我們現在對手機、IPAD等隨身電器的使用頻率越來越高,依賴程度也越來越大。相信大家都會碰到這樣的情況,那就是一時半會找不到充電器而手機馬上就要沒電,或者家裡停電了,這個時候如果有什麼好的方法能給手機續航,那絕對像是找到了“救命稻草”。有人腦洞大開,認為既然電鰻可以放電,而且釋放的電壓又比較高,能否利用它們來收集電能,從而達到給手機充電的目的呢?
先來認識認識電鰻這個傢夥
電鰻隸屬於輻鰭魚綱電鰻目裸背電鰻科,是一種主要分佈於南美洲亞馬遜河流域特別是圭亞那地區的淡水魚類,由於它可以在水中釋放出一定強度的電流,因而得名“水中高壓線”。
從體型上看,電鰻的平均身長在0.8米左右,有的甚至能夠長到2米以上,堪稱亞馬遜河中的“巨無霸”魚類了。它的體型偏圓桶狀,比成人的手臂可能還要粗,其頭部比較寬扁,眼睛特別小,而且面部還密佈著許多凹陷的坑洞,這就使得其形態看上去比較怪異。
電鰻的背鰭和腹鰭高度退化,並且與臀鰭長連在一起,使得它的臀鰭以及尾部顯得很長。在遊動時,主要依靠臀鰭的波浪狀擺動來實現在水中的前進或者後退,而身體的前半部分在遊動時幾乎不做擺動,這樣的遊動方式使得其遊動線路比較平滑,泳姿非常優雅,不少愛好養魚人士將其放在水族箱裡進行飼養,成為居家環境中的一個很大的亮點。
電鰻的生活區域主要集中在亞馬遜河的淺水區域、沼澤或者支流溝岔比較渾濁的水域,是所在區域攻擊性很強的食肉性魚類,常以生活在水中的魚蝦、螃蟹、甲殼動物以及水生昆蟲為食。由於它們的眼睛退化得非常嚴重,視力很差,判斷方位、選擇移動路線或者靠近捕食對象,主要依靠身體所發生的電脈衝。當它們發現並鎖定獵物以後,在接近獵物達到一定距離以內時,就會釋放出強大的電流將獵物電暈或者電死,然後再大快朵頤一番。當它們遭遇到其它動物的騷擾或者感受到外界的其它威脅時,也會釋放出電流,在震懾對方的同時,也趁機溜走。
電鰻其實不是鰻魚
雖然電鰻的名字中有“鰻”這個字,但是從生物學分類上,電鰻和鰻魚屬於兩個生物類別。剛才提到了,電鰻隸屬於電鰻目裸背電鰻科,而鰻魚隸屬於鰻鱺目下的多種魚類。之所以電鰻這種魚類的名字中帶有“鰻”這個字,主要原因在於它的外形,長條的身形比較接近鰻魚而已。
在非洲的尼羅河、查德湖、尼日河等淡水河湖中,也生活著一種放電的魚類-電鯰(也叫電鯰、電貓),雖然形體上與電鰻差別較大,但是在生物學關係上,電鰻和電鯰的親緣關係,要比鰻魚近一些。
目前全世界已經發現的可以放電的魚類差不多有10多種,而電鰻是放電強度最大的一類,特別是生活在亞馬遜河流域的電鰻更是其中的佼佼者。亞馬遜電鰻共有三個種類,分別是普通電鰻、伏打電鰻和瓦氏電鰻,而伏打電鰻的放電強度最為突出,一次可以達到850伏特左右,而且每秒可以放電50次,殺傷力非常強。
電鰻放電的原理
在長期的進化過程中,電鰻的身體結構為了能適應放電的需求,其內臟的各種器官,都集中分佈在身體的前半部分,準確地說是集中在頭部後面非常小的一段身軀之內,就連肛門都分佈在這一區域(下巴上),這一點與其它魚類形成了鮮明的對比。除了頭部及附近的區域、魚鰭以外,鰻魚的其它部位(大約佔比80%)都可以用來發電。
其實,任何一種生物體,只要具備細胞結構,都能夠釋放生物電流,這主要是由於細胞膜的內外具有不同性質的電荷所造成,在細胞受到外部刺激感應時,膜外鈉離子會通過相應的通道進入膜內,從而使細胞膜呈現規律性地電荷性質改變狀態,從而產生電位差來傳導生物電信號。只不過由於絕大部分生物體內的細胞,其細胞膜的結構都是相同的,所以電位的改變不會呈現只朝某個方向傳遞電流的狀態,因此形成不了電流。
但是鰻魚和其它能夠發電的魚類卻不同,它們的發電細胞的細胞膜卻具有不同的結構,特別是兩面的鈉離子通道不同,一面有而一面沒有,所以鈉離子的移動就具有了方向性,與此同時,由這些細胞所組成的肌肉組織,具有明顯的片狀結構,每一個肌肉薄片都可以成為一個放電體,大家可以想象為一個電池。不同的肌肉薄片之間都有特殊的結締組織,使肌肉薄片相互隔離,在結締組織中還分佈著大量的神經纖維,與電鰻的神經中樞相連,用以調節和控制放電功能。
當電鰻受到外界刺激或者用於捕食需要時,它的每個肌肉薄片在神經系統的控制下,會釋放出150毫伏的電壓,而電鰻全身擁有5000-8000個這樣的放電肌肉薄片,從前到後串聯起來,並以頭部充當負極、尾部充當正極,也就具備了一次性可以釋放幾百伏特的電壓。
電鰻放出的電能收集利用嗎?
答案是目前還不能收集利用,主要原因有以下幾點:
一是電鰻釋放的電,既不屬於電壓方向呈週期性變化的交流電,也不屬於電壓平穩的直流電,而是一種瞬時高壓脈衝,而現有的收集貯能裝置,基本上都是圍繞交流電或者直流電作為輸入端,所以找不到可以收集利用的裝備。
二是電鰻放電具有高電壓低電流的特點,雖然大部分電鰻瞬時釋放的電壓可能達到數百伏,但是電流卻很小,而且隨著放電時間的推移,無論是電壓還是電流都呈逐漸降低的趨勢,很難人為進行控制。
三是電鰻的放電時間很短。僅有個別的電鰻一次放電時間可以持續40秒以上,大部分的電鰻一次放電的時間只有10秒左右。根據能量守恆定律,在放電之後鰻魚需要一定時間進行體力恢復,通過進食和休息來進行“充電”,方可為下一次放電提供能量供應基礎。而一般情況下電鰻的恢復期需要至少半個小時以上,有的甚至需要數個小時。所以,電鰻的電能輸出,根本不可能達到持續性和穩定性方面的要求。
總結一下
綜上,我們可以看出,電鰻放電是長期進化過程中,為了更好地適應環境以及提高捕食效率,而形成的一種“特異”生理功能,由於放電的低電流、持續時間短、逐漸衰減、不可持續性等特點,特別是目前我們還沒有民用的可以將高壓脈衝轉化為電流的設備,所以想利用電鰻的放電來進行充電,還僅僅處於理論可行階段。“一頓操作猛如虎”,即使能夠收集這些電流,也不可能持續性地進行功率輸出,而且效率極低,所以遠沒有改造和利用一塊電池來供電來得方便實際。
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