電流為什麼要分交流和直流?

交流電和直流電的區別是:交流電的大小和方向隨時間作週期性的變化,而直流電大小和方向不隨時間變化;至於為什麼要分交流和直流,要從歷史發展中去解釋,兩種電流也在相互競爭不斷完善。

電流為什麼要分交流和直流?


伏特電池

最早的直流電並不是發電機產生的,而是電池產生的,1799年物理學家伏特利用鹽水和錫鋅金屬片做成了一個原電池,兩塊金屬之間會有電子的移動,產生了直流電。

電流為什麼要分交流和直流?


利用原電池的方法,1801年英國化學家漢弗裡·戴維給鉑絲通上直流電,鉑絲髮出耀眼白光,雖然這種電燈的成本極高,也沒有惰性氣體保護非常容易氧化,用不了幾分鐘就報廢了,但電燈的原型已經誕生,這年愛迪生還沒有出生。嚴格來說,愛迪生並不是第一個發明電燈的人,在愛迪生之前已經有大約20個人發明了早期電燈模型,但由於當時電燈內部抽真空技術並未被髮明,燈絲材料的耐久性還有待提高,所以商用電燈遲遲未能上市,百姓只能用煤油燈。等到技術成熟後,愛迪生收購專利再將電燈推廣到千家萬戶,為自己打響了知名度。這和直流電有什麼關係呢?

電流為什麼要分交流和直流?


愛迪生為了讓居民用上電燈,在城市裡建立了很多直流發電站,早期的電燈通的都是直流電,這有一個壞處。假設愛迪生的直流發電站在A位置,以A位置為半徑1公里範圍內的居民可以保證正常用電,但1公里以外的居民家中的電燈經常是昏暗的,因為直流發電機產生的110V電壓,經過幾公里的運輸,電能都損耗在線路上了,到用戶家中可能只有不到60V,這就是直流電的缺點:無法升壓,電力損耗太多。但對於愛迪生而言,又有什麼辦法呢?直流發電機都建好了,出現這種問題!於是,愛迪生在城市裡建立了許多發電站,覆蓋城市來解決這個問題,這也是無奈之舉。

電流為什麼要分交流和直流?


直流電的缺點暴露後,交流電開始崛起了。交流電配合當時發明的變壓器,完美解決了線路上電力損耗的問題,先將110V的電壓升壓,電壓上升,電流就會減小(P=UI),那麼電路上產生的熱功率P=電流的平方乘以R,就比原先小了很多。也就是說,只需要在城市中心建立一個交流發電站,然後在各小區裝上變壓器就可以保證電壓穩定,不需要滿城市建直流發電站。至此,直流電好還是交流電好,高下立判。對於愛迪生而言,不可能讓交流電佔據市場,要不然自己的事業會遭到嚴重打擊,愛迪生花了一番功夫抹黑交流電,說交流電會電死大象,對人類有很大的威脅。

電流為什麼要分交流和直流?


實際上,直流電和交流電都會電死大象,但這與電流本身是否安全無關,誰也無法阻擋科學的發展。交流電上位後,直流電一度落寞,在大家印象裡或許遙控器和玩具上還用得上電池的直流電,商業場合都是交流電的天下。

電流為什麼要分交流和直流?


但是,早就有科學家注意到,直流電在特定情況下比交流電更有優勢。之前將交流電升壓是為了防止線路上過多的電能損耗。但隨著技術的進步,目前的交流發電機經過換流器後,能夠產生超高壓的直流電,P=UI發電機功率一定的情況下,電壓越大,電流就越小,損耗就越小。之前交流電取代直流電的根本原因是:直流電發電機無法產生超高壓的電壓。技術到位了,直流電也能夠用於商業,所以1954年世界上第一條商用高壓直流輸電線路在瑞典建成。目前中國的高壓直流技術處於世界第一,超過800千米的遠距離輸電,高壓直流的優勢就體現出來了,比交流電的成本更低,例如海底電纜。但缺點是不能沿途供電,只能點對點傳輸。從商業角度來說,交流電依然佔主導,但直流電也未被遺棄,特定情形下有自己的優勢。


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