怪兽电力公司需要多少尖叫的小孩才能供应一座

2019-10-19 作者:奥门金沙手机娱乐网址   |   浏览(82)

怪兽电力公司(Monster Inc.)是一家永续能源企业,靠着人类小孩尖叫产生的能量发电,过程不会产生核废料或者空气污染。但究竟要多少尖叫的小孩才足以供应一座城市的用电?

作者:逆旅,PanSci編輯兼专栏作者|台湾大学昆虫所研究生(本文不由 Monster Inc. 赞助)

叫亮灯泡

要由小孩子的尖叫来点亮灯泡,首先得将声音转换成电力,而声音就是物质(空气)的震动,所以从目前已知的科技来看,最有可能的就是利用“压电材料”(piezoelectric material)-一种能将动能转换成电能的特殊材料。

在2010年九月,三星综合技术院(Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT)的研发团队就发表了一项研究,利用纳米级的压电材料,制作出可以靠声音发电的装置。 [1][2]

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图1:奈米声波发电机的构造。

这个装置上层是一面由钯(palladium)/金制成的电极,下层的压电材料是数万根奈米级氧化锌(zinc oxide, ZnO)排成的数组(图1),每根氧化锌“柱”长10微米,直径仅150微米(下面图2)。

当声波震动电极,压弯底下的压电材料——氧化锌柱,就会产生电力(下面图3)。在1平方厘米下,100分贝(dB)能够产生50毫伏特(mV)约 0-0.3 微瓦(μW)的交流电,不过这已经是极限了,即使再提高分贝,也不会产生更多电力。虽然这电力看起来很微弱,但已经可以提供一些小型电子设备的部份电力。

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图2:奈米氧化锌柱数组的纵剖面。

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图3:声波透过钯/金薄膜,震动奈米氧化锌数组,产生电力。

 
假如怪兽电力公司真的采用这项科技来发电,比较可能的是将纳米声波发电装置装在“任意门”的外框中(图4)。

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图4:绿色区域就是“任意门”的外框。

怪兽电力公司(Monster Inc.)是一家永续能源企业,靠着人类小孩尖叫产生的能量发电,过程不会产生核废料或者污染空气。但究竟要多少尖叫的小孩才足以供应一座城市的用电?

多少尖叫的小孩才能支持一座城市的用电?

要回答这问题,得先知道小孩的尖叫或者哭闹声能达到多少分贝。根据一位身为母亲的物理学家在自己的博客中提到,她测试出女儿哭闹声是 122 分贝 [3],而人类的尖叫声也在129分贝以下 [4]。这声音强度虽然超过100分贝,但奈米声波发电装置的最大发电量就是每平方厘米0.3 微瓦。

如果任意门外框中使用50平方厘米的纳米声波发电数组,那么一次尖叫可以产生15微瓦(0.3微瓦/平方厘米×50平方厘米)的电力。

以台北市为例,根据环保署公开的非营业用电统计资料,2013年6月住宅总用电量是352,640,859度,平均每小时消耗489779瓦。[5]要支持这些电力,得找到32,651,934位尖叫或哭闹的小孩才行。

再根据内政部户政司的数据,2012年底全台湾1岁-4岁的孩童只有746,739名。[6]因为每位小孩只能被吓一次,而且怪兽电力公司只能在夜间发电,所以台湾的小孩只能供应台北市1分22秒的夜间用电。不过夜间属于用电离峰时间,所以供电时间可以再长一点。(作者吐槽:也不能长多少了……)

叫亮灯泡

要由小孩子的尖叫来点亮灯泡,首先得将声音转换成电力,而声音就是物质的震动,所以从目前已知的科技来看,最有可能的就是利用“压电材料”(piezoelectric material)-一种能将动能转换成电能的特殊材料。

在2010年九月,三星综合技术院(Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT)的研发团队就发表了一项研究 [1, 2],利用奈米级的压电材料,制作出可以靠声音发电的装置。

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