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一公斤电能够让人类用多久?这个问题听上去可能有点奇怪,因为根本就没有用质量单位来表示能量的,我们一般用焦耳来表示能量,至于电能,我们一般用多少度来表示但是这里的形容其实并不是错的,因为质量和能量本质上就是等价的。
当然,一公斤质量,如果其存在形式不同,释放方式不同的话,其转化出的能量也是完全不同的,比如一公斤木材燃烧和一公斤煤炭燃烧就大不一样。但是不管怎样,他们并没有本质上的区别,因为都是化学能。一般而言,一公斤标准煤炭能释放出标准煤热值为千焦能量,还不够一个家庭使用的。
假如是核反应,那么就会发生本质上的变化,那么一公斤核燃料在核电厂能释放多少能量呢?以铀-为例,一千克铀-释放的能量约为8.2*10^10焦耳,换算成标准煤的话,相当于千克,还不够一座小镇使用的。
那为什么科学家们会说一公斤电能能够供全人类使用半天呢?那是基于一种新的“燃烧”方式——湮灭。湮灭是指正物质与反物质接触后会发生完全的质能转换。正物质就是我们日常生活中常见的物质,而反物质是指原子核带负电,电子带正电的物质。反物质很久之前就已经被证明是存在的,并且科学家们已经在实验中进行过及其微量的制取。
因此,假如我们拥有足够的反物质的话,理论上我们就可以利用湮灭反应,将克正物质与克反物质接触,然后就能完全得到1千克的能量,那一千克能量到底是多少呢,我们完全可以算出来?
相信大家对爱因斯坦的质能公式都不陌生,能量等于质量乘以光速的平方(E=mc^2),也就是说,质量可以作为能量的表象存在。根据这个原理,我们可以计算出任意质量内含有的能量。因此,我们完全可以计算出一公斤质量所代表的能量。
根据公示E=mc^2,一公斤物质含有的能量E=1*(3*10^8)^2=9*10^16焦耳。那这是多少度电呢?我们可以再做一个转换,1度等于1千瓦时,所以1度=*=3.6*10^6焦耳。所以一千克能量相当于(9*10^16)/(3.6*10^6)=2.5*10^10度,相当于亿度电。
那么全球一天的用电量是多少呢?数据显示,全球一年的耗电量约为25万亿度,相当于一天使用亿度电,也就是平均每小时消耗28.5亿度。而一公斤能量为亿度,相当于全球8.8小时的消耗量,在非高峰用电期,就相当于人类半天的耗电量了。
当然,这完全属于理论上的数据,实际上根本不可能做到。这其中主要有两个难度。
第一个难度就是反物质的制取,到目前为止,人类尚未在宇宙中发现自然存在的反物质,所以这意味着人类要人工制取,根据现在的成本来看,制作一克反物质的成本约为62.5万亿美元,制作一千克反物质的成本,把地球卖了,全体人类不吃不喝挣钱都做不到。所以,在人类无法大规模工业制作反物质之前,想都不要想。
第二就是使用效率,比如煤炭燃烧,并不是所有化学能量都被利用了,由于技术限制,更多的能量都被浪费了。比如内燃机,世界上最先进的内燃机其工作效率也不超过50%,达到40%的都少之又少,大多数只能达到35%。所以将反物质转化为电能的过程中,也一定会有能量浪费,至于效率是多少,那就得到时候再看了。
所以总结来看,理论上一公斤质量转化出的能量确实差不多可以让全人类使用半天,但是实际肯定是不可能的,这仅仅算是一个脑洞思想实验。