2013年7月24日

科學玩具-電學-再論神奇測電條

電池有測電條已經不是新鮮事,但是如果加上這項專利之後的價格就飆漲的話,對於消費者而言未免有點不划算,試問,有多少比例的使用者會在使用前就想知道電池的蓄電量還有多少呢?所以若有一部分的金額是附加在這項功能上,那就會讓銷售量受到限制。
基本上,測電條在會安裝在電池側邊,以不妨礙正負極端點接觸為宜
利用顏色區別來告知使用者目前電池可以正常供應的比例

目前在市面上可以看到、方便買到的是電池大廠所推出的鹼性電池才附有測電條,一般的乾電池式沒有的。既然是鹼性電池,那外觀雖然和乾電池很像,不過實際上還是有一點點差別的,至少筒身長度有些許不同,不曉得你有沒有過這種經驗,把電池裝在遙控器時,置入乾電池和鹼性電池的緊密程度是有差異的。
電池包裝膜上有兩個白色小點,同時按下去就可以進行PowerCheck
PowerCheck即為測電條的英文名稱

拆掉外面披覆、用以絕緣的塑膠膜後,可以看見筒身呈現銀灰色的光澤
這是鋅殼,一種氧化能力強但氧化物質地緻密的金屬

乾電池的正極圓蓋上有一根當作惰性電極的碳棒,功能為接受並傳導電子,而筒身則是容易失去電子而當做負極的鋅殼。不過鹼性電池的構造稍有不同,除了電解質成分和狀態不一樣以外,連電極的形式外觀也大異其趣。鹼性電池的正極並不是圓蓋,而是一體成型但底部闕如的圓筒,相對的,負極並不是像乾電池鋅殼般的圓筒,而是圓型的金屬底板加上集電棒。
正極的形態與負極的形態雖然不同,但都是傳導電子能力強大的導體
正負極之間夾有圓形的紙片和墊圈作為絕緣,將正負極隔開而不致短路

既然鹼性電池的正極的形態是圓筒,那範圍就大很多,所以測電條的正極接觸點其實是可以任意擺置的,所設計出來的測電條也就可以多樣化,不過小小的設計還是不要太花俏比較好,畢竟電池上可使用的空間有限,總不能設計成螺旋形吧?
測電條所涵蓋的區域下有一條絕緣的紙片,紙片上有圓孔和長條
圓孔底下是一片銀色的可以導電的區域,長條底下則沒有

可以用手輕易地將紙片剝下來,長條形的缺口像是觀景窗一樣
圓孔只有正極端有,負極端就沒有了

仔細觀察一下就可以發現紙片去除後的區塊呈現桃紅色,除了兩端是方塊的形狀之外,中間部分的連接處是一邊寬一邊窄的梯形,負極端最窄而往正極端的方向則是越來越寬,這樣設計是有其用意的。
隱約可以看到中央夾著一條長方形的薄片,可以用刀片繼續切割分離
如果翻過來看的話,對應的位置剛好是液晶變色條的位置

使用一般模式拍攝的話,雖然可以觀察到桃紅色的區塊,但是在外圍紅色背景的干擾下讓觀察受到影響,必須要聚精會神才看得出分界在哪裡,也才能找到石墨電阻薄片的位置,因此我使用了一個簡單的方法,還沒有人想到並實行過,但卻可以明確地拍出隱藏在其中的石墨電阻薄片形狀,而不是實物就在眼前卻老是畫示意圖。在接下來的相片中會一一呈現,使用對照的方式讓對比強烈些。

讓人眼睛為之一亮的方法就是背光,拿一個手電筒當作背景光源,在強光照射下,幾乎不透光的石墨電阻薄片會呈現黑色,相較於其他透光的部分顯得明顯多了,可以觀察到明確的分界,更可以清楚地知道正負極間的寬窄程度區別。
可以看到絕緣用紙片剝除後,圓孔下方對應一個銀色的圓形接觸點
按壓時才會跟電極接觸,平時是呈現斷路狀態

電阻薄片由負極至正極逐漸變寬,也代表電阻漸漸變小,熱效應會相對減弱

整體來看,電阻在負極是比較大的,電流熱效應較為明顯
因此,測電條上的液晶轉變成黃色時,都是由負極開始往正極的方向暈染過去

有關電流熱效應在測電條上的應用與原理說明,在之前發表過的文章(科學玩具-熱學-神奇測電條)中就已經提過,在此不再贅述。但是在反覆的測試之下,從測電條消耗掉的能量也是不容小覷的,而且測試時間越長,能量就消耗越多。雖然測電條的設計在使用上非常簡便,但如果可以的話,建議還是買一台三用電錶或電池電壓測量器比較實用。
即使有檢查電池功能的效果,但還是無法從中得知明確而絕對的數據
即使只變色到紅色區域,並不代表不能使用,還是可以用在許多小型電器上的

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