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電為什么要分交流電和直流電

瀏覽次數(shù):2442發(fā)布日期:2018-01-18

網(wǎng)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(yán)格來講,這個“插頭”叫開關(guān)電源適配器,目的是將電網(wǎng)傳來的交流電轉(zhuǎn)換為直流電傳輸進(jìn)電子設(shè)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(xiàn)象。電荷靜止或移動會產(chǎn)生很多有意思物理現(xiàn)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(xué)家們從各種電效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律,于是發(fā)明出了電池、發(fā)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(biāo)準(zhǔn),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(diào)”,想不到其他的了吧。

其實,直流電應(yīng)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(fā)生變化的電流。

交流電,是指大小和方向都發(fā)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*。在早期的電磁學(xué)實驗中,人們總是想方設(shè)法把產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?/p>

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(xué)一路順風(fēng)順?biāo)?882 年的一個夜晚,110 伏的直流電輸送到紐約曼哈頓整個街區(qū)……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(xiàn):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(qū)域于2公里不到的方圓內(nèi)。

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(dāng)時高壓直流技術(shù)尚不成熟,直流電變壓比較復(fù)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(jié)構(gòu)更簡單,容易變壓,可以簡單、經(jīng)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(xué)沒上過幾天學(xué),不懂高數(shù),交流電對他來說有點抽象。為了阻撓交流電發(fā)展,愛迪生除了當(dāng)眾做交流電電死動物實驗、發(fā)動媒體報道交流電事故,還促成電椅的發(fā)明——用交流電執(zhí)行死刑。

當(dāng)然,在這場交直流之爭中,具有遠(yuǎn)距離輸電優(yōu)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(wěn)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(zhuǎn)換一下就好啦~而且,從經(jīng)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(fù)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(zhǔn)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(lǐng)域,一般超過30公里的水下電纜、 兩個交流系統(tǒng)之間的異步聯(lián)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(lǐng)域,IT產(chǎn)品(如手機、電腦)和絕大多數(shù)家電內(nèi)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(diào)等就把整流器放到了電器內(nèi)部了。

為什么?回到本質(zhì),直流電是連續(xù)不斷從正極流向負(fù)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(jìn)行正確的邏輯判斷。

電學(xué)是一門不斷發(fā)展的復(fù)雜學(xué)問,這篇文章顯然是無法詳細(xì)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(wǎng)友2

其實這個問題早在愛迪生時期就出現(xiàn)了,愛迪生作為白熾燈的,當(dāng)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(hù)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(xiàn)了一位天才,他就是電動汽車品牌創(chuàng)始人、又一位偉大的科學(xué)家——尼古拉·特斯拉。

這個阿特啊,就建議這個小愛領(lǐng)導(dǎo)去做一下交流電試試,然而小愛這個時候已經(jīng)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(lǐng)導(dǎo)單飛了,并且成功發(fā)明了交流發(fā)電機。后來,小愛一聽這情況當(dāng)時就不干了,就各種爭論各種詆毀,發(fā)動所有人脈打壓阿特,然而當(dāng)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(dāng)時的科技水平當(dāng)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(shù)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(dāng)I提高,就會增加能量損耗,主要是產(chǎn)熱較大,同時還要通過增粗導(dǎo)線防止燒斷,所以直流電進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送時既損耗能量又損耗材料,因此直流電當(dāng)時只能進(jìn)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(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)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(nèi),都是通過交流發(fā)電送電。但隨著時間的推移,在各路豪杰的帶領(lǐng)下,我們發(fā)現(xiàn)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(yīng),中心那部分材料等于浪費;其次,在導(dǎo)體內(nèi)部會有渦流產(chǎn)生,發(fā)熱,損耗電力;還有就是交流電是交變電流,根據(jù)麥克斯韋電磁理論,要產(chǎn)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(chǎn)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(dǎo)線輸送,而直流只要二根,可以節(jié)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(fā)電廠的交流電不可避免的會存在一些相位差,造成并網(wǎng)困難,而直流電就沒有上述問題。

因此,到目前為止,我們發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(yōu)勢。

 

網(wǎng)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(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律以前,人類認(rèn)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(xué)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*不一樣。簡單說就是這樣的電是動電,還可以繼續(xù)形成動磁,動磁又可以繼續(xù)生成動電,這樣循環(huán)往復(fù),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(jié)成了電磁場基本規(guī)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(chǎn)生交流電。而赫茲則將上述理論變成了可操作的電磁波發(fā)射與接收:

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

此后,這一技術(shù)迅速發(fā)展,人類由此發(fā)明了電報、、收音機、電視機、互聯(lián)網(wǎng)、手機等等,真正實現(xiàn)了中國古代神話傳說中的“千里眼、順風(fēng)耳”,而這些都是直流電,所不能完成的,而現(xiàn)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(xiàn)代科技的發(fā)展,就沒有人類如今美好的生活。

網(wǎng)友4

我不用說什么愛迪生和特斯拉的電流戰(zhàn)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(fā)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(fā)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(chǎn)生水蒸氣。發(fā)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(xì)長的煙囪冒出的才是煤煙,導(dǎo)致霧霾。產(chǎn)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(xiàn)在北方的火電站大多是熱電廠,同時起到發(fā)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(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)入汽輪機,吹動葉片,使汽輪機以50Hz的頻率旋轉(zhuǎn)。這個是*次工業(yè)革命(蒸汽動力)留給第二次工業(yè)革命(電力)的遺產(chǎn)。

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(zhuǎn),通過法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)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(jìn)入經(jīng)過電纜升壓遠(yuǎn)距離傳輸,再用變壓器降壓進(jìn)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(zhuǎn)是周期性的,使得電機里線圈在磁場中周期性轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生了交流電。這個是對*次工業(yè)革命的主要動力蒸汽機的直接繼承,成本要比直流發(fā)電低,效率也更高。

除了火力發(fā)電之外,有很多其他發(fā)電技術(shù),但無論是水力發(fā)電,還是風(fēng)力發(fā)電,只是把火力發(fā)電的鍋爐和汽輪機組換成水流驅(qū)動或者風(fēng)車驅(qū)動的葉輪機組,電機組還是一樣的周期性運動,產(chǎn)生交流電。核電站也是把鍋爐換成反應(yīng)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(fā)電也是靠光電池。首先效率遠(yuǎn)不如交流發(fā)電,其次成本也要高很多。所以我認(rèn)為可預(yù)見的未來,電能的主導(dǎo)形式還是交流電,盡管在消費端直流電器占多數(shù)。

網(wǎng)友5

看到很多大家所謂的專業(yè)回答,我來談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

所謂交流電(AC)和直流電(DC)各有優(yōu)劣勢,這曾經(jīng)給愛迪生帶來了很多的贊譽和麻煩。愛迪生是直流電的發(fā)明使用支持者,他認(rèn)為直流電安全,方便,快捷,能給大家?guī)砗芏啾憷?。但是直流電存在一個弊端,那就是傳輸物質(zhì)長線電壓損耗的問題,如果遠(yuǎn)距離輸送電壓,勢必會帶來電壓的損耗和不穩(wěn)定,長線輸電電壓變小了。由于當(dāng)時點燈屬于貴族發(fā)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(wěn)定。后來電器增多,直流電的弊端就顯現(xiàn)了,會造成電壓不穩(wěn)定,影響正常使用的情況。

而自從尼古拉特斯拉發(fā)明了交流電之后,這樣情況得到了*的改變,交流電可以改變長線輸電的距離,到輸送終點再進(jìn)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(zhuǎn)換,來增加他的使用功能,這樣就*解決了輸電距離和多電器使用的情況。

現(xiàn)在,電力發(fā)展有了很大的進(jìn)步,發(fā)電方式多了,輸電線路長了,發(fā)電量和用電量都達(dá)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(wǎng)友提供的正解:關(guān)于電為什么分類交流和直流,想必客官您已經(jīng)了解清楚了,我們也就不再熬述了。關(guān)注更多知識,請關(guān)注上海滬怡電氣科技有限公司,覺得有所領(lǐng)悟,請點贊哦~