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特斯拉誕辰 │ 科學史上的今天:07/10

張瑞棋_96
・2015/07/10 ・1359字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

1886 年,紐約的一處建築工地裏,有位氣質不凡的工人又在忿忿不平地跟同事大吐苦水。他帶著塞爾維亞口音一邊咒罵愛迪生的可惡,一邊大談自己的發電夢想;這位滿懷抱負卻虎落平陽的工人正是不世出的天才──特斯拉(Nikola Tesla, 1856 – 1943)。

四年前他到愛迪生的歐洲分公司上班,不只解決大大小小的工程問題,還挽救一次重大危機,原本寄望可以拿到高額獎金,好投入他一心想要發明的交流電發電機,誰知公司竟黃牛了!但特斯拉也沒有更好的棲身之所,只能委曲求全。待了兩年,他決定到美國發展,惜才的分公司總經理特地寫推薦函,讓他到紐約找愛迪生本人。

雖然愛迪生早已耳聞特斯拉的才能因而熱誠接待,但他們畢竟是截然不同的兩種人。除了體型與舉止的差異之外,愛迪生欠缺理論學養,靠的是不斷從嘗試和錯誤中改良發明,因此對特斯拉這種高談闊論的理論家並不以為然;加上愛迪生對自己發明的直流電系統頗引以為傲,根本不信特斯拉的交流電構想可行,只派他解決各種技術問題。

特斯拉也不負所望予以一一解決,包括愛迪生特別懸賞五萬美金的直流電發電機同步運作問題。只是他沒料到連尊貴的愛迪生也會耍賴不給獎金,說他不懂美國人的幽默。特斯拉真的受夠了,他已經被騙了兩次,於是這次他轉頭就走,決定獨力做出交流電發電機,證明給世人看!

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只是他很快就花光積蓄,不得不當個日薪兩美元的建築工人。幸運的是,這樣打了一年工、向同事吐了一年苦水後,他的瘋言瘋語竟傳到西聯電報公司的主管耳中。1887 年,特斯拉獲得資金援助成立公司,完成了發電機的原型,又在受邀演講時獲得富豪威斯汀豪斯(George Westinghouse, 西屋公司創辦人)的激賞,提供他優渥的條件與充裕的資金全力發展交流電供電系統。

愛迪生當然不會任其坐大。除了透過媒體誇大交流電的致命性,還運作讓紐約監獄改用電椅處死死刑犯,以強化民眾對交流電的嫌惡。然而,直流電供電系統的先天限制還是不敵交流電的優點;1893 年芝加哥萬國博覽會,西屋公司用特斯拉的系統點亮了 96,620 個燈泡,正式宣告了家庭照明新時代的來臨,這是交流電的勝利,也是特斯拉對愛迪生的復仇。

但特斯拉還有更大的野心。他於 1891 年發明了特斯拉線圈,可以隔空產生感應電流;而在研究過程中,他還順帶發明了廣播、無線電、遙控器。於是特斯拉夢想著建造一座高塔,透過巨型的特斯拉線圈發送訊息到大西洋對岸;他計畫建造三十座這樣的高塔將全世界連結起來,而且所有人都能透過無線感應免費獲得電力。

然而,特斯拉的無線電專利於 1904 年突然被撤銷,改授予後發先至的義大利發明家馬可尼,於是金主不願再繼續支持他的計畫,而他自己的積蓄也逐漸花費殆盡,最後不得不變賣所有的資產與實驗設備。1934 年,他只能搬到紐約的小旅館,靠著西屋公司每月 125 元美金的接濟過活。

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1943 年,特斯拉孤獨地死於旅館房間,除了他常餵食的鴿子,無人聞問。愛迪生成了教科書上的偉人,特斯拉則被歷史遺忘了數十年,直到最近,人們才逐漸想起這位將世界帶入電氣化時代的先知……。

  • 2021/7/11 更新:原文為「克羅埃西亞口音」,更正為「塞爾維亞口音」。雖然特斯拉的出生地雖然位於現在的克羅埃西亞,但他其實是塞爾維亞人。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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手機成癮上前線?俄烏戰爭有經驗
胡中行_96
・2023/10/19 ・4141字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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忽然慘遭襲擊,距離如此靠近,想必是走漏了行跡。「哪個混蛋帶手機?俺宰了你!」「我剛才打給媽媽。」撤兵五分鐘內,這裡便被炸得粉碎。一則又一則 2014 至 2022 年間的前線通訊故事,收錄於 2022 年 10 月《數位戰爭》(Digital War)期刊,[1]烏克蘭戰爭傳播學者 Roman Horbyk 記載俄烏戰爭頓巴斯戰役(the War in Donbas)的論文裡。[1, 2][註1]

位於烏克蘭東部的頓巴斯。圖/Leftcry on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0

前線通訊設備

Roman Horbyk 訪問了 14 名烏克蘭軍人與 2 名配偶,以下是他們提到的幾種通訊設備:[1]

  • 手機:有些軍人同時擁有廉價、續航力長達 4、5 天的按鍵式手機;以及附帶相機、上網等功能,卻十分耗電的智慧型手機。兩者搭配分別的電話號碼,區隔公務與私用。一旦發現按鍵式手機遭敵軍追蹤,「我就把它丟進河裡。…跟家裡聯絡的那支,則放在基地。」另外,也有軍人放棄脆弱的智慧型手機,擁抱適合戰場的復刻經典:「我剛買了 Nokia 的按鍵式新款,堅不可摧。」[1]
  • 筆記型電腦:比手機笨重,弄丟或必須毀屍滅跡的時候,損失又更大。「我們單位的指揮官有台筆記型電腦,儲存大家緊急聯絡人的資料。在可能即將被大規模轟炸的關鍵時刻,…他生起小火,把筆電燒了。」[1]
  • 平板電腦:雖然容易損壞,但是能在連線後,將反裝甲佈雷資訊,即時更新至 Kropyva 地圖。針對這個非營利組織 Army SOS 開發的軟體,受訪軍人讚譽有加。[1, 3] [註2]此外,民間專家設計的火砲射擊計算軟體 Bronya,也安裝在平板電腦裡。原本幾分鐘的計算時間,縮短至幾秒。私人層面,平板電腦多作娛樂用途。[1]
  • 無線電站台:多半為北約或其他來源的二手貨,為高階軍官處理要務的管道,比手機安全。[1]
  • 無線電對講機:在戰爭早期難以取得,到了後來「…我們用對講機聯絡敵軍,然後互嗆。嗯,就只是張揚,其實聰明人應該竊聽,而非吵架。」[1]
  • 野戰電話:由通信部隊牽電話線,經濟、安全,不像手機或網路通訊容易被駭,是僅次於無線電站台的公務選擇。除非遇上密集轟炸等物理性攻擊,否則不太受干擾。[1]
  • 衛星電話:多為高階指揮官所用。優點是可以在地底防空洞安心通話,而且還收得到訊號;缺點則是昂貴且罕見,使用者要承擔的責任較高,所以有些受訪者承認他們會盡量避免。[1]

整體而言,手機是最受歡迎的通訊設備。烏克蘭通訊業者在 2000 跟 2010 年代,以華為和 Ericsson 的設備,設立手機訊號基地台。跟城市相比,鄉村的訊號較差;而俄軍佔領區就使用俄國的服務。前線訊號不穩,部份原因是俄國刻意搗亂。「大卡車以人道援助之名抵達,卸下來的貨只有 10 包糖,其他都是訊號干擾設備。」[1]2014 年克里米亞危機(the Crimean crisis)的時候,俄羅斯曾出動 R-330Zh Zhitel 機動電戰車,偵測、分析,並干擾 100 至 2,000 MHz 的衛星和手機通訊。[4]

烏東前線充電中的手機。圖/參考資料 1,Figure 3(CC BY 4.0

假消息的傳播

對前線的軍人來說,手機最重要的功能之一,就是瀏覽網路新聞。烏克蘭官方的軍媒流行不起來,臉書倒是壓倒性地大受歡迎。這無可避免地,衍伸出事實查核的問題。有些人對假消息相當敏感,知道資訊會被操弄;許多則是抵達前線後,才開始有所警覺。[1]

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通訊軟體也是假消息傳播的管道,因此烏軍不得使用跟俄羅斯有關的 Viber,但向敵軍散佈錯誤訊息時除外。Telegram 維持開放至 2018 年;而 SkypeWhatsApp 則從未被禁。[註3]網路訊號微弱時,上述通訊軟體無法運作。大家會改用BluetoothSHAREit(茄子快傳),進行短距離的檔案傳輸。值得注意的是,儘管烏克蘭受訪者將此二者歸類為較安全的選項;[1]印度並不准許軍人安裝 SHAREit。2017 年印度媒體報導,該國政府列出 42 個向中國回傳資料的間諜程式,除了 SHAREit,其他上榜的知名軟體,還包括:微博、微信和 QQ 等。[5]

當然,也有人偏好傳統的資訊交流管道。「為了得知新聞,我們會打電話給彼此。」不過,原職為記者的前線軍人不以為然:「士兵對戰爭資訊非常沒興趣。」娛樂才是主要需求。[1]

電力、網路及娛樂

2014、2015 年深陷熱戰的時候,頓巴斯前線缺乏穩定電力與網路。然而隨著時間推移,壕溝和掩體的基礎設施逐漸升級:通常直接從附近的電網偷接,也有人用攜帶式發電機發電。後來不僅電力改善,還有閉路攝影機、電視機、冷凍櫃、無線網路,甚至三溫暖。[1]

烏東前線軍營的插座。圖/參考資料 1,Figure 4(© Valeriy Markus;CC BY 4.0

「習慣了窮忙,突如其來的寂靜,會令你覺得有鬼。」在暫時無聊的前線,「奇怪的想法開始自心底萌生」。士兵下棋、看電視消遣,或用手機聽音樂、追劇、打遊戲。電視訊號受俄羅斯系統性的干擾,網路連線又不穩定。「那些出入總部文明環境的人,會把東西下載到隨身碟給我們。」是說通暢的連線,也非絕無壞處。俄國情報單位就觀察電子設備朝遊戲網站的流量,試圖招募成癮的烏軍。[1]

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另外,蠻多喜歡閱讀的軍人,用手機和平板電腦儲存電子書,容量大、輕便、好攜帶。有一名神父將宗教書籍、音樂與儀式紀錄,裝進平板電腦。「我主持婚禮、洗禮等儀式,盡己所能照顧當地平民的心靈,並在前線小鎮建立了教堂及教區。」[1]

正在下棋的前線烏軍。圖/參考資料 1,Figure 9(© Valeriy Markus;CC BY 4.0

手機通訊的風險

對講機、手機和無線電站台都會被監控,所以指揮官一般傾向面對面討論事情。可是在私人層面,軍人不得不用手機與親友聯絡。「某回老婆打來問:『你現在在哪?』背景馬上就聽得到特別的聲音,代表(己方的安全單位)正在錄音。我說:『兄弟,把它關掉,讓我跟老婆說話。我合法。』」烏克蘭軍人頗習慣被同胞和敵軍監聽。即使通信部隊的成員,懷疑從雜音或是訊號跳頻,能辨識通話遭駭;許多軍人深信不疑,並發展出各種維護資安的溝通暗號。[1]

Norton防毒軟體公司的文章,也提及聽到雜音有可能是被監聽,還列舉其他徵象,例如:手機暗自不斷地向第三方傳輸,加快了電池耗電及數據用量;無故發出怪聲,或螢幕沒事亮起來;收到監控軟體故障時,傳來的亂碼訊息;以及因為尚未完成背景傳輸作業,所以拖長關機時間等。[6]

另一種手機通訊風險,總是隨關懷而來。彼時彈幕包圍,「我躲到某處,然後說:『我晚點再回電,現在正忙。』這樣他們就不會聽到砲聲隆隆。」很多烏克蘭的軍人跟家裡約定:他們只打電話,但絕不接聽。遇到適合的時機,便主動報平安。這當然無法阻止焦慮的家屬或放假的同袍,明知故犯:「我打去看他會不會接。有的話,必然一切都好;沒有的話,大概是人在掩體裡,或者正慘遭砲擊。那我就等他打回來。」至於文字溝通,容易啟人疑竇。「當你收到訊息,天知道是誰傳的;而當你傳出訊息,也不曉得誰會閱讀。」[1]

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更麻煩的是,就算通訊的時機和方式恰當,內容也沒有外流;光是開、關機,或無關緊要的手機操作,都還是有其危險。比方說,偵測荒野裡使用中的手機數量,可以推估該處的軍力。或是,「當我們開始用迫擊砲轟炸,會被要求關閉手機,以免干擾瞄準。結束後,才允許開機。」[1]

禁手機,像廢娼?

2015 年 7 月,烏克蘭國會禁止戰區士兵,使用手機、相機、無線電收音機和電腦。只是在缺乏安全通訊系統的狀況下,手機到頭來仍是最可靠的溝通設備,大家有命難從。到了 2017 年 8 月,迫於情勢,只得重新開放。[1]俄羅斯方面,也大同小異。《紐約時報》(The New York Times)報導,俄國前線士兵的手機被長官沒收,於是去偷烏克蘭人的,好打電話回家。時常通話暴露位置,而被炸翻也就在所難免。[7]

俄國擁戰派部落格形容 21 世紀前線的手機禁令,「跟廢娼一樣沒用」。[7]Roman Horbyk 也指出,烏克蘭人往往將之視為可接受的風險。畢竟除此之外,尚有諸多遭受攻擊的原因,而手機卻有不可取代的功能。「置身烽火數載,人們不再留意防彈背心與鋼盔。你無法逃脫命運。…我看過別人在砲擊下打手機。…自己則不會在遇襲時關機。相反地,當時很想發送道別簡訊。真的,只是我終究沒傳…」,受訪者笑道:「因為要是活下來了,怎麼辦?」[1]

  

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備註

  1. 俄烏戰爭是從 2014 年俄羅斯併吞克里米亞(Crimea)算起。[1]
  2. 原論文稱開發地圖軟體的民間組織為 Armiya SOS。[1]基於翻譯的緣故,網路上能查到數種拼法,例如:Army SOS、АРМІЯ SOS(Армії SOS)和 ARMIA SOS 等。[8, 9]他們的官方網站,採前二者;[8, 10]而早期的臉書頁面,曾用過最末者。[9]
  3. 原論文裡的禁用軟體清單,適用範圍應該僅限於軍人。根據自由之家(Freedom House)2023 年的報告,烏克蘭人仍大量使用 Viber 和 Telegram。[11]

參考資料

  1. Horbyk, R. (2022) ‘“The war phone”: mobile communication on the frontline in Eastern Ukraine’. Digital War, 3, 9–24.
  2. Roman Horbyk’. Academia, U.S. (Accessed on 17 OCT 2023)
  3. Defense Mapping Software’. Army SOS, Ukraine. (Accessed on 14 OCT 2023)
  4. R-330Zh Zhitel Russian Cellular Jamming and Direction Finding System’. OE Data Integration Network (ODIN), U.S. (Accessed on 17 OCT 2023)
  5. D’Mello G. (01 DEC 2017) ‘The Government Has Named 42 Apps “Chinese Spyware”, Including Big Names Like TrueCaller’. India Times.
  6. Stouffer C. (13 JUN 2023) ‘How to tell if your cell phone is tracked, tapped, or monitored by spy software’. Norton, U.S.
  7. Yuhas A, Gibbons-Neff T, Al-Hlou Y. (04 JAN 2023) ‘For Russian Troops, Cellphone Use Is a Persistent, Lethal Danger’. The New York Times, U.S.
  8. Improving Ukraine’s Defense Capabilities Since 2014’. Army SOS, Ukraine. (Accessed on 14 OCT 2023)
  9. Ukraine Army SOS’. Facebook. (Accessed on 14 OCT 2023)
  10. Ми покращуємо обороноздатність України з 2014 року’. Army SOS, Ukraine. (Accessed on 14 OCT 2023)
  11. Freedom on the Net 2023 – Ukraine’. Freedom House, U.S. (Accessed on 16 OCT 2023)
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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生活中無處不在的電:靜電的應用、交流電與導電性——《神奇物理學》
商周出版_96
・2022/10/15 ・2408字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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靜電在生活上的應用

我們的抱負是替每種造成生活困難的現象平反,要幫忙找到它們會讓人好過的例子,告訴大家在哪些情況下,它們是有用(甚至更厲害)或有趣的。但是老實說,我懷疑在靜電荷上是否能做到,它好像到哪都會造成困擾。不過有時靜電荷其實也很有用,許多雷射印表機沒有它就無法工作,感謝雷射印表機讓我們不必用鉛筆寫 14 公里。

簡單來解釋一下雷射印表機的運作原理:印表機裡面有個用來列印紙張的感光鼓(Image Drum),這個鼓是帶電,會曝露在雷射光下,而它曝露的地方就會因此被放電,最後會回頭在要充電的區域著色。然後,感光鼓會轉到碳粉那裡,碳粉也帶了電荷,只會附著在仍要充電的區域。感光鼓現在有了我們想要列印的精確圖像,它被引導至紙上將碳粉卸下。

蘋果公司的雷射印表機——LaserWriter Pro 630(1993 年)。圖/維基百科

現在我們的文件已經列印好了。為了不被弄髒,之後會再用滾筒施壓加熱固定,也因此從雷射印表機出來的紙張會有點熱。我們辦公室的雷射印表機曾經在最後一個步驟故障了,還是會列印,只是要手工加固顏色。

除了列印,靜電對打掃也非常有用,但不是清潔家裡,是打掃大型工業廠房時可以派上用場。

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我們會用靜電過濾器來過濾空氣中的灰塵或煙灰,現在大略解釋一下它的作業過程:帶電的電線會將電子噴到要清潔的氣體中,這些電子會在該處碰到灰塵並對其充電,帶電的塵粒就會衝向另一個正電荷的電極,並在那裡落下。然後,你就只要關掉靜電過濾器的電源,並輕輕敲一敲。

殘忍的直流電與交流電戰爭

就算靜電很煩,但至少不會對身體造成重大傷害,不像從插座裡出來的電,會變得非常危險。

你肯定從小就被警告:不要讓吹風機掉進浴缸、不要摸沒有絕緣包覆的電纜!不可以把叉子插進插座裡!不管怎麼說,這些警告都有道理。但原因到底是什麼?如果我們在乾燥空氣中走在地毯上會產生高達 2 萬伏特的電壓,而且也毫髮無傷,那從插座出來的 220 伏特電壓又算什麼呢?

有些時候電會傷人,有些時候卻毫無影響,這是為什麼呢? 圖/GIPHY

吹風機泡在浴缸中不是件好事的最重要原因,是吹風機用的是交流電。你或許知道愛迪生(Thomas Edison)在 19 世紀末發明了燈泡,他希望燈泡能靠直流電運作,所謂的直流電就是電流在電路中朝一個方向流動,就像單行道一樣。

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除此之外,愛迪生還希望用自己的直流電專利和只能計算交流電的電表賺愈多錢愈好。

然而,愛迪生有個最大的問題,就是直流電在長距離使用時,會損失大量的能量。他其實想利用這個問題,在不斷成長的電力市場上,從許多必要的發電站賺到額外的錢。不過隨著時間過去,他愈來愈輸給立場相對的交流電派的競爭對手。

身兼發明家和企業家雙重身分的喬治.西屋(George Westinghouse)與天才物理學家尼古拉.特斯拉(Nikola Tesla)合作,他們依賴交流電每秒會改變 50~60 次的特點。

交流電的優點:可以很容易升到高壓再降壓;可以傳輸幾百公里,損失的能量比直流電少。交流電的缺點:流經生物時,對其造成的危險比直流電大。儘管有這個缺點,威斯汀豪斯和特斯拉還是繼續更大範圍的銷售他們的專利。

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愛迪生在大眾示威抗議下,透過電死動物發起一場可怕的反交流電運動,在悲傷的高峰時刻,他要員工替美國政府製造一把電椅,以展示交流電的致命性。但其實沒有用,交流電已經盛行起來了,因此可以替我們國家的所有電器設備(吹風機也包含在內)提供能量,無論是經過變壓器方便地使用或是直接利用。

交流電可替所有電器設備提供能量。圖/GIPHY

到底是什麼讓交流電這麼危險?我們身體裡其實一直都有微小的電交換過程在不斷發生,例如用這種方式刺激心臟跳動。但每個心跳週期中,都有一個階段心臟對干擾會特別敏感,也就是所謂的「易損期」(Vulnerable Period)。

如果我們在這個期間受到電擊,就會發生危及性命的心室顫動(Ventricular Fibrillation)。

使用交流電時,電脈衝會以每秒 50 次的頻率雙向流動,電力突波會剛好在易損期擊中我們的風險,會比用直流電還要高很多。不過,如果突波剛好在剛好的時間以適合的強度出現,那麼心臟的這種敏感性當然就有用——這就是心律調節器每天拯救生命的方式。

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人體的導電性比你想的還強

我們不應該讓吹風機掉進浴缸還有另一個原因,就是水的導電性比我們想像的要低。我們都以為掉進水中的吹風機非常危險,是因為水可以導電。我們以前都聽父母這樣解釋過,這沒有錯,但也並不完全正確。掉進浴缸裡的吹風機的確很危險沒錯,但那是因為人體的導電性比水好。

就算自來水的導電性很好,但它並非最好的導體之一,例如銅的導電性就是它的 10 億倍。人體的導電性比自來水更強,因為我們不僅是由水組成,還含有許多的鹽,這就是人體比洗澡水更能導電的原因,除非我們在浴缸裡加了浴鹽或尿尿(當然沒人會這麼做),那就另當別論。

如果吹風機掉進水裡,電流在我們身體裡比在水裡更容易傳播,而這種效應還會因為我們整個身體都泡在洗澡水裡而增加,這樣電流的整個接觸面積就會非常非常大。

——本文摘自《神奇物理學:從重力到電流,日常中的科學現象原來是這麼回事!》,2022 年 9 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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