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科學寶可夢 #82 三合一磁怪:給你滿滿的電磁波

身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

散發電磁波的可怕怪物……嗎?#82 三合一磁怪

(圖/PokemonWiki)

看起來超無害的。圖/PokemonWiki

現代人類的生活周遭早就被無數看不見的電磁波所圍繞。不管是手機、微波爐、洗衣機,還是耳機,任何會用上電的東西,都會發出電磁波,只是量多量少、常接觸不常接觸和波長差別而已。

但你知道嗎?看似比我們古早、健康的寶可夢世界,其實也有看不見的電磁波危機。全因為三合一磁怪。

「這個寶可夢全身散發強大的無線電波,讓周圍 1 公里溫度上升 2℃」(黃、綠寶石、Y)(註1)

老實說,2 ℃還真是不少啊~而且這還只是一隻三合一磁怪而已。

有趣的是,製作寶可夢圖鑑的人在表達電磁波有多恐怖的方式,是用「讓四周上升幾度」(註 2),而不是像新聞上愛用的「致癌機率」或「毫/微西佛」等參數。「讓周圍 1 公里溫度上升 2℃」這也是我們僅有的線索,所以問題來了:藉著這個資料,我們能知道三合一磁怪的電磁波有多強大嗎?

(圖/comic-vine-gamespot)

圖/comic-vine-gamespot

現在開始我可能會錯得離譜,畢竟電磁學和能量之間的可是有著相當複雜的關係。

當電磁波入射於物質時,會造成物質帶電粒子的振盪和能量增加,這時分子的微觀反應依物質性質而有所差異,但絕大多數電磁波會轉成能量直接存入物體中,讓它增溫,而且不管是什麼波長的輻射——不管是紅外線、紫外線——都有這個影響,只有時間、面積和輻射強度的差別而已。

既然是電磁波與熱的關係,那我想熱輻射相關的公式,也就是一系列的普朗克黑體輻射定律應該能提供我們一些有用的線索。

當我們把電磁波視為熱能的一種形式,這時在一個空腔內電磁場的總能量可以藉由下面的公式推倒:

eq-1

其中 U 是空腔中電磁場的總能量,V 是空腔的體積,k 是波茲曼常數,T 是空腔內部的凱氏溫度,c 是光速,h 是普朗克常數。

儘管這個公式有一些限制和條件(註3),但我們很剛好擁有一些需要的參數可以用:空腔體積就是一個半徑 1 公里的半圓,而這空間內的空氣就假設從 27℃(凱氏溫度 300K)上升到 29℃(凱氏溫度 302K)。我們把所有數據帶入,最後得出從 27℃ 升溫到 29℃ 這之間,能量增加了 322 焦耳。

看似很少,但是右轉我們來到能量級的對照表,發現 300 焦耳竟然是「受 X 光照射的致死劑量」

(圖/Pokemon Wiki)

好歹穿個鉛衣吧……圖/Pokemon Wiki

在你陷入恐慌之前,R 編得承認其實我們有很多條件沒考慮到,而且最重要的是,我們並不知道三合一磁怪散發出來的是什麼波長的電磁波。

這問題其實困擾天文物理學家很久了,因為熱與電磁輻射之間的關係是了解系外行星的重要環節,所以他們為了獲得解答,建立了很多有用的網路工具,例如這個 Spectral Calculator(註4)。這個網站內建的計算器可以讓我們計算一個會吸收、發出電磁波的物體,它本身的輻射出射度(Radiant emittance)、輻射率(Radiance)和波長峰值等數據。它需要兩個數字幫助我們計算,一個是物體本身的凱氏溫度,和另一個稱作發射率的數值。

我們假設三合一磁怪體溫跟室溫同為 300K。而發射率是衡量物體表面以熱輻射的形式釋放能量相對強弱的能力,這個數字是一個介於 0~1 的比較值,和黑體幅射能量之比。理想黑體的發射率等於 1,但我們的三合一磁怪怎麼看都離「黑」有一段距離,所以在經過搜尋許多常見物質的發射率之後,我決定將三合一磁怪表面的發射率定為 0.6,這是國際公認的 301 型不鏽鋼的發射率,畢竟三合一磁怪怎麼看都是金屬表面。

所以數字都有了,我們帶入計算器。

black-body

首先我們看電磁波的波長,是 9.66 微米 ( µm),這正好落在紅外線的區段,所以前面如果是 X 光的危險性可以剔除了。但是輻射出射度高達 275.6 W/m2,如果大家想要對比的話,美國針對家用微波爐的規定是距離 5 公分時輻射出射度上限 5 微瓦(mW)/ cm2,而我們的三合一磁怪這個數字是標準的 3 倍以上(註5),但是很大的不同是我們的電磁波只稍稍超出了可見光的範圍。

這還是相當程度的紅外線,而且是在只有一個磁怪的情況下。不過磁怪們似乎不會單獨行動,都是很多隻一起出現,所以我想紅外線可能也還是超標了吧?!人類在過量的紅外線下雖然不會有 X 光般的危害,但會影響到水晶體,造成眼睛病變,像鋼鐵、焊接工人為什麼容易得到晶體異位(ectopia lentis)的病症,就是因為它們長期接受紅外線的結果。

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眼睛閉起來是正確的選擇。圖/Giphy

所以如果你想當個三合一磁怪的訓練師,一定要準備好護目鏡或墨鏡,像 PPAP 大叔一樣戰鬥吧!

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編註:

  1. 其它的圖鑑內容包括「三隻磁怪聚在一起散發強大磁場,干擾無線電波」、「散發出強大電磁波會干擾儀器設備,所以專家建議把牠們關在寶貝球裡」、「靠太近會耳鳴」……等。老實說寶可夢世界對磁怪們還真是仁慈啊!如果是現實世界說不定已經用一堆地面系寶可夢把牠們滅了。另外最令人恐懼的敘述大概是「散發出的電磁波太強大了,會把四周水分蒸發掉」(銀、魂銀)……但在相關數據更少,如到底是液態水、水氣,還是人直接變乾屍,和蒸發範圍都沒說,就先放它一馬。
  2. 可能是因為溫度比較好測量吧!但是除了電磁波之外,電會讓四周變熱還有另一種方式,就是靠高電阻發熱,但這樣子的話不只溫度會隨距離增加漸減,三合一磁怪本身體溫大概也會高得嚇人。
  3. 例如這個公式推倒中是假設為正立方體的空間、在一個不透明的空腔內…..等,很抱歉我沒有從推導源頭開始做起,如果想要詳情可以在留言區討論或是問你認識的電機相關領域朋友。
  4. 另外還有 NASA 的 USGS 提供的計算器。在本文中選擇使用 Spectral Calculator 是因為它提供的結果比較多種,但 NASA 的可以輸出成精美圖表和各個數據點。
  5. 你可以參考上面的註 1,三合一磁怪的電磁波有可能是 x 光,也有可能是微波,老實說我還不知道是什麼樣的電磁波可以造成前面所有的影響。

參考資料:

  1. Pokemon Database
  2. Wikipedia (電磁輻射電磁場電磁輻射與健康普朗克黑體輻射定律發射率能量級國際單位制的輻射量單位
  3. 微波爐加熱食物會產生危害嗎?
  4. The emissivity coefficient Chart
  5. USGS Astrology Science Center

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關於作者

Rock Sun

泛科學的實習編輯,目前就讀台大生物環境系統工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但這或多或少已經不重要了。除了環境外,也對太空科學和科普教育有很大的興趣。在吊車尾的物理數學影響下,多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。

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