創客教育材料漫談：電與電源

●陳染 文 周周 編

要讓創客作品更具有互動性、更加智能，我們需要將電引入到創客教育中。從最基礎的電子創客制作“點亮一個LED燈”，到設計出多功能的創客機器人，電在創客教育中扮演著重要的角色。當我們創作與電相關的創客作品時，必須思考它們是如何工作的。

我們首先要思考的一個問題：創客作品中的電從何而來？我們知道，電可以分為直流電和交流電。交流電被廣泛應用于電力傳輸之中，我們最常接觸的是家用插座上220V60Hz的交流電；而我們所用的電器大多數是直流電，創客作品也幾乎都是直流電的天下。

那么，我們在創客教育中如何獲得直流電呢？最常見的方法有2種：使用直流電源，或者將交流電轉化為直流電。除了這些方法，有些創客作品還會使用太陽能電板提供電源，或者利用機械裝置將機械能轉化為電能。

說到直流電源，首先令我們想到的是干電池。所謂“干”是指使用糊狀的電解液產生穩定直流電的電池，與之相對的是用液態電解液的“濕”電池。干電池易于攜帶、儲存和使用，在創客制作中應用廣泛。干電池又可以分為一次性電池和可充電電池兩大類。也可以按照電池的化學材料劃分，分為鋅錳電池、堿性電池、鎳鎘電池、鋰電池等類型。

提到干電池，我們常常會想到5號電池、7號電池等。我們常說的幾號電池，是中國劃分的型號，常見的有1號、2號、5號、7號、8號、9號電池。這些型號的電池都是圓柱體，電壓都是1.5V，最大的區別在于體積和電量的不同，這些差異可以讓我們用于不同的場合。

最大的1號電池直徑達到34.2 mm，電量達到20500mAh，很適合用于對體積要求不高、連續使用時間不長的場合，許多燃氣熱水器或燃氣灶的打火器就會用到1號電池。最小的9號電池直徑僅有8.3mm，電量也只有625mAh，適合于對電量有一定要求、又對體積要求較高的場合，某些遙控器會用到9號電池。

創客教育中最常用的干電池有5號電池和7號電池。5號電池直徑為14.5mm，電量為2850mAh；7號電池直徑為10.5mm，電量為1250mAh，你可以根據自己作品的實際需求選用電池。5號電池和7號電池通常配合電池盒使用，將多顆電池串聯在一起，以增加其電壓和電量。例如創客教育中常見的EV3機器人就安裝了6顆1.5V的5號電池，讓它的電壓能夠達到9V，電量達到7500mAh。

另一種創客教育常用的電池是PP3電池，通常也叫9伏電池（不要跟9號電池混淆），它的外觀呈圓角長方體，頂端并列著一圓一方2個接口，PP3電池只需扣上電池帽就可以使用。它最大的特點是電壓高達9V，而體積和重量僅相當于2顆5號電池。PP3電池很適合便攜式作品的制作，但其電量僅為625mAh，即使是高容量PP3電池也僅有1000mAh，價格也比普通的電池高出一截，所以PP3電池不適合用于需要長時間開機的創客作品。

如果你的創客作品對于體積的要求較為苛刻，你可以選擇紐扣電池，它僅有幾毫米厚，重量僅15g，很適合微型創客作品的制作。

有時候，創客制作還會用到鋰離子電池。鋰離子電池可以說是我們現在生活中接觸最多的電池了，小到手機、智能手環，大到純電力汽車都會用到這種電池。鋰離子電池可多次反復充電，能量密度高，電壓穩定，適合設計多種類型的創客作品。但創客教育中使用鋰離子電池一定要注意潛在的危險，錯誤的使用可能會造成電池過熱、膨脹，甚至發生爆炸。

如果你的創客作品需要長時間供電，并且對便攜性要求不高的話，你可以考慮用插座供電。家用電源是220V的交流電，我們需要用整流器將它變成直流電，再用變壓器轉換成我們所需的電壓，才能用于創客作品中。

除了用電池供電和電源供電之外，少數創客作品還會將光能、機械能轉化為電能。創客教育通常采用能產生25V直流電源的太陽能板為設備供電。但和光伏發電的痛點一樣，這種方法受外界影響較大，容易電流不穩，在設計創客作品時需考慮這個問題。

有了電源，我們就能大展身手創作出有趣的創客教育作品，但我們需要先用導線連接用電器，并用開關控制它們。