电是怎么来的(小编告诉你平时用的电都是从哪里来的么)

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生活中的电是从哪里来的

电是怎么来的?

电,微观说,是例如质子、电子这些亚原子粒子之间产生斥力和吸引力的一种属性。宏观则指电子运动产生的物理现象,例如闪电、雷电、电流等等。

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1.正电和负电

电是怎么形成的,是一个复杂的问题。人类真正认识电,也就是200多年前开始的。虽然古时候人们也发现了一些有关电的现象,但是对电的本质,人们认识的并不深刻。只是简单定义玻璃棒摩擦丝绸产生正电,橡胶棒摩擦皮毛产生负电荷。同种电荷相互排斥,异种电荷相互排斥。

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2.电的应用

在发现“电”之后,人们就开始尝试能否把电荷存储起来进行利用。最具开创性的就是1746年的“莱顿瓶”,它是第一个可以短暂存储静电的装置。之后,富兰克林在1752年尝试了雷电收集实验,证明了雷电也是电,破除了雷电是“神力”的传说。而且之后的一年,一个俄罗斯科学家因为模仿雷电收集实验,还把自己电死了。自此之后,电力储存装置,快速发展。包括后来出现的直流电和交流电,当时科学家们还为那个更适合使用,吵的不可开交。

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3.电荷的本质

直到1909年,油滴实验才证明了电荷具有量子性,即总是某一个确定电荷的整数倍。后来,科学家们才发现了基本电荷e,即电子带有一个负的基本电荷,质子带有一个正的基本电荷。当然,夸克除外。电子的运动,导致电流的产生,从而可以使人们尽情的利用电荷做工。

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至于电荷到底是什么?到目前都没有人能够完全回答。只知道电荷就是基本粒子的本质属性,内在性质,就像电子自旋一样。我们既不能剥离电子的电性,也不能给电子再额外强加电量。人们所能做的也只有利用电荷产生的各种效应,进行实际应用。

小编告诉你平时用的电都是从哪里来的么

生活在现代社会,享受着电力带来的巨大福利,我们应该对这些技术有一点基本的了解。所以今天我们有幸请到了著名的物理学家李淼教授,来从物理学的角度看看各种中国人擅用的各类发电技术原理。

电力是怎么来的?

电力的出现,改变了人类的格局。所谓第二次工业革命,主要标志是电力进入我们的生活。

电力在中国的普及是不久前的事情。今天,我们已经适应了电力驱动的生活:照明、冰箱洗衣机空调、电脑手机……电动汽车不久的未来也会普及。当然,更多的电力是用在工业上。

可是,你有没有想过,中国的电力都是用什么方式发出来的?电力的不同来源的道理是什么?以及每到冬天被人们吐槽的发电带来雾霾,究竟是如何实现的?

回答第一个问题比较简单。中国电力来源主要是火力发电、水力发电、风力发电和核电,占比分别为:火电接近75%,水电不到18%,风电约为4%,核电不到4%。

中国最大电厂

二滩水电站(以装机容量算)

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回答第二个问题略为复杂一些,上面提到的火力也好,水力也好,都是将别的形式的能量变成电能,然后再输送出去或储存起来。所以,发电机就变得最为重要。有了发电机,别的形式能源可以通过先变成推动发电机的机械能,然后发电机就派上用场了。

要搞清楚电是怎么发出来的,我们第一步要先搞懂发电机的原理。

首先,我们来讲一下最简单发电机的构造:一台圆筒形的机器,最里面是可以转动的东西,叫转子,是用磁铁做的;转子的外面是固定的一些线圈,叫定子;然后就是从定子接出的电线。当机械的力量驱动转子转动时,转子的磁场在定子中产生了电流。

两块磁铁产生磁场

中间的金属线圈不断旋转

就能产生电流

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转子因为转动,对于固定的线圈来说,转子的磁场是不断变化的。这种用变化磁场产生电力的原理,正是英国大物理学家法拉第发现的。这个原理有个名字,叫电磁感应原理。法拉第是在1831年做出了这个改变人类的发现,第二年,法国人就发明了发电机。

那么,电磁感应现象又是怎么回事呢?做一个简单的小实验:拿一个电线做成线圈,然后,拿一个磁铁穿过这个线圈,你会发现,线圈会短暂地出现电流。相信很多人在中学的时候都做过这个实验。

黄色的金属棒在磁场中左右摇摆

就能产生电流

神奇不神奇?

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线圈为什么会出现电流?因为出现了电场,推动了线圈中的电子。磁铁穿过线圈时,线圈附近的磁场发生了变化。

我们将法拉第发现的定律概括如下:当磁场发生变化时,电场就会产生。电磁感应现象这个名称也就好理解了,磁场电场互相感应。

在法拉第发现电磁感应现象之前,法拉第亲手发明了电动机。电动机是用电力驱动机械,我们的家庭电器中到处都是电动机。电动机的工作原理是基于另一个电磁现象的基础上,也就是电流会产生磁场,正好和发电机原理相反。这个我们按下不表。

当然,发电机比电动机更重要,因为有了它我们可以将寻常的能源变成电力,而电力更易于输送和保存。

下面就来盘点一下其他几种发电方式(都属于磁生电)

利用水的势能发电

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常规水电站将水拦截至水库或者拦截河流形成大坝,集中水流的落差(动能和重力势能)形成水头经过汇集后,调节水流的流量,并将它冲击水轮机,带动发电机,将集中的水能转换为电能,再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。水电站的建成,对库区附近的生态产生了影响,库区周围的围堤侵蚀,造成水土流失,水坝的建成在洪期,下游人民不需要围堤坝了,利弊皆有!

抽水储能水电站

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顾名思义,就是将水从低处的水库抽到高处,再次发电。为什么要这样做呢?到了晚上用电量减少,不少电站的发电量充裕,这时候利用多余的电,将低处的水库的水抽到上游的水库,将水以势能的方式储蓄。到了白天,继续发电循环利用,将水从势能转化为电能。抽水储能水电站的出现解决了用电峰谷不平衡的问题,从而发挥了“调峰填谷”的作用。是各国大力发展的对象。

潮汐发电

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因为月球、太阳的引潮力以及地球自转效应,产生了叫做“潮汐”的东西。在海湾或者感潮河口建筑堤坝,闸口,水库把海水围起来。在涨潮时,把海水以势能方式储蓄,等到退潮时把海水以势能的方式放出,冲击水轮机,带动发电机从而产生电。

潮汐水电站和常规水电站的原理相同,都需要一定的落差。有的潮汐水电站是单裤单向发电,就是在涨潮时或者退潮时发电。还有就是单库双向发电,在涨潮和退潮都可以发电。水库外和水库里的水位差相同时便不行了。潮汐发电是一种清洁,不影响生态平衡的可再生的能源。得到政府部门的大力支持。

利用水的内能发电

水加热时,水吸收热量,使温度升高,则内能增加,水分子的热运动变激烈 ,水在变成水蒸气时水的内能最大,从而推动汽轮机发电。

火电站/地热发电

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火力发电其实就是烧锅炉,家里烧开水的时候都会有水蒸气,水蒸气带动汽轮机所连接的发电机进行发电。而火电站用的燃料是煤,天然气之类的,还有就是用工业废料做燃料,废物利用。

地热,其热量来是地球内部的铀,钾,钍等放射物质衰变所产生的热能。主要表现在温泉,沸泉,热水河等。利用这些进行发电,地热资源取之不尽用之不竭,是清洁,可再生能源,在我国的西藏地热资源占据全国的80%。著名的羊八井地热田是我国正在开发的最大湿蒸汽田。火电站的建设不需要对环境需要很大的要求,在一些偏远的地区建设对当地的供电提供了大力的帮助。

核电站

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核电站的原料是铀,铀在一个大的“锅炉”也就是反应堆中发生裂变,产生了大量的热量。泵机把冷却液输到这个大“锅炉”中,冷却液加热后被输送到蒸汽发生器中,蒸汽发生器就是把热水产生蒸汽。然后冷却液继续通过泵机输送到锅炉中。这个叫做一回路。有一回路就有二回路啦,一回路中的蒸汽发生器,产生蒸汽之后推动汽轮机,汽轮机带动发电机发电。

这就是二回路。那么还有没有三回路呢?肯定有了,二回路中的蒸汽通过汽轮机后就被送到冷凝器冷却,这时候用海水冷却,之后冷凝成了水,然后被送到一回路中的蒸汽发生器中继续发生蒸汽。同时也带中了电站废弃的热量。核发电站的发电量难调,那么多余的电量哪里去了呢?这些多余的电量就被送到抽水畜能水电站去了。所以抽水储能水电站是核电站的“双胞胎”兄弟。核电站对环境的污染小,如果发生核泄漏,对周围的地区造成毁灭性的伤害。

风能发电

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风力发电主要由三个部分组成风叶,机箱,金属架。风带动风叶的旋转,再通过加速器增加转速,提高发电效率。风力发电是一种最具规模开发潜力的清洁可再生能源利用方式。风遇到障碍物时会消耗其能量,风力发电机的建设都选在平坦的平原或者海上,在一些欧洲国家,海上风力发电机极其的流行,著名的“伦敦阵列”就是一个海上风力发电的项目。

电在我们的现代生活中是不可或缺的能量,一个城市停电了,造成的经济损失是不可估量的,我们现在用的电主要还是靠火力发电,火力发电主要是煤炭发电,煤炭的燃烧给空气带来了污染,影响了当地居民的身体健康,煤炭的燃烧增快了温室效应的发展,对周围的生态发展造成不可挽回的损失。一些清洁能源发电效率并不高,所以节约用电,节约用水从我做起。



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