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研之有物 好文推薦【外太空的電力來源，可以在地球上廣泛應用嗎？談談如何用「廢熱」發電】
隨著氣候極化，高溫來的愈來愈早、延續時間變長，用電量也隨之年年創新高，然而冷氣、汽車運轉所產生的「廢熱」卻讓城市更加蒸騰，陷入「愈熱愈要用電、愈用電就愈熱」的無限迴圈……
如果，「熱」可以變成「電」就好了！你也曾這麼想過嗎？其實，早在200年前，德國科學家西貝克（Thomas Seebeck）就發現「溫差」可以形成電壓，而從30、40年前起，熱電已應用於太空科技，成為太空船或衛星的重要電力來源。
今天， 研究熱電材料十多年的中研院物理所研究員陳洋元，要跟大家分享熱電的原理、發展歷史、限制與近2年的新突破──未來某一天，或許我們不用再帶行動電源，可以更有效地將廢熱轉為能源，為手機充電。https://bit.ly/396uc6L
★提供觀點，促進思辨，#贊助報導者：http://bit.ly/2Ef3Xfh
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【推舊文】《進擊的巨人》物理學（下）：巨人的密度和科幻的意義
編按：在上一篇文章「《進擊的巨人》物理學（上）：變身巨人的那一刻就註定了人類的勝利？」討論了如果巨人和人類等密度的話，可能不只會被自己的體重壓垮，還會引發全球的能源危機！這次就讓我們來討論，如果巨人質量不變，他的密度又是多少呢？
指數比巨人更恐怖
在我們的世界中，以現在人類對大自然的科學知識，還沒有辦法進行高維度的物質傳送。因此就必須要憑空產生出額外的物質，無可避免地用到愛因思坦的質能互換定律 E=mc2。可是，這又會引起另一個問題：產生質量的能量太過龐大。這是因為質量與高度立方成正比，所以變出越來越高大的巨人所需的能源是以指數上升的。
讓我來說個比巨人更恐怖的故事。從前有個國王想要賞賜黃金萬貫給他的大臣。其中一位大臣說，我不要黃金萬貫，只要一個棋盤，第一個方格上放一粒米，希望國王能夠答應每天賞賜比前一格多一倍的米就足夠了。國王聽了說沒問題，這不太簡單了麼，我國糧食儲備十年也吃不完！就著人給了這位大臣第一天的賞賜：一粒米。
第二天，大臣來領賞賜，於是拿到了第一天的兩倍：兩粒米。第三天，四粒。第四天，八粒。第五天，十六粒。就這樣，大臣每天都來領米，國王覺得這位大臣真的傻了，有黃金萬貫不要，只要區區的幾粒米！
過了三個禮拜，負責糧倉的官員來找國王，說大事不妙了，我們快沒有糧食了。國王就問，怎麼可能？我們的儲備十年也吃不完啊！官員就說，沒錯，第一個禮拜，大臣只拿到了兩百五十四粒米，可是第二個禮拜就已經三萬二千七百六十六粒了。今天，他剛拿走了二百零九萬七千一百五十二粒米，總計已拿了四百一十九萬四千三百零二粒米了。棋盤有六十四格，可只是到了一半即第三十二天，他就會拿到共八十五億八千九百九十三萬四千五百九十粒米！到了最後一天，我們就得給他總共三千六百八十九京三千四百八十八兆一千四百七十四億一千九百一十萬三千二百三十粒米！
然後國王就被嚇死了，這就是指數的力量。
我們世界裡的巨人 竟然會比空氣密度更低？
延續著上一篇文章「《進擊的巨人》物理學（上）：變身巨人的那一刻就註定了人類的勝利？」的討論，就讓我們看看巨人究竟有多重吧！
《進擊的巨人》的作者諫山創也曾想過巨人如果與一般人類密度相同是否會太重的問題。於是在漫畫之中，也曾明示過「巨人比想像中輕」。
60 米高的超大型巨人身高是 1.7 米高的人類的 60/1.7=35.29 倍，即約 2 的 5 次方多一點。再把這數字立方，即是 2 的 15 次方，即是國王故事裡差不多兩個禮拜的倍數，大約就是幾萬。可是，E=mc2 帶來的能源問題，並不是把巨人變輕一點點、或者輕幾倍、幾十倍就能解決的。這是因為光速實在太快了：使用國際單位制時，光速的數值是 3 後面跟 8 個零。所以，即是變出每 1 公斤的質量，就需要 E=(1)c2，即 9 後面跟 16 個零這麼多的能量。
所以，我們不要忘了還有 c2 這個因子，因此我們必須再在幾萬後面補上 16 個零（還要乘 9），得到的就是有 20 個零以上的天文數字了。我們就算有 20 個零好了，就算你把超大型巨人變得「比想像中輕十萬倍」，也還有 15 個零。
結論是，我們的現實中沒有高維度物質傳送，也不可能用 E=mc2 去變出巨人。所以這次我們就不是假設密度不變，而是質量不變。跟上次一樣，我們只要使用密度=質量／體積，就能夠計算出各種巨人的密度。
對於一個 3 米級的巨人，其體積是一個 1.7 米高的人類的 5.5 倍。如果要維持質量不變，那麼 3 米級巨人的密度就是人類的 1/5.5=0.18，即是只有人類的18%。以人類平均密度大約為 0.95 g/cc 去計算（g/cc 即是每立方厘米克），3 米級巨人的密度就是每平方米 0.17 g/cc。順帶一提，一個大氣壓力下、攝氏 15 度的水的密度是 1 g/cc，這就是為什麼人體是會浮在水面上的原因。而巨人受到的浮力就更加強了，想潛水基本上是不太可能的。
那麼 15 米級的巨人呢？體積是人類的 687 倍，密度是人類的 0.1%，即是 0.0014 g/cc。一個大氣壓力下、攝氏 15 度的大氣密度是 0.0012 g/cc，所以 15 米級巨人的密度原來跟空氣差不多，被其打中應該就像颱風時站在街上的感覺吧⋯⋯
最後，當然少不了大家最關心的超大型巨人了。體積是人類的 44,000 倍，密度就只有人類的 0.0022%，即 0.00002 g/cc。這不就是只有大氣密度的 1.8% 嘛⋯⋯這樣的話，如果超大型巨人真的出現，我們頂多也只會看見一團非常輕薄的肉色氣團，被打中也是不會有什麼感覺的。而且，因為其比空氣密度更低，所以會慢慢升上天空，很恐怖的說⋯⋯哇，什麼時候變成鬼故事了？
科幻是科學的翅膀
在前一篇的文章刊登後有許多的討論，有人曾評論我說「不尊重科幻作品」，我尊重他們發表意見的權利，亦欣賞他們對科幻作品的熱誠。我相信，這種熱情亦是推動好奇心的源動力。而我同時認為，如同《進擊的巨人》這樣好的科幻作品，是能夠激起人們思考科學、社會問題，再應用於我們所生存的這個世界之中的。
我希望藉著有趣的動漫題目，吸引各位思考科學原理。這當然就不是說我要破壞原作者的創作。誰不知道在作品當中，作者就是神、就是物理定律？我們會不會把科普文中提到的科學問題傳給作者叫他修改作品？不會，因為我們明白探討的題目是「如果在我們這個世界打出一記認真拳／打出龜派氣功／變身成為巨人，會發生什麼事情呢？」
就如同從前科學仍未發達的時候，登陸月球被視為幻想。有小說作家幻想登上月球，我們不會去攻擊他「不科學」，而是把這個幻想當成思考科學問題的機會，改善我們的科學技術。想必有些人曾經思考過「如果我們真的能夠飛上月球，會發生什麼事情呢？」
最終，阿姆斯壯踏出了人類的一大步；幻想，成了真實。
科幻絕不應只幻不科。其實，我自己也是《進擊的巨人》的粉絲。吸引我的，除是了那些刺激的戰鬥場面外，也是那些叫人反思現實的情節。高牆和巨人，都一一暗喻了許多發生在我們身邊的社會問題。我們會把作品中對社會的描寫化作現實的反思，為什麼我們不能把作品中的科幻化作現實科學的思考？這樣，科幻才能成就科學。
我相信，這就是科幻的意義。
冬天過後，凍出了中國電動車的電池續航力「虛標」問題
36Kr發表於 2021年3月21日 16:30
中國「新能源」電動車每一款都強調續航力可以到幾百公里，但每年都要面臨一個嚴格的考驗，那就是「冬天」。就像是一面照妖鏡一樣，續航力「虛標」的問題特別突顯出來。
「冬天跑不到70公里，實在是不夠用了。」張勇（化名）向《每日經濟新聞》記者表示，這輛標稱續航150公里的電動車經過5年使用，續航里程已衰減到100公里，冬季極寒情況下，續航更是降到70公里以下。「但就算剛買來的時候滿電續航也只有120公里，150公里從來沒有跑到過。」對於電動汽車的標定續航，張勇感覺「水分」不小。
事實上，對電動車續航里程產生質疑的遠不止張勇。在多個中國汽車投訴網站發現，有關續航里程不準確、充電難、電控系統故障等問題投訴不在少數，而續航里程銳減、與官方宣傳不符更是電動車主們在投訴中相當普遍的遭遇。
「目前，我國新能源汽車續航工況測試是在試驗台上以標準氣候條件下進行的，沒有考慮夏季空調與冬季低溫和暖風的影響，也沒有考慮長距離高速行駛的情況。試驗方法還需進一步完善，才能全面反映出實際情況。」中國國家新能源汽車創新工程專家組組長王秉剛在接受《每日經濟新聞》記者採訪時表示。
續航提升但「焦慮」不減
賣掉舊車後，張勇又購置了一台純電動車，標稱續航420公里。雖然還沒有將車開至電量為零的經歷，但據張勇估算，該車最多只能跑350公里左右。「現在市面上電動車的續航里程比我第一次買電車時高得多，但還是跑不到廠家宣稱的里程數。」張勇說。
與張勇相比，朱煜寧真實地感受過電車續航力虛標的煩惱。作為一名網約車司機，朱煜寧起初很相信車輛顯示的續航里程就是車輛可以行使的里程。「那會兒我剛開始用新能源車跑活兒，印象太深了。當時車輛顯示續航還有60多公里，而我剛接了一個不到30公里的訂單。想著剩下30公里，找到充電樁應該沒太大問題，結果乘客都還沒送到，車子就已經限速了。」朱煜寧說。
朱煜寧所說的限速是指部分電動車當電量低於一定限值時，為減少耗能，將車速限制於特定數值以下。比如朱煜寧的車，當電量低於10%時，限速為30Km/h。「當時還以為是車壞了，踩加速踏板也不走，搞得乘客也很緊張。」朱煜寧回憶道。
最終，朱煜寧打著雙閃以「龜速」行駛在最外側車道，且多用了20多分鐘才將乘客勉強送到目的地。但車子的續航只剩不足20公里，並在去往附近一個購物中心充電的路上徹底沒電。從那以後，朱煜寧變得謹慎多了：「續航掉到100公里我就不接里程遠的訂單了，到80公里就開始找充電站。」
這只是春夏秋三個季節電動車的續航表現，到了冬季，電動車實際續航里程還會大幅降低。一位新能源車主馮晨給記者提供的車輛電耗數據顯示，車輛在春秋兩個季節不開空調的情況下，百公里電耗在13KWh左右；但到了冬季，特別是在極寒、暖風開啟的情況下，電耗可以達到百公里20KWh甚至更高。
這種電動車的用車體驗相當普遍。在記者對近50位新能源車主的問卷調查中，非冬季環境下57.45%的車主表示實際續航里程可達到標稱續航里程的80%以上，但冬季只有8.51%的車主表示可以達到這一使用情況。而74.47%的車主表示車輛冬季續航里程為標稱續航里程的50%~80%，還有17%的車主表示實際續航里程甚至不足標稱的一半。
「電動車冬季續航下降與動力電池的充放電原理密切相關。溫度低的時候，電池裡的電解液會變得更加黏稠，包括鋰離子遷移的速率，材料本身的導電性都會進一步變差，使得電池活性降低，進而影響電池性能和容量揮發，對外就表現為動力電池可用容量的衰減。」北汽新能源研究院副院長代康偉對記者表示。
為了儘可能延長大幅縮減的冬季續航，車主們也只能各出「奇招」。有的電動計程車師傅為省電，放一床厚毛絨被讓乘客披著禦寒；有的北方車主不開暖氣，手動給擋風玻璃去霜……「我冬天的用車習慣是，還剩三到四成電就開始充，如果去郊區或者路程遠一些，都會提前一天把電充滿。目前還是市區用的多，真要出遠門或者走大段高速反正我不太敢開電車。」張勇表示。
儘管近年來新能源汽車的續航里程不斷提升，但車主們的里程焦慮並未完全得到解決。在記者採訪的多位新能源車主中，像張勇一樣在市區使用，以及習慣提前充電的新能源車主佔了絕大多數。
「好像被『馴化』了，你買它以後只能適應。」馮晨這樣對記者總結兩年新能源車的使用體驗。
續航不夠 等速巡航里程來湊？
「您可以這麼計算，在標準工況續航的基礎上，平時打8折，冬天打7折，會更接近於您實際行駛的里程。」北京特斯拉某直營店銷售人員向記者介紹。
值得注意的是，一輛宣稱續航463公里的標準續航版Model 3試駕車在電量剩餘95%的情況下，車輛按當前電耗實時計算出的續航里程為288公里，當日的室外氣溫為6℃，如果按300公里實際續航里程計算，僅為標稱續航的64.79%。對此，銷售人員解釋道：「試駕車一般開得比較猛，地板電和急剎車情況很頻繁，行車電腦記錄的平均電耗很高。您實際的駕駛習慣不會像這輛車一樣，可行駛里程肯定更長。」
有銷售人員也向記者坦言，廠家標註的續航里程是理想工況下計算出的數據，實際道路情況複雜多變，除非速度特別均勻，否則都難以達到廠商宣稱的續航里程。
除一般的常規工況續航里程外，記者注意到，在廠商的宣傳材料中，有的車型還會出現「最大續航」或「等速續航」的字眼，而相應的數字均較普通續航里程更高。「這只是給您作一個參考，因為60km/h的時速對於電動車來說相對省電，所以廠家用這個數字作宣傳，不過最近我們也很少向客戶這麼介紹了，因為沒人能開到這個數字。」某品牌店銷售人員這樣向記者解釋。
「看到國內不少知名汽車品牌，推廣電動車的時候還在用60（km/h）等速宣傳自己的續航里程，甚至直接把這樣的虛假續航里程數字貼在車屁股上，真有點大躍進的感覺。」兩年前，中國的理想汽車CEO李想曾在微博「炮轟」60km/h等速續航里程是虛假宣傳，引發行業熱議。
「60km/h等速續航數據只是在車輛關閉所有電氣設備，以最經濟的時速行駛時，得到的最理想化續航里程數據。」中國汽車動力電池產業創新聯盟副秘書長王子冬認為，60km/h等速續航只是車企的一種宣傳手段，並不代表車輛的真實續航里程，不具備實際參考意義。
儘管早已有業內人士對等速巡航續航里程提出質疑，但仍有不少廠商將等速續航里程放在車型宣傳海報的顯眼位置。事實上，新能源車主對車企的宣傳和標定續航里程也持保留意見。在對車主們的問卷調查中，有關「您是否相信廠家對於新能源車輛續航里程的宣傳和標定」這一問題，車主們的平均得分為3.09，意味著他們更多將廠家的標定續航作為參考，但並不完全相信。
附圖：
▲ 電動車不同溫度下的電耗（圖片來源：車主供圖）
▲ 圖片來源：問卷調查結果截圖
▲ 圖片來源：每經記者 李碩 攝
資料來源：https://www.techbang.com/posts/85164-after-the-winter-the-problem-of-the-battery-life-of-chinas?fbclid=IwAR2I7re880X0Wza_vAu5rb-ZLiE6H4qlJqSG8-C9lrWP-L2fEInu6bPo4xs
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