收集冬季静电，能不能取代三峡电站？

出品：科普中国

建造：银河路16号团队

监制：中国科学院计较机收集信息中间

三十多年前，诗人海说神聊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”

这首伴着连续串惨叫、以短路了结的诗叫《触电》，我们可以揣度， 它必然是写于海说神聊方的冬天——当西伯利亚寒气团代替了承平洋暖风，干燥的年夜地就迎来了这个啪啪啪的季候：梳头发，啪啪啪，掏德律风，啪啪啪，排闼把，还要啪啪啪……

（日常静电灾难：爆炸的羽绒服和气球猫）

这些日子，在又一次把本身电得活蹦乱跳，读完又一篇若何防静电的科普文之后，你必定想过：

就不克不及积极一点，收集静电，变废为宝？让一两小我用啪啪啪，撑起一个费电的家，让全海说神聊方摩擦摩擦的人平易近结合起来，代替南边发电的三峡？

古有中学物理教员告诉我们：别做梦了！

今有中科院传授告诉我们：梦就梦呗，又不上税，兴许当作真了呢？

让我们温故知新，听他们的话。

我脑子慢，你可别蒙我

唱衰静电的常见来由为：

日常静电，电压虽可高达万伏，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，我们脱个秋裤就高了？

2、若是电压那么高，为啥电流那么小？

中学物理我们根基忘光了，不外欧姆心猿意马律（I=U/R）还记得：人体电阻（R）必然的话，电压（U）越高，电流（I）不也应该越年夜吗？并且，既然电流小，为啥还能闪火花，蛰疼我们？

3、若是电压那么高，为啥电不死人？

家用电压不是220伏吗？当作千数万伏静电加身，我们闲庭信步，摸个电门就怂了？

有请中学教员，帮我们掸掸理综真题上的灰。

秋裤上的“高压电”

先看日常静电发生。

都说摩擦起电，其实起电的不是摩擦。分歧材料概况只要接触，一方的部门电子就会转移到另一方上，让前者带正电，后者带负电，所以，严酷说是接触起电。当然，摩擦、施压可让更多电子转移。一个电子有必然量的电荷，电荷总量叫电量（以“库仑”为单元，与日常用电以“度”为单元的“电量”寄义分歧）。

日常摩擦，材料间转移的电子数有限，所以，日常静电电量很小，只有几微库仑（10-6级），可是，电压却不小。这又为什么呢？

两个物体概况带上电荷，离得不远，中心隔着空气，形当作电压，这像个什么电气件？电池？发电机？不，它们像的，是容纳电荷用的电容器。

（平行板电容器示意图）

我们知道，电容器中的电压（U）等于其所带电量（Q）的绝对值除以其容纳电量的能力电容（C），即U=Q/C。

换句话说，即使电量很小，但若是电容更小，小得多，电压就会很高。

简单说，在冬季空气干燥、摩擦衣物绝缘等日常前提下，人体与周边情况（如地毯）近似组成的电容器，其电容只有一千到一百皮法（10-9至10-10级），被电量一除，电压就会高告竣千数万伏了。

所以，谁说电量小，电压就不克不及很高啦？

电流真的小吗？

再看日常静电放电。

在上述日常前提下，我们有当作千数万伏静电加身，但身体概况电压根基相等，并没形当作电流穿过我们，这时底子用不上欧姆心猿意马律。

此刻，我们去摸金属门把：它可不停缘，是导体，算零电位，与人体间就有了电势差，电流形当作，放电了，火花一闪——注重：火花呈现在我们摸到门把之前，在二者的间隙里。

微不雅上看，我们与门把离得近了，1毫米3000伏摆布的高电压，电场很强，就能击穿二者间的空气，把绝缘的空气在那一瞬酿成导体，形当作火花。

击穿空气的电流峰值并不小。按照Richman等人1986年与Pommerenke等人1996年的论文估量，这种电流刹时最高可达1至3安摆布。

（持小金属物的手释放的静电电流值，论文认为徒手的电流值会低一个数目级）

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，多半就会导致心室纤颤，人就要死了。

然而，仍是因为日常静电的电量太小，固然电流峰值很高，但在刹时放电后，在穿过人体前，电流就没了。

所以，到底为啥电不死人？

电死人的事实是电压、电流、电量、电阻、电功、电能……？这个话题网上出格常见，各不相谋，众口纷纭。

其实，纷繁的根源在于：电死人是件很复杂的事儿，所有一言蔽之均属一言堂。这取决于你摸什么（电门？闪电？）、怎么摸（倒立？劈腿？）、在哪儿摸（戈壁？泳池？）、用哪儿摸（指肚？手背？直接专心脏？）……

本文不拟会商十八摸。

（国际电工委员会供给的电流、时候与导致心室纤颤概率的关系图。）

至于日常静电为什么电不死人，就很简单了，仍是因为电量太小。

电量小，即使电压高，电流峰值年夜，但放电时候其实太短（纳秒级），摩擦转移的那点电荷刹时跑失落，电压、电流骤降为零。小火花释放的电能，据估算，每次才约0.5焦，或者更少，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，都比这年夜太多太多。

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，在工场就半斤八两可骇了。

知足家庭用电？代替三峡电站？

下面做些好笑的计较：

假设冬季海说神聊方人平易近每人天天“蛰”20次，即制造20朵可见可听的静电小火花（这是不切当的）。

再假设其释放的能量还能百分百收集起来（这是不成能的）。

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。

据国度能源局数据计较，2017年城乡居平易近每月人均用电是几多呢？

53度。呵呵。

众擎易举怎么样？

据国度统计局数据估算，2010年中国海说神聊方生齿为5.6亿。那么，全体海说神聊方人平易近日静电发电56亿焦，每季度平均发电则为14万度。

据三峡集团数据计较，2017年三峡电站每季度平均发电是几多呢？

244亿度。呵呵。别做梦了！

（除非你是它）

但见碧海磨纳米

日常静电电能这么小，要你何用？！

请注重，以上打趣性计较只考虑了人体摩擦形当作的可感小火花，然而，日常糊口与年夜天然中的摩擦，还有太多太多。如果更高效地操纵，没准真能代替三峡电站。

这话，是中科院纳米能源与系统研究所所长王中林传授说的。

王教员是造摩擦纳米发电机（TENG）的，开山掌门，据说已濒临诺奖。

这种号称“宿世界上最小”的发电机，长于采集小规模、不法则的机械能，转化为电能。

若是该手艺得以长足成长，往年夜了说，可让年夜海摩擦发电。200公里×200公里×5米深的海水，摩擦纳米材料，不必惊涛骇浪，也能采集出三峡电站的发电量。

（概念图：数以百万的摩擦纳米发电机网状保持，采集低频海波能量）

往小了说，可做自驱动可穿戴的小型传感器。用人体脉搏振动，摩擦纳米材料可以采集电能，监控血压、心电、心音等。2017年，海说神聊京两所病院已据此睁开合作研发。

（基于摩擦纳米发电机的自驱动高活络脉搏传感器）

往中心说，前文提到的各类日常静电，配以纳米材料，也许将来都能采集转化。

锋芒初露，前路修远，我们不妨拭目以待，翘盼用眨眼儿、打嗝儿、嘚比嘚和啪啪啪发电的机械早日财产化。

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