2019年2月28日 星期四

檸檬電池點燃鋼絲絨

最近又看到有人在分享這個,https://youtu.be/Bv2vT665bGI

歡呼科學的偉大,足以對抗世界末日...,甚至連理化老師也...,坦白說我實在不太想潑冷水,但事實上真的可行嗎?

我們從幾個角度來看
1.所謂水果電池其實真正的反應是金屬燃料電池,負極是活性大的金屬,正極是空氣中的氧,以影片中的實驗來說
負極用的是鐵,氧化電位 0.44V,Fe(s)→Fe2+ + 2 e−
正極是氧氣,還原電位 0.4V,O2(g) + 2H2O(l)+ 4e− → 4OH−(aq)
電池的電壓理論值為 0.84V,實測的結果約為 0.5V
產生的電流最大約 1~2mA
電解質為符合檸檬的感覺,使用的是檸檬酸。
影片串聯(這個也有問題,等會兒說)了 6 組電池,真的好棒棒
這樣就有 3~4V的電壓了!可以讓鋼絲絨通電了


2.點燃鋼絲絨的條件是什麼
科學再怎麼厲害還是有限度的,能量守恆擺在前面,王都要伏首稱臣
根據實測,以零號鋼絲絨來說,電阻小到三用電表幾乎測不出
因此所需要的電壓其實相當低,所以要能夠讓鋼絲絨產生足夠的熱來燃燒就要靠電流了
依小弟的實驗,大約4.2 伏特、500mA 左右的功率
才足以讓鋼絲絨產生火花,換句話說電池需要有 2W 左右的功率才行
怎麼點也有技巧,直接接上鋼絲絨溫度是不夠的
要輕輕摩擦鋼絲絨表面才能產生火花,why?
還是回到能量守恆啊
2W 的功率要讓鋼絲絨溫度上升到燃燒,你等到電池沒電也等不到
所以我們利用的方式其實是電弧
當通電後斷路的瞬間,會使導線和鋼絲絨之間小空隙的空氣瞬間通電產生高溫
這個高溫就可以讓鋼絲絨點燃,之後就一發不可收拾了!
所以電壓不是只有讓鋼絲絨導電的功能而已,還是需要一定的電壓才容易產生電弧
但不管如何,功率要夠還是第一條件。

3.那電池需要串聯還是並聯
所以我們的檸檬電池(很爛的稱呼,暫時先這樣叫)需要串聯還是並聯呢?
這是一個不符合歐姆定律的電路,不是串聯越多,電流就跟著增加
一個 cell 的最大電流是 2mA(給它大一點好了),串了六個還是 2mA 好嗎?哥哥~~
所以我們如果要增加功率,以焦耳定律來說,需要增加的是電流
所以並聯才是最佳選擇
六個檸檬電池若並聯理論上就可以有 12mA 的電流,整組的功率約0.006W,Ya!!!
可是這樣電壓夠嗎?

4.影片那種接法到底是串聯還是並聯
檸檬和橘子一樣,一片一片的接在一起,每片中間有一層膜相互隔開
這層膜理論上是可以讓電解質通過的薄膜,但還是會有些阻礙
如下藍色是一片,綠色是一片(想像是橘子比較容易,想不出來就算了)
你如果要作一個檸檬電池,兩片電極要插在同一種顏色?還是不同顏色?(當然兩片不能接觸),給共耶~~
當然是同一個顏色的區塊內電阻比較小啊!可是他老兄可不是這麼插喔~~
再說吧,就算一個藍一個綠,也沒關係,政府假設還是可以運作…,ㄜ~不是
是電池假設還是可以運作,他老兄是這麼接的,這應該叫做串聯沒錯吧?


我們預期(ag)(bh)(ci)(dj)(ek)(fl)分別是一組電池,這樣才會是串聯
但如果電解質藍色可以通到綠色,那不管你怎麼接,(fg)不就是一組電池了嗎?還是 0.5V 啊~~
如果是要並聯,也應該是負極全部相連,正極全部相連才是?
小弟理化學得不好,不懂?不懂?略懂?略懂?

總之,實驗的經驗告訴我們,檸檬電池串接三個要點亮 LED 沒問題
要開車也可以(1400 個!!,註 )
但這種便宜行事的接法,我是怎麼實驗都做不出來啊!!誰能教教我!!



https://youtu.be/LvMP3G2wRao?list=PLEBT6lP5URDYtxtofNVjEeqHi7I1UJ_QI

2019年2月23日 星期六

手機呼吸燈

現在手機在待機時都會有一個燈閃啊閃的
但卻會漸亮和漸暗,所以又稱為呼吸燈
之前作過非常多種類的閃燈
有relay型、555、電晶體、mosfet、4017等都可以
呼吸燈當然也行
漸亮或漸暗主要就是利用RC電路控制電容的充放電時間就好
呼吸的頻率用555就可以
電路圖如下





2019年2月21日 星期四

改裝倒車攝影

之前把換下來的後視鏡型行車紀錄器改裝成攝影機
這種行車紀錄器有兩個鏡頭
所以手邊也留下了好幾顆
雖然後鏡頭本身就可以當作倒車攝影
但角度就是不對
因此決定剩下的後鏡頭(鏡像)就來當作專用的倒車顯影好了

電源的部分就拉倒車燈來用
這樣就會只有在倒車的時候才會啟動
但這個鏡頭原本是裝在行車紀錄器上面的
所以吃的是5V的電
倒車燈是12V,如果直接接上去就燒了
因此要先降壓
降壓的方法有很多
這次決定用7805來作
7805不管輸入多高,出來都會是5V
這樣會更穩定
走線的方式就跑防水壓條就可以






這樣我就有兩個角度的後鏡頭
一個照遠方,一個照地面
從螢幕就可以看出差別





後來索性也裝一個前鏡頭(正像)
走線就跑引擎室旁邊
反正螢幕會自動切換,鏡頭是現成的
不用白不用囉~~




2019年2月19日 星期二

伏特計與安培計的構造

因為課本的這張圖


有老師在問安培計和伏特計的構造(原理)
就一並在此說明好了
基本上安培計和伏特計內部都有一個利用磁效應轉動的指針(構造都是相同的)
這個指針轉動的角度基本上和輸入指針線圈的電流有關
我們利用特定電阻的串並聯就可以顯示電壓或電流大小了

伏特計較單純
基本上內部會有一條大電阻和指針線圈串聯
電阻和指針線圈的總電壓就是我們要顯示的
電阻的大小就和要偵測的最大電壓有關
若為5V、15V、30V
算出來的串接電阻如下

實際上做出來就像這樣



安培計就比較麻煩了
我們是利用小電阻和指針線圈並聯
代測的電流就是通過電阻和指針電流的總和
如下就可以算出我們所需要並聯的電阻

非常小的電阻,因此通過電流會很大
所以安全起見,安培計一定會裝上保險絲
有趣的是,保險絲就是我們並聯的電阻(二合一了)
實際上做出來像這樣




因此真正計算時要再將保險絲的電阻算在指針線圈內
但因為電阻太小,其實影響不大的
(紅字就是考慮之後的實際並聯電阻大小)

實際測試這條保險絲約2A就會燒斷
沒拍到影片...可惜...



2019年2月16日 星期六

自製無墨金屬筆

無意間看到這個...

基本上只要是活性不算小的軟金屬就會有類似的特性
摩擦紙面時,就會有少許金屬屑屑氧化後附著在紙的纖維內
加上大部分金屬氧化後都會呈現灰黑色
金屬筆就是這樣而已
(以上原理只是我的實測和推測,不一定完全正確喔)

說到軟金屬,第一個閃過腦袋的就是鉛了
沒錯,直接利用鉛就可以在紙面上書寫(百分之百的鉛筆啊~~)

鉛片在漁具店就很容易買到,也很好加工
另外一種常見的就是焊錫了
一般常見的焊錫主要就是錫和鉛的合金

剪一小段1mm直徑的焊錫,塞入原子筆的筆頭內
當然,筆頭必須先加工過
將金屬筆頭利用砂輪機把尖端磨除
露出中間的讓墨通過的管道
這個管道直徑大約就是1mm
差不多就可以將焊錫塞入







最後再將前端擠成球狀就搞定了!!
幾乎是接近零成本就打造完成
但...沒質感、沒包裝、沒造型
只有自造的爽度!!


2019年2月15日 星期五

改裝熱風機冷卻裝置

熱風機的出風口溫度約在300~600度C
(一般吹風機約80度,最高也只有100上下)
因此可以想見功率之高~~
銘牌上標定是1800W!!

但實測的電流約只有10A(幸好!!),所以實際功率約1100~1200W
這台熱風機有兩段控溫,不能微調
拆開看就知道,裡面的電路很簡單
有一段電熱絲(12歐姆,所以電流約10A是合理的)和馬達並聯
利用一個高功率的整流二極體讓輸出的電流直接減半

當然輸出功率也跟著減半,溫度也會比較低
很簡單又耐用的裝置







但馬達端不能直接用110V供電,這樣通過馬達(實測約只有4~5歐姆)的電流會太大
因此在整流之前串聯了一段120歐姆的電阻來降低電壓和電流
這樣電阻所需的功率就要很大
所以廠商用了一個極聰明的設計
那就是把電阻也換成電熱絲
一方面降壓,另一方面也提供了熱風機所需要的熱源

但因為電熱絲和馬達的開關共用
因此斷電後馬達就會停止
但此時電熱絲的溫度還很高
所以常常會看到斷電後出風口開始冒煙,感覺蠻可怕的
如果可以讓馬達在電熱絲斷電後還能運轉一些時間
這樣就能幫助電熱絲降溫
相對也比較安全

作法有很多
但為了安全起見,決定不要動內部電路
再外接一個電源來對馬達供電就好
整體電路圖如下
藍色是原本熱風機的電路
紫色是加裝的

在進去馬達之前要裝上一條二極體
避免家用電不小心流入外接電池
那就GG了



完工!!
用完熱風機,斷電後開啟風扇吹個1~2分鐘降溫
這樣才是安全的作法


電子元件的包裝袋秘密

很多電子模組都會用這種黑色半透明的包裝袋 為什麼要用這種特殊的包裝袋呢? 用一般的PE袋或PVC袋不行嗎? 這就要回到電子電路的工作原理來說了 傳統電路主要靠電流來控制電路 電子電路則是靠電壓來控制 (這麼粗略的說法一定會被罵,但無法在三千字內說清楚就乾脆不說了,有興趣研究的可以...