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电流为什么要分交流和直流其实背后隐藏着曲折的科学发展史《资讯》板栗机

文章来源:双子机械网  |  2020-11-01

交流电和直流电的区别是:交流电的大小和方向随时间作周期性的变化,而直流电大小和方向不随时间变化;至于为什么要分交流和直流,要从历史发展中去解释,两种电流也在相互竞争不断完善。

伏特电池

最早的直流电并不是发电机产生的,而是电池产生的,1799年物理学家伏特利用盐水和锡锌金属片做成了一个原电池,两块金属之间会有电子的移动,产生了直流电。

利用原电池的方法,1801年英国化学家汉弗里·戴维给铂丝通上直流电,铂丝发出耀眼白光,虽然这种电灯的成本极高,也没有惰性气体保护非常容易氧化,用不了几分钟就报废了,但电灯的原型已经诞生,这年爱迪生还没有出生。

严格来说,爱迪生并不是第一个发明电灯的人,在爱迪生之前已经有大约20个人发明了早期电灯模型,但由于当时电灯内部抽真空技术并未被发明,灯丝材料的耐久性还有待提高,所以商用电灯迟迟未能上市,百姓只能用煤油灯。等到技术成熟后,爱迪生收购专利再将电灯推广到千家万户,为自己打响了知名度。这和直流电有什么关系呢?

爱迪生为了让居民用上电灯,在城市里建立了很多直流发电站,早期的电灯通的都是直流电,这有一个坏处。假设爱迪生的直流发电站在a位置,以a位置为半径1公里范围内的居民可以保证正常用电,但1公里以外的居民家中的电灯经常是昏暗的,因为直流发电机产生的110v电压,经过几公里的运输,电能都损耗在线路上了,到用户家中可能只有不到60v,这就是直流电的缺点:无法升压,电力损耗太多。但对于爱迪生而言,又有什么办法呢?直流发电机都建好了,出现这种问题!于是,爱迪生在城市里建立了许多发电站,覆盖城市来解决这个问题,这也是无奈之举。

直流电的缺点暴露后,交流电开始崛起了。

交流电配合当时发明的变压器,完美解决了线路上电力损耗的问题,先将110v的电压升压,电压上升,电流就会减小(p=ui),那么电路上产生的热功率p=电流的平方乘以r,就比原先小了很多。也就是说,只需要在城市中心建立一个交流发电站,然后在各小区装上变压器就可以保证电压稳定,不需要满城市建直流发电站。至此,直流电好还是交流电好,高下立判。

对于爱迪生而言,不可能让交流电占据市场,要不然自己的事业会遭到严重打击,爱迪生花了一番功夫抹黑交流电,说交流电会电死大象,对人类有很大的威胁。

实际上,直流电和交流电都会电死大象,但这与电流本身是否安全无关,谁也无法阻挡科学的发展。交流电上位后,直流电一度落寞,在大家印象里或许遥控器和玩具上还用得上电池的直流电,商业场合都是交流电的天下。

但是,早就有科学家注意到,直流电在特定情况下比交流电更有优势。之前将交流电升压是为了防止线路上过多的电能损耗。但随着技术的进步,目前的交流发电机经过换流器后,能够产生超高压的直流电,p=ui发电机功率一定的情况下,电压越大,电流就越小,损耗就越小。之前交流电取代直流电的根本原因是:直流电发电机无法产生超高压的电压。

技术到位了,直流电也能够用于商业,所以1954年世界上第一条商用高压直流输电线路在瑞典建成。目前中国的高压直流技术处于世界第一,超过800千米的远距离输电,高压直流的优势就体现出来了,比交流电的成本更低,例如海底电缆。但缺点是不能沿途供电,只能点对点传输。

从商业角度来说,交流电依然占主导,但直流电也未被遗弃,特定情形下有自己的优势。

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