一个原子完全转换成能量能让一辆电瓶车跑多远?

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提这个问题的同学,我认为是一个深受电池困扰的外卖小哥,深厚的物理知识背景下,电瓶车转瞬即逝的电量,深深的伤害了小哥的自尊,于是,从最高级的能量释放形式中,寻求一劳永逸的解决办法。

所以,这是一个解决快递/外卖小哥终极怨念的好题目!

我这就来解惑一把。

核能电池的可行性

目前地球人使用的电池,除非是超级电容,其他的从原理上来看,都是化学能电池。

但人类早已掌握了更高级的能量转化形式——核能,那么把核能应用到电池上,有没有希望呢?

核能有三种释放的方式——聚变、裂变、衰变。

聚变号称永远还差50年,直到2020年的今天,依然看上去很美好,但实现仍旧遥遥无期,我们只能自觉的放一边。

裂变基本已经纯熟的应用在核电站的发电事业中了,但要做到小型化,甚至用到电瓶车上,那基本是扯淡。

那没办法了,只剩下华山一条路——衰变,别说,这东西已经有不少的应用了,外卖小哥的电瓶车,获得永恒的能量,理论上是有希望的!

核能电池的应用——放射性同位素电池的应用

这个事实一点都不超前,说真的,还是一个50多年前的老技术而已。

同位素电池有属于它的曾经辉煌的舞台,那就是广袤的太空——美国人登月的时候,早就盯上它了。

阿波罗11号飞船安装了两个放射性同位素装置,其热功率为15瓦,用的燃料为钚-238。放射性同位素装置并不是直接提供电能的,而是供飞船在月面上过夜时取暖使用。

这个发明创造投入使用后,就一发不可收拾,在后来发射阿波罗宇宙飞船上,都安装了SNAP-27A装置。SNAP-27A设计的电输出功率为63.5瓦,重量为31千克,它不仅可以提供电力,还能发热保暖。实乃太空旅行的必备良品。

总的来说,在深海探测、水下监听、海底电缆中继站等场合,放射性同位素电池的应用,非常广泛。

电瓶车的希望

外卖小哥的希望在熊熊燃烧之际,我来泼个凉水吧。

虽然地球人目前已经发现了超过一千五百多种放射性核素,但真正能用于同位素电池的核素至少得满足应条件后,真正能够用作放射性同位素电池的核素只剩钚238、锶90、钴60、铯137等十多种。在实际生产生活中,广泛使用的则只有钚238、锶90。

同时,同位素电池燃料的放射性,也是一件令人头疼的事情,当衰变放出的粒子动能大于200-250千电子伏特时,就会对电池中的硅晶体结构造成不可逆的损伤。简单的说,连电池都顶不住辐射了,你作为使用者,有胆量试试吗?

最后,能量密度的问题,才是真正的大问题。因为放射性辐射的影响,目前同位素电池的能量密度令人失望。阿波罗计划中使用的同位素电池31kg但输出功率仅70W,这点功率,点亮一盏节能灯是足够了,但要让电瓶车跑起来,你想过电池的总重量超过车重的情况吗?这画面太美我不敢看啊!

结语

讲了半天,还是最后回应一下题主的直接提问,一个原子的转变,以碳12为例,大约是是1.8*10^-9焦耳,可以推动电瓶车行驶1纳米左右。

但一个原子是十足的微观尺度,和宏观直接联系,是没有意义的。现实中,我们根本不可能分离出单独一个原子进行控制的,所以没必要计较太多。

真家伙要使用,还得看我刚刚讲到的电池啊。不过,目前来看,外卖小哥还是老实充电比较实际了。

我是猫先生,感谢阅读。

标签: #一个 #原子 #能量 #一辆 #电瓶车