电池在人们的日常生活中扮演着十分重要的角色,无论是石英钟、剃须刀,还是计算器、电子琴等都离不开它。我们都有这样的经验,那就是电池用旧了要全部换掉,绝不能新旧混装搭配使用。这是为什么呢?难道新旧搭配使用不是更节省吗?
要回答这个问题,我们还要从电池本身的特性谈起。普通的干电池有两个很重要的特性,一个是电动势ε,在电路中我们通常称之为电源电压U,另一个是它的内阻r,因为电池和所有的导体一样也有电阻。通常,一节新的干电池的电动势为1.5V,内阻为0.5Ω左右。当电池使用相当长一段时间后,电动势会下降到1V左右,而其内电阻却可增大到几百欧姆。
由于电池存在内阻,在使用时我们也必须将其考虑进去。拿普通手电来讲,使用两节干电池做电源,灯丝正常发光时电阻约为10欧姆,根据欧姆定律,我们不难算出:
电路中的电流为:
I=ε∕(R+r)=3V/11Ω≈0.27A
电源的总功率为:
P总=Iε=0.27A×3V=0.81W
灯泡获得的电功率为:
P灯=I2R=(0.27A)2×10Ω=0.74W
电源的效率为:
η=P灯∕P总=0.74W/0.81W=91%
即电源输出的功率绝大部分消耗在电灯上,做的是有用功,灯泡很亮。
设电源用旧后,电动势将降到1V,内电阻增大到200Ω。若新旧电池搭配使用,同样的方法我们可以计算出电源的效率下降为5%。也就是说,电流做的功绝大部分消耗在电池自身的内阻上,用来做有用功的就很少了,灯泡因而很暗甚至不发光。
综上分析,我们不难看出,新旧电池搭配使用后,不但没有省电,反而是浪费了电能。所以,新旧电池不能搭配使用。
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