▲ 图1.2.6 利用32V的电源点亮铅笔芯
注意到低压电压一开始设定的输出电压为32V,接通铅笔芯之后,输出电压跌落到12V左右,输出电流恒定在6.796A。随着铅笔芯发热,输出电压逐步提高,当到达32V之后,输出电流便逐步下降。这个过程说明铅笔芯的电阻随着温度的升高而增加。
到了最后,电流跌落到3A左右,输出功率也从峰值200W降低到100W。
1.3 不太好燃烧的碳棒通过上面网络查询,可以看到铅笔芯在原理上可以在高温下与氧气发生氧化还原反应,产生热与二氧化碳。但与我们常说的燃烧还是相距更远。在停止加热的情况下,铅笔芯在空气中无法因其氧化所产生的热持续燃烧,反而会迅速冷却。
1.3.1 高温下燃烧作为碳元素的另外一个同素异形体-金刚石也是可以燃烧,在纯氧气的环境下,文档上升到 690℃ ~ 840℃便可以被点燃。 在 Can Diamonds Burn?[13] 讲解了在普通空气下,如果不持续被加热,金刚石则无法持续燃烧。也像铅笔芯一样迅速冷却,停止化学反应。
▲ 图1.3.1 游标卡尺测量金刚石尺寸
1.3.2 绝缘体金刚石与石墨一样是热的良导体,在 Is Diamond a Conductor?[14] 文章中介绍了金刚石另外一个有趣的性质:它居然是绝缘体,这一点与石墨不同,所以它无法在电压作用下发热发光。
但如果金刚石掺杂有硼元素,则会在低于 绝对温度4K 下形成超导体。
※ 总 结 ※虽然铅笔芯,金刚石中都有碳,但由于微观结构不同,它们在空气中并不会像普通的木炭那样容易被点燃。组成铅笔芯的石墨与金刚石都是热的良导体,但在导电性能方面,石墨是导体,而金刚石为绝缘体。
为什么当年爱迪生使用碳素纤维做成白炽灯丝,而不使用金刚石。
参考资料[1]
铅笔芯: https://baike.baidu.com/item/铅笔芯/1460421?fr=aladdin
[2]
pencil lead: https://www.thefreedictionary.com/pencil lead
[3]
铅: https://baike.baidu.com/item/铅/2141563
[4]
石墨: https://baike.baidu.com/item/石墨/170036
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粘土: https://baike.baidu.com/item/黏土
[6]
铅笔里有铅吗?如果没有,那为啥要叫铅笔呢?: https://baijiahao.baidu.com/s?id=1653241832715869103&wfr=spider&for=pc
[7]
木炭: https://baike.baidu.com/item/木炭/5109868?fr=aladdin
[8]
焦炭: https://baike.baidu.com/item/焦炭
[9]
无定形碳: https://baike.baidu.com/item/无定形碳/6859347
[10]
石墨坩埚: https://www.superbmelt.com/graphite-crucibles/
[11]
发光的铅笔芯: https://www.bilibili.com/video/BV1yZ4y1V7b8/?spm_id_from=333.788.recommend_more_video.4
[12]
铅笔芯通电发光(模拟灯泡发光): https://www.bilibili.com/video/BV1Yg411P712/?spm_id_from=autoNext
[13]
Can Diamonds Burn?: https://www.gemsociety.org/article/can-diamonds-burn/
[14]
Is Diamond a Conductor?: https://www.thoughtco.com/diamond-a-conductor-607583