Энергия и человек. Ряд случайных сравнений
В физике для решения задач иногда применяется полунаучный «метод размерностей», когда зная размерность искомой величины, мы можем догадаться, что на что поделить, сложить, умножить, чтобы получить правильный ответ. Я решил взять размерность «энергия» и сравнить «яблоки с бананами», а именно человека как энергетическую систему с другими системами.
В чем измеряется, энергия?
Disclaimer: все вычисления могут быть не точны и главная цель показать порядок чисел.
Человек — потребитель энергии. 2 кВт*ч, 100 Вт
Человек в среднем потребляет около 2000 ккалорий в день, что дает около 2 кВт*ч или около 100 Ватт, средней мощности. Можно представить, что человек ест, как одна большая лампочка на накаливания на 100 Ватт.
Энергопотребление человека сравнительно небольшое по сравнению с приборами, которые нас окружают. Можно сказать, что человек произвел техническую революцию. Человек принимает «в себя» меньше энергии, чем он использует «для себя» даже только в домашних условиях (средний расчет больше 100 кВт*ч в месяц).
Человек — вычислительная машина. 30 Вт
Распространены оценки, что мозг съедает от 200 до 1000 Ккал (стрессовые ситуации), то есть от 20%-40% энергии, что дает оценку средней мощности 30 Вт.
Мозг — крайне эффективная система. Да современные ноутбуки производят операции гораздо лучше нас и средняя мощность находится около 30 Вт, а телефоны вообще 0.5-1 Вт. Зато современные видеокарты потребляют в среднем от 250 Вт и все равно не могут сравниться с мозгом по скорости и точности обработки визуальной информации. Так что, человек очень неплохой процессор, правда только для специфических задач.
Человек — аккумулятор. 10 кВт*ч
Говорят, человек может не есть 3-7 дней. Понятно, что не питаясь, человек начнет потреблять меньше энергии на внутренние и на внешние нужды. Можно положить, что съев двойную суточную норму, человек будет активен 2 дня (при наличии воды), что дает грубую оценку 10 кВт*ч.
Если посчитать, энергоемкость человека, то мы можем получить крайне разные цифры, вес людей, которые могут прожить N-е количество дней и произвести какую-то полезную работу, крайне разнится от 50 кг — 150 кг. Скорее всего, средняя энергоемкость равна 0.1 кВт*ч/кг, что не так и хорошо и не так плохо. Мы находимся между бензином (10 кВт*ч/кг) и Liion (0.1 кВт*ч/кг), ближе к аккумуляторам.
Человек — потребитель солнечной энергии. 1-2 солнечные панели
Сегодняшняя солнечная панель дает около 300 Ватт в пике, в умеренных широтах средний КИУМ до 20% (солнце светит только днем и слабо). Мы знаем, что человек недолговечный, но все-таки аккумулятор, поэтому в среднем 2 панелей достаточно, чтобы человек питался только солнцем.
Если отбросить условности и сделать небольшие прорывы в технологиях (использование дорогих элементов позволяет достигать до 40% КПД в панелях), человеку будет достаточно носить «солнечную одежду» для того, чтобы получать всю необходимую энергию.
Человек — обогреватель
Процитирую статью про одежду: в покое человеческое тело вырабатывает 80 ватт тепла, а теряет при этом за счет дыхания 10 ватт, теплового излучения — 30 ватт, теплопроводности и конвекции — 20 ватта, испарения влаги — 20 ватт.
Получается человек крайне «слабый» обогреватель. Домашние обогреватели потребляют по 1 кВт и они покрывают нужды на обогрев только частично. Подогрев воды и обогрев помещений в принципе является самым большим энергопотреблением домашнего хозяйства. Приведу свой годовой расклад:
— Перемещение (транспорт, топливо): 8 000 кВт*ч за год.
— Электричество: 2 500 кВт*ч за год.
— Подогрев воды и обогрев: 30 000 кВт*ч за год.
Получается на средний ежедневный подогрев воды и обогрев уходит до 100 кВт*ч в день, что в 50 раз больше, чем человек в принципе потребляет.
Человек — средство передвижения (автомобиль, пешеход, велосипед)
Человек как активное живое существо может перемещаться в пространстве. Допустим человек может переместиться на 30 км за день пешком и на 120 км за день на велосипеде. Это не максимальные значения, конечно, спортсмены пробегают до 100 км и проезжают до 1000 км за день.
Попробуем сравнить человека как эффективную систему передвижения человека.
— Автомобиль с ДВС тратит в среднем 5 л на 100 км, 1 литр = 10 кВт*ч, что дает 500 Втч на км
— Электромобиль — 150-200 Вт*ч на км
— Пешеход — 2 кВт*ч разделить на 10-50 км, 50-200 Вт*ч на км
— Медленный/маленький электромобиль — 50-100 Вт*ч на км
— Электровелосипед — 10 Вт*ч/км (средняя скорость 10-15 кмч)
— Велосипедист — 2 кВт*ч разделить на 100-1000 км, 2-20 Вт*ч на км
Знаете еще интересные совпадения — пишите в комментариях.
Спасибо за внимание.
Сколько человек вырабатывает электричество
Электричества, которое генерирует человек, может хватить для зарядки мобильного телефона. Наши нейроны находятся под постоянным напряжением, а разницу между жизнью и смертью можно определять по электрическим волнам на энцефалограмме.
Лечение скатами
Как-то в Древнем Риме сын богатого архитектора и начинающий врач, Клавдий Гален прогуливался по берегу Средиземного моря. И тут его глазам предстало весьма странное зрелище – навстречу ему шли два жителя близлежащих деревушек, к головам которых были привязаны электрические скаты! Так история описывает первый известный нам случай применения физиотерапии при помощи живого электричества. Метод был взят Галеном на заметку, и столь необычным способом он спасал от боли после ранений гладиаторов, и даже излечил больную спину самого императора Марка Антония, который вскоре после этого назначил его личным врачом.
После этого человек не раз сталкивался с необъяснимым явлением «живого электричества». И опыт не всегда был положительный. Так, однажды, в эпоху великих географических открытий, у берегов Амазонки, европейцы столкнулись с местными электрическими угрями, которые генерировали электрическое напряжение в воде до 550 вольт. Горе было тому, кто случайно попадал в трехметровую зону поражения.
Электричество в каждом
Но впервые наука обратила внимание на электрофизику, а точнее на способность живых организмов вырабатывать электричество, после презабавного случая с лягушачьими лапками в XVIII, которые в один ненастный день где-то в Болонье, начинали дергаться от соприкосновения с железом. Зашедшая в лавку мясника за французским деликатесом, жена болонского профессора Луиджи Гальватти, увидела эту ужасную картину и рассказала мужу о нечистой силе, которая бушует по соседству. Но Гальватти посмотрел на это с научной точки зрения, а спустя 25 лет упорных трудов вышла его книга «Трактаты о силе электричества при мышечном движении». В ней ученый впервые заявил – электричество есть в каждом из нас, а нервы это своеобразные «электропроводы».
Как это работает
Как же человек генерирует электричество? Всему причиной многочисленные биохимические процессы, которые происходят на клеточном уровне. Внутри нашего организма присутствует множество разных химических веществ – кислород, натрий, кальций, калий и многие другие. Их реакции друг с другом и вырабатывают электрическую энергию. Например, в процессе «клетчатого дыхания», когда клетка высвобождает энергию, полученную от воды, углекислого газа и так далее. Она, в свою очередь откладывается в особые химические макроэргические соединения, условно назовем это «хранилищами», и впоследствии используется «по мере необходимости».
Но это всего лишь один из примеров – в нашем теле много химических процессов, которые вырабатывают электричество. Каждый человек – это настоящая электростанция, и ее вполне можно использовать в быту.
Много ли мы производим ватт?
Энергия человека как альтернативный источник питания уже давно перестала быть мечтой фантастов. У людей большие перспективы в качестве генераторов электричества, его можно вырабатывать практически из любого нашего действия. Так, от одного вдоха можно получить 1 Вт, а спокойного шага хватит, чтобы питать лампочку в 60 Вт, да и зарядить телефон будет достаточно. Так что проблему с ресурсами и альтернативными источниками энергии, человек может решить, в буквальном смысле, сам.
Дело за малым – научиться передавать энергию, которую мы столь бесполезно растрачиваем, «куда надо». И у исследователей уже есть предложения на этот счет. Так, активно изучается эффект пьезоэлектричества, который создает напряжение из механического воздействия. На его основе еще в 2011 году австралийские ученые предложили модель компьютера, который заряжался бы от нажатия клавиш. В Корее разрабатывают телефон, который будет заряжаться от разговоров, то есть от звуковых волн, а группа ученых из Georgia Institute of Technology создала действующий прототип «наногенератора» из оксида цинка, который вживляется в человеческое тело и вырабатывает ток от каждого нашего движения.
Но это еще не все, в помощь солнечным батареям в некоторых городах собираются получать энергию из часа пик, точнее от вибраций при ходьбе пешеходов и машин, а потом использовать ее для освещения города. Такую идею предложили лондонские архитекторы из фирмы Facility Architects. По их словам: «В часы пик через вокзал Виктория за 60 минут проходит 34 тысячи человек. Не нужно быть математическим гением, чтобы понять — если удастся применять эту энергию, то может фактически получиться очень полезный источник энергии, которая в настоящее время расходуется впустую». Кстати, японцы уже используют для этого турникеты в Токийском метро, через которые каждый день проходят сотни тысяч человек. Все-таки железные дороги – основные транспортные артерии Страны Восходящего солнца.
«Волны смерти»
Кстати, живое электричество является причиной многих весьма странных явлений, которые наука объяснить до сих пор не в силах. Пожалуй, самое известное из них – «волна смерти», открытие которой повлекло новый этап споров о существовании души и о природе «околосмертного опыта», о котором иногда рассказывают люди, пережившие клиническую смерть.
В 2009 году в одной из американских больниц были сняты энцефолограммы у девяти умирающих людей, которых на тот момент было уже не спасти. Эксперимент проводился, чтобы разрешить давний этический спор о том, когда человека действительно мертв. Результаты были сенсационными – после смерти у всех испытуемых мозг, который уже должен был быть умерщвлён, буквально взрывался – в нем возникали невероятно мощные всплески электрических импульсов, которые никогда не наблюдались у живого человека. Они возникали через две-три минуты после остановки сердца и продолжались примерно три минуты. До этого, подобные эксперименты проводились на крысах, у которых то же самое начиналось спустя минуту после смерти и продолжалось 10 секунд. Подобное явление ученые фаталистично окрестили «волной смерти».
Научное объяснение «волнам смерти» породило множество этических вопросов. По словам одного из экспериментаторов, доктора Лакхмира Чавла, подобные всплески мозговой активности объясняются тем, что от недостатка кислорода нейроны теряют электрический потенциал и разряжаются, испуская импульсы «лавинообразно». «Живые» нейроны постоянно находятся под небольшим отрицательным напряжением – 70 миннивольт, которое удерживается, за счет избавления от положительных ионов, которые остаются снаружи. После смерти – равновесие нарушается, и нейроны быстро меняют полярность с «минуса» на «плюс». Отсюда и «волна смерти».
Если эта теория верна, «волна смерти» на энцефолограмме проводит ту неуловимую черту между жизнью и смертью. После нее работу нейрона восстановить нельзя, организм больше не сможет получать электрические импульсы. Иными словами, дальше врачам уже нет смысла бороться за жизнь человека.
Но, что если посмотреть на проблему с другой стороны. Предположить, что «волна смерти» — последняя попытка мозга дать сердцу электрический разряд, чтобы восстановить его работу. В таком случае, во время «волны смерти» нужно не складывать руки, а напротив использовать этот шанс для спасения жизни. Так утверждает доктор-реаниматолог, Ланс-Беккер из Пенсильванского Университета, указывая на то, что бывали случаи, когда человек «оживал» после «волны», а значит яркий всплеск электрических импульсов в человеческом теле, а потом спад, еще не могут считаться последним порогом.
Сколько электроэнергии может выработать человек в 2023
Можно ли вырабатывать электричество вручную «Средний человек в состоянии покоя вырабатывает около 100 ватт энергии. [2] В течение нескольких минут человек может комфортно выдерживать 300-400 ватт, а в случае очень коротких всплесков энергии, таких как бег, некоторые люди могут вырабатывать более 2 000 ватт».
Можете ли вы вырабатывать электроэнергию без турбины
Можно ли вырабатывать электричество вручную Существует множество различных типов электрогенераторов, которые не используют турбины для выработки электроэнергии. Наиболее распространенными на сегодняшний день являются солнечные фотоэлектрические системы (PV) и двигатели внутреннего сгорания. Солнечные фотоэлектрические элементы преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество.
Как обеспечить дом электроэнергией от сети
Как я могу генерировать электричество дома бесплатно » Самый простой способ обесточить свой дом — это обратиться в компанию по установке солнечных батарей и попросить их заменить вашу электросеть на солнечную батарею. Они закажут для вас несколько панелей, которые покроют вашу солнечную крышу, заполнят ваш гараж или подвал батареями, и вы будете готовы к работе».
Дешевле ли запустить генератор для получения электроэнергии в Великобритании
Какой самый дешевый способ выработки электроэнергии в домашних условиях «Генераторная мощность против сетевого электричества Стоимость электроэнергии в Великобритании В 2023 году при нынешней высокой цене на электроэнергию может оказаться дешевле запустить генератор, чем сеть. Это зависит от стоимости вашего дизельного топлива и сетевого электричества.
Как вырабатывать электричество в автономном режиме
Как я могу генерировать электричество дома бесплатно «Три основных метода автономного производства электроэнергии — это солнечный ветер и микрогидроэнергетика. Все они преобразуют свой источник энергии в электричество постоянного тока, в отличие от переменного тока, обеспечиваемого электрическими сетями по всему миру».
Могу ли я генерировать собственную электроэнергию в Великобритании
Могу ли я генерировать собственную электроэнергию «Можно генерировать собственную электроэнергию или тепло из возобновляемых или восполняемых источников энергии, таких как солнце или ветер. Вы можете узнать больше о возобновляемых и низкоуглеродных вариантах отопления для вашего дома. «.
Можно ли вырабатывать электричество вручную
Как генерировать собственное электричество «Вы также можете создавать электричество с помощью провода и магнита! Если перемещать магнит вперед-назад по проводу, соединенному в замкнутый контур, то в проводе возникнет ток. Перемещение магнита изменяет магнитное поле вокруг провода, и изменяющееся магнитное поле толкает электроны по проводу. «.
Какой самый дешевый способ выработки электроэнергии в домашних условиях
Как выработать собственную электроэнергию «Ветер: самый дешевый из всех возобновляемых источников энергии и наименее загрязняющий окружающую среду, энергия ветра возможна только в местах с хорошей скоростью ветра. «.
Могу ли я установить ветряную турбину на своем доме Великобритания
Какой самый дешевый способ получения электроэнергии в домашних условиях «Ветряная турбина, установленная на здании: Должна соответствовать стандартам планирования MCS. Одна турбина считается разрешенной разработкой, и в доме не должен быть уже установлен тепловой насос с воздушным источником тепла. В противном случае вам необходимо запросить разрешение на планирование. «.
Какая самая дешевая электроэнергия для генерации
Как я могу вырабатывать электричество дома бесплатно «Согласно данным «Перспектив развития мировой энергетики» МЭА и других исследовательских проектов, солнечная и ветровая энергия продолжают занимать первые места в списке самых дешевых возобновляемых источников энергии. Оба источника энергии стоят значительно меньше, чем альтернативные виды ископаемого топлива, и с каждым годом продолжают становиться все более доступными.
Является ли обход электричества незаконным
Можно ли вырабатывать электроэнергию вручную «Обман счетчика, чтобы не платить по счетам, является кражей электроэнергии. Это серьезное преступление с тяжелыми последствиями, включая тюремное заключение и штрафы. Кража электроэнергии влияет на всех: от увеличения счетов за электроэнергию до пожаров, вызванных оголенными проводами и соединениями. «.
Все права защищены. Несанкционированное копирование, полностью или частично, строго запрещено.
Поделись энергией своей: человек как зарядка для смартфона
С увеличением мирового населения и развитием экономики уровень потребления электроэнергии непрерывно растет. В среднем каждые 15 лет количество потребляемой в мире энергии удваивается. По мере увеличения спроса, а также в связи с беспокойством по поводу влияния на экологию необходимость в альтернативных возобновляемых источниках энергии становится все более явной.
Пожалуй, наибольший интерес в качестве возможной альтернативы представляют исследования человеческого организма как генератора различных видов энергии.
Во-первых, экологичностью. Используются только тепловая энергия или кинетическая энергия движения, производимые человеком в повседневных условиях.
Во-вторых, экономия времени и ресурсов на хранение и передачу энергии для полезного применения.
Человек-электростанция
Первое научное исследование о способности живых организмов вырабатывать тепло появилось еще в VIII веке. В 1791 году итальянский ученый Луиджи Гальвани публикует результаты своей 25-летней работы под названием «Трактаты о силе электричества при мышечном движении». В трактате подтверждалось, что электричество присутствует в живом организме, а нервы служат своеобразными «электропроводами».
В XX веке ученым удалось доказать, что тело человека — «живая электростанция», которая в результате непрерывных химических реакций вырабатывает электроэнергию. И получила развитие отдельная наука электрофизиология.
Известны и своего рода «энергомощности» человека. Так, при одном вдохе вырабатывается один ватт, а спокойным шагом можно питать лампочку в 60 ватт и даже телефон. Во время отдыха человек генерирует около 100 ватт. А самая большая выработка энергии достигается при занятиях спортом — до 2000 ватт, например, при спринте.
К настоящему времени уже разработаны различные технологии аккумулирования тепла человеческого тела и устройства подзарядки от человека, которые условно можно разделить на устройства сбора энергии целой группы людей и гаджеты для индивидуального использования.
Пассивное тепло
Во Франции пассивный способ отопления здания позволяет снабжать «живым» теплом 17 квартир. Для этого агентство социального жилья Paris Habitat использует тепло тел пассажиров метро, проходящего под зданием. Теплый воздух транспортируется по трубам в теплообменники, которые отапливают само здание.
Энергия масс
Еще одна перспективная технология — сбор энергии потока людей. Японская East Japan Railway Company решила использовать группы посетителей в качестве перспективного генератора. Турникеты с пьезоэлементами разместили на станции в токийском метро, где каждый день проходят сотни тысяч человек. Подходя к турникету, посетители наступают на пьезоэлементы, вмонтированные в пол, и таким образом передают энергию от давления своего тела.
В Нидерландах установлены двери-генераторы при входе в торговый центр Natuurcafe La Port. Здесь работает эффект толчка. Одно такое устройство производит до 4600 кВт/час в год.
Энергия спорта
Инженеры, работающие над методами преобразования энергии движения людей, очевидно, не могли пройти мимо физкультуры и спорта. Одним из первых проектов в этой области стали велотренажеры Sport Art, играющие роль трансформатора. Они оснащены преобразователем энергии, позволяющим генерировать ток с напряжением в 120 вольт и подавать его сразу в энергосеть. За один цикл тренировки на таком тренажере удается получить от 400 до 800 ватт энергии. Это позволит зарядить кофемашину, пару телевизоров и ноутбуков. Устройство даже имеет мобильное приложение, которое подсчитывает количество произведенной энергии.
Есть и более технологичные изобретения, например футбольный мяч Socceket, трансформирующий в электричество кинетическую энергию удара. В момент удара образуемая энергия передается на механизм, подобный маятнику, который приводит в движение генератор. Генератор, в свою очередь, производит и аккумулирует электроэнергию. Мяч имеет выходную мощность в шесть ватт, достаточную для питания настольной лампы со светодиодом или другого небольшого устройства.
Человек-батарейка
Мечта почти всех пользователей карманных гаджетов — идешь по улице, а твой смартфон подзаряжается без всяких дополнительных аккумуляторов. Реализовать подобную идею в полной мере пока не удалось, но ученые постепенно движутся в этом направлении.
Корейские ученые разработали гибкий генератор размером 10 на 10 сантиметров, способный подзаряжать фитнес-браслеты. Энергия вырабатывается за счет разницы температуры человеческого тела и окружающей среды. Генератор производит до 40 милливатт энергии.
Похожую технологию представил швейцарский производитель «умных» часов Sequent. Часы работают за счет взмахов руки при ходьбе. И это не «самоподводка» механизма. Вместо пружины там установлен генератор, преобразующий колебания груза в электричество.
Исследователи университета Вандербильта изобрели элемент, позволяющий производить электрические токи любым движением человека. Устройство имеет небольшие размеры и может размещаться прямо на одежде. Его новизна в том, что собирается энергия даже самых незначительных движений, то есть на частотах до 0,01 Гц, и генерируется она непрерывно.
Уже есть и универсальные разработки. К примеру, пьезоэлектрическая пленка, которую можно использовать для аккумулирования энергии при печатании на клавиатуре. Или при ходьбе, если такую пленку разместить на одежде.