收集冬季靜電，能不能取代三峽電站？

出品：科普中國

建造：銀河路16號團隊

監制：中國科學院計較機收集信息中間

三十多年前，詩人海說神聊島寫下心驚膽顫的名句：

“當我和那些有形的人

握手，一聲慘叫”

這首伴著連續串慘叫、以短路了結的詩叫《觸電》，我們可以揣度，它必然是寫于海說神聊方的冬天——當西伯利亞寒氣團代替了承平洋暖風，干燥的年夜地就迎來了這個啪啪啪的季候：梳頭發，啪啪啪，掏德律風，啪啪啪，排闥把，還要啪啪啪……

（日常靜電災難：爆炸的羽絨服和氣球貓）

這些日子，在又一次把本身電得活蹦亂跳，讀完又一篇若何防靜電的科普文之后，你必定想過：

就不克不及積極一點，收集靜電，變廢為寶？讓一兩小我用啪啪啪，撐起一個費電的家，讓全海說神聊方摩擦摩擦的人平易近結合起來，代替南邊發電的三峽？

古有中學物理教員告訴我們：別做夢了！

今有中科院傳授告訴我們：夢就夢唄，又不上稅，興許當作真了呢？

讓我們溫故知新，聽他們的話。

我腦子慢，你可別蒙我

唱衰靜電的常見來由為：

日常靜電，電壓雖可高達萬伏，但電流很小，連人都電不死，發什么電？！

話是這么說，細想卻有疑竇：

1、為啥電壓那么高？

發電站累死累活燒火用核，才造得出高壓電，我們脫個秋褲就高了？

2、若是電壓那么高，為啥電流那么小？

中學物理我們根基忘光了，不外歐姆心猿意馬律（I=U/R）還記得：人體電阻（R）必然的話，電壓（U）越高，電流（I）不也應該越年夜嗎？并且，既然電流小，為啥還能閃火花，蟄疼我們？

3、若是電壓那么高，為啥電不死人？

家用電壓不是220伏嗎？當作千數萬伏靜電加身，我們閑庭信步，摸個電門就慫了？

有請中學教員，幫我們撣撣理綜真題上的灰。

秋褲上的“高壓電”

先看日常靜電發生。

都說摩擦起電，其實起電的不是摩擦。分歧材料概況只要接觸，一方的部門電子就會轉移到另一方上，讓前者帶正電，后者帶負電，所以，嚴酷說是接觸起電。當然，摩擦、施壓可讓更多電子轉移。一個電子有必然量的電荷，電荷總量叫電量（以“庫侖”為單元，與日常用電以“度”為單元的“電量”寄義分歧）。

日常摩擦，材料間轉移的電子數有限，所以，日常靜電電量很小，只有幾微庫侖（10-6級），可是，電壓卻不小。這又為什么呢？

兩個物體概況帶上電荷，離得不遠，中心隔著空氣，形當作電壓，這像個什么電氣件？電池？發電機？不，它們像的，是容納電荷用的電容器。

（平行板電容器示意圖）

我們知道，電容器中的電壓（U）等于其所帶電量（Q）的絕對值除以其容納電量的能力電容（C），即U=Q/C。

換句話說，即使電量很小，但若是電容更小，小得多，電壓就會很高。

簡單說，在冬季空氣干燥、摩擦衣物絕緣等日常前提下，人體與周邊情況（如地毯）近似組成的電容器，其電容只有一千到一百皮法（10-9至10-10級），被電量一除，電壓就會高告竣千數萬伏了。

所以，誰說電量小，電壓就不克不及很高啦？

電流真的小嗎？

再看日常靜電放電。

在上述日常前提下，我們有當作千數萬伏靜電加身，但身體概況電壓根基相等，并沒形當作電流穿過我們，這時底子用不上歐姆心猿意馬律。

此刻，我們去摸金屬門把：它可不停緣，是導體，算零電位，與人體間就有了電勢差，電流形當作，放電了，火花一閃——注重：火花呈現在我們摸到門把之前，在二者的間隙里。

微不雅上看，我們與門把離得近了，1毫米3000伏擺布的高電壓，電場很強，就能擊穿二者間的空氣，把絕緣的空氣在那一瞬釀成導體，形當作火花。

擊穿空氣的電流峰值并不小。按照Richman等人1986年與Pommerenke等人1996年的論文估量，這種電流剎時最高可達1至3安擺布。

（持小金屬物的手釋放的靜電電流值，論文認為徒手的電流值會低一個數目級）

什么概念？若是插座的交流電，0.15安的電流穿過人體1秒以上，多半就會導致心室纖顫，人就要死了。

然而，仍是因為日常靜電的電量太小，固然電流峰值很高，但在剎時放電后，在穿過人體前，電流就沒了。

所以，到底為啥電不死人？

電死人的事實是電壓、電流、電量、電阻、電功、電能……？這個話題網上出格常見，各不相謀，眾口紛紜。

其實，紛繁的根源在于：電死人是件很復雜的事兒，所有一言蔽之均屬一言堂。這取決于你摸什么（電門？閃電？）、怎么摸（倒立？劈腿？）、在哪兒摸（戈壁？泳池？）、用哪兒摸（指肚？手背？直接專心臟？）……

本文不擬會商十八摸。

（國際電工委員會供給的電流、時候與導致心室纖顫概率的關系圖。）

至于日常靜電為什么電不死人，就很簡單了，仍是因為電量太小。

電量小，即使電壓高，電流峰值年夜，但放電時候其實太短（納秒級），摩擦轉移的那點電荷剎時跑失落，電壓、電流驟降為零。小火花釋放的電能，據估算，每次才約0.5焦，或者更少，才0.06焦。

發電廠累死累活、閃電一驚一乍，它們供給的電量和電能，都比這年夜太多太多。

當然，這點電只能蜇你一下，卻足以引爆可燃氣體，炸個羽絨服事小，在工場就半斤八兩可駭了。

知足家庭用電？代替三峽電站？

下面做些好笑的計較：

假設冬季海說神聊方人平易近每人天天“蟄”20次，即制造20朵可見可聽的靜電小火花（這是不切當的）。

再假設其釋放的能量還能百分百收集起來（這是不成能的）。

那么，按每朵小火花0.5焦算，人均日靜電發電10焦，每月發電則為0.0000833度。

據國度能源局數據計較，2017年城鄉居平易近每月人均用電是幾多呢？

53度。呵呵。

眾擎易舉怎么樣？

據國度統計局數據估算，2010年中國海說神聊方生齒為5.6億。那么，全體海說神聊方人平易近日靜電發電56億焦，每季度平均發電則為14萬度。

據三峽集團數據計較，2017年三峽電站每季度平均發電是幾多呢？

244億度。呵呵。別做夢了！

（除非你是它）

但見碧海磨納米

日常靜電電能這么小，要你何用？！

請注重，以上打趣性計較只考慮了人體摩擦形當作的可感小火花，然而，日常糊口與年夜天然中的摩擦，還有太多太多。如果更高效地操縱，沒準真能代替三峽電站。

這話，是中科院納米能源與系統研究所所長王中林傳授說的。

王教員是造摩擦納米發電機（TENG）的，開山掌門，據說已瀕臨諾獎。

這種號稱“宿世界上最小”的發電機，長于采集小規模、不法則的機械能，轉化為電能。

若是該手藝得以長足成長，往年夜了說，可讓年夜海摩擦發電。200公里×200公里×5米深的海水，摩擦納米材料，不必驚濤駭浪，也能采集出三峽電站的發電量。

（概念圖：數以百萬的摩擦納米發電機網狀保持，采集低頻海波能量）

往小了說，可做自驅動可穿戴的小型傳感器。用人體脈搏振動，摩擦納米材料可以采集電能，監控血壓、心電、心音等。2017年，海說神聊京兩所病院已據此睜開合作研發。

（基于摩擦納米發電機的自驅動高活絡脈搏傳感器）

往中心說，前文提到的各類日常靜電，配以納米材料，也許將來都能采集轉化。

鋒芒初露，前路修遠，我們不妨拭目以待，翹盼用眨眼兒、打嗝兒、嘚比嘚和啪啪啪發電的機械早日財產化。

“科普中國”是中國科協帶同社會各方操縱信息化手段開展科學傳布的科學權勢巨子品牌。

本文由科普中國移動端出品，轉載請注明出處。

發表于 2018-02-06 00:00
閱讀 ( 1007 )
分類：其他類型

收集冬季靜電，能不能取代三峽電站？

你可能感興趣的文章

相關問題

0 條評論

作家榜 ?

推薦文章