书城教材教辅培养学生动手能力小丛书:教你制作日常电子
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第3章 电学与化学的关系

人们可以用很多种方法使物体带电,不论用哪种方法,本质上都是使物体中原有的正电荷与负电荷发生分离和转移。但是,方法不同,物体带电的情况也不同。比如,用摩擦方法可以使物体带电,并且可以把电贮存在莱顿瓶,但这种电放电时只能产生瞬息的电流,实用价值不大。而用化学方法产生的电,却有很大的价值,对人类的生活起了很大的作用。我们来看看电能与化学能的相互关系,它们之间是怎样转化的。

一、化学能转化为电能

化学能转化为电能的常见装置是化学电池,它能够产生稳定的电流。最古老的电池是19世纪初意大利物理学家伏打制作的,所以叫“伏打电堆”、或“伏打电池”。

伏打电池是怎样把化学能转变为电能的呢?下面的小实验可以说明:

把一块铜片和一片锌片,浸在稀硫酸溶液里,分别用导线与用电器(小灯泡)连接起来。由于稀硫酸对铜片与锌片的化学作用,“生性活泼”的锌就容易失去电子,锌板失去部分电子后,它和铜板之间产生了电位差(电压)。用导线把两个极板连接起来后,在电压的作用下,电子就由锌板通过导线流向铜板,形成了电流。你们知道,电子流动的方向和电流的方向相反,所以,按电流的方向说,是电流由作为正极(聚集正电荷)的铜片流出,经过导线和小灯泡,流回作为负极(聚集负电荷)的锌片。

根据这个道理,人们制成了各种化学电池——干电池、铅蓄电池等等。干电池用上一定时间后就不能再用了,必须更换新的,所以叫一次电池或原电池。而铅蓄电池则可以多次充电重复使用。铅蓄电池是把许多块铅板放在稀硫酸里制成的,铅板分为两组,一组是正极,另一组是负极。充电时把电能转变成化学能,储蓄在蓄电池里;放电(向外供电)时则把储蓄的化学能转变为电能。

二、电能转化为化学能

如果让你在一块铜板(或锌板、银板)上刻出花草虫禽,或者刻几句话、几个字,该怎么办呢?用刀刻太费劲了,有没有其他办法呢?在揭开谜底之前,先看下面的两个实验:

把两根废电池的炭心,插入盛有硫酸铜溶液的杯中作为电极,然后接上3伏的电池。过一段时间就会看到连接电池负极的炭心表面出现了铜。把一根光洁的铁钉和一块铜板吊挂在盛有饱和硫酸铜溶液的容器中,接上3伏的电池,铁钉接负极,铜片接正极。过一段时间看,铁钉表面出现了铜,而铜板却腐蚀掉一些。

这两个实验的化学变化过程是:硫酸铜在水里被离解成了铜离子和硫酸根离子。铜离子带正电就向接负极的铁钉转移,从铁钉那里得到了电子,还原为铜原子,并附在铁钉上。硫酸根离子带负电则向接正极的铜片移动,使铜原子转化为铜离子,补充到溶液中去。这个变化是在电流的作用下完成的,这就是电镀的原理。

应用上面实验的原理可以轻松地在铜板上画画写字:先在洁净的铜板表面上沾一层薄薄的蜡,然后用铁笔和铁钉在沾蜡的铜板上,刻出花草虫禽,或刻几句话几个字。需要注意的是,一定要把刻迹处的蜡层去除干净,露出铜质来。再把铜板作为正极,用上面实验中的方法去做。结果是,没有蜡层的刻迹处的铜被转移走了,铜板上留下了痕迹,而有蜡层的铜板处依然存在。这就是电的化学效应。