陪孩子一起玩:生活中的电学实验
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第三节 交流电

一、日常生活用电从何而来?

由于电池容量很有限,主要用在便携以及耗电量小的电器中。

家里的空调、电磁炉、厂矿中使用的电动机、用于灌溉的抽水机,这些电器中的电从何而来、又是如何产生的呢?

生活电器用到的电,都是发电机发出来的,是交流电。进入到我们家里的两条电线,一条是火线,另一条是零线。可以用电笔测出哪条是火线。如图1-3-1所示。

图1-3-1 电笔

生活用电大多来自于火力发电、水力发电、风力发电、太阳能发电,还有核发电等。

以火力发电为例,煤炭燃烧后将锅炉里的水变为蒸气,蒸汽推动汽轮机,汽轮机带动发电机,如图1-3-2所示。水力发电是由水轮机带动发电机,如图1-3-3所示。风力发电是由巨大的风叶带动发电机,如图1-3-4所示。

图1-3-2 火力发电

图1-3-3 水力发电

图1-3-4 风力发电

太阳能发电被誉为是理想的清洁能源,如图1-3-5所示。通过光伏组件产生电压,再经过逆变器(直流变交流的设备)转换为符合要求的电压。太阳能发电目前正在推广中,有些家庭在房顶安装太阳能发电设备,自给自足的同时,多余的电还可以出售给国家电网。

图1-3-5 太阳能发电

在发射人造卫星时,如果你看过电视直播,一定有这样的镜头,当控制中心传出“太阳能帆板已打开”时,全场掌声响起,因为太阳能帆板打开(如图1-3-6),就意味着能持续为人造卫星提供电能。

图1-3-6 卫星太阳能帆板

核电厂一般建在偏远地区(比如海边),如图1-3-7所示,核电在正常情况下是安全而干净的,但是一旦发生核泄漏,后果是可怕的。核电的主要原理是核裂变产生巨大的热量,使水变为蒸汽,蒸汽推动发电机,是不是与火力发电很相似呢?

图1-3-7 核发电

电是如何到流到千家万户的?不管是风力发电还是火力发电,电压都需要经过升压后传送到目的地,再降到符合要求的电压,比如家里照明电是220V(伏),灌溉用的水泵是380V(伏),小朋友是不是又在眨眼睛,为什么要升电压,又要降电压。这是一个初中乃至高中才会学到的知识,不过现在我可以简单告诉你,这么做是为了降低传输线路损耗,如图1-3-8所示是高压输电。

图1-3-8 高压输电

二、交流电的特点

生活中使用的交流电,它的电压大小与方向是变化的,频率是50赫兹。三相交流电的波形如图1-3-9所示。

图1-3-9 三相交流电的波形