電力不夠用?科學家說那就收集靜電吧

讓我們溫故知新，聽他們的話。Dq7ednc

我腦子慢，你可別蒙我Dq7ednc

唱衰靜電的常見理由為：Dq7ednc

日常靜電，電壓雖可高達萬伏，但電流很小，連人都電不死，發什麼電？！Dq7ednc

日常靜電：爆炸的羽絨服和氣球貓Dq7ednc

話是這麼說，細想卻有疑竇：Dq7ednc

1、為啥電壓那麼高？Dq7ednc

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？Dq7ednc

2、如果電壓那麼高，為啥電流那麼小？Dq7ednc

中學物理我們基本忘光了，不過歐姆定律（I＝U／R）還記得：人體電阻（R）一定的話，電壓（U）越高，電流（I）不也應該越大嗎？而且，既然電流小，為啥還能閃火花，蟄疼我們？Dq7ednc

3、如果電壓那麼高，為啥電不死人？Dq7ednc

家用電壓不是220伏嗎？成千數萬伏靜電加身，我們閒庭信步，摸個電門就慫了？Dq7ednc

有請中學老師，幫我們撣撣理綜真題上的灰。Dq7ednc

秋褲上的「高壓電」

先看日常靜電產生。Dq7ednc

都說摩擦起電，其實起電的不是摩擦。不同材料表面只要接觸，一方的部分電子就會轉移到另一方上，讓前者帶正電，後者帶負電，所以，嚴格說是接觸起電。當然，摩擦、施壓可讓更多電子轉移。一個電子有一定量的電荷，電荷總量叫電量（以「庫侖」為單位，與日常用電以「度」為單位的「電量」含義不同）。Dq7ednc

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），但是，電壓卻不小。這又為什麼呢？Dq7ednc

兩個物體表面帶上電荷，離得不遠，中間隔著空氣，形成電壓，這像個什麼電氣件？電池？發電機？不，它們像的，是容納電荷用的電容器。Dq7ednc

平行板電容器示意圖Dq7ednc

我們知道，電容器中的電壓（U）等於其所帶電量（Q）的絕對值除以其容納電量的能力電容（C），即U＝Q／C。Dq7ednc

換句話說，即使電量很小，但如果電容更小，小得多，電壓就會很高。Dq7ednc

簡單說，在冬季空氣乾燥、摩擦衣物絕緣等日常條件下，人體與周邊環境（如地毯）近似構成的電容器，其電容只有一千到一百皮法（10－9至10－10級），被電量一除，電壓就會高達成千數萬伏了。Dq7ednc

所以，誰說電量小，電壓就不能很高啦？　Dq7ednc

電流真的小嗎？

再看日常靜電放電。Dq7ednc

在上述日常條件下，我們有成千數萬伏靜電加身，但身體表面電壓基本相等，並沒形成電流穿過我們，這時根本用不上歐姆定律。Dq7ednc

現在，我們去摸金屬門把：它可不絕緣，是導體，算零電位，與人體間就有了電勢差，電流形成，放電了，火花一閃－－注意：火花出現在我們摸到門把之前，在二者的間隙裡。Dq7ednc

微觀上看，我們與門把離得近了，1毫米3000伏左右的高電壓，電場很強，就能擊穿二者間的空氣，把絕緣的空氣在那一瞬變成導體，形成火花。Dq7ednc

擊穿空氣的電流峰值並不小。根據Richman等人1986年與Pommerenke等人1996年的論文估計，這種電流瞬間最高可達1至3安左右。Dq7ednc

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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量級Dq7ednc

什麼概念？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。Dq7ednc

然而，還是因為日常靜電的電量太小，雖然電流峰值很高，但在瞬間放電後，在穿過人體前，電流就沒了。Dq7ednc

所以，到底為啥電不死人？

電死人的究竟是電壓、電流、電量、電阻、電功、電能……？這個話題網上特別常見，各執一詞，眾說紛紜。Dq7ednc

其實，紛紜的根源在於：電死人是件很複雜的事兒，所有一言蔽之均屬一言堂。這取決於你摸什麼（電門？閃電？）、怎麼摸（倒立？劈叉？）、在哪兒摸（沙漠？泳池？）、用哪兒摸（指肚？手背？直接用心臟？）……Dq7ednc

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國際電工委員會提供的電流、時間與導致心室纖顫概率的關係圖。Dq7ednc

至於日常靜電為什麼電不死人，就很簡單了，還是因為電量太小。Dq7ednc

電量小，即使電壓高，電流峰值大，但放電時間實在太短（納秒級），摩擦轉移的那點電荷瞬間跑掉，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。Dq7ednc

發電廠累死累活、閃電一驚一乍，它們提供的電量和電能，都比這大太多太多。Dq7ednc

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，在工廠就相當恐怖了。Dq7ednc

滿足家庭用電？取代三峽電站？

下面做些可笑的計算：Dq7ednc

假設冬季北方人民每人每天「蟄」20次，即製造20朵可見可聽的靜電小火花（這是不確切的）。Dq7ednc

再假設其釋放的能量還能百分百收集起來（這是不可能的）。Dq7ednc

那麼，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。Dq7ednc

據國家能源局數據計算，2017年城鄉居民每月人均用電是多少呢？Dq7ednc

53度。呵呵。Dq7ednc

眾志成城怎麼樣？Dq7ednc

據國家統計局數據估算，2010年中國北方人口為5.6億。那麼，全體北方人民日靜電發電56億焦，每季度平均發電則為14萬度。Dq7ednc

據三峽集團數據計算，2017年三峽電站每季度平均發電是多少呢？Dq7ednc

244億度。呵呵。別做夢了！Dq7ednc

除非你是它Dq7ednc

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但見碧海磨納米

日常靜電電能這麼小，要你何用？！Dq7ednc

請注意，以上玩笑性計算只考慮了人體摩擦形成的可感小火花，然而，日常生活與大自然中的摩擦，還有太多太多。要是更高效地利用，沒準真能取代三峽電站。Dq7ednc

這話，是中科院納米能源與系統研究所所長王中林教授說的。Dq7ednc

王老師是造摩擦納米發電機（TENG）的，開山掌門，據說已瀕臨諾獎。Dq7ednc

這種號稱「世界上最小」的發電機，善於採集小規模、不規則的機械能，轉化為電能。Dq7ednc

如果該技術得以長足發展，往大了說，可讓大海摩擦發電。200公裡×200公裡×5米深的海水，摩擦納米材料，不必驚濤駭浪，也能採集出三峽電站的發電量。Dq7ednc

概念圖：數以百萬的摩擦納米發電機網狀連結，採集低頻海波能量Dq7ednc

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，摩擦納米材料可以採集電能，監控血壓、心電、心音等。2017年，北京兩所醫院已據此展開合作研發。Dq7ednc

基於摩擦納米發電機的自驅動高靈敏脈搏傳感器Dq7ednc

往中間說，前文提到的各種日常靜電，配以納米材料，也許未來都能採集轉化。Dq7ednc

鋒芒初露，前路修遠，我們不妨拭目以待，翹盼用眨眼兒、打嗝兒和嘚啵嘚發電的機器早日產業化。Dq7ednc

（來源：科普中國）Dq7ednc

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