力量感觉如何工作

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如果您的跑步夹克衬有动力毛毡,那么您的身体热量可能会在慢跑时为MP3播放器提供动力。
蒂姆·罗伯特(Tim Robberts/Riser)/盖蒂图像

您可能有这种经历:您整天都在旅途中,没有机会插入您的iPhone,就在您需要打电话或检查电子邮件时,您会看到那个指示您的小红色图标电池即将用完。真是令人沮丧,实际上使您在衣领下变得有些热。但是等等 - 也许这是解决方案。如果您可以以某种方式将多余的身体加热转换为电力或其他便携式设备,而不是吹垫圈,该怎么办?

实际上,您之前已经看到了这个想法的变化,如果您是电影“矩阵”三部曲的粉丝,那么巨大的计算机网络通过从昏迷,不知情的人类中汲取能量来为自己提供动力。但是,我们并不是在谈论任何令人毛骨悚然的事情。小规模的热电发电,将体内的热量收获到便携式设备中,这是科学家近年来一直很专心研究的概念 - 因为我们渴望在口袋里携带渴望渴望的小工具。

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最近,Wake Forest大学纳米技术和分子材料中心的研究人员在开发了一种称为“ Power Felt”的织物材料时,可以增强热电发电的前景,该材料能够利用物体的热量和室温之间的差异来产生差异电荷[来源:尼尔]。

一位从事该项目的研究人员设想塑造Power Felt的夹克并使用它来为iPod供电,这对于凉爽的天气慢跑爱好者来说听起来很棒。但是力量感觉不仅要穿上衣服。在扩大的停电期间,手电筒缠绕的手电筒可能是一件很棒的事情,而用这些东西制成的汽车座椅可能会从您的后部吸收能量,从而为窗户或收音机供电。还有其他非人类能源,我们也可以使用它来点击[来源:尼尔]。

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人类尺度热电发电的运作方式

如果您对出汗的身体如何动力感到困惑iPad在一个温暖的夏日,以这种方式考虑:几乎所有人类使用的电力(约10万亿瓦)是通过释放热能(通常是通过将化石燃料燃烧到加热水中)而产生的,然后将热量转化为机械性活力。然后,机械能用于摇动发电机并产生电流。这种尝试的方法称为热电发电可以肯定的是,会产生很多能量。但这也浪费了很多能量,因为机械过程在使用热量方面并不那么有效。实际上,超过一半的热量只是逃脱到大气中[来源:雅克]。

至少在理论上,如果我们可以找到一种直接从热量发电的方法,那将是更好的。科学家长期以来知道可以做到这一点,因为当周围环境的温度和物体的温度存在差异时,两者之间的导电材料可以使用鲜明对比来产生电流,而无需任何涡轮机或机械发生器。这被称为Seebeck效果[来源:蒂默,,,,Ozcanli]。

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产生和收获非机械电力的诀窍是找到合适的导电材料。一段时间以来,研究人员一直在建造使用金属合金的直接热电发电机,可使用金属合金,二甲尿酸酯,它具有从热量中发电的能力。但是该材料很昂贵,而且不是那么高效[来源:母鹿]。

这就是为什么每个人都对Power Feel感到如此兴奋的原因,尽管它的名字却不是从羊毛上编织的布,就像他们在台球桌上使用的东西一样。取而代之的是,动力毛毡由包裹在微小的塑料纤维组成 - 从微小的角度来看,我们的意思是一个厚度的原子 - 称为碳纳米管的结构,这些结构确实非常擅长传导电力。它也可能便宜地制造,这意味着我们可以在整个地方使用它[来源:尼尔,,,,]。

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我们的身体会成为实用的电力来源吗?

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如果这些感觉拖鞋是用力量感觉到的,该怎么办?他们可以为您的iPhone充电吗?
丹尼尔·艾伦/摄影师的选择/盖蒂图像

虽然用体内的热量为iPad供电会很酷,但我们可能不必担心被奴役像“矩阵”电影中的巨型计算机网络供电。人是潜在的电力来源,但相当有限。例如,从理论上讲,成年男性可能能够产生100至120瓦的能量。这不会照亮帝国大厦,但这可能足以为某些个人电子设备提供动力 - 这是一个笔记本电脑需要大约45瓦,手机只需要大约1瓦即可操作[来源:Ozcanli]。

也就是说,研究人员在我们能够利用身体发电的潜力的很大一部分之前还有道路。尽管Power Feel的想法有希望,但最初的演示版本只能产生约140个纳米果汁的果汁[来源:]。“矩阵”电影中的恶棍特工史密斯(Smith)会感到失望,因为那只有十亿瓦。其他可用的导电材料将体内的热量转换为能量的作用不会更好。据一个估计,此类设备能够收获大约0.4%的热能并将其转换为电能。这意味着,如果您用热电发电机覆盖了整个身体,则只会产生0.5瓦的电力[来源:Ozcanli]。

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不过,不过,随着时间的流逝,我们可能会改善该性能,同时开发的电子设备在使用能源方面比当今的小工具更有效。例如,研究人员已经在工作,例如开发可从患者体内发热的超节能医疗传感器。但是,力量的真正上升空间可能来自利用它来捕获我们的机器浪费的热能。例如,在马萨诸塞州技术研究院进行的最新研究表明,通过利用笔记本电脑和手机的浪费,我们也许可以做到相当于将电池寿命增加一倍。衬砌汽车发动机以及电源发电厂的内壁和管道感觉可能会产生大量的电力,我们甚至从未知道我们有[来源:钱德勒]。

作者的笔记

我是反乌托邦科幻小说的忠实拥护者,而1999年的电影《矩阵》(The Matrix)是《沃科斯基斯(Wachowskis)》制作的三部曲中的第一部,是我的最爱之一。但是对我来说,矩阵确实更像是我们当前的每一次淘汰时刻固定的隐喻,它具有由视频游戏创建的合成娱乐体验和网络上流式视频所创造的,而不是对实际未来的蓝图。(从这个意义上说,您可以画出与乔治·奥威尔(George Orwell)的小说“十九十四四十四”相似的,有人说,这确实是对极权主义倾向的警告,以至于作者看到的是在英格兰第二次世界大战后的宪法民主之下潜伏在英格兰的宪法民主之下。除非我们做出一些真正令人惊讶的技术突破,从而覆盖了我们现在理解的物理定律,否则由昏迷的人类虹吸能量提供动力的计算机网络只是一个幻想。例如,对于一个科学频道的故事,我曾经计算出,如果可以从地球上的每个人那里收获1.3微米的能量系统。

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来源

  • 钱德勒,大卫。“将热量变成电。”麻省理工学院新闻办公室。2009年11月18日。(2012年6月26日)http://web.mit.edu/newsoffice/2009/thermoelectric.html
  • Hewitt,Corey A.等。“基于多层碳纳米管/聚合物复合材料的热电织物。”纳米字母。2012年(2012年6月26日)http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/NL203806Q
  • 雅克,罗伯特。“硅纳米线将热量变成动力。”itnews。2008年1月15日。(2012年6月26日)http://www.itnews.com.au/news/100939,Silicon-nanowires-turn-turn-heat-heat-into-power.aspx
  • 尼尔,凯蒂。“力量感觉到了。”唤醒福雷斯特大学传播与外部关系办公室。2012年2月22日(2012年6月26日)
  • Ozcanli,Osman可以。“将体内的热量变成电。”forbes.com。2010年6月8日。(2012年6月26日)http://www.forbes.com/2010/06/07/nanotech-body-heat-heat-technology-breakthroughs-devices.html
  • 蒂默,约翰。“归零有效的热电功率。”Arstechnica。2011年5月5日。(2012年6月26日)http://arstechnica.com/science/2011/05/zeroing-in-on-on-wordic-thermoeleclectric-power/
  • 美国能源部。“比光多。”science.energy.gov。2011年9月19日。(2012年6月26日)
  • 张,莎拉。“现在这是当前的时尚:用热电面料制成的衣服为手机供电。”发现杂志。2012年2月23日。(2012年6月26日)http://blogs.discovermagazine.com/80beats/2012/02/02/23/current-fashion-pashion-pourash-power-power-your-phone-phone-phone-phothes-clothes-clothes-made-made-made-made-thermoelectric--thermoelectric---织物/

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