[科普中国]-收集静电能取代三峡电站发电吗？

三十多年前，诗人北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”

这首伴着一连串惨叫、以短路告终的诗叫《触电》，我们可以推断，它一定是写于北方的冬天——当西伯利亚冷气团取代了太平洋暖风，干燥的大地就迎来了这个噼里啪啦的季节：梳头发，噼里啪啦，脱毛衣，噼里啪啦，推门把，还要噼里啪啦……

日常静电灾害：毛衣 图片来源“Veer图库

在又一次把自己电得活蹦乱跳，读完又一篇如何防静电的科普文之后，你肯定想过：

**竟然无法逃避，为什么不将静电收集起来，变废为宝呢？**让一两个人用噼里啪啦，撑起一个费电的家，让全北方摩擦摩擦的人民联合起来，取代南方发电的三峡？

古有中学物理老师告诉我们：别做梦了！

今有中科院教授告诉我们：梦就梦呗，又不上税，兴许成真了呢？

让我们温故知新，听他们的话。

我脑子慢，你可别蒙我

唱衰静电的常见理由为：

日常静电，电压可高达万伏，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，我们脱个秋裤电压就上万伏了？

2、如果电压那么高，为啥电流那么小？

中学物理我们基本忘光了，不过欧姆定律（I=U/R）还记得：人体电阻（R）一定的话，电压（U）越高，电流（I）不也应该越大吗？而且，既然电流小，为啥还能闪火花，蛰疼我们？

3、如果电压那么高，为啥电不死人？

家用电压不是220伏吗？成千数万伏静电加身，我们闲庭信步，摸个电门就怂了？

有请中学老师，帮我们掸掸理综真题上的灰。

秋裤上的“高压电”

先看日常静电产生。

都说摩擦起电，其实起电的不是摩擦。不同材料表面只要接触，一方的部分电子就会转移到另一方上，让前者带正电，后者带负电，所以，严格说是接触起电。当然，摩擦、施压可让更多电子转移。一个电子有一定量的电荷，电荷总量叫电量（以“库仑”为单位，与日常用电以“度”为单位的“电量”含义不同）。

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）。但是，电压却不小，这又为什么呢？

两个物体表面带上电荷，离得不远，中间隔着空气，形成电压，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 （图片来源：slidesplayer.com ）

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，但如果电容更小，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条件下，人体与周边环境（如地毯）近似构成的电容器，其电容只有一千到一百皮法（10-9至10-10级），被电量一除，电压就会高达成千数万伏了。

所以，谁说电量小，电压就不能很高啦？

电流真的小吗？

再看日常静电放电。

在上述日常条件下，我们有成千数万伏静电加身，但身体表面电压基本相等，并没形成电流穿过我们，这时根本用不上欧姆定律。

现在，我们去摸金属门把：它可不绝缘，是导体，算零电位，与人体间就有了电势差，电流形成，放电了，火花一闪——注意：火花出现在我们摸到门把之前，在二者的间隙里。

微观上看，我们与门把离得近了，1毫米3000伏左右的高电压，电场很强，就能击穿二者间的空气，把绝缘的空气在那一瞬变成导体，形成火花。

击穿空气的电流峰值并不小。根据Richman等人1986年与Pommerenke等人1996年的论文估计，这种电流瞬间最高可达1至3安左右。

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，还是因为日常静电的电量太小，虽然电流峰值很高，但在瞬间放电后，在穿过人体前，电流就没了。

所以，到底为啥电不死人？

电死人的究竟是电压、电流、电量、电阻、电功、电能……？这个话题网上特别常见，各执一词，众说纷纭。

其实，纷纭的根源在于：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？劈叉？）、在哪儿摸（沙漠？泳池？）、用哪儿摸（指肚？手背？直接用心脏？）……

电流、时间与导致心室纤颤概率的关系图 （国际电工委员会）

至于日常静电为什么电不死人，就很简单了，还是因为电量太小。

电量小，即使电压高，电流峰值大，但放电时间实在太短（纳秒级），摩擦转移的那点电荷瞬间跑掉，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，它们提供的电量和电能，都比这大太多太多。

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，在工厂就相当恐怖了。

满足家庭用电？取代三峡电站？

下面做些可笑的计算：

假设冬季北方人民每人每天“蛰”20次，即制造20朵可见可听的静电小火花（这是不确切的）。

再假设其释放的能量还能百分百收集起来（这是不可能的）。

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。

据国家能源局数据计算，2017年城乡居民每月人均用电是多少呢？

53****度。呵呵。

众志成城怎么样？

据国家统计局数据估算，2010年中国北方人口为5.6亿。那么，全体北方人民日静电发电56亿焦，每季度平均发电则为14万度。

据三峡集团数据计算，2017年三峡电站每季度平均发电是多少呢？

244****亿度。呵呵。别做梦了！

除非你是它——

图片来源：https://cn.bing.com

日常静电电能这么小，要你何用？

请注意，以上玩笑性计算只考虑了人体摩擦形成的可感小火花，然而，日常生活与大自然中的摩擦，还有太多太多。要是更高效地利用，没准真能取代三峡电站。

这话，是中科院纳米能源与系统研究所所长王中林教授说的。

王老师是**造摩擦纳米发电机（TENG）**的开山掌门。

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

如果该技术得以长足发展，往大了说，可让大海摩擦发电。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。

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，北京两所医院已据此展开合作研发。

往中间说，前文提到的各种日常静电，配以纳米材料，也许未来都能采集转化。

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、嘚比嘚和噼里啪啦发电的机器早日产业化。