180年响了100亿次的牛津电铃,内部构造仍是谜,这是永动机吗?

技成培训 2022-10-02 07:30
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众所周知,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。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。


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。


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