用愛真的能發電?一文了解正確的操作方法

2020-12-06 老粥科普

用愛發電,最開始是個笑話

但最先喊出這個口號的人卻是極認真的。2015年,島上的一群「主婦」,或許是渴望得到更多的愛,或許是覺得自己的愛多到要溢了出來,又或許是出於對核電的無知與恐懼,她們依然走上接頭,打出了「用愛發電」的條幅,一時間舉世轟動,自然也驚動了科學界。

正當科學家們激烈討論用愛發電可能性的時候,島上忽然又有人提出要通過鼻孔發電,建議直接把插頭插進鼻孔裡,這樣就不再需要發電廠了。這顯然不符合科學,於是有人拿她來P了一幅漫畫加以諷刺。

用愛發電無非就是摩擦摩擦

如此看來,用愛發電還是比較符合科學道理的。因為我們學初中物理,講到電學的一開始就有這麼個實驗:讓你用一把塑料尺子在頭髮上摩擦幾下,或者用塑料梳子梳梳頭再來吸引紙片,便能很容易地將小紙屑吸附到尺子或梳子上。物理老師會告訴我們,這是靜電場在起作用,摩擦的過程被稱為摩擦起電。

既然梳子可以摩擦生電,那麼用愛進行摩擦當然也是可以的啦!有些人會很自然地這麼想。

發電的原理

現在的發電廠理念都「不足夠先進」,因為沒一個是通過摩擦電效應進行發電的。

目前的大規模發電主要通過兩種方式:一種是將機械能(摩擦能不在其內)轉化為電能,它利用的是將線圈不斷地穿越磁場,通過切割磁力線產生電流;另一種是將光能轉化為電能,它利用的是愛因斯坦發現的光電效應,通過太陽光照射太陽能電流產生電流。

將機械能轉化為電能是眼下最主流的發電模式,機械能的獲得有許多種。燒油燒煤驅動渦輪機,這被稱為火電;水力發電是讓水流來推動水輪機旋轉;核裂變產生熱驅動蒸汽輪機,這是核電;地熱發電是直接把地下的熱蒸汽引出來推動蒸汽輪機;風電則是通過風力直接讓發電機轉動。

電力不能憑空產生,無論哪一類動力發電,你都需要讓發電機的轉子旋轉起來,所以就需要對轉子做功,你需要產生的電流越大,做的功就要越大,這一切都遵循能量守恆的原理。

太陽能發電不需要機械做功,它利用光子轟擊半導體組件從而產生持續的電流。

摩擦是怎麼產生電的?

生活在北方的小夥伴們對靜電的印象更為深刻,每當到了冬季,天氣寒冷氣候乾燥。這時候你需要特別小心門把手或水龍頭等金屬物體,因為常常會被電一下;當你伸出手去跟別人握手時,雙方也會因「很來電」而嚇一跳;而到了晚上回到家脫下羊毛衫,更是會聽到密集的「啪啪」聲,眼前電光閃閃,頭髮會炸開來。這都是靜電惹的禍。

地球上最大的摩擦電來自於我們頭頂的雲層,氣象學家們相信雲層中細小冰晶之間頻繁的碰撞與摩擦是閃電產生的重要原因,有些閃電可以產生10萬安培以上的超強電流。

摩擦起電的原因與粘附有關,當兩個非金屬物體相互接觸時會交換電子,這時候會在相互接觸的一部分表面形成化學鍵,由於兩種材料獲得電子的能力不同,電荷會從一種材料移動到另一種材料,這就使得兩個物體之間產生電荷不平衡。如果這兩個物體反覆摩擦,它們相互接觸的面會更大,電荷不平衡加劇。而當這兩個相互摩擦的物體分開時,其中一方的原子會搶到更多的電子帶負電,而另一方則會失去相應數量的電子而帶正電。

由於金屬中的自由電子移動的速度非常快,一旦某個地方發生了電荷不平衡會立刻有自由電子撲過去填坑,所以你將兩塊金屬相互摩擦不會監測到靜電發生;而兩種不同的非金屬物體相互接觸並摩擦,則容易產生靜電聚集和靜電放電現象。我們脫毛衣的時候,毛衣與皮膚表面摩擦從而使二者都帶上靜電。儘管能量極其微弱,通常只有幾十微焦耳,但電壓可以高達數千伏特,如此高的電壓會在1毫米左右的距離內擊穿空氣,同時產生電火花。這種電火花一方面讓我們產生刺痛感,同時也非常危險。此前曾有因為身體靜電放電導致加油槍起火燃燒的事故,機場的地勤人員在給飛機加油時也必須遵守極嚴格的靜電防護標準,否則會造成無法挽回的損失。

兩情相悅的電能有多大?

當兩情相悅時,我們會感覺特別「來電」,這其實是大腦中分泌的多巴胺刺激神經元,從而使我們產生渾身麻酥酥的感覺,這種由神經元產生的電信號的強度極其微弱,從外部基本檢測不到,所以沒辦法用來發電。

那麼,當你用力搓動雙手,或者當兩個人的皮膚相互摩擦時會產生多大電能呢?理論上皮膚之間應該有電荷的轉移,但這比起脫毛衣產生的電壓要小許多。原因容易理解,兩塊皮膚是由近似的物質構成,它們獲得電子的能力也非常接近。因此用愛來發熱是可以的,發電不現實。

當然啦,什麼困難都難不倒聰明的發明家,聽說有人發明了一種依靠摩擦發電的高科技床墊(不知是真是假),只要你給它足夠的振動,埋在床墊裡的小發電機就能產生電能,雖然驅動冰箱空調尚存在困難,但只要你運動的時間夠長,並且足夠給力,為手機充個電打幾分鐘電話還是可以的。

充電嗎?

要不要試試?

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