科学发展史告诉你，电流为什么要分交流和直流

原创 科罗万象 2018-11-26 15:44:14


1801年英国化学家汉弗里·戴维发明了世界上最早的简易电灯，铂丝通电就能够发出耀眼白光，这种电灯几分钟时间就会被氧气迅速氧化，不具有实用性，但它比爱迪生发明的碳化棉丝白炽灯早了足足78年。至此，电开始和人们的生活有了交集。
早期的电流只有直流电，这是一种大小和方向都不变的恒定电流，它的最大优点是设计简单，可以利用煤炭燃烧产生热能，使水蒸气作为动力，让永磁体在闭合导体内的磁通量发生变化，产生感应电动势，以此作为供电能源。爱迪生在改进电灯后不久，1882年就在纽约珍珠街上建造了自己的发电厂，利用这套发电系统将110伏电压供给周围1英里范围内的60户居民。当然，条件之一是必须使用爱迪生发明的电灯。


从煤油灯到白炽灯，这种飞跃式的进步迅速打响了爱迪生的名气，越来越多的当地居民需要爱迪生的电灯和电能。随着需求增加，这时暴露出直流电的致命缺点，当发电厂和居民之间的距离较远时，直流输电会在电线上产生较多的热能将电能损耗，110伏电压到居民家中可能只有不到50伏了。为了解决这个问题，爱迪生命令每隔1英里就建造一个小型发电厂，这种“傻瓜式”的方法让当时遍地都是发电厂，显然不符合现代科学的简洁性。
直流电的弊端暴露后，交流电开始登场。


所谓的交流电是一种大小和方向存在周期性变化的电流。这种电流结合当时刚发明的变压器，能降低电能在线路上的损耗，并且只需要一个发电厂就可以满足整个城市的需求。
通常来说，交流发电机在输出110V电压的过程中，会先利用变压器将110V电压升压。因为在发电机功率P不变的情况下，P=UI，电压越大电流就越小，那么导线上流过的电流就越小，产生的热能就越小，因此损耗的电能P=I²R就越小。升压后的电压到了居民区再降压，就可以保证110V电压的稳定了。


而当时，直流电只能利用变压器降压，升压极其复杂并且耗能会更多。所以，交流电有着压倒性的优势。1886年，帮助爱迪生改进直流发电机，但被爱迪生戏耍而愤然出走的尼古拉·特斯拉，开始在公众场合极力推广交流电和自己的交流电系统。
看到交流电的宣传，爱迪生内心惶恐不已，因为自己的产业一大半都是建立在直流电系统上的，所以就开始雇人发传单抹黑交流电，说使用交流电有生命危险！


在爱迪生的授意下，一头大象被通上交流电电死了。
1888年，早有远见的西屋公司花费百万美元收购了特斯拉的所有交流电专利，这让特斯拉有了足够的资金和爱迪生抗争到底。1891年，特斯拉在芝加哥博览会点亮了9万盏灯泡，向众人证明交流电非常安全，这场电流之争才落下了帷幕。1893年，交流电正式取代直流电，作为电力系统的基础。此后，直流电更多被用于家用电器电池和玩具电池上，交流电已经在商业上占了主导。
故事到这里，并没有结束，反转来了！


照理说，交流电在商业上的优势是碾压性的。但1954年，瑞典建成了世界上第一座商用高压直流输电系统，直流电又开始反击了！
高压直流输电是发电厂将产生的交流电通过换流器变成直流电，让直流电在远距离传输后到达受电端，再变成交流电送入千家万户。
19世纪到20世纪之间，发电厂能够提供的电压是非常低的，而交流电的优势就在于能够升压减少损失。但现在的高压直流输电技术，能直接提供超过50万伏特的电压，在超远距离下导线更长，电阻更大电流更小，在传输过程中的单位损耗也会更低。通常超过800千米的距离，高压直流输电的优势就体现出来了。并且它的线路更少，造价更低，而且比交流输电技术更稳定，不过缺点是只能1对1输电，不能在经过的路径中供电。一些特定的情景中，高压直流输电会更有优势，例如海底电缆输电。


目前，我国已有14条高压直流输电线路，总长度2.5万公里，西电东送的年电量已经突破2000亿度，已达世界一流水平。
科学的发展充满着跌宕起伏，无论是交流电胜还是直流电胜，最终受益的都是寻常百姓。

  

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102 条评论   

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评论

• Hi握爪喵喵 3天前
  特斯拉是奇才，更多的发明是造福人类。
  回复  ⋅ 3条回复   219
  
    
  
• 诸葛盆栽 2天前
  求问，为什么输电要用两根及以上导线？单根不行吗？
  回复  ⋅ 11条回复   4
  
    
  
• 用户9383926727369 3天前
  如果没有特斯拉，直流电也许发展的更好。现在家里的设备 都是交流转直流了。
  回复  ⋅ 68条回复   29
  
    
  
• 我的朋友都叫我阿田 2天前
  求问，电网怎么保持一直有电？是发电机一直在工作？还是有储电系统？
  回复  ⋅ 61条回复   30
  
    
  
• 青岛来一箱 2天前
  直流电降压咋降？交流电靠变压器电磁转换，直流电靠电阻降压，假如把110V直流电降到5V咋整，如果负载是10A,是不是得加个很大的电阻，现在有速度很快的大功率开关管，用脉冲变压器，也能实现。但当初只能用普通变压器，直流电怎么实现电磁转换哪？我觉得还是特斯拉厉害，想的远，可能他发明交流电的时候就想到整流啦！就现在来说交流电机使用多方便啊？直流电机维护忒麻烦啦！唯一好处，调速硬特性好。
  
  
  

我知道答案 本帖寻求最佳答案回答被采纳后将获得系统奖励10 天空金币 , 目前已有12人回答

今天的天气不错啊

不错，写的很深刻，收藏了

好好学习楼主的帖子！

很经典，收藏了！

感觉不错！

白富美？高富帅？

不错的帖子，值得收藏！

这篇文章是怎么想到这么巧妙地 啊，拜读了。

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路过，赞一个

这么好的帖子，应该加精华！

黄校长带领下的九华初中很厉害，今年一定可以再创辉煌。