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1、滬科版《17.2科學(xué)探究：怎樣產(chǎn)生感應(yīng)電流》 電能是日常生活中的重要能源，它主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是電池，二是發(fā)電機(jī)。 一. 電池。 電池是一種把其他形式的能轉(zhuǎn)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(xué)電池 化學(xué)電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是生活中最常用到的電池?；瘜W(xué)電池的種類和型號(hào)很多。其常見(jiàn)的形狀有圓柱體，也有長(zhǎng)方體，還有其他形狀。 化學(xué)電池按工作性質(zhì)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(kāi)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(guó)科學(xué)家勒蘭社于1868年發(fā)明的由鋅作負(fù)極，二氧化錳為正極，電解質(zhì)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(zhì)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(dòng)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(zhì)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(fù)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(nèi)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(zhì)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(jì)中期在鋅錳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是鋅錳電池的改進(jìn)型。電池使用氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液作電解質(zhì)液，采用了與鋅錳電池相反的負(fù)極結(jié)構(gòu)，負(fù)極在內(nèi)為膏狀膠體，用銅釘作集流體，正極在外，活性物質(zhì)和導(dǎo)電材料壓成環(huán)狀與電池外殼連接，正、負(fù)極用專用隔膜隔開(kāi)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(fù)極殼組成，形似鈕扣（俗稱鈕扣電池）。盒內(nèi)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(fù)極蓋一端填充鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液。 電池的電壓一般為1.59V，使用壽命較長(zhǎng)。 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(zhì)溶液，金屬鎘或金屬氫化物作負(fù)極。金屬氫化物電池為20世紀(jì)80年代末，利用吸氫合金和釋放氫反應(yīng)的電化學(xué)可逆性發(fā)明制成，是小型二次電池主導(dǎo)產(chǎn)品。 2. 蓄電池 其實(shí)蓄電池也屬于化學(xué)電池。它在使用之前要先充電，充電時(shí)是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能蓄存在電瓶?jī)?nèi)；當(dāng)其向外放電時(shí)，則將化學(xué)能又轉(zhuǎn)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(jiàn)的蓄電池是鉛酸蓄電池 185

5、9年法國(guó)普蘭特發(fā)現(xiàn)，由正極板、負(fù)極板、電解液、隔板、容器（電池槽）等5個(gè)基本部分組成。用二氧化鉛作正極活性物質(zhì)，鉛作負(fù)極活性物質(zhì)，硫酸作電解液，微孔橡膠、燒結(jié)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(zhǎng)方形外殼（防止酸液的泄漏）；設(shè)有多層電極板，其中正極板上有一層棕褐色的二氧化鉛，負(fù)極是海綿狀的金屬鉛，正負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板隔開(kāi)（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(gè)鉛酸蓄電池的電壓為2V，使用時(shí)常將多個(gè)電池串聯(lián)起來(lái)使用，如汽車上的蓄電池組是將6個(gè)蓄電池串聯(lián)起來(lái)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(huì)造成環(huán)境污染。 3. 太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)在一年內(nèi)可以產(chǎn)生出3.8×1023千瓦的太陽(yáng)能,相當(dāng)于現(xiàn)在整個(gè)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(yáng)能輻射到地球上，相當(dāng)于現(xiàn)在地球上所使用的總能量的3萬(wàn)倍。太陽(yáng)能電池是人類利用太陽(yáng)能的一種裝置，它是利用光伏特效應(yīng)將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)變成電能的，只有當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)才發(fā)電，因此，必須有一個(gè)蓄電池來(lái)儲(chǔ)存電力。目前，光電池中常用的一種為硅電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)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(yáng)能電池的設(shè)備也日益增多，如電子計(jì)算器、手表、無(wú)線電話、收音機(jī)、錄音機(jī)等，商用太陽(yáng)能電池

7、的價(jià)格已降至每瓦4美元以下。太陽(yáng)能電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，前景越來(lái)越光明。太陽(yáng)能汽車、太陽(yáng)電池發(fā)電、太陽(yáng)能飛船、太空太陽(yáng)能電站等利用太陽(yáng)能的研究受到世界各國(guó)的普遍重視，是一些國(guó)家今后能源領(lǐng)域中的重點(diǎn)發(fā)展方向。有專家預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能電池將成為21世紀(jì)的重要電力來(lái)源之一。 太陽(yáng)能電池可以做得比較小巧，用在計(jì)算器、玩具等到上面。大量的太陽(yáng)能電池聯(lián)成陣列，可以建成太陽(yáng)能發(fā)電站，巨大的太陽(yáng)能帆板是人造衛(wèi)星上的主要電源之一。 太陽(yáng)能取之不盡，沒(méi)有污染，因此太陽(yáng)能電池是廉價(jià)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(xué)能直接變換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，是通過(guò)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(shuō)，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的“發(fā)電機(jī)”。電池工作時(shí)需要連續(xù)地供給活物質(zhì)（起反應(yīng)的物質(zhì)）——燃料和氧化劑，這又和其它普通化學(xué)電池不大一樣。由于其具有發(fā)電效率高，適應(yīng)多種燃料和環(huán)境特性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已在積極地進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，因此，它沒(méi)有像普通火力發(fā)電廠那樣的通過(guò)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的能量形態(tài)變化，可避免過(guò)程中轉(zhuǎn)換損失，達(dá)到市制發(fā)電效率。此外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）部分負(fù)荷時(shí)也能保持高的效率；（2）通過(guò)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(jī)組容量具有自由度

9、；（4）電池本體的負(fù)荷響應(yīng)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(gòu)成的電解質(zhì)來(lái)分類?，F(xiàn)在開(kāi)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(dòng)作溫度不相同，最先進(jìn)行開(kāi)發(fā)的磷酸型燃料電池約在200℃的溫度下動(dòng)作。相對(duì)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(yīng)用在以石燃料為基本燃料的電廠內(nèi)，可作為電力電源來(lái)利用。高溫型燃料電池又可稱之為是通過(guò)利用其高質(zhì)量排氣，來(lái)面向復(fù)合發(fā)電的燃料電池。 燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高、工作時(shí)無(wú)噪聲、無(wú)塵埃、無(wú)輻射，是一種清潔的能源。這種小型設(shè)備可以為手機(jī)、筆記本電腦和其他一些便攜設(shè)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(dāng)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(guò)這樣的設(shè)備目前還處于試驗(yàn)當(dāng)中，估計(jì)要到2020年大規(guī)模投產(chǎn)后才能進(jìn)入市場(chǎng)。 二. 發(fā)電機(jī)。 電池提供的電能是有限的，更充足，更強(qiáng)大的電能要通過(guò)發(fā)電機(jī)獲取。發(fā)電機(jī)也是一種把其他形式的能轉(zhuǎn)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(shí)產(chǎn)生的熱能，通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置（包括電廠鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)及其輔助裝置）轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式。煤、石油等燃料在鍋爐內(nèi)燃燒后，把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能并傳遞給鍋爐內(nèi)的水，高溫高壓的水和水蒸氣

11、在通過(guò)蒸氣輪機(jī)時(shí)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為汽輪機(jī)葉輪的機(jī)械能。汽輪機(jī)的葉輪和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是連在一起的，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子獲得機(jī)械能后將機(jī)械能轉(zhuǎn)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(jī)、主變壓器等為主）、控制系統(tǒng)等組成。前二者產(chǎn)生高溫高壓蒸汽；電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由熱能、機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)變；控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全、合理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(kāi)發(fā)核能發(fā)電、核聚變發(fā)電以及高效率的太陽(yáng)能發(fā)電等，以求最終解決人類社會(huì)面臨的能源問(wèn)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(shí)現(xiàn)的。隨著發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)制造技術(shù)的完善，輸變電技術(shù)的改進(jìn)，特別是電力系統(tǒng)的出現(xiàn)以及社會(huì)電氣化對(duì)電能的需求，20世紀(jì)30年代以后，火力發(fā)電進(jìn)入大發(fā)展的時(shí)期?；鹆Πl(fā)電機(jī)組的容量由200兆瓦級(jí)提高到300～600兆瓦級(jí)（50年代中期），到1973年，最大的火電機(jī)組達(dá)1300兆瓦。大機(jī)組、大電廠使火力發(fā)電的熱效率大為提高，每千瓦的建設(shè)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(jī)組過(guò)大又帶來(lái)可靠性、可用率的降低，因而到90年代初，火力發(fā)電單機(jī)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(dòng)機(jī)分汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、柴油機(jī)發(fā)電。按所用燃料分，主要有燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電。為提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，火力發(fā)電應(yīng)盡量靠近燃料基地進(jìn)行。在大城市和工業(yè)區(qū)則應(yīng)實(shí)施熱電聯(lián)供。 火力發(fā)電的重要問(wèn)題是提高熱效率，辦法是提高鍋爐的參數(shù)（蒸汽的壓強(qiáng)和溫度）。90年代，世界最好的火電廠能把40％左右的熱能轉(zhuǎn)換為電能；大型供熱電廠的熱能利用率也只能達(dá)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(guān)注的問(wèn)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(duì)于需要修建大壩和水庫(kù)的水力發(fā)電，具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。但火力發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染較嚴(yán)重，這是目前需要解決的難題。