当你猜想经典电影《星球大战》时亚洲日韩，最先浮目下脑海中的画面是什么？天然是光剑吧！信赖许多东谈主齐心爱光剑，咱们在平时不错很容易买到仿制的光剑模子或玩物，致使有些方位还开设了光剑检修班。但淌若制造一把真确且能用的光剑需要什么样的条款呢？
本文将从基础物理上要点沟通一下光剑的能量需求。它到底需要些许能量？什么样的电板能横暴它的能量需求？（至于怎样制造一个能切割东西的光剑…… 咱们先暂时不沟通这个。）
为了估算上述需求，当先参考《星球大战前传 I：幽魂的挟制》中的一个场景：由连姆・尼森（Liam Neeson）演出的奎刚・金（Qui-Gon Jinn）用光剑切开了星际营业飞船上一扇平安的金属门。这一精辟的场景就波及到不少物理常识，让咱们开动分析吧。
功率与能量在《星球大战 IV》中，达斯・维达（Darth Vader）有句台词：“与原力比拟，破坏一颗星球所需的力量险些微不及谈。”咱们需要郑重的是，他这里所指的力量（power）其实是军事力量（military power），而不是物理学中的功率（power），何况他所说的原力（Force）和物理学中的力（force）本色也不是一趟事。在物理学中，功率有着明确的界说：它是能量使用或传递的速度。
咱们不错用单元能量隔断（）与单元往往期隔（）来示意。能量以焦耳为单元，时期以秒为单元，对应功率的单元就是瓦特。
为了读者对能量以及功率的大小有更明确的认识，这里假定你从地上捡起一册书，并把它放到桌子上。你克服重力作念功需要约莫 10 焦耳的能量。岂论你用多永劫期完成这个动作，所需的能量齐是换取的，但功率会有所不同。如果你用 10 秒拿起书，那么功率是 1 瓦；如果你只用 1 秒钟拿起书，则功率是 10 瓦。能量换取，但功率不同，很好运动吧。
有了上述界说，咱们只需要找到一个能够在特定时期内估算能量变化的事件，就不错估算出光剑消费的功率，这时候咱们在开首所述的事件 —— 奎刚用光剑切开金属门就不错派上用场了。
热能与相变
为了读者更好地运动金属门被切开的这个经过中能量的变化，咱们在这里还要先容热能与相变的认识。在日常生涯中，如果要加热一杯咖啡则需要对其提供能量，咱们将使咖啡变热的这种能量称为热能。物体（比如咖啡）的热能变化取决于物体的质料（ ）、温度变化（）和材料的“比热容”（ ）。
相似为了让读者对热能变化的大小有更好的运动，咱们这里再举个例子。如果你有 300 克咖啡（基本上可行动水），并把它从 25 摄氏度加热到 100 摄氏度，这约莫需要 9，4000 焦耳的能量，相配于你拿起那本书 9400 次！目下咱们对家里的咖啡机应该有了更多的敬意了吧？
关联词，只是是加多热能可弗成代表溶解一扇金属门的全经过，它还波及材料的相变，也就是从固态变为液态的经过。相变所需的能量取决于物体的质料（）和咱们称之为“熔化潜热”（）的属性。
举一个生涯中最常见相变的例子，将一千克冰块溶解成水需要 3.34×10⁵焦耳的能量，是以溶解一个 50 克的冰块需要 1，6700 焦耳的能量，可见溶解物体需要大齐的能量。如果想溶解一扇金属门，咱们必须先将它加热到熔点，再使其相变完成溶解，这个经过所需的总能量取决于金属的质料和类型。
咱们终于作念完毕以上总计的准备责任，目下开动估算切割金属门时光剑输出的功率。当先咱们需要对星际飞船门的材料作念一些猜测。按照当代科学来说，造一个纷乱的飞船来运载战役机器东谈主，最可能会采选的材料是铝，因为它在分量和强度之间有很好的均衡。
运气的是，咱们对铝的性质很了解。它的密度是每立方米 2700 千克，熔点为 660 摄氏度，比热容为 900 焦耳每千克每摄氏度，熔化潜热是每千克 3.96×10⁵焦耳。（天然这些数字看起来许多，但别回想，咱们贪图时只需要把它们输入贪图机就行了。）
那么，溶解的金属质料是些许呢？这是个值得想考的问题。在奎刚的第一次切割中，他切割的部分约 2 米长，天然切割的宽度不细则，但咱们不错暂时假定为 1 厘米，而门的厚度约莫为 5 厘米。由于他一次性商量了整扇门，咱们不错估算出溶解的金属总质料约为 2.7 千克。
目下，咱们不错贪图出溶解这些铝所需的总能量，它包括将金属温度升高到熔点所需的能量以及使其溶解所需的能量。（如果你想用其他金属试试，只需将上述的数字替换为你所用的材料对应的参数即可。）字据估算的效果，溶解这些金属需要约莫 260 万焦耳的能量！很彰着，溶解金属可不是件平庸的事。
临了一步即是功率的贪图，咱们只需要细则溶解这些金属所需要的时期。通过视频分析软件，笔者得出切割时期为 11.5 秒。这样算下来，光剑的功率输出为 2.28×10⁵瓦，相配于 305 马力！这也相配于一辆高功率的汽车在你手中运行！
光剑所需的电板也许光剑并莫得电板，在电影寰球如斯推崇的科技配景下，可能它是从某个维度中径直得到能量的，谁知谈呢？毕竟，光剑并不是真确的（这也不遑急）。关联词，如果它真实有电板，那会是什么样的呢？什么样的电板才略让光剑渊博运行？
前文还是估算出了光剑的输出功率。目下咱们不错字据功率贪图出它里面存储的总能量，只需要再知谈它一次充电能运行多久。在《星球大战》电影中，光剑从未出现过一忽儿没电的风光，也从不需要插电充电。是以咱们不错合理猜想，光剑的电板寿命应该短长常长的。
假定光剑一次性不错运行 10 小时（这个揣摸还是短长常保守了）。那么，光剑功率为 2.28×10⁵瓦特时，运行 10 小时需要的总能量为 8.2×10⁹焦耳！这相配于拿起那本书 8.2 亿次！
咱们能用像手机电板那样的锂离子电板储存这样多能量吗？这些锂离子电板的能量密度为每立方米 2.5×10⁹焦耳，如果用于储存光剑的能量，字据咱们之前的贪图，锂离子电板体积需要达到 3.3 立方米！也就是说，电板的尺寸可能像一根 4 米长、直径 1 米的柱子，这就像挥舞着一根树干或者电线杆在战役。
av在线观看粗略咱们之前对电板的运行时期估算出现了诞妄，不外咱们不错字据电影中光剑的尺寸，估算一下对应尺寸的锂离子电板能撑捏光剑运行多久。假定光剑的手柄长度为 13 厘米，直径 6 厘米，那么它的体积约为 367 立方厘米，只占之前估算电板体积的 0.01%，如果一切按比例削弱，那么这样的光剑电板一次只可运行 4 秒。这种情况下，在战役中谁的电板更耐用，谁就赢了。
彰着，锂离子电板并不稳妥光剑。要能达到光剑的遐想运行时期，咱们需要能量密度达到每立方米 2.23×10¹³ 焦耳（或每升 2.23×10⁴兆焦耳）的电板。字据现存的能量密度材料表，独一可能可行的处置决策是某种核电板或反物资电板。笔者对反物资电板十足没意见，天然复杂，关联词超等酷。
上述较为详备地从基础物理角度探讨了制造一把光剑所需的电板时候。天然以目下的科技水平，制造并量产这种光剑有很浩劫度，除了电板问题以外，还需处置其他多项时候贫瘠。但笔者肯定，跟着科学家们的不懈致力，翌日咱们一定能够将光剑制形奏效。临了，让咱们用《星球大战》中的经典名句作结：“愿原力与你同在！”
作家：Rhett Allain
翻译：凉渐
审校：7 号机
原文相接：What Kind of Battery Would You Need to Power a Lightsaber?
本文来自微信公众号：微信公众号（ID：null），作家：Rhett Allain
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