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1、滬科版《17.2科學探究：怎樣產生感應電流》 電能是日常生活中的重要能源，它主要來自兩個方面，一是電池，二是發(fā)電機。 一. 電池。 電池是一種把其他形式的能轉化為電能的裝置，電池提供的是直流電（介紹直流電與交流電）。由于制作材料、工作原理和用途的不同，電池有很多種類。 1. 化學電池 化學電池是把化學能轉化為電能的裝置，是生活中最常用到的電池?；瘜W電池的種類和型號很多。其常見的形狀有圓柱體，也有長方體，還有其他形狀。 化學電池按工作性質可分為：一次電池（原電池）；二次電池（可充電電池）;鉛酸蓄電池。其中：一次電池可分為：糊式鋅錳電池、紙板鋅錳電池、堿性鋅錳電池、扣式鋅銀電池、扣式鋰

2、錳電池、扣式鋅錳電池、鋅空氣電池、一次鋰錳電池等。二次電池可分為：鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池、二次堿性鋅錳電池等。鉛酸蓄電池可分為：開口式鉛酸蓄電池、全密閉鉛酸蓄電池。 鋅-錳干電池 鋅-錳電池又稱勒蘭社電池，是法國科學家勒蘭社于1868年發(fā)明的由鋅作負極，二氧化錳為正極，電解質溶液采用中性氯化銨、氧化鋅的水溶液，面淀粉或漿層紙作隔離層制成的電池稱鋅錳電池，由于其電解質溶液通常制成凝膠狀或被吸附在其它載體上而呈現(xiàn)不流動狀態(tài)，故又稱鋅錳干電池。按使用隔離層區(qū)分為糊式和板式電池兩種，板式又按電解質液不同分銨型和鋅型電池紙板電池兩種。 干電池用鋅制筒形外殼作負極，位于中央的頂蓋上有銅帽的石

3、墨棒作正極，在石墨棒的周圍由內向外依次是A：黑色二氧化錳粉末------用于吸收在正極上生成的氫氣；B：用飽和了氯化銨和氯化鋅的淀粉糊作為電解質溶液。 干電池的電壓大約為1.5V，不能充電再生。 堿性鋅錳電池 20世紀中期在鋅錳電池基礎上發(fā)展起來的，是鋅錳電池的改進型。電池使用氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液作電解質液，采用了與鋅錳電池相反的負極結構，負極在內為膏狀膠體，用銅釘作集流體，正極在外，活性物質和導電材料壓成環(huán)狀與電池外殼連接，正、負極用專用隔膜隔開制成的電池。 銀鋅電池 一般用不銹鋼制成小圓盒形，圓盒由正極殼和負極殼組成，形似鈕扣（俗稱鈕扣電池）。盒內正極殼一端填充由氧化銀和石

4、墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金組成的負極活性材料，電解質溶液為KOH濃溶液。 電池的電壓一般為1.59V，使用壽命較長。 鎘鎳電池和金屬氫化物電池 二者均采用氧化鎳或氫氧化鎳作正極，以氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液作電解質溶液，金屬鎘或金屬氫化物作負極。金屬氫化物電池為20世紀80年代末，利用吸氫合金和釋放氫反應的電化學可逆性發(fā)明制成，是小型二次電池主導產品。 2. 蓄電池 其實蓄電池也屬于化學電池。它在使用之前要先充電，充電時是將電能轉化為化學能蓄存在電瓶內；當其向外放電時，則將化學能又轉化為電能。蓄電池能供給較大的電流，電壓也比較穩(wěn)定。常見的蓄電池是鉛酸蓄電池 185

5、9年法國普蘭特發(fā)現(xiàn)，由正極板、負極板、電解液、隔板、容器（電池槽）等5個基本部分組成。用二氧化鉛作正極活性物質，鉛作負極活性物質，硫酸作電解液，微孔橡膠、燒結式聚氯乙烯、玻璃纖維、聚丙烯等作隔板制成的電池。 鉛蓄電池可放電也可以充電，一般用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼（防止酸液的泄漏）；設有多層電極板，其中正極板上有一層棕褐色的二氧化鉛，負極是海綿狀的金屬鉛，正負電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板隔開（以防止電極之間發(fā)生短路）；兩極均浸入到硫酸溶液中。 一個鉛酸蓄電池的電壓為2V，使用時常將多個電池串聯(lián)起來使用，如汽車上的蓄電池組是將6個蓄電池串聯(lián)起來組成的12V電源。 蓄電池的鉛電極板和

6、電解液如果亂丟棄，也會造成環(huán)境污染。 3. 太陽能電池 太陽在一年內可以產生出3.8×1023千瓦的太陽能,相當于現(xiàn)在整個地球上人類所使用的總能量的6×105億倍。其中約有1/22億的太陽能輻射到地球上，相當于現(xiàn)在地球上所使用的總能量的3萬倍。太陽能電池是人類利用太陽能的一種裝置，它是利用光伏特效應將太陽光直接轉變成電能的，只有當太陽光照射時才發(fā)電，因此，必須有一個蓄電池來儲存電力。目前，光電池中常用的一種為硅電池，其光電轉換效率可達11%～14%。此外，還有硫化鎘電池、砷化鎵電池、碲化鎘電池等。使用太陽能電池的設備也日益增多，如電子計算器、手表、無線電話、收音機、錄音機等，商用太陽能電池

7、的價格已降至每瓦4美元以下。太陽能電池的應用越來越廣泛，前景越來越光明。太陽能汽車、太陽電池發(fā)電、太陽能飛船、太空太陽能電站等利用太陽能的研究受到世界各國的普遍重視，是一些國家今后能源領域中的重點發(fā)展方向。有專家預測，太陽能電池將成為21世紀的重要電力來源之一。 太陽能電池可以做得比較小巧，用在計算器、玩具等到上面。大量的太陽能電池聯(lián)成陣列，可以建成太陽能發(fā)電站，巨大的太陽能帆板是人造衛(wèi)星上的主要電源之一。 太陽能取之不盡，沒有污染，因此太陽能電池是廉價而又干凈的電源，它的不足之處是受到天氣的限制。 4. 燃料電池 燃料電池是將所供燃料的化學能直接變換為電能的一種能量轉換裝置，是通過連

8、續(xù)供給燃料從而能連續(xù)獲得電力的發(fā)電裝置。具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應的“發(fā)電機”。電池工作時需要連續(xù)地供給活物質（起反應的物質）——燃料和氧化劑，這又和其它普通化學電池不大一樣。由于其具有發(fā)電效率高，適應多種燃料和環(huán)境特性好等優(yōu)點，近年來已在積極地進行開發(fā)。 由于燃料電池能將燃料的化學能直接轉換為電能，因此，它沒有像普通火力發(fā)電廠那樣的通過鍋爐、汽輪機、發(fā)電機的能量形態(tài)變化，可避免過程中轉換損失，達到市制發(fā)電效率。此外，還具有以下優(yōu)點：（1）部分負荷時也能保持高的效率；（2）通過與燃料供給裝置的組合，可適用范圍的燃料；（3）由于輸出功率單位由堆的輸出功率決定，故機組容量具有自由度

9、；（4）電池本體的負荷響應性好；（5）NOX及SOX等的排出量少，有利環(huán)保。 燃料電池通常是按構成的電解質來分類?，F(xiàn)在開發(fā)最為盛行的有4種燃料電池。各種燃料電池，特別是其動作溫度不相同，最先進行開發(fā)的磷酸型燃料電池約在200℃的溫度下動作。相對于此，熔融碳酸鹽型燃料電池和固體氧化物燃料電池均可應用在以石燃料為基本燃料的電廠內，可作為電力電源來利用。高溫型燃料電池又可稱之為是通過利用其高質量排氣，來面向復合發(fā)電的燃料電池。 燃料電池的優(yōu)點是能量轉換效率高、可靠性高、工作時無噪聲、無塵埃、無輻射，是一種清潔的能源。這種小型設備可以為手機、筆記本電腦和其他一些便攜設備提供能量，和目前所使用的鋰離

10、子電池相比，重量只相當于原有鋰離子電池一半的燃料電池就可以提供約4倍的電池能量。不過這樣的設備目前還處于試驗當中，估計要到2020年大規(guī)模投產后才能進入市場。 二. 發(fā)電機。 電池提供的電能是有限的，更充足，更強大的電能要通過發(fā)電機獲取。發(fā)電機也是一種把其他形式的能轉化成電能的裝置。目前常用的發(fā)電方式有火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電。 1. 火力發(fā)電 利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產生的熱能，通過發(fā)電動力裝置（包括電廠鍋爐、汽輪機和發(fā)電機及其輔助裝置）轉換成電能的一種發(fā)電方式。煤、石油等燃料在鍋爐內燃燒后，把燃料的化學能轉化為內能并傳遞給鍋爐內的水，高溫高壓的水和水蒸氣

11、在通過蒸氣輪機時，將內能轉化為汽輪機葉輪的機械能。汽輪機的葉輪和發(fā)電機的轉子是連在一起的，發(fā)電機的轉子獲得機械能后將機械能轉化為電能。?火力發(fā)電系統(tǒng)主要由燃燒系統(tǒng)（以鍋爐為核心）、汽水系統(tǒng)（主要由各類泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、電氣系統(tǒng)（以汽輪發(fā)電機、主變壓器等為主）、控制系統(tǒng)等組成。前二者產生高溫高壓蒸汽；電氣系統(tǒng)實現(xiàn)由熱能、機械能到電能的轉變；控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全、合理、經濟運行。 在所有發(fā)電方式中，火力發(fā)電是歷史最久的，也是最重要的一種。由于地球上化石燃料的短缺，人類正盡力開發(fā)核能發(fā)電、核聚變發(fā)電以及高效率的太陽能發(fā)電等，以求最終解決人類社會面臨的能源問題。最早

12、的火力發(fā)電是1875年在巴黎北火車站的火電廠實現(xiàn)的。隨著發(fā)電機、汽輪機制造技術的完善，輸變電技術的改進，特別是電力系統(tǒng)的出現(xiàn)以及社會電氣化對電能的需求，20世紀30年代以后，火力發(fā)電進入大發(fā)展的時期?；鹆Πl(fā)電機組的容量由200兆瓦級提高到300～600兆瓦級（50年代中期），到1973年，最大的火電機組達1300兆瓦。大機組、大電廠使火力發(fā)電的熱效率大為提高，每千瓦的建設投資和發(fā)電成本也不斷降低。到80年代后期，世界最大火電廠是日本的鹿兒島火電廠，容量為4400兆瓦。但機組過大又帶來可靠性、可用率的降低，因而到90年代初，火力發(fā)電單機容量穩(wěn)定在300～700兆瓦。 火力發(fā)電按其作用分單純供電

13、的和既發(fā)電又供熱的。按原動機分汽輪機發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電、柴油機發(fā)電。按所用燃料分，主要有燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電、燃氣發(fā)電。為提高綜合經濟效益，火力發(fā)電應盡量靠近燃料基地進行。在大城市和工業(yè)區(qū)則應實施熱電聯(lián)供。 火力發(fā)電的重要問題是提高熱效率，辦法是提高鍋爐的參數（蒸汽的壓強和溫度）。90年代，世界最好的火電廠能把40％左右的熱能轉換為電能；大型供熱電廠的熱能利用率也只能達到60％～70％。此外，火力發(fā)電大量燃煤、燃油，造成環(huán)境污染，也成為日益引人關注的問題。 火力發(fā)電也是傳統(tǒng)的電力能源獲取手段之一，尤其是在缺少水資源的地區(qū)。相對于需要修建大壩和水庫的水力發(fā)電，具有投資少、見效快的特點。但火力發(fā)電對環(huán)境的污染較嚴重，這是目前需要解決的難題。