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為什么電要分交流、直流?

大家有沒有想過,為什么手機充電插頭比一般插頭大?


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其實嚴格來講,這個“插頭”叫開關(guān)電源適配器,目的是將電網(wǎng)傳來的交流電轉(zhuǎn)換為直流電傳輸進電子設(shè)備中。筆記本電腦的電源適配器更大,冬天暖手更方便~


那為啥要把交流電換成直流電呢?讓我們從頭講起。


電是一種自然現(xiàn)象。電荷靜止或移動會產(chǎn)生很多有意思物理現(xiàn)象,比如雷雨天氣中會看到的閃電、冬天脫毛衣的時候噼里啪啦的火花。后來,科學家們從各種電效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律,于是發(fā)明出了電池、發(fā)電機、電動機。


先用直流電,還是先用交流電?


220伏/50赫茲交流電是我國的供電標準,所以很多人都以為家用電器用的都是交流電。至于直流電,大概除了那句廣告中會念叨的“直流變頻空調(diào)”,想不到其他的了吧。


其實,直流電應(yīng)用很廣泛,你肯定見過,也用過。比如:



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定義:

直流電,是指方向不隨時間發(fā)生變化的電流。

交流電,是指大小和方向都發(fā)生周期性變化的電流。

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從示波器觀測,一個是直的,一個彎的……


反正都是電,感覺差別不大?

No~ No~ No~



讓我們翻開歷史,講點八卦!


1884年,一個名叫特斯拉的年輕人帶著前雇主的介紹信,匆匆登上了開往美國淘金圣地的輪船。他要去找他的偶像——托馬斯·愛迪生,希望他能幫助自己完成交流電系統(tǒng)的發(fā)明。


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                    托馬斯·愛迪生


信上寫著:
“親愛的愛迪生:我認識兩個偉人,一個是你,另外一個就是這位年輕人?!?br/>
當時,愛迪生正在向全世界推銷自己的直流電系統(tǒng),根本不看好交流電。但憑借這封信,特斯拉還是如愿進入了愛迪生的團隊。愛迪生承諾,如果他解決了“直流發(fā)電機與電動機問題”,就付給他相當于今天的一百萬美元的獎金。


但當特斯拉把愛迪生的機器修好,并問“說好的一百萬呢?”

愛迪生竟笑了,他說:“特斯拉,你不懂我們的美國式幽默?!?br/>
心中偶像人設(shè)崩塌,被戲弄的特斯拉憤而出走,獨立門戶,從此,專心致志地做他的交流電系統(tǒng)。


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                                  特斯拉與交流電機


當時,愛迪生的直流電系統(tǒng)要求每一平方英里內(nèi)就要有一個發(fā)電站,并且因為傳輸過程中的損耗過大,傳輸距離也十分受限,而特斯拉的交流電系統(tǒng)用的導線更細,電壓更高,傳輸損耗小,傳輸距離遠。很明顯,交流電更有優(yōu)勢。
那處于劣勢的愛迪生做了什么?

為了“黑”交流電,愛迪生腦洞大開。賄賂政府官員,把死刑由絞刑改為交流電電刑。


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                          交流電電刑椅


甚至雇用小學生,用交流電將流浪貓狗電死,以此宣傳交流電“是十分危險”的。

好在特斯拉篤定“你黑不黑,交流電就在那里”的信念,通過哥倫比亞博覽會的照明工程,展示了交流電的可靠性和安全性,最終贏得了“電流之戰(zhàn)”,也還了自己清白。


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                                 哥倫比亞世界博覽會鳥瞰圖


從此,交流電被認可,取代了直流電,成了供電主流。


交流電、直流電,到底誰更好?

隨著線路電壓不斷提高,輸送功率和輸送距離不斷增大,直流電又得到工程師們的青睞。因為直流電不需要整流濾波,沒有相位差,比較穩(wěn)定。直流電如何升壓呢?簡單講,升壓工作交給交流做,交直流再轉(zhuǎn)換一下就好啦~而且,從經(jīng)濟性上看,雖然直流換流站比交流輸電的變電站造價高,但是直流線路只要正、負兩根線,交流線路三相需要三根線,直流線路造價更低,所以距離越長,越適合直流輸電。



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目前世界上電壓等級最高的輸電工程就是直流工程——±1100千伏準東—皖南工程。工程線路全長3324公里,比哈爾濱到??诘闹本€距離還長。


在輸電領(lǐng)域,一般超過30公里的水下電纜、 兩個交流系統(tǒng)之間的異步聯(lián)接也都是用的直流電。


交流電和直流電各有特點,有人打比方說,交流電像高速鐵路,直流電像空中飛機,一個中途可以停車,一個點對點飛。用哪個,要具體問題具體分析。


家用電器為啥要用直流電?

回到家用電器領(lǐng)域,IT產(chǎn)品(如手機、電腦)和絕大多數(shù)家電內(nèi)部均使用直流電。因為筆記本和手機要求輕便,所以整流器放在外面,而臺式電腦、冰箱、空調(diào)等就把整流器放到了電器內(nèi)部了。


為什么?回到本質(zhì),直流電是連續(xù)不斷從正極流向負極,交流電是波動的。而電子元器件是通過識別高低電位來工作的,例如電腦,有電位為1、無電位為0,交流電本身就會有過零點的電位,這樣電子元器件就無法進行正確的邏輯判斷。



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電學是一門不斷發(fā)展的復雜學問,這篇文章顯然是無法詳細說明每一種情況的,共勉~