烟雾探测器的工作原理是什么？它是如何做到快速感应报警的？ #科普 #消防员 #探索 #科學 #科技 #机械 #涨知识

這個吵鬧的噪音相信所有人都不喜歡聽見 但這個聲音很可能會挽救人們的生命或財產 今天我們就來了解一下這個會發出警報聲音的煙霧報警器 常見的煙霧報警器有電離式和光電式 我們先來看一下含有放射性元素的電離式煙霧探測器 就這麼一個小玩意兒 它憑什麼能探測到煙霧呢 來 一起看看煙霧探測器的工作原理 先來看看它的構造 也是一節乾電池負責爲整個設備供電 一般情況下煙霧探測器的電池是需要定期更換的 否則就會無法正常工作 這是一個警報器 它既能發出警報聲也能發出像這樣的嗶嗶聲 接下來是這個PCB電路板 它包含了一些基礎的電路元件 設計十分簡約 當然對於一個警報設備來說 這些已經足夠了 這是處理信號的微芯片 PCB這塊區域上面有一個金屬筒 它是煙霧探測器的核心 也是放射性元素的球式 它四周都有通風口 空氣和煙霧都能夠暢通無阻的通過 金屬筒內部還有一個小一號的圓柱體 其頂部是一塊金屬盤 底部同樣如此 兩塊金屬片就這樣埋了一個小伏筆 稍後再講哈 它們被塑料支撐結構固定住 頂部金屬盤開了一個小孔 裏面赫然藏了一個綠色的東西 第一眼看上去就感覺這玩意兒有點邪惡 對了 它就是煙霧探測器的放射源 每241 質量爲300納克 所以好奇心重的小夥伴 千萬千萬不要去拆開哈 言歸正傳 這種放射性裝置是如何探測煙霧的呢 跟着我往下探 每241衰變時會發射α粒子 它們屬於高能粒子的一種 由兩個中子和兩個質子構成了氦4 質量爲氫原子的4倍 由於沒有電子 所以帶正電荷 α粒子移動速度十分恐怖 每秒鐘可達到15000公里 這個速度已經達到了光速的5% 更是比國際空間站快了2000倍 高速粒子流轟機大氣中的原子 使得它們的電子波落 從而產生帶正電的氮離子 氧離子 以及其他氣體和海量的自由電子 注意哈 任何失去或者獲得電子的原子 以及分子都會帶電 它們統一被稱爲離子 在裝置外面 逃逸出來的電子以及離子 會重新結合 變成不帶電荷的中性粒子 但是在裏面卻發生了截然不同的一幕 金屬桶內部的空間 被稱爲電離式 上下兩塊金屬盤 分別連接煙霧探測器的乾電池 如此一來 頂部的金屬盤就帶上了正電荷 底部則帶負電荷 衆所周知 同性排斥 異形相吸 所以帶負電荷的電子 就遷移到了頂部的金屬板 同樣的道理 帶正電荷的氧離子 氮離子等 則遷移到了底部的金屬盤 而電子的流動 就可以形成電流 這個電流會被這塊微芯片感應到 最終被測出具體的大小 只有50匹氨左右 也就是0.5乘以10的負10次方氨 列個值 就是沒有煙霧的正常水平 這句話話重點哈 當煙霧通過通風口 進入到電離式後 裏面的環境 就會發生劇烈的變化 因爲煙霧中含有大量的二氧化碳 一氧化碳 以及大顆粒的煙塵 它們會攔截每241衰變 產生的α粒子 以及已經發生電離的空氣分子和電子 這樣一來 電子遷移 頂部金屬盤的路徑 就受到了阻礙 氧離子和氮離子也一樣 電子流動減少 就意味着電流的減少 一旦這個值 低於淺面化重點的正常值 這種變化 就會被下面的微芯片檢測到 最終發出信號 並觸發警報器 提醒我們 某個地方 有發生火災的風險 除了利用放射源探測煙霧 還有一種常見的 那就是光電探測器 主要部件全部集中在一個小容器內 在容器的一側有一個LED光源 下方這裏有一個光電傳感器 由於位置的錯開 LED發出的光線 無法到達傳感器 所以也就無法觸發相應的報警機制 除此之外 爲了進一步阻止LED的光線 到達傳感器 後者的周圍 還引入幾塊錫形塑料塊 目的是爲了減少容器內壁的反射 總之 在正常情況下 我們要保證光線無法到達傳感器 然而當煙霧跑進來後 其中包含的大分子顆粒 就會使得LED發出的光線發生偏轉 由於容器體積較小 所以被偏轉的光線 總會有一部分來到光電傳感器上 結果就是警報被觸發 元素週期表 可以說是人類最偉大的發明之一 現代99%的科技 可以說與這息息相關 我們今天講的放射性元素探測煙霧 只是其中的九牛一毛 所以啊 科技其最終的目的 就應該是造福民生 而不是走歪了