03.02 电为什么要分交流、直流?

我忘思恋


有没有想过,为什么手机充电插头比一般插头大?

这个问题如我今天看到另外一个问题:为什么纸飞机飞起来要哈一口气,我想了想觉得,我就是知道但是不知道怎么知识性的传播。这里整理一下。

其实严格来讲,这个“插头”叫开关电源适配器,目的是将电网传来的交流电转换为直流电传输进电子设备中。笔记本电脑的电源适配器更大,冬天暖手更方便~

那为啥要把交流电换成直流电呢?让我们从头讲起。

电是一种自然现象。电荷静止或移动会产生很多有意思物理现象,比如雷雨天气中会看到的闪电、冬天脱毛衣的时候噼里啪啦的火花。后来,科学家们从各种电效应中发现规律,于是发明出了电池、发电机、电动机。

先用直流电,还是先用交流电?

220伏/50赫兹交流电是我国的供电标准,所以很多人都以为家用电器用的都是交流电。至于直流电,大概除了那句广告中会念叨的“直流变频空调”,想不到其他的了吧。

其实,直流电应用很广泛,你肯定见过,也用过。比如:

定义

直流电,是指方向不随时间发生变化的电流。

交流电,是指大小和方向都发生周期性变化的电流。

从示波器观测,一个是直的,一个弯的……

反正都是电,感觉差别不大?

No~ No~ No~

让我们翻开历史,讲点八卦!

直流电,是电力革命急先锋。在早期的电磁学实验中,人们总是想方设法把产生的电能转变为直流电。

1879年,托马斯˙爱迪生制成第一只碳丝白炽灯,吸引了大量投资。此后,小爱同学一路顺风顺水,1882 年的一个夜晚,110 伏的直流电输送到纽约曼哈顿整个街区……大家终于可以扔掉煤油灯啦~

然而,直流输电的弊端也随着使用范围的扩大而逐渐显现:电压不变的情况下,供电距离的增加和用户的增长加剧了线路损耗。小型直流中心电站供电区域仅限于2公里不到的方圆内。

因为损耗量=电流²✕电阻,所以减小电流就能减少损耗。

在传输功率保持不变的情况下,电流和电压成反比,所以,提高电压就能减小电流,减小损耗。

当时高压直流技术尚不成熟,直流电变压比较复杂。这时候,塞尔维亚小青年尼古拉˙特斯拉背着书包,跨越大洋奔向偶像爱迪生。他有一个不太成熟的小建议——交流输电。交流电机比直流电机结构更简单,容易变压,可以简单、经济、可靠地解决提高输电电压的问题。

可是,这个建议被霸道总裁拒绝了。有人说是因为小爱同学没上过几天学,不懂高数,交流电对他来说有点抽象。为了阻挠交流电发展,爱迪生除了当众做交流电电死动物实验、发动媒体报道交流电事故,还促成电椅的发明——用交流电执行死刑。

当然,在这场交直流之争中,具有远距离输电优势的交流电还是赢了。(注意哦,这里讲的是输电。)

交流电、直流电,到底谁更好?

随着线路电压不断提高,输送功率和输送距离不断增大,直流电又得到工程师们的青睐。因为直流电不需要整流滤波,没有相位差,比较稳定。直流电如何升压呢?简单讲,升压工作交给交流做,交直流再转换一下就好啦~而且,从经济性上看,虽然直流换流站比交流输电的变电站造价高,但是直流线路只要正、负两根线,交流线路三相需要三根线,直流线路造价更低,所以距离越长,越适合直流输电。

例目前世界上电压等级最高的输电工程就是直流工程——±1100千伏准东—皖南工程。工程线路全长3324公里,比哈尔滨到海口的直线距离还长。

在输电领域,一般超过30公里的水下电缆、 两个交流系统之间的异步联接也都是用的直流电。

交流电和直流电各有特点,有人打比方说,交流电像高速铁路,直流电像空中飞机,一个中途可以停车,一个点对点飞。用哪个,要具体问题具体分析。

家用电器为啥要用直流电?

回到家用电器领域,IT产品(如手机、电脑)和绝大多数家电内部均使用直流电。因为笔记本和手机要求轻便,所以整流器放在外面,而台式电脑、冰箱、空调等就把整流器放到了电器内部了。

为什么?回到本质,直流电是连续不断从正极流向负极,交流电是波动的。而电子元器件是通过识别高低电位来工作的,例如电脑,有电位为1、无电位为0,交流电本身就会有过零点的电位,这样电子元器件就无法进行正确的逻辑判断。

电学是一门不断发展的复杂学问,这篇文章显然是无法详细说明每一种情况的。但是,如果女朋友问“带手机充电插头了吗?”你可以从容地拿出这篇文章,纠正道:“亲爱的,这个叫电源适配器。”——来自单身狗的建议。


机器人观察


电为什么要分直流电和交流电?

这是因为直流电和交流电有不同的特点。下面我根据自己的理解来试着分析一下各自的特点。

1,交流发电比直流发电有利。现在我们主流的发电是利用水力或者风力进行发电,都是利用闭合导体切割磁力线产生大小和方向不同的交流电,相比较于直流发电,交流发电机不需要换向器,发电机结构更简单。



2,交流电比直流电更容易转换。在我们的配电网络中,交流电可以很方便的利用变压器进行升压或降压,而直流电升压和降压则比较复杂。


3,直流电比交流电更加稳定。这也是我们大多数的电子设备需要用直流电的原因。就是因为直流电大小和方向不会周期性的变化,所以显得更加稳定。

4,直流电比交流电易于存储。目前我们见到的所有的电池,都是提供直流电。由于交流电的特性根本无法储存,即使要保存也只能是转换为直流电再进行储存。


5,直流比交流电有利于传输。直流电在远距离传输中的损耗只有线路的电阻损耗,而交流电既有电阻损耗,又有容抗损耗。并且直流电传输只要两根线,而交流电是三线制。这也是我国建设直流输电工程的重要原因。

上述为个人理解,如有错误请批评指正 。 最后别忘了点赞👍,谢谢!


电子维修


这个要从人类研究的电场历史说起。

在1831年法拉第英国科学家法拉第发现电磁感应定律以前,人类认识的电其实只有电荷简单移动形成的直流电。但是,法拉第等科学家通过实验和理论都证明,通过动磁可以生电,而这种电与电荷简单移动形成的电完全不一样。简单说就是这样的电是动电,还可以继续形成动磁,动磁又可以继续生成动电,这样循环往复,就可以形成形成电磁场,其向外传播就形成电磁波。而这一切又被麦克斯韦总结成了电磁场基本规律方程式:

这一方程组中明确的给出了直流电形成的原理,即第一组方程组,电荷可以形成可以向四周扩散的电场,这就是直流电的来源。而第三组方程组则给出了交流电的来源,变化的磁场可以产生交流电。而赫兹则将上述理论变成了可操作的电磁波发射与接收:

如图所示,赫兹通过给线圈断电,而产生变化的磁场,从而激发变化的电场,并通过金属板发射出去,并在另一端用金属圈接收,从而在人类历史上第一次完成了电磁波的发射与接收。

此后,这一技术迅速发展,人类由此发明了电报、电话、收音机、电视机、互联网、手机等等,真正实现了中国古代神话传说中的“千里眼、顺风耳”,而这些都是直流电,所不能完成的,而现实生活中,我们的家用电器中,用直流电的可能只有手电筒了吧!因此,可以说没有交流电,就没有现代科技的发展,就没有人类如今高效美好的生活。


地震博士


直流电指的是大小和方向都不改变的电流,交流电指的是大小和方向都作周期性变化的电流,两者在使用中有许多区别,各有各的好处。

交流电最大的优点是可以利用变压器来克服远距离传输导致的电能损耗。直流电是不能通过变压器来变压的,因为直流电的电流大小是恒定不变的,恒定不变的电流是无法产生交变的电磁场的,因此磁通量恒定不变,也就不会产生感应电动势,因此也就不能改变电压,那么直流电在远距离的传输过程中,必然会在传输的导线上损耗大量的电能,导致用户实际接收到的电压远小于发电厂实际供应的电压,因此直流电是不能用在长距离传输上的。而交流电因为可以改变电压,在长距离传输的过程中先用变压器升压,在发电厂提供的电功率P不变的情况下P=UI,电压越大电流越小,那么电能损耗P=I²R就会减小,当高压电到了居民区再进行降压,保证电压220V稳定。

直流电当然也有好处,比如我们家中用的电视机遥控器和玩具都是电池的直流电,因为电流恒定大小不变,不会损坏用电器适用于家中电器的1和0的语言逻辑,构造更方便简单。

说点题外话,很多人认为交流电之父是特斯拉,但我查了资料发现,交流电之父是法拉第,交流电机之父是波利特·皮克西,两者的发现均在特斯拉之前,大家都可以从官方渠道查证,不要从无根据的媒体上查证。


而很多人之所以认为交流电是特斯拉发明的是因为:1891年特斯拉在芝加哥博览会上用交流电接通了9万多盏灯泡,打败了爱迪生的直流电,因此特斯拉在交流电的商业推广上一举成名,很多人误以为特斯拉是交流电之父。加上网络上许多人都喜欢特斯拉这种悲情式的高智商人物性格,将自己的精神寄托在特斯拉身上,才导致特斯拉被越吹越神,特斯拉是有一定本事,但肯定没有网上说的那么夸张,自己深入了解就知道真相了。


科学薛定谔的猫


直流电是指大小和方向都不随时间而变化的电流,而交流电是指大小和方向都随时间做周期性变化的电流。

我们家庭入户的电线中传输的是交流电,但实际上,我们现在使用的大多数家用电器内部都使用直流电。比如,电视机、电脑、空调、冰箱等电器中都有整流器,是它们将入户的交流电转化成直流电,电器才能工作。

那么,电网中为什么不直接提供直流电,而是提供交流电呢?

实际上,最早的电网确实是使用直流电的,但在一场直流电与交流电的大战中,由于当时直流电在传输中的种种劣势,最终败下阵来。这场大战的两个代表人物就是大名鼎鼎的爱迪生和斯特拉。

作为直流电的发现者,当时最伟大的美国发明家,爱迪生在1882年修建了纽约的珍珠街电站,这是美国的第一座发电厂,内装6台发动机,可供6000个爱迪生发明的灯泡用电。爱迪生在珍珠街发电站开启的世界上第一个电能传送系统,能为59名曼哈顿用户提供110伏特的直流电。

但直流电当时不能变压,输出的电压是多少,用户那边就是多少。如果输出的电压过高,用户端的灯泡就会全部烧掉。在研制白炽灯的过程中,爱迪生选定110伏电压作为最适合的电压。但如果用适合灯泡的电压输电,输电距离就很有限,并且需要很粗的电线。

在这种情况下,电力只能传输到离中央电厂不到2公里的区域。爱迪生的珍珠街电厂服务范围很小,要服务整个纽约市,就必须建造数十座电厂,对纽约这样地价高昂的城市来说并不现实。

在科技史上,特斯拉被称为“电学奇才”“科学超人”,除了在电磁学和工程上的成就,特斯拉也被认为对机器人、弹道学、信息科学、核物理学和理论物理学等各种领域均有贡献。

特斯拉出生于克罗地亚,他天赋异禀,头脑里经常涌现奇特的想象。作为一名年轻人,特斯拉曾经在爱迪生的公司工作过几年,但两人在理念上无法达成一致,特斯拉后来辞职。

1888年,特斯拉得到了西屋公司创始人乔治·威斯汀豪斯的支持,开始研发交流电发电机。半年后他研制的交流电发电机取得专利。

交流电利用变压器可以轻易地升压到更高的电压,高压交流电可以通过较细而廉价的铜线传输到更远的距离,而后降压供给旅馆、公司或家庭使用。1895年,特斯拉研制出变压器,并成功而高效地将世界上第一座水力发电站——美国尼亚加拉发电站发出的电能,输送到千里之遥的洛杉矶。经测算,损失的电能仅为直流输送方式的二百分之一。

为打压特斯拉的交流电,爱迪生采用了各种方法,他想法设法贬低交流电的安全性和实用性。爱迪生的雇员甚至用公开电死大型动物的方式,来向公众宣传交流电的危险。

然而最终,这场直流电与交流电之争还是以交流电取胜结束。


洪良


我们先了解一下交流电和直流电的定义。交流电是指电流的方向(大小可能变也可能不变)随时间做周期性变化的电流。直流电是指电流的方向(大小也是可能变也可能不变)是恒定不变的电流。之所以分交流电和直流电主要是从使用角度来考虑的。我们知道电流通过导线的损耗主要是发热损耗。从公式Q=I²Rt(此公式是焦耳定律)得知,电流通过导体发热跟电流的平方、电阻、时间成正比,跟电压没有关系,电阻和时间改变的空间不大。且从电功率的公式P=UI→U=P/I得知功率不变的情况下电压跟电流成反比。所以我们要远距离传输电就要提高电压减少电流也就能减少电损。相比较来说提高或者降低交流电比直流电容易得多。所以运距离传输人们就用变压器把交流电升高千伏、上万伏,到地方了又用变压器降下交流电安全使用,我国的市电交流电是220v(方向和大小都随时间50Hz周期变化的正弦波形)是相电压(线电压=根号3倍的相电压。对于市电,相电压220伏,线电压是220伏的根号3倍,即380伏)。而我们大多用电器内部的电子元件用的是直流电所以就通过变压器或者开关电源把220v电压变成各种直流电供电子元件使用。

所以就出现了交流电和直流电。说到这你应该明白了吧!记得关注我哦!





凌零128


一、什么是直流电和交流电

直流:方向不随时间变化而变化的电流为恒定电流,简称直流。

交流:方向随时间变化的电流成为交流。

工业上普遍应用的交流电流是按照正弦函数规律变化的,称为正弦交流电。

二、交流电的普及

交流发电机的发现,促使我们开始普遍选择交流电,在交流电机发明之前,可以使用的只有直流电动机,当时还没有二极管,因此不容易将交流转换成直流,所以电源能否驱动电动机成为了交流电普及的一个分水岭。

三、交流电的优点

交流的好处在于,其电压可以从一个等级(通过变压器)很容易的转换到另一个等级。这样一来,它就可以将电压升得很高,因此即使输电距离很长,输电线的电阻也不会产生很大的损耗。

正弦交流电之所以得到广泛应用首先是因为它在产生、转换、传输和使用方面有着很大的优点。交流电可以通过变压器任意变换电压,从而进行远距离高压输送电能而减小损耗,亦可以变换频率载送多种信号;而且交流电机比直流电机结构简单、成本低、性能好、运行可靠、维修方便。其次,正弦交流信号经过各种处理,如进行相加减、积分、微分等运算后仍为正弦函数,都是一系列不同频率的正弦信号之和,故正弦交流信号源时电路的基本信号源之一。

在现代工业、农业生产和日常生活中,从发电站过来的电能都是交流电,而各种电池提供的能源则都是直流电,交流电在生产和使用中具有明显的优势和重大的经济意义。例如,在远距离传输时,将交流电压升高,采用高压输电线可减少线路上的电能损耗;当电能输送到用户,又可以进行降压处理,以便安全使用。这种升压和降压,在交流供电系统中可以很方便的由变压器来实现。很多用电设备(例如交流电机和照明设备)直接由交流电源驱动,交流电也可以借助变压器和整流设备转换为直流电。

四、直流电的优点

直流电相对交流电而言,没有周期性的变化,很稳定,所以非常适合给半导体电子电路供电。


老马识途单片机


电为什么要分直流电和交流电,是因为两者各有优缺点呀。


先来看两种电最直观的区别:

直流电:电荷单向流动,方向不变,最简单的直流电例子——电池!

交流电:大小和方向都随时间周期变化,没有正负极。现在我们远程的输电,包括很多大型的用电像是企业用电啊、家用电啊都是交流电。



直流电先被爱迪生发明出来,后来特斯拉又发明了交流电。当时直流电和交流电之争是非常厉害的,爱迪生本人就非常瞧不上交流电,用交流电先后电死了小猫小狗和一头大象,甚至还发明了电椅死刑。。。。。反正就是一定要证明交流电不安全。


但是后来交流电还是被大范围的使用了,并且一直广泛应用到现在。

原因也很简单:因为当时直流电很难进行长距离的运输。


用直流电发电,距离越长,线路上的电能损耗也就越大,也会出现降压的问题。比如你在房山的发电厂发了100w的电,走到平谷的时候只剩30w了。。。。。耗损太大了!而且你在房山发电厂发出了220v电压,输送到平谷的时候只剩110v了,电压变了,电器也受不了啊。

而交流电只要利用变压器就很容易进行升压,实现长距离输送,在输送当中功率损耗也很小。

在当时的情况下,就选择了便宜好用交流电来远距离输电啦。

有好些特斯拉的支持者可能会觉着,交流电曾经打败了直流电!交流电最厉害!

但这其实还是当时的科学技术受限所导致的选择,直流电并不是一无是处的。


比如,直流电的输电量更高。

再比如,直流电更加稳定。两个不同频率的电网,如果是直流输电的话完全可以无障碍链接,但是交流电就必须要经过交流直流电的一系列转换才行。

再再比如,在输送相同功率的时候,直流电线路造价低。因为直流电一般只要2根电线,交流电要3根。

现在呢,随着科学技术的发展,人类已经解决了直流升压这个问题,直流输电也开始逐渐的被应用起来了,以后很可能是交流电和直流电共同应用在输电当中。


不吃肠的大肠


很高兴回答你的问题。

直流电和交流电是有本质区别的。直流电是爱迪生发明的,交流电是特斯拉发明的。

推荐大家看一部电影——

《致命魔术》。

休·杰克曼和贝尔在诺兰的指导下,疯狂飙戏。而电影的表象,就是交流电诞生,对于世界的改变。夸张和象征的手法,预示了交流电的出现,世界将迎来变革。

在电影里,爱迪生的名字被多次提及,爱迪生成为了阻碍科学进步的化身,到处去阻碍特斯拉。是一部非常好的电影。

电影里最多被提及的一句台词是:“R u watching carefully?”其实某种程度上,就代表了交流电的神秘,仿佛魔术,也预示着科学进步,是你可能不擦亮双眼就跟不上的内涵。

交流电和直流电最大的不同就是:

交流电可以远距离传输。通过变压器的存在,可以长距离输送,而且功率损耗非常低。

当然,直流电也有好处,就是线路造价低,而且电压稳定。

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毕竟,我辣么萌~


不哈韩的小韩


之所以要区分直流电和交流电,这与电子的运动模式有关。在直流电中,电流的方向和大小保持恒定,均不会随时间而发生变化。而在交流电中,电流的方向和大小会随时间发生周期性变化。

伏特在19世纪初发明了干电池,这是人类史上首次使用直流电。几十年后,爱迪生的发明把直流电成功商业化,让普通家庭也能用上电。法拉第在19世纪30年代发现了电磁感应,并利用这样的原理制造出了交流电,所以他被誉为交流电之父。到了19世纪末,特斯拉的发明把交流电投入实际应用,并引发了爱迪生和特斯拉之间的“电流大战”,这是一场关于直流电和交流电孰优孰劣的斗争。

虽然直流电率先被投入使用,但直流电有个缺点,不能远距离输送。而交流电通过变压器升压之后,可以进行长距离输送。因此,“电流大战”最终以交流电占上风而告终。

目前,我们既使用直流电,又使用交流电,它们各有用途,不能说孰优孰劣。此外,随着技术的进步,特高压直流输电已经有得到应用。事实上,使用直流电进行输电更为高效,对电力的损耗更少。