怪兽电力公司需要多少尖叫的小孩才能供应一座城市的用电？

sunkeyi

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？
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。
. k* G- K1 `1 B, y9 ^- a: R7 {: t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]

怪兽电力公司需要多少尖叫的小孩才能供应一座城市的用电？

, R# z8 Y) t3 p& B* c. n* d; h1 g' v7 |图1：奈米声波发电机的构造。
# o) Z- y! Z# P/ \9 z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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) q- [: D, D# D. e' w) u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。

! e0 u2 y$ n+ ~) w) Q' B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。
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。
9 {# V) D. x4 V* ^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。
9 ?4 L$ v2 x- M0 W1 A% n4 n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……）
结论：虽然简单的计算发现怪兽电力公司确实可以供应微薄的电力，但是要作为永续能源的话，还是把纳米声波发电装置设在高速公路的隔音墙中比较实在，而且节约用电才能真正永续。
作者吐槽：1小时超过3200万个小孩的哭闹，比全球能源短缺更可怕……
4 y: ]8 _5 Q2 r( @* j6 B原文发表于PanSci，作者：逆旅。转载时文字部分有修改。
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S. N. Cha, J. S. Seo, S. M. Kim, H. J. Kim, Y. J. Park, S. W. Kim, and J. M. Kim. (2010) Sound-Driven Piezoelectric Nanowire-Based Nanogenerators. Adv. Mater. 22, 4726.        Nanotechnology energy generation using sound. nanowerk [Sep 23, 2010]        How Loud Can Your Baby Cry? — Laser Mom        Shout (sound) — wikipedia        环保署绿色生活网 非营业用电统计        内政部户政司 人口数据库

huxuefei02262

我好像破坏队形了。
我和小伙伴们都惊呆了。