家庭用電為什麼是交變電流
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因為直流不可以改變電流方向,而交流可以改變電流方向,可以在特殊情況的時候改變電流方向。
電在我們身邊隨處可見,它也屬於一種自然現象。當電荷處於靜止或者是移動的狀態時,它就會出現許多物理現象,就像是在雨季我們看見的雷電等。很多科學家根據各種各樣的電規律發明製造出了電池、電動機等等。
有的人會好奇,為什麼電會被人們分為直流電和交流電呢?原因是這兩種電是有着不同的特點的,今天我們就來探討一下。
首先,在電的用途上,比如發電,交流發電是要比直流發電更有優勢的。當下,全世界主流的發電就是水力或者風力發電,這兩種方式均是用閉合導體切割磁力線產生大小和方向不同的交流電。那麼它與直流發電相比,發電機的節後也比較簡單,也不用更換向器。
我國的供電標準就是220V/50Hz交流電,因此,一直有人認為我們日常生活中的家用電器也都是交流電。
而直流電卻很少出現在我們的記憶中,這是為什麼呢?
答案是我們根據公式P=UI,即電功率與電壓和電流呈正相關的關係,這就會導致我們要想將輸送功率(P)提高就必須也將電壓(U)和電流(I)同時增加。但是,大眾的日常家用電器是不能承受太大的電壓(U),那麼這就只能通過增加電流(I)了。然而,當電流增加的時候,那麼也同樣會使能量的耗損增大,而且還會不斷地產生熱量,這就需要增加輸電線路的粗厚程度,因此材料成本又會增加。所以直流電不能被廣泛使用,只能進行低壓短距輸配電。
然而,交流電則可以經過電力變壓器來進行變壓,從而可以形成高壓輸電的效果,這就會使損耗降低,進而能進行遠距離的高壓輸電。並且,我們還可以通過使用降壓器將電壓降到日常家用電器可以承受的電壓水平,大大提高了輸送電的效率。因此,在較長的一段時間裏,大眾普遍採用的是交流發電。
但是,隨着交流電的廣泛使用,有關專家也發現了交流電其實在高壓輸電的時候也會存在着較大的損耗。
綜上所述,我們可知交流電的最大優勢是可以通過變壓器克服遠距離傳輸電而出現的電能損耗,而直流電卻不能達到這樣的效果,因為直流電的大小是恆定的,所以它不能生成交變的磁場,從而就不能改變磁通量以及產生電動勢,也不能改變直流電的電壓。
再加上直流電的遠距傳輸也會導致輸電線上的電能被大量損耗,致使用户在接收並使用電的`時候,電壓達不到發電廠實供的電壓,所以直流電不能被廣泛使用,而交流電可以。根據P=UI,當電功率P不變時,電壓越大,反之電流就會越小,那麼電能損耗P=I2R就會減小,在高壓電輸送到了居民區再通過降壓器進行降壓,從而就確保了電壓220V穩定。
直流電壓有很多交流電所不具備的特性和優點,如在百分之九十多以上的儀器設備和各種電器內部的供電部位,均選用很多高低不同的直流電壓來進行供電。因為,直流電有確定的正負極性,並且電流方向也是確定的,電流強度的大小也比較穩定。由此我們可知,直流電與交流電優勢互補,不可或缺。
但是在低電壓輸配電方面,交流電明顯要略勝一籌,因為它要求的設備少,即變壓器就行,還可根據需求任意變換電壓等級;反之,直流電就需大量的設備,然後把直流變成交流再變成直流,在造價和施工上,要比交流電多得多。
在電力拖動方面,三相電動機結構簡單,造價低,廣泛應用於工農業生產當中,是電力拖動的主力軍;隨着科技發展,要求拖動的電機越來越精密,交流電動機已經不能夠適應了,這個時候直流電機就可以發揮它的優勢了,如:步進電機等。
我國的民用電是220v 50Hz的交流電,世界上其他國家雖然電壓和頻率跟我國不盡相同,但是無一例外使用的都是交流電,交流電如此普及,但是在日常生活中我們會發現,除了帶電機的和純電阻電器,其他家用電器基本上都不能直接使用交流電,而是要先轉換為直流電,比如電腦、電視、微波爐、電磁爐、充電器等等,由此看來,直流電似乎更適合家庭使用
為什麼民用電要用交流電呢?
這就要説到100年前的電流之戰了,當時有兩位天才科學家——愛迪生和特斯拉,愛迪生當時因為發明了電燈而成為了一名成功的大企業家和世界知名的'發明家,它是直流電的堅決擁護者,而特斯拉是愛迪生手下的一名職員,他更看好交流電的前景。後來因為經濟矛盾,特斯拉和愛迪生分道揚鑣,跳槽到美國西屋電氣公司,專注研發交流電系統,隨後的幾年時間裏,愛迪生和特斯拉上演了一場電流之戰,並最終以特斯拉的交流電勝利而告終。
交流電之所以能大獲全勝,主要原因是可以通過變壓器輕鬆的升壓與降壓,遠距離輸電損耗小,經濟效益更高,直流電雖然更適合家庭使用,但是不能升壓,不適合長距離的輸送,所以慢慢就被淘汰了。
現在的特高壓直流輸電是怎麼回事呢?
其實特高壓直流還是要依靠交流電才能完成輸送,從發電廠出來的交流電先通過變壓器升壓,然後通過換流器轉換為特高壓直流電,經過遠距離的輸送,再通過逆變站轉換為交流電,輸入到交流電網,在特高壓直流輸電中,交流電發揮着不可替代的作用。最後總結一下,交流電之所以能取代直流電,成為世界主流,根本原因就是其升壓、降壓更容易。
家用電是交流電。這是因為家用電並非由電廠發電機直接供給,而是在家附近經由變壓器降至220伏再入户的,這就涉及到電壓等級的改變。交流和直流兩種電流最大的不同的就是對電壓等級的處理能力,交流電可以通過變壓器靈活的改變電壓等級,而直流電不能直接通過變壓器來改變電壓,所以家庭用電一般為交流電。
家庭用電通常使用交流電也是因為電網是交流電,不管是什麼發電廠,最後都會由導線旋轉切割磁力線而產生週期性的電動勢進而產生交流電。用户如果需要直流電需用(AC/DC)交/直轉換裝罝,需要有整流電路,增加使用成本。而且相比直流電,交流電更加容易變換電壓等級,減小輸電損耗,增加輸電距離。
1、交流電
定義:交流電,是指大小和方向都發生週期性變化的電流。
交流電有兩個方向,流出去再流回來,大小在不斷變化。用頻率可以表示交流電方向改變的快慢,用相位可以表示交流電輸電起始時間。所以電學中把幅度、頻率、相位稱做交流電三要素。
交流電的使用場景:220伏/50赫茲交流電是我國的供電標準,照明用電、工廠用電基本都是交流電。
2、直流電
定義:直流電,是指方向不隨時間發生變化的'電流。
直流電只有一個方向,即:電流只能從正極流向負極。它的大小是穩定的。因為大小方向不變化也就沒有頻率和相位之説了。
直流電的使用場景:乾電池、蓄電瓶等是直流電。IT產品(如手機、電腦)和絕大多數家電內部均使用直流電。因為筆記本和手機要求輕便,所以整流器放在外面,而台式電腦、冰箱、空調等就把整流器放到了電器內部了。
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