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电鳗放电原理(电鳗为什么能够发电)

电鳗不是真的鳗,其实是长刀鱼的一种,与鲶鱼在进化上亲缘更近,原产于南美洲电鳗身长可达2米,体重近20公斤。电鳗利用电来感应猎物,方法是产生弱电场,然后感应电场的变化。

电鳗利用弱电场来感应猎物

电鳗放电原理(电鳗为什么能够发电)插图

电鳗更强大的电击能力很可能是从最初与电感应有关的器官进化而来的。与其他鱼类相比,电鳗的心脏和肝脏等器官离头部非常近,甚至它的肠道也被缩短并呈环状,挤压到了身体的前部,这就使得电鳗身体的其余部分被分配予游泳肌肉和电细胞。电鳗的点击能产生高达600伏的电压,在捕食过程中能够使鱼类和甲壳类动物丧失活动能力。鳗鱼通常生活在黑暗、浑浊的水中,然后用它的电子感官找到被击昏的猎物,并在它苏醒之前将其吞下。

电鳗放电原理(电鳗为什么能够发电)插图(1)电鳗身体构造示意图

电鳗的电压来源是一组类似电池的细胞,被称为电细胞,分布范围约占鳗鱼体长的80%,像肌肉细胞一样,它们附着在神经细胞轴突上,但没有收缩功能。电细胞形状像圆盘,通过控制钠离子和钾离子在细胞膜的跨膜运输,每个细胞获得约0.1-0.15伏特的微小电位差。当20万个这种电细胞成千上万阵列连接在一起时,就形成了鳗鱼天然的蓄电池。

电鳗发电原理

电鳗放电原理(电鳗为什么能够发电)插图(2)

当鳗鱼发现捕食者或猎物时,电鳗大脑会向电细胞释放神经冲动,从而同时打开细胞膜上的离子通道,钠离子进入细胞内,引起电势的突然变化,这就产生了电流,释放电量。每次电击电压高达600伏,但是电鳗产生的能量比较少,因为它的电流仅仅持续2毫秒,不足以致人死亡。

电鳗放电原理(电鳗为什么能够发电)插图(3)

用电鳗来发电是可能的。电鳗电压在500伏时,电流大约是1安培,因为电鳗产生的电压是直流的,如果变成生活用电,需要一个逆变器来把直流变成交流,一个稳压器来保持电压恒定。

电鳗放电原理(电鳗为什么能够发电)插图(4)

但是,电鳗的电流持续时间短,需要饲养许多电鳗才能满足稳定的电力供应;此外,生物的能量转换效率其实很低,远低于火力发电厂20%-26%的效率,所以利用电鳗发电作为电力来源不是一个经济可行的选择。

电鳗放电原理(电鳗为什么能够发电)插图(5)

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