如何讓碳鋅電池迴光返照?

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綁架之聲 – 非常婚禮

一年內有3000人被綁架,身處自由台灣的我實在難以想像。在這個節目中有一位獲釋者提及她在被囚禁於叢林中時,會將拆自鍋刷的鐵線綁在收音機的天線上,然後將另一端以石頭綁住丟向樹梢,藉著增長天線長度來加強微弱的廣播電台訊號。另外,她也提到使用乾電池的收音機聽到沒電時,她會藉由敲打電池來增加收聽的時間。

現在來聊聊這其中的機制,首先來瞭解一下碳鋅電池的反應:

負極:Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e−
正極:2MnO2(s) + 2 H+(aq) + 2 e− → Mn2O3(s) + H2O

由於快沒電時,除了反應物MnO2即將耗盡之外,產物Zn2+與Mn2O3也會大量盤據在電極附近,因而阻礙了反應的繼續進行。這是依據Nernst equation當反應物隨著電化電池反應進行被消耗時,電池電位會不斷降低直到最後變成0,電化電池的壽命隨即終結。那麼為什麼此時敲打還可以榨出一點電能呢?這是因為碳鋅電池中並非是「水」溶液而是「醬糊」溶液,由於流動性較差而導致各溶質在各區域有濃度分布的差異。也就是說「敲打的動作」確實能加速擴散速率的進行,導致電極附近可以提高反應物的濃度與降低生成物的濃度,因此依Nernst equation就能再度提高電池電位,這也就是碳鋅電池能迴光返照的原因。(請思考手機電池若用此招為何無效)

接著來看增長天線這個機制,由於無線電台輻射出來的時變電場屬於垂直極化,因此將鐵線拋向樹梢時,天線的方向恰好就是符合這個電場的極化方向。而收音機使用的是一維的伸縮天線,當在微弱收訊的情況時,天線越長訊號的增益就會越大。這是因為天線上能被電場所振盪的自由電子數越多,因此振盪電流就越大,振幅就越強。

最後聊一個大學時的小插曲,由於我們班當時上課所使用的擴音機是一台FM收音機,無線麥克風則是使用FM頻段

較高功率的FM麥克風.pdf (Pdf檔案下載)

有一天班長把這個無線麥克風帶回宿舍,在晚餐後一堆無聊男子對著它玩起電台DJ的遊戲,有人是傾訴少年維特的煩惱,還有人則是抱著吉他對遠在天邊近在眼前的女二舍彈唱情歌。精彩的是遊戲結束時,當DJ說出感謝大家的收聽,這時隔壁棟的女二舍傳來了熱烈的鼓掌聲,原來是有人在偷聽呢,哈哈!當然這個節目最後還是應聽眾熱烈的要求以帶狀節目形式繼續播下去了。有一天我跟校外一位朋友提及此事時,我為了向他說明原理而順手打開收音機時,乖乖,竟然在距離宿舍好幾公里遠的地方收聽到班上這個廣播節目!原來是他們把天線接到避雷針上了!