生活科普:打火机到底是怎么点火的?
来源:趣科普
发布时间:2022-08-11
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人类最早使用火的时间可追溯至180万年前,从元谋人到北京人,考古学家都发现了他们用火的痕迹,尽管当时使用的都是自然火。

但原始人已经意识到火是一种强大的自然力,因此开始探索人工取火的方式,从钻木取火到燧石取火,再到如今各式各样的取火工具,人类取火的方式更加多样化。

而打火机因为它轻便、耐用、稳定生火的优点,一直被大众所广泛使用。

目前市面大多数的一次性打火机都是使用丁烷作为燃料,因为丁烷在高压下会变成液态,而在减压之后又能快速变成气态,因此很适合储存在打火机的小油箱里。

当我们按下打火机的“点火按钮”时,小油箱里的丁烷溢出一缕缕气体,然后与点火装置产生的电火花所接触,就产生了明亮的火焰。

说到点火装置,其实是打火机里面那个黑色的长条物体,大家应该不会陌生。因为就是这么小的一个玩意儿,小时候调皮拿着它对小伙伴的手背来上一下(请勿模仿),会有轻微的触电感。

不过,这个电是从哪来的呢?明明没有独立的电源供给,里面也没有小磁铁来产生磁场,更别提有什么金属切割磁感线了,它里面只有一套“击打与被击打装置”,应了中国的一句俗语“周瑜打黄盖,一个愿打一个愿挨”。

在我们向下按触发器的时候,会给里面的弹簧施加压力,弹簧下面连接着一个小锤子,当施加的压力达到阈值的时候,弹簧会弹回原点并释放能量,这时候,连接的小锤子就会狠狠的落下,击打在下方的压电晶体(或压电陶瓷)之上。

压电晶体受到冲击后,其表面会稍稍凹陷下去,从而在晶体两端产生电位差(电压)。

压电效应

肯定有小伙伴会疑问,压电晶体为什么能产生电压呢?

这其实是压电效应造成的。压电一词起源于希腊语piezein,字面上的意思看起来就是:挤一挤、压一压,就能产生电?实际上还真就差不多。

1880年,法国物理学家居里兄弟在实验中发现:某些天然晶体在受到机械力而发生拉伸或挤压时,晶体相对的两个表面会出现等量的异号电荷,科学家将这种现象叫做压电效应。

居里兄弟做实验的器具

而具有压电现象的介质,称之为压电材料。

其实自然界中大多数晶体都具有压电效应,但是效果都非常微弱,随着对材料的研究深入,人们发现石英晶体、钛酸钡、电气石等材料都是性能优良的压电材料。

而成为压电材料一个很重要的原因是具有中心不对称的结构。以石英晶体为例,在离子性的晶体中,正、负离子有规则的交错连接,构成了结晶点阵。

这样一来,石英晶体表面就形成了固有电矩并产生了极化电荷,但这些电荷无法离开晶体表面,又因为晶体暴露在空气之中,所以这些极性电荷会与空气中的异号电荷结合,所以晶体仍旧是以电中性平衡的方式存在

但是,如果对石英晶体施加机械压力,晶体结构就会发生变化,电矩也会随之产生变化,而晶体表面的极化电荷数值与外力的强度和接触面的大小成正比,外力与接触面愈大,则出现的电荷就越多。

晶体表面电荷的符号与外力相关,如果处于拉伸状态,那么上方的电荷为正,下方的电荷为负;如果是处于压缩状态则相反。

如果将晶体两端装上电极并用导线连通,这些电荷就会从一个极板转移至另一个极板,形成电流,也就是我们在打火机里面看到的电火花。

逆压电效应

压电效应还有一个特殊的地方,那就是这个过程是可逆转的。当对压电材料施加机械应力可以将机械能转化电能,这属于正压电效应,相反的,对压电材料加上电场之后,它会产生机械形变(伸长或缩短)。

相较于正压电效应,逆压电效应的应用范围更广,比如我们常见的扬声器,在扬声器通电后,里面的压电陶瓷受到电场的作用,使陶瓷以声波的形式振动空气,发出更大的声音。

在当今的电子世界中,压电无处不在,而随着科技的发展,压电技术的脚步还会继续前进,未来或许有无限种可能性,比如由压电效应产生的能量可以被收集起来。

想象一下,如果以后的智能设备电池具有压电材料,那么你可以通过简单的身体运动来激活压电材料为你的设备充电。


甚至更厉害一点,还可以在公路下面嵌入压电系统,当路面上的汽车驶过时,可以激活下方的系统,然后将收集的能量用于两旁的公众设施如路灯、广告牌等。

不管是哪种可能性,科技的发展永远都这么令人着迷且向往。



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