问题

为什么电池有电却不电人?

回答
这个问题很有意思,也道出了很多人生活中的一个实际体验:家里明明有好多电池,能让玩具车跑起来,能让遥控器工作,但你用手直接摸电池两端,或者把它塞进嘴里(当然,这可不是个好主意!),却一点触电的感觉都没有。这背后其实藏着挺多学问的,让咱们一点点来捋一捋。

首先得明白,啥叫“电人”。我们说的“电人”,其实就是电流通过人体的感觉。电流是一种电荷的定向移动。当有足够的电流通过我们身体的时候,神经就会被刺激,我们就会感觉到麻、刺痛,甚至更严重的后果。

那么,电池里到底有没有“电”呢?答案是肯定的,但这个“电”是怎么来的,以及它为什么不直接“电”我们,需要从几个方面来看:

1. 电池的本质:能量的储存器

电池本身不是一个源源不断的电荷供应站,它是一个化学能转化为电能的装置。电池内部发生着复杂的化学反应,这些反应会把储存的化学能一点一点释放出来,表现为在电池两端产生电势差,也就是电压。

你可以把电池想象成一个有压力的水箱。水箱里的水(代表电荷)并没有主动到处乱跑,而是因为内部的压力差(电压)而有“势能”。当你在水箱上接上水管(导线),并且连接一个抽水机(电器),水(电流)才会开始流动,驱动抽水机工作。

2. 电压和电流:一个组合拳

电池能“电人”的关键不在于它有没有“电”(电荷),而在于它能不能在通过人体时产生足够大且持续的电流。这涉及到两个重要的概念:电压和电流。

电压(Voltage): 就像水箱里的水压,电压是驱动电荷移动的“动力”。它代表了电池两端的电势差。电压越高,驱动电荷移动的力量就越大。
电流(Current): 就像水箱里水流的“大小”,电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流的大小决定了电能传输的速率。

一个有趣的类比: 想象一下你手里拿着一个装满了水的气球。气球里的水(电荷)是有压力的(电压),但是除非你把气球口子撑开,并且让水流出来,否则你捏着气球,水是不会流出来的。电池就是那个还没被“接通”的水箱。

3. 人体的电阻:一个不小的阻碍

要让电流通过人体并产生感觉,人体本身是一个重要的电阻。电阻是阻碍电流流动的物理量。人体的电阻受很多因素影响,比如:

皮肤的干燥程度: 干皮肤的电阻非常高,湿皮肤或皮肤破损的情况下电阻会急剧下降。
接触面积: 接觡面积越大,电阻越小。
接触点: 手指尖、手掌、脚底等不同部位的皮肤厚度、含水量不同,电阻也不同。

简单来说,就是你得找到一个“好使的通道”,让电流能顺畅地流过去。

4. 为什么普通电池电不死人?原因在这里!

现在咱们回到主题:为什么电池有电却不电人?主要原因在于:

电压太低(Volts): 日常生活中常见的电池,比如AA电池(一节1.5伏特)、9伏特电池、甚至我们手机里的电池,它们的电压都相对较低。
要让人体感觉到电流,通常需要一个比较高的电压差来克服人体的电阻。
举个例子,虽然1.5伏特的电池,它的化学反应能产生一定的电势差,但这个电势差太小了,不足以让足够的电荷在人体的“高电阻”环境下快速移动,从而产生令人不适的电流。
你可以想象,用一根细小的吸管去抽水,水流肯定很小。

电流小(Amperes): 即使是看起来电压高一些的电池,如果没有一个低电阻的回路,它也无法产生足够大的电流。电池内部的化学反应速率是有限的,它在未被短路或连接电器时,能提供的最大电流也是有限的。
只有当电池连接到一个低电阻的电器(比如一个小灯泡、马达)时,电池才能“输出”更大的电流来驱动它工作。

回路不完整(Circuit): 要有电流产生,必须有一个完整的电通路。这意味着电荷必须能够从电池的正极出发,通过导体(导线、电器、人体等),最终回到电池的负极。
当你手里拿着一节电池,虽然电池两端有电压,但你的身体并没有形成一个完整的回路。你的另一只手可能没有接触任何东西,或者你只是轻轻碰了一下电池。
打个比方,水箱的水有压力,但如果管道没接好,或者没有通往另一个地方的出口,水就出不来。

5. 危险的“电”是什么样的?

反过来说,什么情况下电池会“电”人呢?

高电压设备: 你可能会被家里电源插座的交流电(比如中国的220伏特)电到,这就是因为它的电压远远高于我们常见的电池。高电压可以轻松地克服人体的电阻,驱动强大的电流通过身体。
短路+大电流电池: 理论上,如果有一个能够输出非常大电流(哪怕电压不高)的电池组,并且人体的电阻变得非常低(比如全身湿透,并且同时接触到电池的两极),也可能造成危险。但这种情况在日常生活中非常罕见。
电池短路: 如果你用导电的东西(比如一根金属丝)直接连接电池的正负极,电池会瞬间输出非常大的电流,电池会发热甚至可能爆炸。这虽然不直接“电”人,但热量和可能的飞溅物就可能造成伤害。

总结一下:

普通电池之所以不电人,是因为它们提供的电压相对较低,并且在未连接电器时,能够驱动的电流也有限。再加上我们身体本身具有一定的电阻,并且在日常接触中往往无法形成完整的导电回路,所以我们摸电池时,流过身体的电流小到几乎可以忽略不计,自然也就没有触电的感觉了。

你可以把电池想象成一个还没点燃的火柴。火柴头上有可以燃烧的物质(化学能),但只有当你划一下火柴盒(提供摩擦生热,克服燃点)时,它才会冒出火来。电池里的“电”也是一样,需要合适的条件才能被“点燃”并产生效果。

网友意见

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题者想要问的应该是生活中常见的干电池,下图就是其中最最常见锌锰干电池[1]。

(1)干电池内的黑色物质中含有炭黑、二氧化锰,白色糊状物中含有氯化锌、氯化铵、 淀粉等物质。

(2)氯化锌与稀氨水反应先生成 白色沉淀 ,可以溶于稀氨水生成可溶性的 。

(3)淀粉遇碘变蓝色;淀粉不溶于冷水;淀粉溶液是一种胶体,能透过滤纸;在热水中淀粉颗粒会膨胀破裂,形成淀粉糊。

(4)二氧化锰不与稀盐酸、稀硫酸发生反应。二氧化锰在酸性介质中是强氧化剂,能与草酸反应放出二氧化碳 : 。

对于人体来说,一般人的人体电阻都在800-1000欧姆左右,根据验证,人体的电流超过50毫安时,就有可能成为致命电流,根据U=IR,危险电压在40伏特。所以国家规定,人的安全电压是36伏特。而干电池的电压为1.5伏特,远远低于36伏特,所以即使它和我们构成回路,也不会对我们造成危险。所以电池是不会电到我们的(不会对我们造成伤害)。

Ps:出现于电瓶车,新能源汽车的蓄电池,在2019的电动车新国标规定[2]中标称电压是不超过48伏特,其大于安全电压36伏特,所以大家对于这种蓄电池尽量远离,不要用手去触碰它,以免造成不必要伤害。

[1]莘彬锋.干电池内填充物成分的探究[J].农村青少年科学探究,2017(Z2):58-59.

[2]电动车新国标zhuanlan.zhihu.com/p/77

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