握手，一聲慘叫”
這首伴著一連串慘叫、以短路告終的詩叫《觸電》，我們可以推斷，它一定是寫于北方的冬天——當(dāng)西伯利亞冷氣團(tuán)取代了太平洋暖風(fēng)，干燥的大地就迎來了這個(gè)噼里啪啦的季節(jié)：梳頭發(fā)，噼里啪啦，脫毛衣，噼里啪啦，推門把，還要噼里啪啦……
日常靜電災(zāi)害：毛衣 圖片來源“Veer圖庫
在又一次把自己電得活蹦亂跳，讀完又一篇如何防靜電的科普文之后，你肯定想過：
竟然無法逃避，為什么不將靜電收集起來，變廢為寶呢？讓一兩個(gè)人用噼里啪啦，撐起一個(gè)費(fèi)電的家，讓全北方摩擦摩擦的人民聯(lián)合起來，取代南方發(fā)電的三峽？
古有中學(xué)物理老師告訴我們：別做夢(mèng)了！
今有中科院教授告訴我們：夢(mèng)就夢(mèng)唄，又不上稅，興許成真了呢？
讓我們溫故知新，聽他們的話。
Part.1
我腦子慢，你可別蒙我
唱衰靜電的常見理由為：
日常靜電，電壓可高達(dá)萬伏，但電流很小，連人都電不死，發(fā)什么電？！
話是這么說，細(xì)想?yún)s有疑竇：
1、為啥電壓那么高？
發(fā)電站累死累活燒火用核，才造得出高壓電，我們脫個(gè)秋褲電壓就上萬伏了？
2、如果電壓那么高，為啥電流那么?。?/p>
中學(xué)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(yīng)該越大嗎？而且，既然電流小，為啥還能閃火花，蟄疼我們？
3、如果電壓那么高，為啥電不死人？
家用電壓不是220伏嗎？成千數(shù)萬伏靜電加身，我們閑庭信步，摸個(gè)電門就慫了？
有請(qǐng)中學(xué)老師，幫我們撣撣理綜真題上的灰。
Part.2
秋褲上的“高壓電”
先看日常靜電產(chǎn)生。
都說摩擦起電，其實(shí)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(huì)轉(zhuǎn)移到另一方上，讓前者帶正電，后者帶負(fù)電，所以，嚴(yán)格說是接觸起電。當(dāng)然，摩擦、施壓可讓更多電子轉(zhuǎn)移。一個(gè)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）。
日常摩擦，材料間轉(zhuǎn)移的電子數(shù)有限，所以，日常靜電電量很小，只有幾微庫侖（10-6級(jí)）。但是，電壓卻不小，這又為什么呢？
兩個(gè)物體表面帶上電荷，離得不遠(yuǎn)，中間隔著空氣，形成電壓，這像個(gè)什么電氣件？電池？發(fā)電機(jī)？不，它們像的，是容納電荷用的電容器。
平行板電容器示意圖（圖片來源：slidesplayer.com ）
我們知道，電容器中的電壓（U）等于其所帶電量（Q）的絕對(duì)值除以其容納電量的能力電容（C），即U=Q/C。
換句話說，即使電量很小，但如果電容更小，小得多，電壓就會(huì)很高。
簡(jiǎn)單說，在冬季空氣干燥、摩擦衣物絕緣等日常條件下，人體與周邊環(huán)境（如地毯）近似構(gòu)成的電容器，其電容只有一千到一百皮法（10-9至10-10級(jí)），被電量一除，電壓就會(huì)高達(dá)成千數(shù)萬伏了。
所以，誰說電量小，電壓就不能很高啦？
Part.3
電流真的小嗎？
再看日常靜電放電。
在上述日常條件下，我們有成千數(shù)萬伏靜電加身，但身體表面電壓基本相等，并沒形成電流穿過我們，這時(shí)根本用不上歐姆定律。
現(xiàn)在，我們?nèi)ッ饘匍T把：它可不絕緣，是導(dǎo)體，算零電位，與人體間就有了電勢(shì)差，電流形成，放電了，火花一閃——注意：火花出現(xiàn)在我們摸到門把之前，在二者的間隙里。
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(chǎng)很強(qiáng)，就能擊穿二者間的空氣，把絕緣的空氣在那一瞬變成導(dǎo)體，形成火花。
擊穿空氣的電流峰值并不小。根據(jù)Richman等人1986年與Pommerenke等人1996年的論文估計(jì)，這種電流瞬間最高可達(dá)1至3安左右。
什么概念？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(huì)導(dǎo)致心室纖顫，人就要死了。
然而，還是因?yàn)槿粘ｌo電的電量太小，雖然電流峰值很高，但在瞬間放電后，在穿過人體前，電流就沒了。
Part.4
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(gè)話題網(wǎng)上特別常見，各執(zhí)一詞，眾說紛紜。
其實(shí)，紛紜的根源在于：電死人是件很復(fù)雜的事兒，所有一言蔽之均屬一言堂。這取決于你摸什么（電門？閃電？）、怎么摸（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？）……
電流、時(shí)間與導(dǎo)致心室纖顫概率的關(guān)系圖（國際電工委員會(huì)）
至于日常靜電為什么電不死人，就很簡(jiǎn)單了，還是因?yàn)殡娏刻 ?/p>
電量小，即使電壓高，電流峰值大，但放電時(shí)間實(shí)在太短（納秒級(jí)），摩擦轉(zhuǎn)移的那點(diǎn)電荷瞬間跑掉，電壓、電流驟降為零。小火花釋放的電能，據(jù)估算，每次才約0.5焦，或者更少，才0.06焦。
發(fā)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。
當(dāng)然，這點(diǎn)電只能蜇你一下，卻足以引爆可燃?xì)怏w，炸個(gè)羽絨服事小，在工廠就相當(dāng)恐怖了。
Part.5
滿足家庭用電？取代三峽電站？
下面做些可笑的計(jì)算：
假設(shè)冬季北方人民每人每天“蟄”20次，即制造20朵可見可聽的靜電小火花（這是不確切的）。
再假設(shè)其釋放的能量還能百分百收集起來（這是不可能的）。
那么，按每朵小火花0.5焦算，人均日靜電發(fā)電10焦，每月發(fā)電則為0.0000833度。
據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算，2017年城鄉(xiāng)居民每月人均用電是多少呢？
53度。呵呵。
Part.6
眾志成城怎么樣？
據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)估算，2010年中國北方人口為5.6億。那么，全體北方人民日靜電發(fā)電56億焦，每季度平均發(fā)電則為14萬度。
據(jù)三峽集團(tuán)數(shù)據(jù)計(jì)算，2017年三峽電站每季度平均發(fā)電是多少呢？
244億度。呵呵。別做夢(mèng)了！
除非你是它——
圖片來源：https：//cn.bing.com
Part.7
日常靜電電能這么小，要你何用？
請(qǐng)注意，以上玩笑性計(jì)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(zhǔn)真能取代三峽電站。
這話，是中科院納米能源與系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)王中林教授說的。
王老師是造摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）的開山掌門。
這種號(hào)稱“世界上最小”的發(fā)電機(jī)，善于采集小規(guī)模、不規(guī)則的機(jī)械能，轉(zhuǎn)化為電能。
如果該技術(shù)得以長(zhǎng)足發(fā)展，往大了說，可讓大海摩擦發(fā)電。200公里×200公里×5米深的海水，摩擦納米材料，不必驚濤駭浪，也能采集出三峽電站的發(fā)電量。
往小了說，可做自驅(qū)動(dòng)可穿戴的小型傳感器。用人體脈搏振動(dòng)，摩擦納米材料可以采集電能，監(jiān)控血壓、心電、心音等。2017年，北京兩所醫(yī)院已據(jù)此展開合作研發(fā)。
往中間說，前文提到的各種日常靜電，配以納米材料，也許未來都能采集轉(zhuǎn)化。
鋒芒初露，前路修遠(yuǎn)，我們不妨拭目以待，翹盼用眨眼兒、打嗝兒、嘚比嘚和噼里啪啦發(fā)電的機(jī)器早日產(chǎn)業(yè)化。
出品：科普中國
制作：銀河路16號(hào)團(tuán)隊(duì)
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