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天冷時,汽車為什麼比較容易發不動?

文/Tr.Vivi 親子科學 | Vivi 老師

Tr.Vivi 親子科學・科學解答

汽車發動的瞬間,啟動馬達需要電瓶一次提供很大的電流。 天氣變冷時,電瓶裡的「電化學反應」和離子移動都會變慢,電池的「內阻」也會增加,所以雖然電瓶不一定真的沒電,卻比較難在短時間內送出足夠大的電流。偏偏低溫又會讓機油變得更黏,引擎更難轉動,於是就變成電瓶供得比較少、啟動時反而需要更多力。

冬天天氣一冷,有些原本開得好好的車,早上突然就只剩下啟動馬達緩慢轉動的聲音,甚至完全發不動。

看起來像是「電瓶被冷到沒電」,但真正的問題更接近:電瓶裡明明還有能量,卻沒辦法在那幾秒鐘內一次送出足夠大的電流。

汽車電瓶的電,本來是怎麼產生的?

一般燃油汽車常使用鉛酸電池。

電瓶裡有鉛、二氧化鉛和硫酸電解液。當電瓶放電時,正負極會發生一連串「氧化還原反應」,讓電子經過外部電路流動,形成我們可以使用的電流。

但電池要順利放電,不只有電子在外面的電線裡移動,電瓶內部的離子也必須在電解液中移動,化學反應才能持續進行。

所以電瓶本質上是一套靠化學反應和粒子移動來產生電流的系統。

天氣變冷後,為什麼電瓶突然變得沒力?

溫度降低後,分子的運動速度變慢,電瓶內部的化學反應和離子移動也會跟著變慢。

離子比較難快速通過電解液和電極之間,等於電池內部對電流流動的阻力增加,這就是「內阻」變大的其中一個原因。

平常只是開燈或供應一些小電流時,這個差異可能不明顯。

但發動引擎時,啟動馬達需要在短短幾秒內吃下很大的電流。這時候只要電瓶內阻變高,電流一拉大,電瓶端的電壓就更容易掉下來,啟動馬達得到的力量也會變弱。

所以低溫不一定是把電瓶裡的電「消失掉」,而是讓它變得比較難一次把大量電力送出去。

為什麼偏偏天冷時,引擎又更難發動?

因為低溫不只影響電瓶,也會影響引擎裡的機油。

液體的「黏度」通常會隨溫度下降而增加。機油變冷後流動性下降,引擎剛啟動時,各個零件之間的阻力也會比較大。

啟動馬達因此需要更大的力量,才能把原本靜止的引擎帶動起來。

於是寒冷時會同時出現兩件事:

電瓶能瞬間提供的電流變少,而引擎轉動需要的力量卻變大。

這也是為什麼一顆已經老化、原本勉強還能工作的電瓶,平常看起來沒問題,到了特別冷的早晨才突然暴露出啟動能力不足。

參考資料

  1. 交通部 168 交通安全入口網|汽車上路的安全檢查
  2. OpenStax|Electromotive Force
  3. U.S. Environmental Protection Agency HERO|Experimental Study About Effect Of Temperature On Performance Parameters Of Valve Regulated Lead Acid (VRLA) Battery
  4. SAE International|The Role of the Engine Oil in Cold Weather Starting

本文由 Tr.Vivi 親子科學原創整理,引用請註明出處:Tr.Vivi 親子科學(trvivi.com)。

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