科技發明▏重力燈是怎麼回事?

2021-02-24 溪流的海洋人生

重力燈就是以重力為能源的新式燈,它靠重力發電,在燈身上掛著一個重物下落時,它會拉動燈中心的一根繩子,從而啟動一臺小發電機,發電機把下落重物產生的能量轉化為燈的電力。重物只需幾秒鐘就可以放置好,隨著它緩慢下落,能夠產生足夠讓一盞燈亮30分鐘的電力。只要每過30分鐘重置一次重物,就可以擁有綠色、不用電池、源源不斷的電力。

重力燈已由國外的一家初創公司發明出來,不久將面世。


重力燈的工作原理是用一袋沙子漸漸拉動一根穿過一個發電機裝置的繩子。這個發電機裝置產生電,為一個LED照明燈提供動力。重力燈的製造者稱,為升起沙袋拉繩子3秒鐘可使LED燈泡發光最長30分鐘。倫敦設計與創新組織Deciwatt設計重力燈的目的是為全球15億不能正常用電的人提供一個可持續的照明解決方案。他們中大多數人在太陽落山時靠煤油等生物燃料照明,但這樣的燃料危害健康,還存在火災隱患。

隸屬於設計公司 Therefore的非營利組織Deciwatt說,科技迅速發展的趨勢使他們的產品成為可能。非營利組織Deciwatt的網站援引了類似於摩爾定律的庫梅定律,說從50年代以來每隔一年半每焦耳能量的計算數就大致翻了一倍。這使相對簡單的設備的運作漸漸需要更少的能量,從而使製造一系列相對簡單、靠非傳統方法獲得動力的設備就成為可能。


在這裡,我們來估算一下重力燈——若重力燈由三個LED單管燈組成,每個LED單管燈功率為0.05瓦;重力燈所附的重物質量為2千克,重物下落的高度為 0.5米。

我們知道,被舉高的物體都具有重力勢能(引力勢能),其大小由物體的質量和被舉高的高度有關,還與零勢能面選取有關,即EP=mgh。重物在下落時,將重力勢能轉化為動能,從而可以帶動發電機工作,發出電能。

重置重物後,重物具有的重力勢能為EP=mgh=2×9.8×0.5=9.8(J),若轉化電能的效率為95%,那麼能點燃重力燈內三個LED單管燈多少時間?

據ηEP=3Pt,即t=62秒

若要使得重力燈能一次發光持續時間更長,就需增加重物的質量或增加舉高的高度(或減小LED單管燈的功率)。


這個手電筒前端有三個LED燈管,手握一次,可使得手電筒大約亮1秒時間。這個手電筒完全利用人力來發光,其發出的亮光足以與40W的白熾燈泡媲美。但這個手電筒在設計上還有存在兩個問題:一是效率不高,握一次燈亮的時間太短;二是應增加蓄電池,若這樣就可以集中握上多次,手電筒就可以持續亮較長時間。

實際上,利用重力作為動力的裝置早就有了,譬如(大型)擺鐘,它裡面有一個重錘,被置高后,隨著它的下落而帶動一系列齒輪使得指針走動。待重錘落底後,只要重新置高即可。


在為邊遠的非洲村莊提供太陽能LED照明後,重力燈的發明將能夠提供另一個選擇。懸掛的重物緩緩下降,重力勢能轉換為為燈泡所用的電力。掛上一個9公斤的重物能夠支持半個小時的照明,它的使用成本極其低廉。這個裝置被設計成能為其他的設備供電,比如說收音機,充電電池等。它有一個前置的接口。重力燈的明亮可以調節,照明時間的長短可變。

科技改變生活,相信將來會有越來越多的綠色環保光源的出現!


(資料來源於網絡)


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