脚踏发电

张春芳等

在郑州科技馆磁电展区，有一件展品可让观众亲自体验脚踏发电的神奇.它外观看起来像一辆脚踏健身车（如下图），在车前轮的上方是一排直立的灯柱，当观众坐上车座匀速用力地蹬脚踏车时，可看到灯柱上一排排的灯被点亮.是什么使灯泡亮起来了呢？难道人体运动也能发电吗？

脚踏发电是一件参与性极强的演示能量转换及直观显示电功率大小的展品，它主要由脚踏健身车、小型发电机及电路和灯泡组成.小型发电机被设置在脚踏车的前轮轮毂上，当观众坐在自行车座上，双手握把，双脚用力持续均衡地踏脚蹬时，由于自行车链条的同步传动，车的前轮也开始转动，带动轮毂上面的发电机工作.这样，人体运动产生的机械能就通过发电机转换成电能，发电机发出的电能通过闭合电路作用至灯泡上，观众可观察到，灯柱上一排排的灯泡由下而上依次就被点亮了.

能量从一种形式转化为另一种形式的速率可用功率来表示，功率的单位是瓦特（Ｗ），以发明家詹姆斯·瓦特的名字来命名．电功率是电流在单位时间内所做的功，电功率的大小反映电流做功的快慢.相对于脚踏发电这件展品，观众可观察到灯柱上灯亮的多少和亮度随着蹬速的快慢而变化．观众蹬车用的力量越大，速度越快，机械能转换成电能的速度也越快，发电机发电就越多，电流在单位时间内所做的功就越大，灯泡被点亮的就越多，亮度也越强.

发电机作为把其他形式的能转化成电能的一种机械设备，在工农业生产、国防及日常生活中有着广泛的应用.科学家发现，人体自身的生物能也是一种尚待开发的、自然的新能源．经测算，一个人一生中有三分之一以上的能源被浪费掉．为设法利用人体能源，科学家提出了有趣的设想：将一种微型发电机安装在经过加工的普通鞋垫中，实现“步行发电”，使人在行走中产生的机械能转化为电能，这些电能足够为手机和笔记本电脑充电；中国的纳米科学家已研制出了更小的发电机——纳米发电机，它可以有效地将机械运动能如人体的运动、肌肉的伸缩、血管的收缩与舒张转化成电能提供给纳米器件．

随着科学技术的不断发展，也许要不了多久，更多新形式的人体运动发电机将会在科技馆展出．

责任编辑 蔡华杰