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交流電是怎麽發明的?有了直流電,為什麽還要發明交流電?

2024-07-09科學

導語

1888年,美國發明家尼古拉·特斯拉透過試驗高頻高壓電,成功讓燈泡點亮,證明了交流電的重要價值。

直流電已經發明了這麽多年了,交流電為什麽到19世紀才突然興起?

剛剛發明交流電的時候,交流電是怎麽來歷又是什麽樣子的呢?

交流電距今已經有130多年的歷史了,那麽它又是怎麽發明出來的呢?

又是誰發明出來的呢?

有了直流電的情況下,為什麽還要發明交流電?

直流電的局限。

古代的時候,人們已經開始發現類似靜電現象了。

但是當時人們還不能制造出自己的電源,只能等到自然界的閃電或者是火星產生的電流的時候,利用一些金屬桿或者是果樹上長出來的果實來收集電荷,形成靜電。

西元前600年,希臘的蘇魯學派的庫爾奇就設計出了世界上第一個電磁裝置。

2000年前,古羅馬人發現了磁石長什麽樣子,有什麽特性。

但是直到西元1600年,英國的威廉·吉爾伯利就發現原來電和磁現象可以互相轉化,有了磁力就能產生電。

這才首次系統的闡明了電和磁現象的關系,隨後1800年,歐姆對電路的研究讓人們的知識有了新的提升。

1800年,奧斯特研究發現,當電流透過兩塊不同金屬的接觸處,就能產生熱量,就會變成熱的。

1831年,法拉第發現當磁鐵在螺線管中不斷向裏面移動的同時,會在螺線管的內部產生電流。

然而,又發現,螺線管的一定不能是導電的金屬,比如說鐵,因為當導電的鐵經過磁力作用會產生電流,簡單地說就是一定不可以相互幹涉,否則兩個物質會產生很大的熱量,甚至會發生燃燒。

什麽物質都不能用,用什麽物質是最好的呢?

1833年,亨利就將法拉第的電磁感應原理實作,制造出了螺線管。

而螺線管的材質,因為亨利在美國沒有很好的物質,所以就將螺線管的材質換成了導體絞絲中間套了一層絕緣材料。

當然,這樣的材質會多大程度上影響電磁感應的效果,亨利也不是很清楚。

所以為了找到更好的方法,亨利絞盡腦汁。

正好,另一個科學家法拉第也正在研究。

亨利就去咨詢了法拉第,並且學習了法拉第的發明。

亨利將螺線管的線圈做得很大,可以容納,此時在螺線管中的線圈就不會因為線圈相互之間的影響,所以就用同樣材質的線圈。

很快,亨利就發現了方法,亨利就用同樣的線圈做成螺線管,然後透過導線將螺線管連線起來,做成一個大的螺線管。

一上午過去了,亨利還是沒有發現有什麽效果,亨利想當然以為這樣就完成了。

直到亨利把桌子上的一只老鼠籠放倒在螺線管裏面,結果引起了電流。

「哥,有電流,哥,有電流。」

亨利激動的擺動著手臂,急忙讓手下的人員圍觀。

1828年,德國的斯托赫利完成了世界上第一台直流電機。

斯托赫利利用銅制的螺線管在鐵制的磁鐵上來產生電流,然後鐵制的磁鐵制成了凹槽,對其進行螺線管的連線,讓銅管在鐵磁鐵中不斷旋轉產生電流,然後就產生了電磁力,最後就產生了電動力。

直流電是在電源中正負電荷相互分開,流到電器中後就會產生電洞電流,從而產生電場,從而推動電流的軌跡去流動,最後就將電能傳到電器中。

然而,直流電也有它的缺陷。

1、輸電距離短。

當直流電從發電機流向路線的時候,由於電流的阻力等因素會受到較大的影響,產生能量損失,所以輸送距離會受到限制。

2、電力傳輸效率低。

能量損失主要是來源於電流的阻力等因素受到降低,電能轉換效率不高。

中國首次開始建造電力路線,就是為了輸送北京兆電廠所發電生產出來的電能,並且整個路線只有10公裏,因此電能的損耗也不是很大。

但是當工業發展已經到了一定的程度,電能的輸送距離就無法滿足了,因為電能的損耗會受到影響。

此外,電源只能產生一種電壓,當需求地區的電壓和產生地區的電壓不一樣的時候,也無法產生電能。

另一方面,發電機因為用的時間長了,沒有合適的進行維護,就會走動叭。

但是直流電是不能逆變的,也就是不能逆時針走,所以就會產生鬼火,對人體造成傷害。

交流電的發明。

直流電的局限性就是輸電效率低,遠距離輸電時對電能的損耗不可估量。

另一方面,當處於遠距離輸電時,電壓就會遇到不一樣的問題。

直流電只能用一根接地線的形式來接通電路,連線電器,本身的電壓也是一樣的。

但是生活和生產等方面,都會有不同的電器,比如說我們的手機充電器。

手機充電器需要有將高壓變成低壓的變壓器,直流電就需要有電容器。

電容器是將電流的正負電荷分開,但是電容器只能將電流的正負電荷分開一定的時間,時間超過它的容量,就會釋放電流。

從而就會燒了電線。

交流就是在峰值電壓變化的過程中,將電壓做到變化,產生正半個周期和負半個周期的交流。

因為正負電流是平均的,所以交流電就可以用兩根線或者是多根線將電流輸到不同的電器上,避免不能逆變的直流電產生鬼火的情況。

交流電就可以根據需要來改變電壓。

那麽就需要有交流產生源,交流電的產生源就是交流發電機。

交流發電機是透過轉子產生電流槽位,轉子在渦流的情況下,透過轉子產生電流,電流產生電場,最終就產生電流。

1832年,法拉第使用指標電器在磁鐵內部產生電流,法拉第也嘗試用兩個指標電器產生電流,但是當發現兩個指標電器的指標方向相反的時候就會相互抵消,就將兩個電器的指標方向不一樣,用交替法則最終就發現了交流,成為最早制造出交流的發明,從而開啟了交流發電的先聲。

幾年後,福西尼發現,法拉第使用的交流發電機的原理很好,但是制造起來很復雜,需要將兩個發電機接到一塊,產生電流。

福西尼就把法拉第的東西抄了一遍,然後將它們接上電源,就發現產生了電能,這就成為最早制造出交流發電機的人。

福西尼就將發電機制造出來,然後將輪子轉起來,就能將電源作為其他電器的電源,制造電能。

1888年,特斯拉發明出交流電。

特斯拉試驗高頻高壓電。

1888年,特斯拉透過看報紙得知一些關於發電的訊息,隨後就和父親討論,於是就下定決心研究發電機。

很快,特斯拉就買了火藥和炮彈,在家中進行試驗,結果爆炸了。

父親知道後,就責怪特斯拉消耗了家中的錢,對特斯拉進行了嚴厲的批評。

特斯拉自小喜歡閱讀書籍,對電方面的知識也很感興趣。

當時世界上非常流行直流電,另一方面,特斯拉一直想知道當電壓增長的時候會不會產生電火花,或者是弧光。

所以就在這個想法下,特斯拉產生了高頻高壓電。

1867年,特斯拉就來到克拉克大學研究交流電。

特斯拉想要將電流在導線中流動,就要將導線和導線之間的電流流動起來。

所以就要將導線起來,這個時候就需要有磁鐵,當磁鐵和導線之間產生電流的時候,就會產生電磁力,從而就將導線發出來。

1885年,特斯拉來到紐約,開始研究高頻高壓電。

特斯拉在研究過程中,將電弧放大之後,就有了電流、電壓,最終就形成了交流電。

特斯拉就是喜歡研究弧光的人,所以特斯拉就沈凝於弧光下的高頻高壓電。

在很長的時間內,特斯拉將弧光增大之後產生很大的電壓,最終將燈泡點亮。

結語

特斯拉就拿著發明的燈泡來到社交場所,用燈泡來照亮別人,但是特斯拉不想以這樣來照耀別人。

相信未來的光明將會來到,但是特斯拉現在就繼續研究高頻高壓電,發明出各種交流電的知識。