科普 | 电力基础知识

在日常生活和生产中,几乎到处都要用到电。如电灯通电会发光,电动机通电会旋转。电究竟是怎样一回事?在电线里有什么东西通到电灯、电视机里去?要了解物体带电的根本原因,首先必须了解物体的内部结构。


自然界的一切物质是分子组成的,而分子又是由原子组成。每个原子,都是由一个带正电电荷的原子核和一定数量带负电电荷的电子所组成。这些电子,分层围绕原子核作高速旋转。正电荷与负电荷有同性相斥异性相吸的特性。不同的物质有不同的原子,它们所具有的电子数目也是不一样的,例如铝原子有13个电子。在通常情况下,原子核所带的正电荷和电子所带的负电荷在数量上相等,所以物体就不显示带电现象。原子核吸引电子的吸力大小与距离平方成反比。如果由于某种外力的作用,使离原子核较远的外层电子摆脱原子核的束缚,从一个物体跑到另一个物体,这样就使物体带电,失去电子的物体带正电,获得电子的物体带负电。一个带电体所带电荷的多少可以用电子数目来表示,不过在实用上这个单位的大小,我们常以库伦作为电量的单位。


1库伦 = 6.24×1018个电子电荷


电量的符号用Q表示。当电荷积聚不动时,这种电荷称为静电,如果电荷处在运动状态,我们就叫它动电。


电能是一种十分重要的二次能源,它方便、经济地从蕴藏于自然界中的一次能源(煤炭、石油、天然气、太阳能、水力、风能等)转换而来,并且可以转换为其他能量供人们使用。

我们常见的电是由发电厂生产的,大容量发电厂往往建在燃料、水力资源丰富的地方,而用户往往远离发电厂需要建设较长的输电线路进行输电,建设升压和降压变电所进行变电,通过配电线路向各类用户供电。而电力传输的关键,就是依靠电网。

电功率 = 电流 x 电压

电流,电压,电功率都是与电学名词。电流的单位是安培,我们把电流想象成一束电子;电压的单位是伏特,把电压想象成这束电子前进的推力。那么更多的电子束和更大的推力加在一起就需要更强的电能,就像是在用大力快速推一个物体得需要更多的体力。


想要计算出推动物体的能量就得知道施加在物体上的力与速度,反之,可以套用这个例子来解释电流与电压。当然仅解释这一点是不够的。在电力系统中瓦特是功率的单位,等于电流乘电压;则用瓦时衡量电能,等于电流乘电压乘时间。


交流电与直流电

电并非履行同向原则。一种叫做直流,在直流回路中,导线中的电子流不断地从电源出发经过负载再流回电源。原始的电的确遵循同向原则,但这其中有不可避免的缺陷:在低电压级中,直流电因不能免于电损,而低效。


随着交流电的发现,交流发电机使得电一会同向一会儿反向且在一秒钟内多次反转电极,每次反转都会使得电流换向。在高电压级中,因电压传送比电流传送更易,终端电力公司利用高电压进行超远距离低电损输电,最终传送到用户端输出100-120伏或200-240伏交流电。因此家用电器设备都用交流供电,您在阅读相应说明书时,会发现不同的额定电压。


现在您了解了直流电与交流电的基本区别。若忽略传送中的电损,电功率是不变的。举个例子,来分别计算12伏直流电和110伏交流电下运转的200瓦电视机。直流电输电会产生200瓦/12伏=16.6安的电流;而交流电输电会产生200瓦/110伏=1.8安的电流。尽管电流与电压有所不同,电功率却是一样的。所以当您在计算电能消耗率时,不必计算电损。



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