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第11章 電是怎樣來的

在現代生活里,我們隨時隨地都用著電。電是一種非常重要的生活資源。很難想象要是沒有電,我們的生活該是什么樣子?全世界都將陷入黑暗和恐慌,很多東西將無法使用。那么,電是如何產生的呢?

電是怎么生產出來的?回答這個問題前我們不得不提到一位偉大的科學家——法拉第,正是他制造了世界上第一臺電磁感應發電機,成為人類電氣時代的開拓者。

法拉第在給當時倫敦皇家學院院長戴維當助手七年的時間內積累了大量的電學知識,他在前人的實驗研究成果上研究電學。有一天,他得到一塊8.5英寸長3/4英寸厚的圓柱形的長條磁棒,并將203英尺長的銅線繞在一個中空的圓筒內,銅線的兩端串接一個電流計,銅線是不通電流的。他將磁石的一端挨近銅線,電流計的指針不動。忽然他把磁石完全插入銅線圈內,電流計的指針卻突然動起來了。

法拉第又堅持研究很久才得出結論:金屬線與磁石之間的相對運動是產生感應電流的必要條件。他又進一步引入了磁力線的概念,總結出被后人稱為法拉第電磁感應定律的定理。為了使磁電為人類所用,他又制造了世界上第一臺電磁感應發電機,成為日后復雜發電機的始祖。

電是摸不著看不見的,可是用途廣泛。電是由不同的微小物質原子中的正電子和負電子的質子組成的,正電和負電荷的數量相同,它們一起圍繞著原子運動。

當兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷,如電子轉移到另一個物體使其帶正電,而另一個得到一些剩余電子的物體便帶負電。若在分離的過程中電荷難以中和,電荷就會積累附在物體上使其帶上靜電。所以物體與其他物體接觸后分離就會帶上靜電。在日常生活中脫衣服產生的靜電就是“接觸分離”起電。

同樣,固體、液體甚至氣體也會因接觸分離而帶上靜電。這是因為氣體也是由分子、原子組成,當空氣流動時分子、原子也會發生“接觸分離”而起電。

我們都知道摩擦起電而很少聽說接觸起電。實質上摩擦起電是一個因接觸又分離而造成正負電荷不平衡的過程。因此,摩擦起電實質上就是接觸分離起電。

另一種常見的起電是感應起電。當帶電物體接近不帶電物體時會在不帶電的導體的兩端分別感應出負電和正電。科學家們弄清楚電的產生后就大量地利用它們。發電的方式有很多,如:雷電發電、水能發電、火力發電、核電站(核聚變發電)、摩擦起電、風力發電、柴油發電、太陽能發電、沼氣發電、熱力發電、垃圾發電、光伏發電、生物發電、海浪發電、天然氣發電、地熱發電,等等。這些電通過電站傳輸到我們的城市,使我們生活都更加美好、便利。

不同的發電方式有不同的工作原理。下面我們簡單介紹幾種:

風力發電的原理,是利用風力帶動風車葉片旋轉,再通過增速機將旋轉的速度提升,來促使發電機發電。風力發電系統效率很高,但它不是只由一個發電機頭組成的,而是一個有一定科技含量的小系統:風力發電機 充電器 數字逆變器。風力發電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要,各部分功能為:葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能;尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能;轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能;機頭的轉子是永磁體,定子繞組切割磁力線產生電能。風力發電在芬蘭、丹麥等國家很流行。我國也在西部地區大力提倡風力發電。

水力發電系利用河川、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處,將其中所含之位能轉換成水輪機之動能,再借水輪機為原動機,推動發電機產生電能。利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉動,將水能轉變為機械能,如果在水輪機上接上另一種機械(發電機),隨著水輪機轉動便可發出電來,這時機械能又轉變為電能。水力發電在某種意義上講是水的勢能變成機械能,又變成電能的轉換過程。因水力發電廠所發出的電力其電壓低,要輸送到遠距離的用戶,必須將電壓經過變壓器提高后,再由架空輸電路輸送到用戶集中區的變電所,再次降低為適合于家庭用戶、工廠之用電設備之電壓,并由配電線輸電到各工廠及家庭用戶。

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