汽车采用负极搭铁的原因 汽车采用负极搭铁的优点?

05-28

大家知道,汽车电气系统的特点是低压、直流、单线制、负极搭铁。低压是指电气系统的电压只有12V或者24V,低于36V安全电压;直流是指汽车上的蓄电池、发电机以及各用电器都是使用直流电;单线制是指汽车上所有的用电器只用一根正极线就可以控制,这样可以大大减少汽车上导线的数量;负极搭铁是指汽车上所有的电源、电气设备,它们的负极都直接接到车身上,车身做为电气系统的公共回路。

汽车采用负极搭铁的原因 汽车采用负极搭铁的优点?

低压、直流、单线制都很好理解,有些是为了安全,有些是为了降低成本和系统的复杂程度,但是为什么一定要采用负极搭铁呢?采用正极搭铁不行吗?

其实汽车在最初发明的时候,在相当长的一段时间内,都是采用正极搭铁的,即把电源和用电器的正极直接连接在车身上,而负极通过导线连接到电源的负极。但是随着汽车上电气元件的增加,人们很快就发现了一个问题——汽车车身腐蚀严重,并且这种腐蚀与汽车钢板的耐腐蚀程度无关。汽车工程师经过仔细研究发现,病根就在电气系统的正极搭铁上,它会导致车身钢板的电化学腐蚀速度更快。后来工程师把汽车电气系统改成负极搭铁,这种电化学腐蚀程度就大大减轻了。从此以后,所有的汽车电气系统都采用负极搭铁制,并变成了一个国际标准。

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那么为什么汽车使用正极搭铁就会导致车身腐蚀更快呢?下面我们简单的来分析一下这个问题。

首先我们来看一下车身腐蚀的原理是什么。汽车车身都是用钢板制成的,基本组成是铁元素。铁也是一种比较活泼的金属,它在常温下就可以与空气中的氧气和水发生化学反应,铁原子会失去外层电子,变成铁离子,然后与氧结合,生成水合三氧化二铁,也就是我们俗称的铁锈,这是导致汽车车身腐蚀的最根本原因,很显然,铁原子失去电子的速度越快,汽车的腐蚀就越快,腐蚀程度也越严重。这个腐蚀过程,本质上是铁与氧气和水组成了一个个微小的原电池,因此这种腐蚀又称为电化学腐蚀。

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为了防止车身腐蚀,或者减缓车身腐蚀的速度,汽车在制造过程中采用了很多防腐蚀措施,比如采用镀锌钢板、电泳、喷漆、空腔注蜡等,主要的目的是隔绝铁与氧气和水接触,这个隔绝的程度也在很大程度上决定了汽车车身的抗腐蚀能力。但是汽车车身是无法做到百分之百隔绝空气和水的,因为在某些部位必须保持金属的裸露,比如各电气元件的搭铁点。还有就是螺栓联接时,也会破坏隔离层。所以很多车的搭铁点处更容易锈蚀,就是这个道理。

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那么汽车电气系统的正极搭铁和负极搭铁对这个腐蚀过程与腐蚀速度有何影响呢?下面我们分别来分析一下。

首先我们来看一下汽车上的电源——蓄电池的工作原理。汽车上的蓄电池基本都是铅酸蓄电池,它的正极板上是二氧化铅,负极板上是纯铅,电解液是稀硫酸。在正极板上的铅是以铅离子的状态存在的,在负极板上的铅是以电离状态存在的,即形成铅离子和电子,正负极板之间大约有2.1V的电位差,这就是蓄电池产生电动势的基本原理。蓄电池的充放电过程实际上就是铅、二氧化铅、硫酸铅、硫酸、水这几种物质的互相转化过程,在这个过程中伴随着电子的流动,从而形成了电流。

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如果汽车电气系统采用正极搭铁的话,即汽车的车身与蓄电池的的正极相连接。由于蓄电池正极上的铅是以离子状态存在的,所以在这种情况下,它会不断的吸附车身上的电子到蓄电池中。车身上的铁原子失去电子后就变成了铁离子,遇到空气中的水和氧气就会迅速结合成水合三氧化二铁,腐蚀就产生了。因此采用正极搭铁的话,相当于增强了车身金属的活性,让电化学腐蚀更容易进行,所以车身的腐蚀会更快,更严重。

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如果采用负极搭铁,即汽车的车身与蓄电池的的负极相连接,结果又会是怎样的呢?我们再来看一下。蓄电池的负极板上是游离状态的铅离子和电子,它具有-0.1V的电位,也就是说,在负极板上的电子是富余的。在这种情况下,蓄电池负极可以随时给车身钢板提供电子,也就是说,车身钢板更不容易失去电子,更不容易被氧化。

相当于变相的让金属“钝化”了,车身的电化学腐蚀更不容易发生,车身的腐蚀也就减轻了。现在有些设备采用的在金属壳体上附加活泼金属的防腐蚀措施,原理其实和这个差不多的。

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所以,汽车采用负极搭铁的方式,可以有效的避免和减缓车身电化学腐蚀的速度,让车身有更好的防腐蚀性能,这就是汽车采用负极搭铁的最根本原因。有一个有趣的现象是,在上世纪五六十年代,中国生产的汽车基本都是采用正极搭铁的。

因为当时的口号是“东风要压倒西风”,我们做的东西就要与西方不一样,他们玩负极搭铁,我们就玩正极搭铁,他们玩交流发电机,我们就玩直流发动机,所以在那个时代的汽车,进口与国产的电气元件是无法替换的。只是后来发现,这样做实在是不符合科学原理,在七十年代以后就逐渐更正过来了。这也说明了一个问题,那就是科学是没有国界和意识形态的。

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此外,还有一个现象,让很多人感到困惑,就是经常使用的汽车一般是不太容易生锈的,但是长时间停驶的汽车,却很快就锈迹斑斑了,这就是所谓的“流水不腐,户枢不蠹”。

其实这种现象也与车身的电化学腐蚀有关。经常使用的汽车,车身上随时有电流流过,车身金属随时可以得到电子,就不容易被氧化腐蚀了,或者氧化腐蚀的过程比较缓慢;而长时间停驶的汽车,蓄电池断电以后,车身上没有电流流过,车身金属也得不到补充的电子,如果氧气和水破坏了车身的防锈层,就会进一步腐蚀汽车的钢板,使钢板氧化、生锈。这就是停驶汽车容易生锈的主要原因。

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既然汽车电气系统采用的是单线制、负极搭铁,那么很多电气设备只要把它们的金属外壳直接安装在车身上就可以了。如果外壳是非金属的,就要引出一条导线与车身相连,这样的线就称为“搭铁线”。理论上每一个用电设备都需要一根搭铁线,但为了减少汽车上搭铁点的数量,有很多用电设备的负极是连接在一起的,然后通过一根公共导线与车身连接,这根导线就是公共搭铁线。搭铁线在汽车电路有着非常重要的作用,如果搭铁点锈蚀、松动等,这个部位的电阻就会大大增加,就相当于在汽车电路中串联了一个很大的电阻,进而导致汽车起动困难,灯光暗淡,或信号失准等。所以搭铁线又称为汽车电气系统的“生命线”。

汽车上很多电气故障都是由于搭铁线接触不良导致的,我们在排除汽车电气故障时,首先就要检查搭铁线是否腐蚀、松旷,这样可以大大减轻我们的劳动量,缩短检修时间。

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