自然科普:如果我們能夠收集閃電,還用發電嗎?
來源:科學信仰
發布時間:2022-03-25
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電的發現和應用給人類社會(hui) 帶來了翻天覆地的變化,在近300年的時光裏,人類文明的高速發展是少不了電的功勞的,而提到電的發現和應用,我們(men) 馬上就會(hui) 想起一個(ge) 名字,富蘭(lan) 克林。

沒錯,就是富蘭(lan) 克林通過一個(ge) 風箏證明了天空中的閃電和地上的電是一回事。在1752年一個(ge) 雷雨交加的日子,富蘭(lan) 克林將一個(ge) 係上鑰匙的風箏用金屬線放飛到了空中,被雨淋濕的金屬線將閃電引導到手與(yu) 鑰匙之間,從(cong) 此,人類對於(yu) 電的認知有了一個(ge) 突破。在將近70年後的1821年,法拉第發明了電動機,十年之後,發現了電磁感應的法拉第製造出了人類曆史上第一台能夠連續產(chan) 生電流的發電機,從(cong) 此之後,人類再也離不開電了。對於(yu) 現代人而言,每一個(ge) 沒有電的日子都是難以忍受的,不過電並不會(hui) 憑空出現,我們(men) 需要發電來滿足人類對於(yu) 電力的需求。

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我們(men) 隻能通過人為(wei) 的方法來製造電嗎?我們(men) 能不能直接從(cong) 大自然中收集電力呢?

這個(ge) 想法是具有理論基礎的,因為(wei) 電並不是人類所發明的,它從(cong) 一開始便存在於(yu) 大自然之中,富蘭(lan) 克林以及其它科學家的研究不過是發現它並應用它而已。而說到大自然之中的電,我們(men) 最為(wei) 熟悉的就是天空中的閃電了,而且富蘭(lan) 克林也通過風箏實驗證明了天空中的閃電和地上的電是同一回事,也就是說如果我們(men) 能夠收集閃電並將其轉化為(wei) 電力,就能夠為(wei) 人所用。

那麽(me) 一道閃電到底蘊含了多少電能呢?如果將其轉化為(wei) 我們(men) 所熟悉的“度”,它相當於(yu) 多少度電呢?首先,我們(men) 先來說說什麽(me) 是閃電,它是如何產(chan) 生的。閃電簡單而言就是雲(yun) 與(yu) 雲(yun) 之間、雲(yun) 與(yu) 地之間以及雲(yun) 內(nei) 內(nei) 部各部位之間的放電現象,那麽(me) 為(wei) 什麽(me) 會(hui) 放電呢?

積雨雲(yun) 會(hui) 產(chan) 生電荷,雲(yun) 層頂層為(wei) 陽電,而底層為(wei) 陰電,同時還會(hui) 在地麵產(chan) 生跟隨雲(yun) 層移動的陽電荷。

所謂同性相斥、異性相吸,正電荷與(yu) 負電荷總是想要克服困難抱在一起,但問題是空氣並不是良導體(ti) ,所以正電荷隻能外出尋找機遇,它們(men) 附著於(yu) 高大的樹木、建築物的頂端、甚至是人體(ti) 之上。與(yu) 此同時,負電荷也沒有閑著,它努力地向下伸手,企圖與(yu) 正電荷相擁,它的手越伸越長,終於(yu) 正負電荷克服重重阻礙接在了一起,於(yu) 是巨大的電流從(cong) 地麵直衝(chong) 雲(yun) 端,一道劃破夜空的閃電誕生了。

正負電荷的相擁是如此地不易,為(wei) 了克服空氣的阻礙,它們(men) 必須要有極強的電壓,所以閃電看起來才會(hui) 如此氣勢磅礴,那麽(me) 這氣勢磅礴的閃電,到底是徒有其表,還是真的很強大呢?它到底蘊含了多少電力呢?

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平日裏我們(men) 所見的閃電有大有小,持續的時間也是有長有短,而不同的閃電所蘊含的電力是存在很大差別的。

對於(yu) 多大多長的閃電蘊含了多少度電,這並沒有一個(ge) 精確的統計,一般而言,我們(men) 通常所見的普通閃電所蘊含的能量大概在10億(yi) 焦耳左右。根據1kw/h=3600000焦耳,10億(yi) 焦耳就約等於(yu) 277度電。一般的三口之家,一個(ge) 月的用電量大概在200度左右,也就是說一道閃電可以供一個(ge) 三口之間使用一個(ge) 半月。

如此看來,似乎也不是太多,以首都北京為(wei) 例,全市共有常住人口約668萬(wan) 戶,平均每戶人口約為(wei) 2.45人,所以我們(men) 就粗略的算一道閃電可以供兩(liang) 戶人家使用一個(ge) 月,所以一個(ge) 月之內(nei) 需要捕捉334萬(wan) 道閃電才能夠滿足全市的用電需求。看來靠收集閃電來代替發電是不靠譜的。

不過上麵我們(men) 是以10億(yi) 焦耳的普通閃電為(wei) 例,在自然界中,閃電的規模大小差距是很大的。

2018年10月31日在巴西錄得了一道最長的閃電,其首尾長度達到了709公裏,而在2019年3月4日,又在阿根廷北部錄得了一道持續時間最久的閃電,它持續了16.73秒。像這種巨型閃電,通常都蘊含著極強的電流,它所蘊含的能量甚至可以達到普通閃電的10萬(wan) 倍以上,如果是這樣的閃電,一道就可以滿足20萬(wan) 戶家庭的用電需求了。

隻可惜要收集閃電為(wei) 人所用,現在還不可能,因為(wei) 閃電的速度快、電壓高,它比任何人為(wei) 製造的電力都更加危險,如果是人或其它生物遭受了閃電的轟擊,生還的可能基本為(wei) 零,所以閃電是不能收集的,不僅(jin) 不能收集,在雷雨天,我們(men) 還要注意防範雷擊。



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