你在夜间遛狗，你的小手电筒逐渐变暗，最后熄灭了。难道不能想办法从它里面的电池中榨取一点能量吗？这听起来并不疯狂。当一个电池供电的设备停止工作时，我们称电池为“死的”——但实际上它并没有完全耗尽。它仍然含有化学能量，电压并不为零；只是电压不够高，无法通过灯泡或LED（或你手中的任何负载）产生电流。但是，通过一点物理学的窍门，你确实可以让光亮得更久，甚至更久！我将向你展示如何建立一个简单的电路，配合变压器和晶体管，利用这剩余的能量。这个电路被幽默地称为“焦耳盗贼”电路。明白了吗？它不仅有趣，而且有点令人惊讶，它也是法拉第电磁感应定律的一个绝佳示例，相同的原理在发电机和电磁炉中也有应用。我们开始吧！基本电池和灯泡我将从一个非常简单的电路开始。这是一个1.5伏的AA电池，通过一根铜线连接到一个小的白炽灯泡。照片：Rhett Allain这是一个完整的电路。电流从电池的一端流出，经过一个含有钨细丝的灯泡，然后返回到电池的另一端。由于那个细丝非常细，电流加热它到大约4500华氏度，导致它发出白热光。 (幸运的是，钨的熔点是所有纯金属中最高的。)只要电路保持完整——在手电筒中意味着开关被保持打开，电流就会继续流动，逐渐消耗电池的化学势能。当电压下降时，产生的电流就会减少。在某个时候，电流会不足以产生任何光。从某种意义上说，这个电路也是一个焦耳盗贼。如果你保持开关打开，即使灯灭了，电流仍会继续流动，并消耗电池的剩余能量。但是，谁会在意一个消耗电池且不产生光的焦耳盗贼呢？LED与白炽灯今天，大多数设备使用LED而不是白炽灯。LED并不是通过加热来产生光；相反，它是一种固态设备，具有能量带隙。当电流中的电子降到较低的能量级时，它们会释放出多余的能量以光的形式出现。这种效率更高，因为没有那么多的热能浪费。唯一的缺点是，白色LED需要3伏，所以现在我们需要两个AA电池：照片：Rhett Allain随着电池的耗尽，它们最终会降到低于3伏的门槛。你可能仍然有2.8伏，但你得不到任何光。这就是焦耳盗贼的魔力开始发挥作用的地方。实际上，我们可以用一个1.5伏的电池点亮一个3伏的LED！但首先，我们需要两样东西：变压器和晶体管。变压器产生电流有多种方法。是的，电池能够完成这项工作，但你也可以使用磁场。这就是法拉第定律。它说，如果一圈导线位于一个变化的磁场区域，导线中将会产生电压。好吧，这正是变压器的工作原理。它有两个绕在共同核心上的线圈。这些线圈绝缘，因此它们不接触——这两个电路是分开的。但是，如果你通过一个线圈通电，它会产生一个磁场，而当那个磁场以任何方式变化时，它会在第二个线圈中产生电流。这是我将要使用的DIY变压器。 （这里有两组线圈，但它们都是红色的——我应该使用不同的颜色。）铁环增加了磁场的强度，使变压器更有效。照片：Rhett Allain明确来说：并不是磁场本身在第二个线圈中感应出电压。而是磁场的变化。当你在一个线圈中打开或关闭电流时，另一个线圈中会出现电压脉冲。如果你打开开关并持续保持打开，那么电压会降到零。实际上，感应电压的强度在一定程度上取决于变化的速率。缓慢降低磁场会产生低电压；迅速关闭则会产生高电压。通过在次级线圈中增加更多的绕组，你也可以获得更高的电压。这就是整个魔术的秘密。通过变压器，你可以在连接到LED的次级电路中获得比电池起始时更高的电压。所以我们现在需要做的就是找一个方法，让初级电路快速反复地开关。那就是晶体管的作用！晶体管在最基本的层面上，你可以把晶体管想象成电流的阀门。它可以关闭电流或让电流通过。而晶体管的门控由……等一下……电流控制。是的