两个问题，高中的时候我竟然没问

物理：我们都知道断路不能通电，但为啥电磁波的发射就要把电路弄成一根细丝呢？

化学：假设一个电池给另一个电池充电
充电电池中氧化还原反应共可以转移4mol电子，能提供1000KJ的能量
被充电电车氧化还原反应已转移3mol电子，到充满需要800KJ能量
不考虑电路中的损耗
那么，我们知道电荷和能量都是守恒的，当充电电池正极失去3mol电子时，被充电电池的正极应该得到了3mol电子，负极失去了3mol电子，此时，被充电电池已经回归初始状态，无法再充电，但是，它总共吸收了750KJ能量，但这电池再放电的话却能放出800kj的能量
如果按能量算电子又会消失
这玩意怎么解释……

第二個問題，假設題干成了，那麼原電池的1000KJ并不是由4MOL電子平分。

回复 #2 墨叶 的帖子

问题是，如果不成，错在哪了

第一个问题是无线通讯的坑，我找过很多书，国内没有谁把这个问题讲得很清楚的，通常都是一堆公式。只能跟你说，其实通电的时候，导线表面会形成一层有厚度的电荷层，而不是只有导线内部才有电荷，这层电荷积累多了就会发射到周围空间去。本身也会形成一个电磁场，一旦能量波动，比如高低电平，就会辐射出电磁波，变化的电场产生磁场，变化的磁场又产生电场，电磁波就这样一棒接一棒发出去了。高中这些细节都忽略了

第二问题，你那个“总共吸收了750KJ能量”是哪来的？自己想象算出来的？

[color=Silver][[i] 本帖最后由 乌鹊南飞3 于 2014-10-2 10:22 编辑 [/i]][/color]

[quote]原帖由 [i]迪乌斯[/i] 于 2014-10-1 20:41 发表
问题是，如果不成，错在哪了 [/quote]

題本身有問題。隨口說的數據怎麼能當真。
即使是實驗數據，也可能存在誤差。

回复 #4 乌鹊南飞3 的帖子

嗯，好吧，第一个问题就先撂下吧

第二个问题，反应热是恒定的啊，3/4*1000=750，所以充电电池转移3mol电子后消耗了750kj的电能
又假设了电路无损耗，那么唯一吸收能量的就是被充电电池了

回复 #5 墨叶 的帖子

问题不在这啊，不同的电池，根据阴阳极材料和电解质不同，放出的反应热可能天差地远，误差完全可以靠极大的数据差解决，比如充电电池的反应物键能很低，生成物键能很高，造成反应热很大，被充电电池那边则是反应热很低

回复 #6 卫天龙 的帖子

充放电的化学反应本身也是需要能量的，这部分你考虑了吗？正如有些化学反应要吸热才能发生。不认为吸收的能量都在转移的电子上面，事实上可能很少。3 mol 电子只是作为电解质的一部分存在的。电能与化学能的转化率肯定不是100%，通常发热也要消耗很多能量，这个不会也作为线路损耗忽略了吧？

[color=Silver][[i] 本帖最后由 乌鹊南飞3 于 2014-10-2 11:28 编辑 [/i]][/color]

回复 #8 乌鹊南飞3 的帖子

可是电池这东西一般都是自动发生的吧，我不记得电池需要加热:hz1011:

如果考虑了你刚说的这几部分能量，被充电电池吸收的能量可能还要少才对……
但是电子确实就是转移了那么多……

如果说能量不足的电子就算接触了阴阳极材料也不能反应的话，那么我们高中做的那些个电池连起来算电极变化的题都是在搞什么……

回复 #9 卫天龙 的帖子

大概明白你的意思了。
原電池反應得失4摩爾電子產生1000KJ能量。
電解池反應得失3摩爾電子需要800KJ能量.不符合能量守恆。

我也問一個問題，當用一個原電池電解一個電解池和電解串聯的2個相同的電解池。
原電池得失相同電子時兩種裝置的能量轉換應該是什麼關係？

[quote]原帖由 [i]卫天龙[/i] 于 2014-10-2 11:27 发表
可是电池这东西一般都是自动发生的吧，我不记得电池需要加热:hz1011:

如果考虑了你刚说的这几部分能量，被充电电池吸收的能量可能还要少才对……
但是电子确实就是转移了那么多……

如果说能量不足的电子 ... [/quote]
应该这么说，不在带电粒子有多高能量，而在于产生带电粒子的数量上。因为放电过程，是电能消耗的过程，肯定要接一个用电的负载去消耗正负粒子所形成的电势能。你是不是理解成电解出来的电荷消耗了那么多的能量？我所说的吸热是指需要外加能量，通常就是热能，与反应是否自动发生无关。即是说再产生3 mol带电粒子需要800焦耳电能，如果数据正确，要看化学方程怎么写的。高中我记得讲气态方程还是什么的有讲这个吧。大多数化学反应都是需要吸收或者释放能量的，我自己看书本科教程里面化学方程大都要附注需要多少焦耳的能量，与高中的不同。特别是在有机化学里面，能量不同，生成物都会有差别

PS：这个题目本质上首先是质量守恒，能量守恒要看方程式怎么写的。但肯定不是电荷带电量与消耗电能划等号

[color=Silver][[i] 本帖最后由 乌鹊南飞3 于 2014-10-2 11:59 编辑 [/i]][/color]

回复 #10 墨叶 的帖子

墨我觉得你绝对理解错了，原电池并没有消耗完4mol电子，只消耗了3mol，但电解池那边却是因为在同一个电路里转移了3mol电子

所以和电解池的多少没有关系

其实你提的问题和我提的有点相像，都有些关系到了转化效率……

回复 #11 乌鹊南飞3 的帖子

你说的那是活化能，最开始我是没考虑，因为咱用电池不需要加热，所以我就把活化这部分忽略了
如果考虑了活化能，那么充电电池（原电池）转移电子（反应）时消耗的能量是根据目前电子的转移数决定的，简单地说，就是发生了1mol反应，就像1mol水由液态变为气态，咱们的方程式两边的系数都是1，此时发生1mol反应吸热44KJ
我看你也提到了方程式怎么写的问题，就是两边系数是2的话，发生1mol反应吸收88kj，所以我1楼说的是可转移4mol电子，不管怎么写方程式，能量没问题的。具体解释是，系数最简时反应1mol，系数乘2，就是0.5mol的反应，这样电子转移就一样了，这也是为什么我用电子而不用带电粒子，带电粒子没准是2+或3+，不如电子都是-(1)

[quote]原帖由 [i]卫天龙[/i] 于 2014-10-2 12:11 发表
你说的那是活化能，最开始我是没考虑，因为咱用电池不需要加热，所以我就把活化这部分忽略了
如果考虑了活化能，那么充电电池（原电池）转移电子（反应）时消耗的能量是根据目前电子的转移数决定的，简单地说， ... [/quote]
这题的数据是你自己想的吧，都忽略了能成么？电池的电流大小，与用电量是有关的，换言之，与放电反应的速率有关。所以这道题不是仅仅算下产生电荷数量就够了，那只能算出电量，缺少反应时间这个参数。只有考虑了电流，才有能量守恒。考虑电流，就要问充4 mol电子与3 mol电子所需时间是不是等比例的？

[color=Silver][[i] 本帖最后由 乌鹊南飞3 于 2014-10-2 12:57 编辑 [/i]][/color]

回复 #14 乌鹊南飞3 的帖子

可是，就算要电流，靠内阻也行了吧，毕竟电池的电能是按mA·h算的，那么是不是可以理解成，外界需要多大的功率，电池就输出多大的功率，这样原电池内反应速度就是因变量，时间也就没什么用了吧，只考虑结果就行了

电流I=Q/t（电荷除以时间），同一电路内电荷移动应该是一致的吧

[color=Silver][[i] 本帖最后由 卫天龙 于 2014-10-2 13:01 编辑 [/i]][/color]

回复 #4 乌鹊南飞3 的帖子

南飞你可能找错书了。我觉得目前国内《微波原理》之类的书，是可以把这个问题讲明白的。

回复 #16 3_141592653589 的帖子

:hz1024:说下呗

回复 #17 卫天龙 的帖子

简单来说，高中学的，以及平常我们用的电路，线路都是短距离、频率也很低（直流频率近似为0，国内插座给的交流电也就50Hz）。
电磁波波长=光速/频率，也就是说，高中及常见电路，线路的长度比起电磁波波长可以忽略不计，也就是说在电路中电磁场因距离产生的场强变化也可以忽略不计。
这也就是为什么高中及常见电路理论中，一根导线上的电流是处处相等的。

但微波领域就不一样了，通信、雷达等用的是以M（10^6）、G（10^9）Hz这个数量级的频率的电磁波，波长只有米、乃至分米、厘米这个数量级，这个时候线路的长度就不能忽略了，电磁波在一根短线上就可以跑完一个周期了。
这个时候就要用麦克斯韦方程组去解电磁波在不同形状的导体（一般称为波导）的波形，好设计电路。

交流电（高频）与直流的“行为”有很大的差别的，有些对直流电而主是断路的电路，对交流电却是通路，典型如电容器，还有陷波器、滤波器等。一根开放的导体，对直流电是断路，对某个频率的交流电却是通路的。

电池的充电和放电过程都伴随着化学反应。充电时一部分电能转化为化学能，一部分电能转化为其它形式的能（主要是内能）浪费掉，这部分能量是不可能为零。放电时一部分化学能转化为电能，另一部分化学能会转化学其它形式的能（也是内能为主）浪费掉。但无论充电还是放电，反应物（或生成物）的量都与转移的电子量成正比（前提是充放电时电池的反应是“可逆反应”），那么充放电时被浪费掉的那部分能量从哪里来？答案是：充电时需要的电压高于放电时的电压，也就是它来自充电电压与放电电压之间的差异。转种说法，你不能直接用一块充满电的电池给另一块同样型号但基本放完电的电池充电（当然用直流升压器升压后是可以的）。

回复 #19 LXR 的帖子

2，如果不是同一型号呢……？

[quote]原帖由 [i]3_141592653589[/i] 于 2014-10-2 13:14 发表
南飞你可能找错书了。我觉得目前国内《微波原理》之类的书，是可以把这个问题讲明白的。 [/quote]
用麦克斯韦方程组就可以分析了？谁写的？我找来看看。

[quote]原帖由 [i]卫天龙[/i] 于 2014-10-2 13:00 发表
可是，就算要电流，靠内阻也行了吧，毕竟电池的电能是按mA·h算的，那么是不是可以理解成，外界需要多大的功率，电池就输出多大的功率，这样原电池内反应速度就是因变量，时间也就没什么用了吧，只考虑结果就行 ... [/quote]
问题在于，化学反应速率是一定的，如果按照外界需要的功率来算，电池输出不了这么大的功率呢？电池输出功率是非常有限的，产生1000焦耳的能量，电流可能上不去。所以我说你自己设计这个题目，取这些数据到底行不行，最好有点事实依据，不能仅凭想象

[color=Silver][[i] 本帖最后由 乌鹊南飞3 于 2014-10-2 16:52 编辑 [/i]][/color]

回复 #22 乌鹊南飞3 的帖子

汗，电池功率是一定的么……我怎么记得1.5V电池不管连什么电阻都能正常输出啊……

而且我没有限定时间长短，可以在功率限度内无限长时间的输出啊

[quote]原帖由 [i]卫天龙[/i] 于 2014-10-2 17:30 发表
汗，电池功率是一定的么……我怎么记得1.5V电池不管连什么电阻都能正常输出啊……

而且我没有限定时间长短，可以在功率限度内无限长时间的输出啊 [/quote]
怎么可能，负载太大带不动的，用1.5v电池驱动电瓶车试试，电流立马降下去。如果电流上不去，消耗等量能量，时间增长，电量就要减小，也就是分解电荷减少。对应你的题目就是1000焦耳只产生3 mol电子，是这样吧？所以说这个地方是有漏洞的

[color=Silver][[i] 本帖最后由 乌鹊南飞3 于 2014-10-2 18:35 编辑 [/i]][/color]

回复 #24 乌鹊南飞3 的帖子

:hz1014:问题在这里么……这无非是改一下假设的问题……

回复 #21 乌鹊南飞3 的帖子
你找一本本科的微波教材应该就可以了吧。

回复 #25 卫天龙 的帖子
按一般电池的模型，电池的输出功率是有上限的，这个我记得高中就讲过啊。
假设电动势E，内阻r，外接电阻R，则电流I=E/(R+r)，输出功率=I^2*R有最大值E^2/4r，当且仅当r=R取最大值。

回复 #26 3_141592653589 的帖子

哦，这个我记得。当时这个图也算难点了……

果然学多少不等于会多少:hz1014:

:hz1012:
不要为了道题这么纠结，一般高中出题的都没有什么实际经验，出出来题就是看你等考多少分。

目前感觉就是大学的知识还是比较有用，高中最多是个铺垫，大部分问题纯扯淡:hz1007:

回复 #18 3_141592653589 的帖子

关键是安培定律少算了一项，而高中课本又不讲麦克斯韦修正，所以很多人的理解上就悲剧了。。。

谁告诉你天线一定要是一条细丝了，天线的形状有很多种

高中时想不明白的东西太多太正常了
高中物理课本仅仅是科普级的
很多东西只是为了科普简化了假设了甚至为了方便理解进行错误的表述
不是搞这行的专家没必要深究
对于一个本身不严密不正规的东西搞不懂是正常的