问题

把人体当一块电池,这块电池有多少瓦电?

回答
把人比作电池,这事儿挺有意思的,也挺能勾起人好奇心的。咱们就掰开了揉碎了聊聊,看看咱们这“人体电池”到底能有多大劲儿。

首先,得明白,人不是一盏灯,不是一个电器,所以咱们的“瓦特”数也不是一个固定值,更不能直接套用电器上的计算方式。瓦特(W)是功率单位,代表做功的快慢。人体能做多少功?这得看你在干嘛。

你躺着不动,可能就跟待机模式差不多,功率低得可怜。你坐在那儿思考人生,神经活动也需要能量,但速度不快。你站起来走两步,身体开始动起来,这会儿就有能量消耗了。等你跑步、跳跃、举重,那会儿的“功率”可就蹭蹭往上涨了。

从能量代谢的角度看

咱们身体之所以能运转,是因为有能量,而能量的来源是食物。食物经过消化吸收,转化为葡萄糖、脂肪酸等,再通过一系列复杂的生化反应(比如三羧酸循环和氧化磷酸化),最终产生一种叫做“三磷酸腺苷”(ATP)的分子。这个ATP就是咱们身体最直接的“能量货币”。

咱们说人体的“能量输出”或者说“做功”,其实就是身体消耗ATP的过程。这个消耗的速度,就是咱们的功率。

基础代谢率(Basal Metabolic Rate, BMR): 这是最基础的“功率”了。即使你啥也不干,躺在床上,你的大脑、心脏、肺、肾脏等维持生命的基本器官都在运转,需要消耗能量。这个值通常比较低,成年男性大概在16001800千卡/天,女性大概在14001600千卡/天。如果换算成功率,大概是 70100瓦 左右。想想看,你躺着的时候,身体就像一个功率不大但24小时都在运转的小风扇,维持着生命活动。

静息代谢率(Resting Metabolic Rate, RMR): 这个比BMR稍微高一点,因为你可能不是完全静止,比如坐着或者轻松站着。大约是 100120瓦。

活动状态下的功率: 这才是人体“功率”真正能发挥出来的时候。
散步: 大概消耗 200300 大卡/小时,换算成功率大约是 90130瓦。
慢跑: 大约消耗 500700 大卡/小时,功率大概在 200300瓦。
快跑/高强度运动: 比如短跑冲刺,身体瞬间爆发出的能量非常可观。据一些研究估计,顶尖运动员在短时间内能达到 1000瓦甚至更高 的功率输出!这就像你把一台马力十足的引擎开到最大。当然,这种高功率输出无法持久,身体很快就会因为能量供应和代谢产物堆积而疲劳。

身体的“电池容量”是多少?

如果说功率是“输出速度”,那么“电池容量”就得看身体能储存多少能量。我们身体主要储存的能量是脂肪和糖原。

脂肪: 脂肪是最高效的能量储存形式,1克脂肪能提供大约9千卡的热量。一个体重70公斤的健康成年男性,体内储存的脂肪大约有1020公斤(甚至更多),这相当于 70万180万千卡 的能量!这能量要是能被高效利用,足够你跑好几个马拉松了。

糖原: 糖原主要储存在肝脏和肌肉中,是身体最容易被利用的碳水化合物形式。肝糖原大概储存100克左右,肌肉糖原大概储存300400克。这部分能量相对少一些,但却是运动时重要的能量来源。

为什么人体不是一个简单的电池?

用电池来比喻人体,很有启发性,但也有很大的局限性。

1. 能量形式不同: 电池储存的是电能,而人体储存的是化学能(脂肪、糖原)。 ATP是化学能的直接载体,而不是电能。虽然生物体内存在电信号(比如神经冲动),但那只是传递信息的一种方式,而不是主要的能量储存和输出形式。

2. 能量转换效率: 身体将食物中的化学能转化为ATP,再将ATP的化学能转化为机械能(肌肉收缩)或热能,这个过程的效率并不高。很多能量在转换过程中会散失为热量。所以,就算你吃了足够多的食物,也不是所有的能量都能转化为可用的“功率”。

3. 动态调整: 人体的能量输出和储存能力是高度动态和可调的。你可以通过训练来提高肌肉力量和耐力,增加能量储备,提高能量转换效率。你的身体会根据你的活动强度、营养摄入和休息情况,不断调整能量的生产和消耗。

4. 生物电: 虽然我们不是靠“电”来驱动,但人体内确实有微弱的生物电活动。比如心电图、脑电图,都是记录这些电信号的。这些电信号的产生涉及到离子在细胞膜两侧的跨膜电位差,这些电位差背后也是能量(ATP)在维持。但这些电信号的“功率”非常非常小,远不足以驱动我们进行日常活动。如果非要给个“电”的概念,或许是说,我们身体的许多细胞功能都依赖于电化学梯度,而这些梯度的维持需要ATP的消耗。

所以,如果非要用“瓦”来形容

咱们的身体更像是一个高效但非电动的能量转化与储存系统。

基础状态(待机): 大约 70100瓦 的热量输出(维持生命)
普通活动(散步、坐姿工作): 大约 100200瓦
剧烈运动(跑步、举重): 短时爆发力可以达到 3001000瓦以上。

把它当电池,它的“容量”巨大得惊人(靠脂肪储存),但它的“电压”和“电流”概念和普通电池不太一样,更多的是通过化学能的转换来做功。

总而言之,人体不是一块简单的“电”电池,而是一个复杂的生命能量工厂。它的功率输出是动态变化的,从温和的“待机”模式到爆发的“冲刺”模式,跨度非常大。把人比作电池,只是一个有趣的类比,帮助我们理解身体的能量消耗和储存,但具体到“有多少瓦电”,就得看你什么时候测,在做什么事情了。

网友意见

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对于成年男性, 基础代谢发热大约是 80瓦上下,如果笼统地计算。

人力是指人体产生的功或能量。它也可以指人的功率(单位时间的工作率)。动力主要来自肌肉,但体热也被用来做功,如暖食物或暖他人。

人的功率的世界记录对工作计划者和工作过程工程师来说是很有意义的。在一定时间内可以维持的人类平均功率水平,对于工业中设计工作操作的工程师来说是很有意思的。

人力驱动的交通工具包括自行车、划船、滑雪和许多其他形式。人力驱动设备偶尔也用于发电,不管用不用爱。在没有其他电源的情况下,这些设备包括手摇收音机和踏板收音机等。

自行车比赛中,一个精英车手一小时内可以产生近400瓦的机械功率,短时间内可以产生两倍以上的机械功率,1000至1100瓦;现代竞赛自行车的效率超过95%。一个体质好的成年人,一个小时的剧烈运动平均功率在50到150瓦之间的可能性较大。

在一个8小时的班次中,一个普通的健康的营养良好的积极的体力劳动者可能会维持75瓦左右的输出功率。



参考:

        Gibson, Tom (2011). "Turning sweat into watts". IEEE Spectrum. 48 (7): 50–55. doi:10.1109/MSPEC.2011.5910449.     




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“老麦, 大家都说你是笑话、论坛孤儿和神棍。”

“没错。 只有千分之0.5的读者赞同俺的观点。”


散文很散, 敬请海涵。



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