用爱发电?科学家说照这样做就行

  • 用爱发电,最开始是个笑话

但最先喊出这个口号的人却是极认真的。2015年岛上有一群人,或许是觉得自己的爱多到要溢了出来,又或许是出于对核电的无知与恐惧,她们走到街头,打出了“用爱发电”的条幅,一时间举世轰动,自然也惊动了科学界。

用爱发电大队

正当科学家们激烈讨论用爱发电可能性的时候,岛上忽然又有人提出要通过鼻孔发电,建议直接把插头插进鼻孔里,这样就不再需要发电厂了。这显然不符合科学。

  • 用爱发电无非就是摩擦摩擦

如此看来,用爱发电还是比较符合科学道理的。因为我们学初中物理,讲到电学的一开始就有这么个实验:让你用一把塑料尺子在头发上摩擦几下,或者用塑料梳子梳梳头再来吸引纸片,便能很容易地将小纸屑吸附到尺子或梳子上。物理老师会告诉我们,这是静电场在起作用,摩擦的过程被称为摩擦起电。

静电吸附

既然梳子可以摩擦生电,那么用爱进行摩擦当然也是可以的啦!有些人会很自然地这么想。

剧烈摩擦会损坏家俱

  • 发电的原理

现在的发电厂理念都“不足够先进”,因为没一个是通过摩擦电效应进行发电的。

目前的大规模发电主要通过两种方式:一种是将机械能(摩擦能不在其内)转化为电能,它利用的是将线圈不断地穿越磁场,通过切割磁力线产生电流;另一种是将光能转化为电能,它利用的是爱因斯坦发现的光电效应,通过太阳光照射太阳能电流产生电流。

切割磁力线产生电流(右手定则)

将机械能转化为电能是眼下最主流的发电模式,机械能的获得有许多种。烧油烧煤驱动涡轮机,这被称为火电;水力发电是让水流来推动水轮机旋转;核裂变产生热驱动蒸气轮机,这是核电;地热发电是直接把地下的热蒸气引出来推动蒸气轮机;风电则是通过风力直接让发电机转动。

火力发电需要消耗大量化石燃料并产生污染

电力不能凭空产生,无论哪一类动力发电,你都需要让发电机的转子旋转起来,所以就需要对转子做功,你需要产生的电流越大,做的功就要越大,这一切都遵循能量守恒的原理。

发电机的转子与定子

太阳能发电不需要机械做功,它利用光子轰击半导体组件从而产生持续的电流。

太阳能发电

  • 摩擦是怎么产生电的?

生活在北方的小伙伴们对静电的印象更为深刻,每当到了冬季,天气寒冷气候干燥。这时候你需要特别小心门把手或水龙头等金属物体,因为常常会被电一下;当你伸出手去跟别人握手时,双方也会因“很来电”而吓一跳;而到了晚上回到家脱下羊毛衫,更是会听到密集的“啪啪”声,眼前电光闪闪,头发会炸开来。这都是静电惹的祸。

脱毛衣会产生大量静电

地球上最大的摩擦电来自于我们头顶的云层,气象学家们相信云层中细小冰晶之间频繁的碰撞与摩擦是闪电产生的重要原因,有些闪电可以产生10万安培以上的超强电流。

闪电

摩擦起电的原因与粘附有关,当两个非金属物体相互接触时会交换电子,这时候会在相互接触的一部分表面形成化学键,由于两种材料获得电子的能力不同,电荷会从一种材料移动到另一种材料,这就使得两个物体之间产生电荷不平衡。如果这两个物体反复摩擦,它们相互接触的面会更大,电荷不平衡加剧。而当这两个相互摩擦的物体分开时,其中一方的原子会抢到更多的电子带负电,而另一方则会失去相应数量的电子而带正电。

纳米摩擦发电机原理

由于金属中的自由电子移动的速度非常快,一旦某个地方发生了电荷不平衡会立刻有自由电子扑过去填坑,所以你将两块金属相互摩擦不会监测到静电发生;而两种不同的非金属物体相互接触并摩擦,则容易产生静电聚集和静电放电现象。我们脱毛衣的时候,毛衣与皮肤表面摩擦从而使二者都带上静电。尽管能量极其微弱,通常只有几十微焦耳,但电压可以高达数千伏特,如此高的电压会在1毫米左右的距离内击穿空气,同时产生电火花。这种电火花一方面让我们产生刺痛感,同时也非常危险。此前曾有因为身体静电放电导致加油枪起火燃烧的事故,机场的地勤人员在给飞机加油时也必须遵守极严格的静电防护标准,否则会造成无法挽回的损失。

地勤人员必须通过接地线消除身体静电

  • 两情相悦的电能有多大?

两情相悦时,我们会感觉特别“来电”,这其实是大脑中分泌的多巴胺刺激神经元,从而使我们产生浑身麻酥酥的感觉,这种由神经元产生的电信号的强度极其微弱,从外部基本检测不到,所以没办法用来发电。

爱的火花

那么,当你用力搓动双手,或者当两个人的皮肤相互摩擦时会产生多大电能呢?理论上皮肤之间应该有电荷的转移,但这比起脱毛衣产生的电压要小许多。原因容易理解,两块皮肤是由近似的物质构成,它们获得电子的能力也非常接近。因此用爱来发热是可以的,发电不现实。

当然啦,什么困难都难不倒聪明的发明家,听说有人发明了一种依靠摩擦发电的高科技床垫(不知是真是假),只要你给它足够的振动,埋在床垫里的小发电机就能产生电能,虽然驱动冰箱空调尚存在困难,但只要你运动的时间够长,并且足够用力,给手机充个电打几分钟电话还是可以的。

充电吗?

要不要试试?