电流为什么要分交流和直流其实背后隐藏着曲折的科学发展史

Rose 2024年02月20日 21:01 0

交流电和直流电的区别是：交流电的大小和方向随时间作周期性的变化，而直流电大小和方向不随时间变化；至于为什么要分交流和直流，要从历史发展中去解释，两种电流也在相互竞争不断完善。

伏特电池

最早的直流电并不是发电机产生的，而是电池产生的，1799年物理学家伏特利用盐水和锡锌金属片做成了一个原电池，两块金属之间会有电子的移动，产生了直流电。

利用原电池的方法，1801年英国化学家汉弗里・戴维给铂丝通上直流电，铂丝发出耀眼白光，虽然这种电灯的成本极高，也没有惰性气体保护非常容易氧化，用不了几分钟就报废了，但电灯的原型已经诞生，这年爱迪生还没有出生。

严格来说，爱迪生并不是第一个发明电灯的人，在爱迪生之前已经有大约20个人发明了早期电灯模型，但由于当时电灯内部抽真空技术并未被发明，灯丝材料的耐久性还有待提高，所以商用电灯迟迟未能上市，百姓只能用煤油灯。等到技术成熟后，爱迪生收购专利再将电灯推广到千家万户，为自己打响了知名度。这和直流电有什么关系呢？

爱迪生为了让居民用上电灯，在城市里建立了很多直流发电站，早期的电灯通的都是直流电，这有一个坏处。假设爱迪生的直流发电站在a位置，以a位置为半径1公里范围内的居民可以保证正常用电，但1公里以外的居民家中的电灯经常是昏暗的，因为直流发电机产生的110v电压，经过几公里的运输，电能都损耗在线路上了，到用户家中可能只有不到60v，这就是直流电的缺点：无法升压，电力损耗太多。但对于爱迪生而言，又有什么办法呢？直流发电机都建好了，出现这种问题！于是，爱迪生在城市里建立了许多发电站，覆盖城市来解决这个问题，这也是无奈之举。

直流电的缺点暴露后，交流电开始崛起了。

交流电配合当时发明的变压器，完美解决了线路上电力损耗的问题，先将110v的电压升压，电压上升，电流就会减小（p=ui），那么电路上产生的热功率p=电流的平方乘以r，就比原先小了很多。也就是说，只需要在城市中心建立一个交流发电站，然后在各小区装上变压器就可以保证电压稳定，不需要满城市建直流发电站。至此，直流电好还是交流电好，高下立判。

对于爱迪生而言，不可能让交流电占据市场，要不然自己的事业会遭到严重打击，爱迪生花了一番功夫抹黑交流电，说交流电会电死大象，对人类有很大的威胁。

实际上，直流电和交流电都会电死大象，但这与电流本身是否安全无关，谁也无法阻挡科学的发展。交流电上位后，直流电一度落寞，在大家印象里或许遥控器和玩具上还用得上电池的直流电，商业场合都是交流电的天下。

但是，早就有科学家注意到，直流电在特定情况下比交流电更有优势。之前将交流电升压是为了防止线路上过多的电能损耗。但随着技术的进步，目前的交流发电机经过换流器后，能够产生超高压的直流电，p=ui发电机功率一定的情况下，电压越大，电流就越小，损耗就越小。之前交流电取代直流电的根本原因是：直流电发电机无法产生超高压的电压。

技术到位了，直流电也能够用于商业，所以1954年世界上第一条商用高压直流输电线路在瑞典建成。目前中国的高压直流技术处于世界第一，超过800千米的远距离输电，高压直流的优势就体现出来了，比交流电的成本更低，例如海底电缆。但缺点是不能沿途供电，只能点对点传输。

从商业角度来说，交流电依然占主导，但直流电也未被遗弃，特定情形下有自己的优势。