本文转载自大众号:我国科普饱览
三十多年前,诗人北岛写下心惊胆颤的名句:
“当我和那些有形的人
握手,一声惨叫”
这首伴着一连串惨叫、以短路告终的诗叫《触电》,咱们咱们能够揣度,它必定是写于北方的冬天——当西伯利亚冷气团替代了太平洋暖风,枯燥的大地就迎来了这个噼里啪啦的时节:梳头发,噼里啪啦,脱毛衣,噼里啪啦,推门把,还要噼里啪啦……
日常静电灾祸:毛衣,图片来自“Veer图库
在又一次把自己电得活蹦乱跳,读完又一篇怎样防静电的科普文之后,你必定想过:
居然无法躲避,为啥不将静电搜集起来,变废为宝呢?让一两个人用噼里啪啦,撑起一个费电的家,让全北方冲突冲突的公民联合起来,替代南边发电的三峡?
古有中学物理教师告知咱们:别做梦了!
今有中科院教授告知咱们:梦就梦呗,又不上税,或许成真了呢?
让咱们温故知新,听他们的话。
Part.1
我脑子慢,你可别蒙我
唱衰静电的常见理由为:
日常静电,电压可高达万伏,但电流很小,连人都电不死,发什么电?!
话是这么说,细想却有疑窦:
1、为啥电压那么高?
发电站累死累活烧火用核,才造得出高压电,咱们脱个秋裤电压就上万伏了?
2、假如电压那么高,为啥电流那么小?
中学物理咱们底子忘光了,不过欧姆定律(I=U/R)还记得:人体电阻(R)必定的话,电压(U)越高,电流(I)不也应该越大吗?并且,已然电流小,为啥还能闪火花,蛰疼咱们?
3、假如电压那么高,为啥电不死人?
家用电压不是220伏吗?成千数万伏静电加身,咱们闲庭信步,摸个电门就怂了?
有请中学教师,帮咱们掸掸理综真题上的灰。
Part.2
秋裤上的“高压电”
先看日常静电发生。
都说冲突起电,其实起电的不是冲突。不同资料外表只需触摸,一方的部分电子就会搬运到另一方上,让前者带正电,后者带负电,所以,严厉说是触摸起电。当然,冲突、施压可让更多电子搬运。一个电子有必定量的电荷,电荷总量叫电量(以“库仑”为单位,与日常用电以“度”为单位的“电量”意义不同)。
日常冲突,资料间搬运的电子数有限,所以,日常静电电量很小,只要几微库仑(10-6级)。可是,电压却不小,这又为什么呢?
两个物体外表带上电荷,离得不远,中心隔着空气,构成电压,这像个什么电气件?电池?发电机?不,它们像的,是包容电荷用的电容器。
平行板电容器示意图(图片来自:slidesplayer.com )
咱们咱们都知道,电容器中的电压(U)等于其所带电量(Q)的绝对值除以其包容电量的才能电容(C),即U=Q/C。
换句话说,即便电量很小,但假如电容更小,小得多,电压就会很高。
简略说,在冬天空气枯燥、冲突衣物绝缘等日常条件下,人体与周边环境(如地毯)近似构成的电容器,其电容只要一千到一百皮法(10-9至10-10级),被电量一除,电压就会高达成千数万伏了。
所以,谁说电量小,电压就不能很高啦?
Part.3
电流真的小吗?
再看日常静电放电。
在上述日常条件下,咱们有成千数万伏静电加身,但身体外表电压底子持平,并没构成电流穿过咱们,这时底子用不上欧姆定律。
现在,咱们去摸金属门把:它可不绝缘,是导体,算零电位,与人体间就有了电势差,电流构成,放电了,火花一闪——留意:火花出现在咱们摸到门把之前,在二者的空隙里。
微观上看,咱们与门把离得近了,1毫米3000伏左右的高电压,电场很强,就能击穿二者间的空气,把绝缘的空气在那一瞬变成导体,构成火花。
击穿空气的电流峰值并不小。依据Richman等人1986年与Pommerenke等人1996年的论文估量,这种电流瞬间最高可达1至3安左右。
什么概念?若是插座的交流电,0.15安的电流穿过人体1秒以上,八成就会导致心室纤颤,人就要死了。
但是,仍是由于日常静电的电量太小,尽管电流峰值很高,但在瞬间放电后,在穿过人体前,电流就没了。
Part.4
所以,究竟为啥电不死人?
电死人的究竟是电压、电流、电量、电阻、电功、电能……?这个论题网上特别常见,各不相谋,议论纷纷。
其实,纷纭的本源在于:电死人是件很杂乱的事儿,一切一言蔽之均属一言堂。这取决于你摸什么(电门?闪电?)、怎样摸(倒竖?劈叉?)、在哪儿摸(沙漠?泳池?)、用哪儿摸(指肚?手背?直接用心脏?)……
电流、时刻与导致心室纤颤概率的联系图(世界电工委员会)
至于日常静电为什么电不死人,就很简略了,仍是由于电量太小。
电量小,即便电压高,电流峰值大,但放电时刻真实太短(纳秒级),冲突搬运的那点电荷瞬间跑掉,电压、电流骤降为零。小火花开释的电能,据预算,每次才约0.5焦,或许更少,才0.06焦。
发电厂累死累活、闪电一惊一乍,它们供给的电量和电能,都比这大太多太多。
当然,这点电只能蜇你一下,却足以引爆可燃气体,炸个羽绒服事小,在工厂就适当恐惧了。
Part.5
满意家庭用电?替代三峡电站?
下面做些可笑的核算:
假定冬天北方公民每人每天“蛰”20次,即制作20朵可见可听的静电小火花(这是不确切的)。
再假定其开释的能量还能百分百搜集起来(这是不可能的)。
那么,按每朵小火花0.5焦算,人均日静电发电10焦,每月发电则为0.0000833度。
据国家动力局数据核算,2017年城乡居民每月人均用电是多少呢?
53度。呵呵。
Part.6
万众一心怎样样?
据国家统计局数据预算,2010年我国北方人口为5.6亿。那么,整体北方公民日静电发电56亿焦,每季度均匀发电则为14万度。
据三峡集团数据核算,2017年三峡电站每季度均匀发电是多少呢?
244亿度。呵呵。别做梦了!
除非你是它——
图片来自:https://cn.bing.com
Part.7
日常静电电能这么小,要你何用?
请留意,以上打趣性核算只考虑了人体冲突构成的可感小火花,但是,日常日子与大自然中的冲突,还有太多太多。要是更高效地使用,没准真能替代三峡电站。
这话,是中科院纳米动力与体系研究所所长王中林教授说的。
王教师是造冲突纳米发电机(TENG)的开山掌门。
这种声称“世界上最小”的发电机,长于收集小规模、不规则的机械能,转化为电能。
假如该技能得以长足发展,往大了说,可让大海冲突发电。200公里×200公里×5米深的海水,冲突纳米资料,不用大风大浪,也能收集出三峡电站的发电量。
往小了说,可做自驱动可穿戴的小型传感器。用人体脉息振荡,冲突纳米资料能够收集电能,监控血压、心电、心音等。2017年,北京两所医院已据此打开协作研制。
往中心说,前文说到的各种日常静电,配以纳米资料,或许未来都能收集转化。
矛头初露,前路修远,咱们无妨拭目而待,企盼用眨眼儿、打嗝儿、嘚比嘚和噼里啪啦发电的机器提前产业化。