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        電為什么要分交流電和直流電

        瀏覽次數:906發布日期:2018-01-18

        網友1

        有沒有想過,為什么手機充電插頭比一般插頭大?

        這個問題如我今天看到另外一個問題:為什么紙飛機飛起來要哈一口氣,我想了想覺得,我就是知道但是不知道怎么知識性的傳播。這里整理一下。

        其實嚴格來講,這個“插頭”叫開關電源適配器,目的是將電網傳來的交流電轉換為直流電傳輸進電子設備中。筆記本電腦的電源適配器更大,冬天暖手更方便~

        那為啥要把交流電換成直流電呢?讓我們從頭講起。

        電是一種自然現象。電荷靜止或移動會產生很多有意思物理現象,比如雷雨天氣中會看到的閃電、冬天脫毛衣的時候噼里啪啦的火花。后來,科學家們從各種電效應中發現規律,于是發明出了電池、發電機、電動機。

        先用直流電,還是先用交流電?

        220伏/50赫茲交流電是我國的供電標準,所以很多人都以為家用電器用的都是交流電。至于直流電,大概除了那句廣告中會念叨的“直流變頻空調”,想不到其他的了吧。

        其實,直流電應用很廣泛,你肯定見過,也用過。比如:

        定義

        直流電,是指方向不隨時間發生變化的電流。

        交流電,是指大小和方向都發生周期性變化的電流。

        從示波器觀測,一個是直的,一個彎的……

        反正都是電,感覺差別不大?

        No~ No~ No~

        讓我們翻開歷史,講點八卦!

        直流電,是電力革命急先鋒。在早期的電磁學實驗中,人們總是想方設法把產生的電能轉變為直流電。

        1879年,托馬斯˙愛迪生制成*只碳絲白熾燈,吸引了大量投資。此后,小愛同學一路順風順水,1882 年的一個夜晚,110 伏的直流電輸送到紐約曼哈頓整個街區……大家終于可以扔掉煤油燈啦~

        然而,直流輸電的弊端也隨著使用范圍的擴大而逐漸顯現:電壓不變的情況下,供電距離的增加和用戶的增長加劇了線路損耗。小型直流中心電站供電區域于2公里不到的方圓內。

        因為損耗量=電流²?電阻,所以減小電流就能減少損耗。

        在傳輸功率保持不變的情況下,電流和電壓成反比,所以,提高電壓就能減小電流,減小損耗。

        當時高壓直流技術尚不成熟,直流電變壓比較復雜。這時候,塞爾維亞小青年尼古拉˙特斯拉背著書包,跨越大洋奔向偶像愛迪生。他有一個不太成熟的小建議——交流輸電。交流電機比直流電機結構更簡單,容易變壓,可以簡單、經濟、可靠地解決提高輸電電壓的問題。

        可是,這個建議被霸道總裁拒絕了。有人說是因為小愛同學沒上過幾天學,不懂高數,交流電對他來說有點抽象。為了阻撓交流電發展,愛迪生除了當眾做交流電電死動物實驗、發動媒體報道交流電事故,還促成電椅的發明——用交流電執行死刑。

        當然,在這場交直流之爭中,具有遠距離輸電優勢的交流電還是贏了。(注意哦,這里講的是輸電。)

        交流電、直流電,到底誰更好?

        隨著線路電壓不斷提高,輸送功率和輸送距離不斷增大,直流電又得到工程師們的青睞。因為直流電不需要整流濾波,沒有相位差,比較穩定。直流電如何升壓呢?簡單講,升壓工作交給交流做,交直流再轉換一下就好啦~而且,從經濟性上看,雖然直流換流站比交流輸電的變電站造價高,但是直流線路只要正、負兩根線,交流線路三相需要三根線,直流線路造價更低,所以距離越長,越適合直流輸電。

        例目前世界上電壓等級zui高的輸電工程就是直流工程——±1100千伏準東—皖南工程。工程線路全長3324公里,比哈爾濱到海口的直線距離還長。

        在輸電領域,一般超過30公里的水下電纜、 兩個交流系統之間的異步聯接也都是用的直流電。

        交流電和直流電各有特點,有人打比方說,交流電像高速鐵路,直流電像空中飛機,一個中途可以停車,一個點對點飛。用哪個,要具體問題具體分析。

        家用電器為啥要用直流電?

        回到家用電器領域,IT產品(如手機、電腦)和絕大多數家電內部均使用直流電。因為筆記本和手機要求輕便,所以整流器放在外面,而臺式電腦、冰箱、空調等就把整流器放到了電器內部了。

        為什么?回到本質,直流電是連續不斷從正極流向負極,交流電是波動的。而電子元器件是通過識別高低電位來工作的,例如電腦,有電位為1、無電位為0,交流電本身就會有過零點的電位,這樣電子元器件就無法進行正確的邏輯判斷。

        電學是一門不斷發展的復雜學問,這篇文章顯然是無法詳細說明每一種情況的。但是,如果女朋友問“帶手機充電插頭了嗎?”你可以從容地拿出這篇文章,糾正道:“親愛的,這個叫電源適配器。”——來自單身狗的建議。

         

        網友2

        其實這個問題早在愛迪生時期就出現了,愛迪生作為白熾燈的,當時在每個人的心目中都是無比崇高的地位,而他本人是一個直流電的擁護者,畢竟他的燈就是用直流電點亮的,還是不能忘本啊。。而這時在他的手下又出現了一位天才,他就是電動汽車品牌創始人、又一位偉大的科學家——尼古拉·特斯拉。

        這個阿特啊,就建議這個小愛領導去做一下交流電試試,然而小愛這個時候已經是飄的不行了,心想一個小嘍啰的話我怎么能聽呢,于是乎,阿特就拋棄小愛領導單飛了,并且成功發明了交流發電機。后來,小愛一聽這情況當時就不干了,就各種爭論各種詆毀,發動所有人脈打壓阿特,然而當時的廣大勞動人民也不傻,畢竟都知道“不看廣告看療效”,而就當時的科技水平當然是交流電比較好。

        因為大家知道P=UI,如果是通過直流電向各家各戶輸電,隨著用電人數的增加,若想提高輸送功率,就得增加U或者I,而家用電器無法承受過大的電壓,只能通過提高I,而當I提高,就會增加能量損耗,主要是產熱較大,同時還要通過增粗導線防止燒斷,所以直流電進行遠距離輸送時既損耗能量又損耗材料,因此直流電當時只能進行短距離低壓輸電。而交流電采用的交變電流可以通過變壓器進行升壓從而形成高壓輸電的方法,使得熱損耗很低,從而可以進行遠距離輸電,然后通過降壓器使其降低至家用電壓水平,從而使得送電效率提高了很多,深受各位吃瓜群眾的好評。而在此之后的很長一段時間內,都是通過交流發電送電。但隨著時間的推移,在各路豪杰的帶領下,我們發現交流電在高壓輸電過程中也會有著不小的損耗。首先,交流電有趨膚效應,中心那部分材料等于浪費;其次,在導體內部會有渦流產生,發熱,損耗電力;還有就是交流電是交變電流,根據麥克斯韋電磁理論,要產生電磁輻射,高壓下的電磁輻射是很強的,特別是穿越城市的高壓線對人體是有危害的。而高壓直流電就沒有這些弊端,它的電流不是交變的,沒有趨膚性,也沒有渦流,電力損耗只有產生的電阻熱,損耗較小,也沒有強大的電磁輻射。此外,三相交流電至少需要三根導線輸送,而直流只要二根,可以節約昂貴銅和建高壓鐵塔材料;在通過地下電纜或者海底電纜輸送高壓電時,由于電纜與大地和海水是存在電容的,而交流電是可以通過電容的,也會造成損耗;還有,我國雖然都是50赫茲的交流電,但是各發電廠的交流電不可避免的會存在一些相位差,造成并網困難,而直流電就沒有上述問題。

        因此,到目前為止,我們發現交流直流各有利弊,交流電在配電方面更加靈活,可以通過變壓器進行合理的升壓或降壓,而直流電在高壓輸電方面有著壓倒性的優勢。

         

        網友3

        這個要從人類研究的電場歷史說起。

        在1831年法拉第英國科學家法拉第發現電磁感應定律以前,人類認識的電其實只有電荷簡單移動形成的直流電。但是,法拉第等科學家通過實驗和理論都證明,通過動磁可以生電,而這種電與電荷簡單移動形成的電完全不一樣。簡單說就是這樣的電是動電,還可以繼續形成動磁,動磁又可以繼續生成動電,這樣循環往復,就可以形成形成電磁場,其向外傳播就形成電磁波。而這一切又被麥克斯韋總結成了電磁場基本規律方程式:

        這一方程組中明確的給出了直流電形成的原理,即*組方程組,電荷可以形成可以向四周擴散的電場,這就是直流電的來源。而第三組方程組則給出了交流電的來源,變化的磁場可以產生交流電。而赫茲則將上述理論變成了可操作的電磁波發射與接收:

        如圖所示,赫茲通過給線圈斷電,而產生變化的磁場,從而激發變化的電場,并通過金屬板發射出去,并在另一端用金屬圈接收,從而在人類歷史上*次完成了電磁波的發射與接收。

        此后,這一技術迅速發展,人類由此發明了電報、、收音機、電視機、互聯網、手機等等,真正實現了中國古代神話傳說中的“千里眼、順風耳”,而這些都是直流電,所不能完成的,而現實生活中,我們的家用電器中,用直流電的可能只有手電筒了吧!因此,可以說沒有交流電,就沒有現代科技的發展,就沒有人類如今美好的生活。

        網友4

        我不用說什么愛迪生和特斯拉的電流戰爭,只作為從小在電廠邊吸著煤灰和霧霾長大的人,簡要介紹一下火力發電的過程,來說明為什么歷史選擇了交流電作為電能的主要形式。

        火力發電分為三大機組,首先是鍋爐機組,煤炭在這里燃燒,給水加熱,目的是為了產生水蒸氣。發電廠那種矮粗的水泥大煙筒實際上是冷水塔,冒出的白色氣體是水蒸氣。細長的煙囪冒出的才是煤煙,導致霧霾。產生水蒸氣之后,熱水如果都放到冷水塔比較浪費,在冬天可以直接給城市供暖,所以現在北方的火電站大多是熱電廠,同時起到發電和供熱的雙重作用。

        第二個機組是汽輪機組,由鍋爐機組產生的水蒸氣進入汽輪機,吹動葉片,使汽輪機以50Hz的頻率旋轉。這個是*次工業革命(蒸汽動力)留給第二次工業革命(電力)的遺產。

        第三個機組就是電機組,由汽輪機帶動的線圈在永磁體的磁場中旋轉,通過法拉第電磁感應現象產生周期性的交變電流,就是我們通常說的交流電。電機組的輸出就是50Hz的交流電,進入經過電纜升壓遠距離傳輸,再用變壓器降壓進入千家萬戶。

        這樣為什么選擇交流電就比較清楚了,因為水蒸氣帶動汽輪機的旋轉是周期性的,使得電機里線圈在磁場中周期性轉動,產生了交流電。這個是對*次工業革命的主要動力蒸汽機的直接繼承,成本要比直流發電低,效率也更高。

        除了火力發電之外,有很多其他發電技術,但無論是水力發電,還是風力發電,只是把火力發電的鍋爐和汽輪機組換成水流驅動或者風車驅動的葉輪機組,電機組還是一樣的周期性運動,產生交流電。核電站也是把鍋爐換成反應堆,把水加熱燒出蒸氣,汽輪機和電機組與火電站一樣。

        回到直流電,它的來源基本都是電池,包括太陽能發電也是靠光電池。首先效率遠不如交流發電,其次成本也要高很多。所以我認為可預見的未來,電能的主導形式還是交流電,盡管在消費端直流電器占多數。

        網友5

        看到很多大家所謂的專業回答,我來談談自己的看法。

        所謂交流電(AC)和直流電(DC)各有優劣勢,這曾經給愛迪生帶來了很多的贊譽和麻煩。愛迪生是直流電的發明使用支持者,他認為直流電安全,方便,快捷,能給大家帶來很多便利。但是直流電存在一個弊端,那就是傳輸物質長線電壓損耗的問題,如果遠距離輸送電壓,勢必會帶來電壓的損耗和不穩定,長線輸電電壓變小了。由于當時點燈屬于貴族發明,只有錢人才能使用上,沒有存在大面積缺電的情況,還有因其它電器少的原因,所以,勉強使用穩定。后來電器增多,直流電的弊端就顯現了,會造成電壓不穩定,影響正常使用的情況。

        而自從尼古拉特斯拉發明了交流電之后,這樣情況得到了徹底的改變,交流電可以改變長線輸電的距離,到輸送終點再進行變壓使用。而且還不影響電壓的改變,交流和直流電可以相互轉換,來增加他的使用功能,這樣就徹底解決了輸電距離和多電器使用的情況。

        現在,電力發展有了很大的進步,發電方式多了,輸電線路長了,發電量和用電量都達到很高的科技水平,不存在交流電與直流電誰好誰弱的爭議了,只要大家安全合理用電才是zui正確的用法。

        以上就是幾位網友提供的正解:關于電為什么分類交流和直流,想必客官您已經了解清楚了,我們也就不再熬述了。關注更多知識,請關注上海滬怡電氣科技有限公司,覺得有所領悟,請點贊哦~

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