电铃的工作原理讲解（响了100亿次的牛津电铃）

现代社会，很多东西都需要电池才能使用，比如遥控器、电动车、闹钟，以及一些大型设备等。

各种型号的电池

而针对不同的设备，所需要的电池类型不同，其续航时间也不同。

美国在上世纪70年代先后发射的旅行者1号和旅行者2号，至今还在太空中运行，由于它们的任务会和太阳渐行渐远，所以并没有安装太阳能帆板，而是采用的电池。

算下来，它们的电池已经用了40多年了，你们知道用的是什么电池吗？

这个大家可能很少听说，用到的是核能驱动的电池，其中的放射性元素就是钚。

核电池

由于元素具有半衰期，所以当钚耗尽时，可能就是探测器罢工的时候了。

但是，这还不是世界上持续时间最长的电池，咱们今天要了解的牛津电铃，已经持续放电180多年，并且响铃100亿次了，不过奇怪的是，人类至今却不知其电池构造。

牛津电铃的180多年

这个电铃现在就摆放在，英国牛津大学克拉伦登实验室门厅的架子上，第一眼看上去，它就是一个普通的实验装置。

克拉伦登实验室

但是神奇的是，这个被罩在双层玻璃中的电铃，竟然已经持响了180多年了，几乎很少有实验会持续这么长的事件。

据记载，这个电铃是在1840年，由牛津大学物理学教授罗伯特·沃克，从仪器制造商沃特金和希尔那买回来的。

至今那个玻璃罩都没有被人打开过，就这样任它工作到现在。

不过值得注意的是，据可查资料显示，这个电铃的寿命可能还更长，因为它或许在1825年时就已经被制造出来了。

牛津电铃

如果从制造出来那一天起，它就开始持续响铃的话，那截至2022年，它已经响了197年了，这简直是不可思议。

牛津电铃的构造

从外表上看，牛津电铃的装置确实不难，在绝对隔绝空气的环境中，其中有两个干电池，它们组成串联的电堆。

在两块电池中间，悬挂着一根丝线，上面吊着一个直径为4毫米的金属球。

而电池的末端都是一个半球形的黄铜铃铛，而金属球就位于两个铃铛之间。

金属球和铃铛

三者之间仅有一点缝隙，而这个电铃的声音，就是依靠金属球在铃铛之间来回摆动，以此敲打铃铛起到打铃的效果。

我们很难想象它是如何做到，持续这么多年来回摆动的。

毕竟在我们看来，电池的耐用性其实就是和使用它的时间成反比，但是至今这一趋势还没有怎么在牛津电铃身上体现出来。

对此，很多科学家们也是一头雾水，不知道它究竟是如何长时间运作的。

金属球在其中来回摆动

对牛津电铃工作原理的猜测

金属球能够来回摆动，依靠的就是两块电池的电力。

简单来说，就是当金属球碰到其中一个铃铛时，上面就会携带正电荷。

由于二者属于相同的电荷，于是就会产生细微的斥力，使得它被撞击到另一个铃铛上。

此时金属球身上携带的已经是负电荷了，于是它又会被另一边吸引。

就这样循环往复，牛津电铃已经形成了一个2赫兹震荡的周期。

大致工作原理

那么关于它是如何运行的，这两块干电池是否具有特殊功能，或者其内部的真实结构究竟如何等，我们接下来看看科学家们的猜测。

内部结构是解题关键

首先，科学家们只能从电铃的外观，进行观测。

因为自从电铃拿回牛津大学后，就一直没有打开过，所以隔绝空气可能是电池能够长久工作的原因之一。

我们可以看到，在电池的表面覆盖了一层硫磺，它的作用就是将空气隔绝，并且起到绝缘的效果。

外部厚厚的硫磺

科学家们猜测这个电堆应该是赞博尼电堆，这是由朱塞佩·赞博尼在1812年发明的静电电池。

它的主要部分就是银箔、锌箔等金属箔和圆盘形状的纸构成，这种纸的一面涂上了二氧化锰，另一面涂的是硫酸锌。

将这些东西叠上几千层，再用带有端盖的玻璃管进行压缩，随后就可以将其浸入熔融硫绝缘了。

另外这些纸片的电压为0.8V，由此可见这个其中电池的电压可以达到几千伏。

赞博尼电堆

尽管它能提供的电流只有纳安，但是由于其内阻很大，所以即便短路也不会将其烧毁。

并且金属球在铃铛之间的运动，只会传递很小的电流，因此电池的耗电量就会很少，如此才能持续那么长的时间。

但是这仅是科学家们的猜测，因为关于电铃的详细说明和细节早已丢失了，所以除了将其拆除，对内部结构进行研究，也没有别的办法了。

只不过，现在科学家们不愿意直接拆除电铃，因为这个实验已经打破了多个记录。

最耐用电池

不仅成为了史上持续时间最长的实验，并且也是史上最耐用的电池。

所以，现在只能等到电铃没电的那天，才有机会解开谜底了，但还需要多长时间，科学家们也未可知，我们也只能默默期待了。

电池的发展过程

那么现在市面上有那么多电池，根据材料的不同，应用的范围也不同，那么这些电池都经历了怎样的发展阶段呢？

电池不断发展

现代电池已经过两百多年的发展历程，在1800年时，意大利化学家亚历山德罗首次发明了伏打电堆，这是世界上第一个发电器。

伏打电堆由多层锌和银组成，其中间隔浸渍水，是最早的化学电源，不仅为电磁学的发展提供了基础，而且还开创了电学发展的新时代。

但是此时的伏打电堆不能重复使用，于是在1836年时，因果科学家丹尼尔对其进行改良，将其中的电解液替换成稀硫酸，于是第一个不极化，并且能保持平衡的锌铜电池就发明出来了。

伏打电堆

本着对资源重复利用的想法，法国物理学家普兰特在1859年，发明了世界上最早可以充电的电池——铅酸电池。

这个发明就是我们现在所说的蓄电池，为现代汽车引擎的发展，提供了很大的便利。

由于此前的电池，用的电解液很容易泄露，所以不方便携带，所以1887年的时候，英国科学家赫勒森将液态的电解液换成糊状，这就是最早的干电池。

可以充电的电池

1890年，爱迪生又在此基础上进行改进，发明除了可以充电的铁镍干电池，将电池的发明又推向一个新的高度。

如今的干电池已经逐渐发展了100多种，它们的功能和原理，其实就和伏打电堆一脉相承。

随着及时的进步，以及人们的经济发展，对于电池的使用越来越苛刻了，于是在1980年，古迪纳夫发明出了锂电池。

这类电池可以说是为现代电子产品的发展，奠定了坚持的基础，锂电池的体积虽小，但是却可以提供最高的电压，密度也比此前的电池更大。

锂电池

我们现在所用的手机、电脑，甚至电动汽车等，都采用了锂电池。

当然了，现代的电池一直处于发展状态，每一种电池的发明，或多或少都是为了弥补前一种电池的漏洞。

而锂电池也具有一定的缺点，因为它使用的电解液是一种十分易燃的有机溶剂。

所以这种电池经常会出现短路，甚至在高温的时候会导致爆炸的情况。

电池爆炸

当然这些都是我们可以接触到的电池，还有一些并不在我们的使用范畴之内，比如核能驱动的电池，因为其带有的放射性元素会对人体造成危害。

现在这些应用于我们日常生活的电池，一直在持续不断地发展，或许有一天，我们真的能够发明出那种，续航能力堪比牛津电铃的电池。

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