皮卡丘是如何發電的？

12-09

這個問題挺好玩的，嘗試分析回答一下，

主要涉及的知識點有：

電流
化學發電
物理髮電
生物發電
皮卡丘自身電壓變壓機制
皮卡丘耐電性分析
皮卡丘自身漏電保護機制
尖端放電

分析過程為皮卡丘的發電方式分析——皮卡丘的放電方式分析——皮卡丘的漏電保護機制

一、皮卡丘的發電方式分析：

先簡介一下皮卡丘的電是什麼回事。老夫雖然昨晚木有夜觀星象，但好歹童年夜夜觀動畫片，有木有，高清畫質，比幾十像素的星象要靠譜的多哇。據說，據動畫片說的，內個，皮卡丘的電，一般放電電壓達10W伏，爆發的時候高達100WV。考慮到皮卡丘自身並無旋轉機制，所以不會產生旋轉電場和磁場的作用，所以，皮卡丘放的電為直流電。
根據1的分析，我們已經推斷出皮卡丘用的是直流電：

發電：首先我們要了解什麼叫電流。所謂電流，就是電荷的流動。電子、空穴、陰陽離子的流動，都能引起電流。那麼發電，也就是發動這些電子或者陽離子們到處走走轉轉，流動一下，老是宅著貢獻不了GDP呀。知道了電流的本質，就可以討論一下發電的方式了。
方式：有好幾種，分為物理、化學、生物，生物發電的本質也是電化學反應相關的知識，所以，發電的主要方式是化學和物理法。

1，化學發電：燃料電池、鋰離子電池等技術。
2，物理髮電：受光照刺激造成電子躍遷形成電流（太陽能發電技術的原理）
3，生物發電：比如電鰻的發電[1]。就是很多發電細胞積累膜電位，接到神經系統信號後有些電位反轉，就放電了。簡單講就是很多很多細胞，積累了電勢，像一堆串聯起來的電池，收到信號以後電池被接通了，迅速放電~（據報道，日本水族館已經可以利用電鰻發電供聖誕樹掛著的一些小燈照明使用了）這個過程很好玩，機制跟動物體內運動神經末梢控制肌肉的機制很像，遞質都是乙醯膽鹼。皮卡丘的發電方式是：生物發電。

原因：根據皮卡丘自身生物特性，如果是化學發電方式，皮卡丘的戰鬥多在野外，燃料不方便補充，所以，適用性有限，此項排除。如果是物理髮電，皮卡丘有夜晚戰鬥事迹，沒有光照的條件下也能發電，so，剩下的最合理性價比最高的方式也就是生物發電了。

二、皮卡丘的放電系統分析：

不知道大家有木有注意到皮卡丘放電前後有什麼特殊的表現，比如，情緒波動，皺眉毛，渾身帶著電暈等。而皮卡丘放電電流的走向也與雷電很像，都是走樹狀折線線路。大家都知道，如果是生物發電，初始電壓要積累到10WV，是一件很難的事情，即使是皮卡丘這類聰明的電氣寶貝，產生電流，到放電也需要一個升壓過程。所以，皮卡丘的放電是一個產生初始電流、升壓、放電的過程。
皮卡丘的自身結構：皮卡丘的發電原理跟電鰻類似，但比它更高級。所以，推測皮卡丘的身體結構也與電鰻不盡相同。為了便於導出皮卡丘身體結構的猜測，我們先看一段放電過程的分析。
皮卡丘的自身結構：皮卡丘的發電原理跟電鰻類似，但比它更高級。所以，推測皮卡丘的身體結構也與電鰻不盡相同。為了便於導出皮卡丘身體結構的猜測，我們先看一段放電過程的分析。

首先，皮卡丘或其主人受欺負了，神經系統開始釋放乙醯膽鹼，促進放電細胞發電，電荷開始富集，考慮到皮卡丘放的電是直流電，所以，皮卡丘的發電細胞應該是呈一定規律的串聯排列，很有可能是一個發電塊串聯著一個發電塊，這些發電塊分布在靜脈和動脈血管周圍，分布在靜脈周圍的發電塊，與右邊臉頰的小紅點連接，分布在動脈周圍的發電塊與左邊臉頰的小紅點連接。值得注意的是，皮卡丘電流中的正負電荷和人體內的某種代謝非常相似。比如在發電塊產生各種負離子和正離子之後，這些離子會分別經由動脈和靜脈往心臟迴流一次，然後正負離子分流，正離子隨著靜脈血流向右邊小紅點，負離子隨著動脈血流向左邊小紅點。這樣，皮卡丘臉頰的小紅點是一個天然的電容裝置，已經在時刻積蓄電壓準備隨時放電了。這個階段產生的富集電壓可以達到4WV（單3W只能電離表皮加一萬也不一定能隔好遠進行放電考慮到動漫里電壓高於實際電壓做4W處理）。

這還沒有完，僅僅是靠自身富集的電壓在臉上形成一個電容裝置，還不足夠顯出皮卡丘的厲害之處。更厲害的是，皮卡丘的皮膚會分泌一種物質，捕捉空氣中的微量電荷，並且表皮中大量的電解質電離，使得正電荷大量聚集在皮膚表面，並且使表皮中的負電荷富集在尾巴處，加上之前的電容電量溢出，自身也有一部分的電荷導入表皮，產生一個升壓過程，此時，皮卡丘已經可以爆發出6WV的高電壓。（皮卡丘臉上的點是片狀的而不是點狀這時它能進行仿雷電放電的根本所在。）

接下來，皮卡丘該放大招了。它的放電源在臉部，尾巴屬於高導電物質，由於高電壓，皮卡丘已經把身體四周的空氣都擊穿了，甚至產生了電暈的效果，這就是高電壓的作用下，空氣都被電離了，由絕緣變成導電通道。這時，不得不說明一下皮卡丘優越的折線形尾巴設計了折線的拐角出有尖端突起部分，更利於放電，下面會給出尖端放電過程的計算分析。

於是，關於皮卡丘是如何放電的簡化的說明就是：臉部的兩個小紅點形成的電容+表皮正電荷富集+折線尾巴負電荷富集，產生高壓，然後瞬間放電，最終擊倒對手。
還有一點值得注意，皮卡丘本身導電，有一定的耐電性，但是，它自身肯定也有一套觸電保護系統。這個系統的結構，我猜測是皮卡丘肌肉組織中有一個網狀良導體結構裹住全身，使得電壓高於自身耐電最高值時不被擊穿，這個原理可以參考修高壓電工人穿的防護服。

計算過程（可以忽略）：

1.皮卡丘的肉身發電初始電壓、電流、自身電阻的估算：

以電鰻為例，皮卡丘的數據根據1m長500v的電鰻數據為參照，得出一下數據
那麼皮卡丘的電壓等效為125V。
電鰻電流1A，即電阻500歐。
皮卡丘尾部與電鰻體型相似，電阻200歐。
頭+軀幹等效為直徑4倍於尾巴的圓柱（根據二維圖像尾巴與頭部的比例測算，有誤差也沒關係，對結果影響不大），高度相同，則電阻為12.5歐。
當皮卡丘用尾巴和頭頂作兩極時通過體內的電流就是0.6A左右。
不過這也基於皮卡丘跟電鰻一樣，發電器官集中於尾部而不考慮頭部……

綜上：皮卡丘的自身電阻為12.5歐，發電初始電流為0.6A，初始電壓為125V。

2、尾部尖端放電計算分析
假設皮卡丘的尾巴（角度是α的尾巴）是等電勢體，其電勢都是V0，下面分析為什麼電會從尾巴尖出來。
由於編輯器的問題，下標只能用_表示了，例如：A_1就表示A的第一個。
在靜電場中，電勢V滿足下列拉普拉斯方程：▽2V = 0。為了簡單，再把它的尾巴當做一個柱體的一部分，如果不考慮z軸，則該方程在柱坐標系下則表示為：

http://ww2.sinaimg.cn/large/6271cd3dgw1dog0ila2wwj.jpg

用分離變數法分離r和φ,則可令V(r，φ)=R(r) Φ(φ) ,則上式可分解為:

http://ww4.sinaimg.cn/large/6271cd3dgw1dog0uvp0r1j.jpg

其中u為常數，可以取≥0的實數。
兩個方程的通解疊加起來，得到V的通解是：

http://ww2.sinaimg.cn/large/6271cd3dgw1dog0n7mqkfj.jpg

上式中的各個常量和u的可能值都可以有邊界條件確定，在φ=0的面上，V = V0而且與r無關，因此A_0*C_0=V,B_0=0，當u≠0時，C_u=0因為r→0時V有限，得到B_0=B_u=0。
在尾巴的φ=2π-α上V=V0，與r無關，因此，同樣的有D0 = 0
sin u(2π-α) = 0 =&> u_n = n / (2 –α/π) n = 1,2,3…
由以上的條件可知，V的表達式可以重寫為：

http://ww4.sinaimg.cn/large/6271cd3dtw1dog0wtek3sj.jpg

在尾巴尖角附近，上式的求和主要貢獻來自r的最低次冪的項，此時n=1，則在這種情況下V≈V0+A_1 r^(u_1) sin(u_1*φ)。

根據電場與電勢的關係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)

則尾巴兩面的自由電荷的面密度（而且只有兩個表面有電荷）為（下式在φ=α時，取+號；φ=2π-α時，取-號。ε_0是真空中的電解質常數。）σ=±ε_0* E_φ≈-ε_0*u_1*A_1*r^(u_1 - 1)
結論：如果α很小，則u_1 = 1/2，尾巴附近的場強和電荷面密度都近似地正比於r^(-1/2)。由此可見，尾巴尖附近存在很強的電場和電荷面密度。

參考資料：
[1]電鰻如何發電：http://sa.ylib.com/circus/circusshow.asp?FDocNo=837CL=8

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以上就是皮卡丘的發電方式，可能會存在謬誤，僅僅是從我自己所了解的層面做了一些解答，如果有任何錯誤歡迎指出。
另外感謝回答之前知乎上很多朋友的幫助：）

多麼萌的一個問題啊，話說抱著科學嚴謹的態度來看待研究各種奇形怪狀的問題最有愛了。

我們先來回憶一下小萌鼠一般在什麼情況下會「嗞嗞」的弄出電火花來：首先一點個人認為也是最重要的一點是在賣萌的時候（重要線索）！其次，也是更多的時候是在戰鬥中。於是我們從對在以上兩種情況下觀察小萌鼠的發電狀態來分析他（她？）發電的奧秘。

賣萌時：
皮卡丘同志作為賣萌界的殿堂極人物，其賣萌功力可見一斑。究其賣萌之道，一是形象，二是行為。其形象就不贅述了，美瞳、星星眼、嬰兒肥、小短腿等等，簡直集萌要素之大成；觀其行為，也是深諳萌道：一曰聲，二曰行，三曰憨。聲：皮卡~皮卡~皮卡皮~皮卡皮卡皮~皮卡~~丘~~（自行翻譯）；行：只要是四足動物直立行走，萌指數立馬大增有木有！！關鍵他（她？）還是小短腿！！！憨：皮卡丘的表情分為兩種——閉眼痛苦楚楚可憐狀和面無表情憨態可掬狀，憨態時還有賣萌殺手鐧：兩頰放電！注意，此種情況下的放電是在放鬆情況下（既沒有刻意地控制電，類似於人類發自內心的微笑），由於可見的電火花都是在臉部附近，因此，我們可以得到第一個重要的結論：&<1&>皮卡丘發電最重要的部位是臉部。
戰鬥中：
印象中皮卡丘主要使用的招術有十萬伏特，雷擊，尾擊（忘了叫什麼名字了，就是給尾巴帶上電然後衝過去「啪」的給對手一下）等。
首先回想尾擊，使用這招時，小皮的尾巴化作一道閃電，然後飛速沖向對手，旋轉、跳躍、閉著眼……注意我們從1得出的皮卡丘是臉部發電，而此時是尾巴帶電，為何？有兩種可能，一是尾巴也能發電，二是將電轉移到尾巴，我認為是後者（看後面的技能分析）。
接著回想雷擊等全身放電技能，一般使出此種技能時皮卡丘會先有個準備的過程（一般是在奔跑或者停在半空中……），我認為此時是在發生關鍵的各種物理生物化學綜合變化，既在快速產生高壓電並積蓄，同時讓其傳至身體所有部位。這裡又可得出重要結論：皮卡丘整個身體是一個發電裝置。只是其發電方式單純臉部發電略有不同，簡單說來就是一段時間內積蓄臉部發電的電量，再一同釋放。我們再結合尾擊時「將電轉移到尾巴」的猜想，可以擴充得出第二個結論：&<2&>皮卡丘身體的任一部分都可以積蓄（由臉部產生的）電能並釋放。
再有就是偶爾皮卡丘在危急情況下會先閉眼、將身體縮成一團，再彈開身體，發射十萬伏特，這往往是在緊急關頭，準備時間不夠充分時使出，從這裡可以推測得出：閉眼蜷縮情況下會加速產生電量。聯想為什麼是閉眼蜷縮呢？在使勁？大膽推測是在阻隔與外界的聯繫。結論：&<3&>與外界隔絕的情況下可以瞬間產生巨大電量並瞬間釋放！

到此我們分析了皮卡丘的放電行為，於是自然產生這樣的疑問：能量要守恆，皮卡丘放出如此巨大電能，那他（她？）需要補給么？是如何做到的？
由常識也能猜到第一個問題答案必然是肯定的，當然也有證據：一是記得某一集是在醫院裡皮卡丘病了還是咋了（電用光了？）感覺奄奄一息的樣子，後來出現一大群皮卡丘給他（她？）充電，後來小智還親自上陣踩單車人力將機械能轉換為電能發電，皮卡丘立刻信春哥幹掉了火箭隊；二是另外某集里皮卡丘VS雷丘，皮君歷經艱險終於反擊時，雷丘企圖連續放大招（好像是十萬伏特），但是發現放不出來了，沒電了！雷丘都沒能違背能量守恆，莫說皮卡丘了。所以可見小皮是需要充電的。but how？
可以肯定的是：&<1&>接電源。如剛才所說某集里那樣，最直接的方式。還有么？猜想：&<2&>吸天地之靈氣，集日月之精華。必竟直接充電的機會少，平時用得又多，一定有其他方式補充，也沒見他（她？）吃什麼大補，於是猜想類似於《火影》中吸收KCL那樣休息休息就自然補充？還有么？思來想去，恍然大悟，為什麼小皮如此萌，如此愛賣萌？難道只是為了取悅小智？？當然沒那麼簡單！結論：&<3&>賣萌產生能量！ (^_^)

綜上所述，皮卡丘是個集自動充電、瞬間放電、自由控電與一體的有機發電機。基本就是一個發電機體包裹一個巨型電容的模型。

PS：合理利用賣萌，也可以產生豐富的資源哦也！
PPS：我一定是太無聊了怎麼會給這個問題碼出這麼多字來的。。。皮卡。。丘。。。

鑒於小智根本就不會被電死

我突然感覺討論這個問題毫無意義了

要知道皮卡丘的某招可是號稱十萬伏特啊

而且還有一點，小智剛遇到皮卡丘那會兒，和皮卡丘特訓來著，用一個水車水力發電給皮卡丘充電

我的印象中，只有電池類的東西才能充電吧。電池應該是直流的
那皮卡丘應該也是直流的吧

謝@白檀邀。

本來第一名的答案已經說的很清楚了，從我的角度補充一點。

先上結論：皮卡丘是通過兩腮間的【腮紅】形成電容器進行感應放電，皮卡丘感冒的時候還會產生交變磁場從而對小磁怪產生吸引。

1、電容器感應放電
在皮卡丘 - 神奇寶貝百科中提到

皮卡丘獨有的能力是在緊張時通過它臉上的電氣袋釋放電氣。這個電能可用各種方式操縱，常被用在對戰中，不過有時它也被皮卡丘用來烤樹果。
皮卡丘由於把電能儲存在體內，經常需要放電，就算是毫無目的的。否則它可能會被麻痹，甚至死亡。皮卡丘通過尾巴來釋放過多的能量，像避雷針一樣安全地釋放不需要的能量。燒焦的草叢是皮卡丘居住在這裡的標誌，這個標誌是它的電擊造成的。因為不能及時釋放電力，皮卡丘會變成一個少見的狀況，像人類的流感一樣。這個病狀嘗試由附近的強電磁力造成，這個力會影響它的放電的腺體。

說明皮卡丘的放電方式是通過臉頰兩側的腮紅來進行放電的，因此可以將皮卡丘等效為一個高電壓等級高介電常數的電容器。據@曾小開所說：

皮卡丘的皮膚會分泌一種物質，捕捉空氣中的微量電荷，並且表皮中大量的電解質電離

因此皮卡丘能夠隨時在積累電荷，並且當電容器兩段的電壓達到一定程度有可能擊穿介質損傷電容器的時候則必須釋放，所以會經常誤傷小志。

當電容器的電壓高於一定程度，空氣中的分子被感應極化，空氣發生電離，則可以擊穿空氣造成感應放電。

像這樣

（下面這句還是沒看大懂，還請@曾小開解釋一下）

（皮卡丘臉上的點是片狀的而不是點狀這時它能進行仿雷電放電的根本所在。）

2、皮卡丘感冒對放電性能的影響
請大家注意到一個細節，有一集是皮卡丘感冒了，結果招來了大量的小磁怪。
皮卡丘感冒時，由於打噴嚏和體內發熱的情況會造成介電常數升高，會造成漏電造成電容極板之間有交變的電場，由於電磁感應原理產生了較高強度的磁場。
由於小磁怪的原型是一個磁鐵或者是一個帶電線圈，可以猜測小磁怪是通過探測周圍的磁場來求偶的，並且可以猜測，小磁怪所產生的磁場一定遠小於皮卡丘感冒時所產生的磁場，這樣就解釋了為什麼皮卡丘感冒時能吸引大量的小磁怪，感冒好了之後小磁怪就紛紛離去的情況。

3、結論
所以，要想放電一定要塗腮紅哦^_^，但是注意別感冒了，會招來一堆小磁怪~

（感謝看到這裡的朋友，順帶給關注神奇寶貝的朋友附送一個小驚喜：（大事件回顧）震撼口袋界的小磁怪事件。）

以上。

參考文獻：
[1] 小磁怪 - 神奇寶貝百科
[2] 皮卡丘 - 神奇寶貝百科

幫1樓補個圖。

【愛の沖電寶電池】

不然呢？

用愛發電

皮卡丘的發電屬性是由其設計者Ken Sugimori（杉森建）賦予的。
參考：
http://en.wikipedia.org/wiki/Pikachu
http://en.wikipedia.org/wiki/Ken_Sugimori

這個問題好二！！！

皮卡丘會發電那是人物設定！！！

這就和問為什麼魔法少女會魔法，超人為什麼會飛，蜘蛛俠為什麼會吐絲一樣。（好吧這些倒都是借用其他的東西達成的）

可是皮卡丘是在寵物大陸啊，還有吐火的鳥，噴水的龜，會說話的動物。。

這這這這怎麼能解釋呢，就和為什麼聖誕老人會給我禮物一樣，不存在又美好的東西就讓他們繼續傻傻的存在下去吧。（我捂著臉哭了）

如果真要有答案，我希望是因為它的尾巴長得像閃電。?

直流電
因為它是直男

生物電吧。

生物放電當然是直流電咯，純粹的電壓驅動電子定向移動而已。我們說的交流電是機械力驅動導體切割磁感線發出來的，正弦波形。就電來說，前者放能，後者產能，完全就是兩碼事。

作為哆啦A夢的兄弟，皮卡丘機器鼠發電的原理是兩個腮紅產生正負極，依靠體內的能量機構產生電場，尾巴和耳朵正是充電和儲電的地方。

難道不是，用愛發電？

用愛發電

大喊一聲比卡比卡就行啦

小智:皮卡丘，快使用十萬伏特！

皮卡丘:皮。。皮卡。。皮卡丘！

(^o^)/嗯，就是這樣。

參考電鰻等生物放電原理~