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為什麼不利用摩擦起電的原理來發電?

2018年08月27日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 11 ℃ 次

【FrancisQu的回答(31票)】:

(一)摩擦起電的原理

由於不同物質的原子核對核外電子的束縛能力不同,當兩個物體相互摩擦時,哪個物體的原子核對核外電子的束縛本領弱,它的一些電子就會轉移到另一個物體上,失去電子的物體帶正電,得到電子的物體由於帶有多餘的電子而帶負電。

因此,因此,摩擦起電的實質是電荷的轉移。

摩擦起電—在線播放

(二)為什麼目前沒有採用摩擦起電來發電

摩擦起電所產生的電壓雖然很高,但由於電量極小,一般不會形成較大的持續電流。有電壓,沒電流,就沒功率,這也是製造摩擦發電機的關鍵所在,即如何提高電流輸出。

(三)利用摩擦起電進行發電的嘗試

國內外的研究人員對利用摩擦起電進行發電進行了很多嘗試。

1 圓盤式靜電感應起電機

1882年,英國維姆胡斯創造了圓盤式靜電感應起電機。這種起電機所帶的電雖然電壓高達幾萬伏,但電流卻極小,一般僅幾個微安,至今仍用於電學演示實驗。

2旋轉式直流摩擦納米發電機

中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士領導的研究小組最近研製了旋轉式直流摩擦納米發電機,用於對旋轉機械能的有效收集,首次實現了恆定電流的輸出,相關論文《Rotating-Disk-Based Direct-Current Triboelectric Nanogenerator》於2014年3月2日在線發表於《先進能源材料》(Adv. Energy Mater. DOI: 10.1002/aenm.201301798)。

摩擦納米發電機的原理基於摩擦起電和靜電感應現象,在週期性的機械能輸入下,其直接輸出為交流電,需要外接整流橋後才能給電子器件供電。

王中林院士研究團隊採用兩個轉盤和兩對碳纖維製作的柔性電刷,通過電刷與上下金屬電極的滑動接觸和自動切換,使得經電刷輸出的電流在圓周運動的後半週期產生反向,從而得到連續輸出的直流電。直流電的大小與圓周運動的轉速以及摩擦面的摩擦單元個數成正比,兩個具有4組摩擦單元的轉盤在750轉/分的速度下,輸出的電流密度為每平方米2.5毫安。

旋轉式直流摩擦納米發電機可以作為恆定的電流源,直接連續的用於對電子器件供電或給儲能元件充電,對於收集旋轉機械能和驅動在恆流下工作的電子器件等方面將具有廣泛應用。

左圖為旋轉式直流摩擦納米發電機的結構示意圖

右上圖為不同轉速下旋轉式直流摩擦納米發電機輸出的電流密度圖

右下圖為旋轉式直流摩擦納米發電機直接點亮38個LED燈的照片

參考資料:[1]Zhang C, Zhou T, Tang W, et al. Rotating‐Disk‐Based Direct‐Current Triboelectric Nanogenerator[J]. Advanced Energy Materials, 2014.

[2]摩擦起電_百度百科

【李躍竟的回答(6票)】:

摩擦發電機_百度百科

1、電壓低且無法控制

2、摩擦起電得到的是靜電,很難被利用

3、功率太小,提供給摩擦的能量遠遠遠遠多於獲得電量的能量(絕大部分成為內能),就像海水裡也含黃金,但沒有人在海水裡撈黃金吧?

【蟲可語冰的回答(1票)】:

嗯,拋開能量轉換效率不說,風婆婆已經用此原理製造了很多的電,只是我們目前的科技水平暫時用不了。

【李蛋白的回答(1票)】:

磨久了,燙。

【魏塔的回答(0票)】:

畢竟能量太小……

【龔黎明的回答(0票)】:

摩擦起電往往是靜電,放電時電壓高但是電流特別小,所以功率幾乎為0。參考冬天時毛衣上的電火花就可以理解。這種電沒什麼實用價值。

【知乎用戶的回答(0票)】:

轉換率太小,一大部分動能在摩擦過程中轉換成了熱能,還有一大部分用於造成摩擦料的形變,只有很小部分轉換成電能。

標籤:-自然科學 -物理學 -電 -電力 -電氣


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