應(yīng)用的蓄電池不需要使用者自己制板）

(2)放電

【27】已經(jīng)制好了板的蓄電池可以用來(lái)向外電路供電。電流從 A 極板流出，從 K 極板流入，如圖2·50所示。我們稱(chēng) A 極板為正極，K 極板為負(fù)極。這時(shí)，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽凶鲂铍姵氐?strong>放電過(guò)程。在放電過(guò)程中，鉛板所起的作用和伏打電池中鋅板所起的作用相似，鉛不斷地與硫酸根化合成硫酸鉛(PbSO?)，附著在鉛板的外表面上；二氧化鉛與氫離子化合，生成氧化鉛(PbO)和水，氧化鉛再與硫酸(H?SO?)化合，生成硫酸鉛(PbSO?)和水。在放電過(guò)程中，兩極板和溶液的變化可以表示如下：? 。

【28】這也就是說(shuō)，在放電過(guò)程中，兩個(gè)極板都在不斷變成硫酸鉛(PbSO?)；溶液里的硫酸在不斷消耗，水在不斷生成，即溶液的濃度在不斷降低；化學(xué)能不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?br>

【29】鉛蓄電池在開(kāi)始放電時(shí)，電動(dòng)勢(shì)可以高到 2.7 伏特，但很快就降到 2 伏特左右，這以后電動(dòng)勢(shì)就比較穩(wěn)定。要過(guò)很久后才又逐漸降低，直到 1.85 伏特時(shí)就不能再應(yīng)用了，應(yīng)當(dāng)重新充電后才能使用，否則，極板上的硫酸鉛會(huì)因堆積過(guò)厚而硬化，損壞蓄電池的機(jī)能。

(3)充電

【30】蓄電池的充電過(guò)程就是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過(guò)程，充電過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)變化和制板過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)變化不同，圖2·51表示這種變化的情況。充電時(shí)，外電源的正極和蓄電池的正極（A板）相接，外電源的負(fù)極和蓄電池的負(fù)極（K板）相接，它使 A、K 兩板分別帶正、負(fù)電荷，在溶液里建立電場(chǎng)。溶液里的氫離子(H?)移向 K 板，使硫酸鉛還原為鉛(Pb)，并生成硫酸(H?SO?)? 。硫酸根離子在移向 A 板的過(guò)程中與水化合，生成硫酸(H?SO?)和氧離子(O??)；氧離子移到 A 板后，與水及硫酸鉛發(fā)生復(fù)雜的變化，生成硫酸(H?SO?) ，并變硫酸鉛為二氧化鉛。在充電過(guò)程中，發(fā)生的化學(xué)變化雖與制板時(shí)不同，但其結(jié)果則是相同，那就是A板變成了二氧化鉛，K 板變成了鉛。這一變化可表示如下：? 。

【31】也就是說(shuō)，在充電過(guò)程中，A 極板逐漸從硫酸鉛變成了二氧化鉛；K 極板逐漸從硫酸鉛變成了鉛；溶液里的水在不斷地消耗減少，硫酸在不斷地生成增加，即溶液的濃度在不斷地升高；電源供給的電能不斷地轉(zhuǎn)變成蓄電池的化學(xué)能。

【32】鉛蓄電池在充電時(shí)，它的電動(dòng)勢(shì)很快就達(dá)到 2 伏特以上，最后可以達(dá)到 2.7 伏特。充電過(guò)程繼續(xù)到極板上的硫酸鉛(PbSO?)完全消失為止。如果再繼續(xù)通電，那么就又恢復(fù)到制板時(shí)的情況，在 K 極板附近將要放出氫氣，發(fā)出微弱的嘰嘰聲.這是過(guò)量充電現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)防止。

(4)保養(yǎng)

【33】實(shí)際應(yīng)用的鉛蓄電池，用格狀鉛板填充疏松的二氧化鉛作為正極，用格狀鉛板填充疏松的純鉛作為負(fù)極（此鉛稱(chēng)海綿狀鉛），用 20% 的硫酸溶液作電解液。圖2·52表示一個(gè)蓄電池的并聯(lián)組，它包括四塊并聯(lián)的正極板和四塊并聯(lián)的負(fù)極板，整個(gè)系統(tǒng)裝在一個(gè)玻璃容器里。

【34】蓄電池的極板所以要用疏松的二氧化鉛和鉛，是為了增加兩極板和電解液的接觸面，以保證化學(xué)反應(yīng)的迅速進(jìn)行。用時(shí)必須慎防機(jī)械震動(dòng)，以免填充在格子里的物質(zhì)因震動(dòng)而脫落。過(guò)量放電和過(guò)量充電都會(huì)導(dǎo)致填充物質(zhì)損壞或硬化。蓄電池久置不用，應(yīng)將極板取出，用清水洗凈單獨(dú)放置，切勿長(zhǎng)期浸在硫酸溶液中。

【35】蓄電池在放電過(guò)程中允許放出的最大電量叫做蓄電池的容量。蓄電池的容量通常用安培小時(shí)來(lái)表示，1安培小時(shí)＝3600安培秒＝3600庫(kù)侖。一般鉛蓄電池的電容量約為 3.5~6.0 安培小時(shí)/千克，即蓄電池極板每重 1 千克，允許放出 3.5~6.0 安培小時(shí)的電量。在 3.5~6.0 安培小時(shí)之間究竟取哪一個(gè)數(shù)值，那就要看蓄電池的構(gòu)造是否完善來(lái)決定了。

【36】鉛蓄電池在放電時(shí)，溶液的濃度逐漸降低，比重逐漸減小；在充電時(shí)，溶液的濃度逐漸升高，比重逐漸加大。在電動(dòng)勢(shì)為 2.2 伏特時(shí)，硫酸溶液的比重約為 1.2 克/厘米3，在電動(dòng)勢(shì)為 1.85 伏特時(shí)，比重約為 1.17 克/厘米2；實(shí)際應(yīng)用中常常以這兩個(gè)比重作為放電和充電的限度。蓄電池中溶液的比重可用一種特制的比重計(jì)來(lái)量度，從它的標(biāo)記上可以直接讀出蓄電池的儲(chǔ)電情況（儲(chǔ)電情況表示蓄電池還可以放出多少電量）。

【37】蓄電池的極板面積比較大，板間距離比較小，因而內(nèi)電阻很小。使用時(shí)切忌短路。在一般情況下，每平方分米極板面積上的電流強(qiáng)度不允許超過(guò) 0.5 安培。否則，就可能因發(fā)熱過(guò)劇而損壞極板。

【38】由于蒸發(fā)的關(guān)系，蓄電池里的水分將逐漸減少，所以應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)給蒸餾水，以使極板的上端不致露出液面。

【39】蓄電池的應(yīng)用范圍很廣，它是汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、潛水艇上和電話(huà)中不可缺少的電源設(shè)備，也是實(shí)驗(yàn)室中最常用的電源。

【40】除了鉛蓄電池之外，還有鐵鎳蓄電池，它的正極是氧化鎳，負(fù)極是氧化鐵，電解液是氫氧化鉀溶液。它的電動(dòng)勢(shì)約為 1.3 伏特.這是一種堿性蓄電池，而鉛蓄電池是酸性蓄電池。鐵鎳蓄電池比鉛蓄電池輕，也比較能耐機(jī)械震動(dòng)。