皮卡丘是如何发电的？

http://www.zhihu.com/question/19985918/answer/13585272

这个问题挺好玩的，尝试分析回答一下， 

主要涉及的知识点有：
电流 
化学发电 
物理发电 
生物发电 
皮卡丘自身电压变压机制 
皮卡丘耐电性分析 
皮卡丘自身漏电保护机制 
尖端放电 
分析过程为皮卡丘的发电方式分析——皮卡丘的放电方式分析——皮卡丘的漏电保护机制 

一、皮卡丘的发电方式分析：
先简介一下皮卡丘的电是什么回事。老夫虽然昨晚木有夜观星象，但好歹童年夜夜观动画片，有木有，高清画质，比几十像素的星象要靠谱的多哇。据说，据动画片说的，内个，皮卡丘的电，一般放电电压达10W伏，爆发的时候高达100WV。考虑到皮卡丘自身并无旋转机制，所以不会产生旋转电场和磁场的作用，所以，皮卡丘放的电为直流电。

根据1的分析，我们已经推断出皮卡丘用的是直流电：

发电：首先我们要了解什么叫电流。所谓电流，就是电荷的流动。电子、空穴、阴阳离子的流动，都能引起电流。那么发电，也就是发动这些电子或者阳离子们到处走走转转，流动一下，老是宅着贡献不了GDP呀。知道了电流的本质，就可以讨论一下发电的方式了。  

方式：有好几种，分为物理、化学、生物，生物发电的本质也是电化学反应相关的知识，所以，发电的主要方式是化学和物理法。 

1，化学发电：燃料电池、锂离子电池等技术。 
2，物理发电：受光照刺激造成电子跃迁形成电流（太阳能发电技术的原理） 
3，生物发电：比如电鳗的发电[1]。就是很多发电细胞积累膜电位，接到神经系统信号后有些电位反转，就放电了。简单讲就是很多很多细胞，积累了电势，像一堆串联起来的电池，收到信号以后电池被接通了，迅速放电~（据报道，日本水族馆已经可以利用电鳗发电供圣诞树挂着的一些小灯照明使用了）这个过程很好玩，机制跟动物体内运动神经末梢控制肌肉的机制很像，递质都是乙酰胆碱。皮卡丘的发电方式是：生物发电。  
  
原因：根据皮卡丘自身生物特性，如果是化学发电方式，皮卡丘的战斗多在野外，燃料不方便补充，所以，适用性有限，此项排除。如果是物理发电，皮卡丘有夜晚战斗事迹，没有光照的条件下也能发电，so，剩下的最合理性价比最高的方式也就是生物发电了。   
   
二、皮卡丘的放电系统分析：

不知道大家有木有注意到皮卡丘放电前后有什么特殊的表现，比如，情绪波动，皱眉毛，浑身带着电晕等。而皮卡丘放电电流的走向也与雷电很像，都是走树状折线线路。大家都知道，如果是生物发电，初始电压要积累到10WV，是一件很难的事情，即使是皮卡丘这类聪明的电气宝贝，产生电流，到放电也需要一个升压过程。所以，皮卡丘的放电是一个产生初始电流、升压、放电的过程。 

1、皮卡丘的自身结构：皮卡丘的发电原理跟电鳗类似，但比它更高级。所以，推测皮卡丘的身体结构也与电鳗不尽相同。为了便于导出皮卡丘身体结构的猜测，我们先看一段放电过程的分析。

2、皮卡丘的自身结构：皮卡丘的发电原理跟电鳗类似，但比它更高级。所以，推测皮卡丘的身体结构也与电鳗不尽相同。为了便于导出皮卡丘身体结构的猜测，我们先看一段放电过程的分析。 

首先，皮卡丘或其主人受欺负了，神经系统开始释放乙酰胆碱，促进放电细胞发电，电荷开始富集，考虑到皮卡丘放的电是直流电，所以，皮卡丘的发电细胞应该是呈一定规律的串联排列，很有可能是一个发电块串联着一个发电块，这些发电块分布在静脉和动脉血管周围，分布在静脉周围的发电块，与右边脸颊的小红点连接，分布在动脉周围的发电块与左边脸颊的小红点连接。值得注意的是，皮卡丘电流中的正负电荷和人体内的某种代谢非常相似。比如在发电块产生各种负离子和正离子之后，这些离子会分别经由动脉和静脉往心脏回流一次，然后正负离子分流，正离子随着静脉血流向右边小红点，负离子随着动脉血流向左边小红点。这样，皮卡丘脸颊的小红点是一个天然的电容装置，已经在时刻积蓄电压准备随时放电了。这个阶段产生的富集电压可以达到4WV（单3W只能电离表皮 加一万也不一定能隔好远进行放电 考虑到动漫里电压高于实际电压做4W处理）。 
 
这还没有完，仅仅是靠自身富集的电压在脸上形成一个电容装置，还不足够显出皮卡丘的厉害之处。更厉害的是，皮卡丘的皮肤会分泌一种物质，捕捉空气中的微量电荷，并且表皮中大量的电解质电离，使得正电荷大量聚集在皮肤表面，并且使表皮中的负电荷富集在尾巴处，加上之前的电容电量溢出，自身也有一部分的电荷导入表皮，产生一个升压过程，此时，皮卡丘已经可以爆发出6WV的高电压。（皮卡丘脸上的点是片状的而不是点状这时它能进行仿雷电放电的根本所在。） 

接下来，皮卡丘该放大招了。它的放电源在脸部，尾巴属于高导电物质，由于高电压，皮卡丘已经把身体四周的空气都击穿了，甚至产生了电晕的效果，这就是高电压的作用下，空气都被电离了，由绝缘变成导电通道。这时，不得不说明一下皮卡丘优越的折线形尾巴设计了折线的拐角出有尖端突起部分，更利于放电，下面会给出尖端放电过程的计算分析。 

于是，关于皮卡丘是如何放电的简化的说明就是：脸部的两个小红点形成的电容+表皮正电荷富集+折线尾巴负电荷富集，产生高压，然后瞬间放电，最终击倒对手。 
还有一点值得注意，皮卡丘本身导电，有一定的耐电性，但是，它自身肯定也有一套触电保护系统。这个系统的结构，我猜测是皮卡丘肌肉组织中有一个网状良导体结构裹住全身，使得电压高于自身耐电最高值时不被击穿，这个原理可以参考修高压电工人穿的防护服。 

计算过程（可以忽略）： 

1.皮卡丘的肉身发电初始电压、电流、自身电阻的估算：  

以电鳗为例，皮卡丘的数据根据1m长500v的电鳗数据为参照，得出一下数据 
那么皮卡丘的电压等效为125V。 
电鳗电流1A，即电阻500欧。 
皮卡丘尾部与电鳗体型相似，电阻200欧。 
头+躯干等效为直径4倍于尾巴的圆柱（根据二维图像尾巴与头部的比例测算，有误差也没关系，对结果影响不大），高度相同，则电阻为12.5欧。 
当皮卡丘用尾巴和头顶作两极时通过体内的电流就是0.6A左右。 
不过这也基于皮卡丘跟电鳗一样，发电器官集中于尾部而不考虑头部…… 

综上：皮卡丘的自身电阻为12.5欧，发电初始电流为0.6A，初始电压为125V。 

2、尾部尖端放电计算分析 

假设皮卡丘的尾巴（角度是α的尾巴）是等电势体，其电势都是V0，下面分析为什么电会从尾巴尖出来。 
由于编辑器的问题，下标只能用_表示了，例如：A_1就表示A的第一个。 
在静电场中，电势V满足下列拉普拉斯方程：▽²V = 0。为了简单，再把它的尾巴当做一个柱体的一部分，如果不考虑z轴，则该方程在柱坐标系下则表示为： 



用分离变量法分离r和φ,则可令V(r，φ)=R(r) Φ(φ) ,则上式可分解为: 



其中u为常数，可以取≥0的实数。 
两个方程的通解叠加起来，得到V的通解是： 



上式中的各个常量和u的可能值都可以有边界条件确定，在φ=0的面上，V = V0而且与r无关，因此A_0*C_0=V,B_0=0，当u≠0时，C_u=0因为r→0时V有限，得到B_0=B_u=0。 
在尾巴的φ=2π-α上V=V0，与r无关，因此，同样的有D0 = 0 
sin u(2π-α) = 0   => u_n = n / (2 –α/π)  n = 1,2,3… 
由以上的条件可知，V的表达式可以重写为： 



在尾巴尖角附近，上式的求和主要贡献来自r的最低次幂的项，此时n=1，则在这种情况下V≈V0+A_1 r^(u_1) sin(u_1*φ)。 

根据电场与电势的关系E=-▽V，有 

E_r ≈ -u_1*A_1*r^(u_1-1)sin(u_1*φ) 
E_φ≈ -u_1*A_1*r^(u_1 - 1)cos(u_1*φ) 

则尾巴两面的自由电荷的面密度（而且只有两个表面有电荷）为（下式在φ=α时，取+号；φ=2π-α时，取-号。ε_0是真空中的电解质常数。）σ=±ε_0* E_φ≈-ε_0*u_1*A_1*r^(u_1 - 1) 
结论：如果α很小，则u_1 = 1/2，尾巴附近的场强和电荷面密度都近似地正比于r^(-1/2)。由此可见，尾巴尖附近存在很强的电场和电荷面密度。 

参考资料： 
[1]电鳗如何发电：http://sa.ylib.com/circus/circusshow.asp?FDocNo=837&CL=8

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以上就是皮卡丘的发电方式，可能会存在谬误，仅仅是从我自己所了解的层面做了一些解答，如果有任何错误欢迎指出。 
另外感谢回答之前知乎上很多朋友的帮助：）