电流为什么要分为交流电和直流电?

电是静止或者运动的电荷产生的一种现象,电荷在导体中定向运动时便会形成电流。电流为什么要分交流和直流?这并不是人为主观划分的,而是按照不同电流的自身特性而划分的,最直观的表现就是电流波形的不同。

交流电和直流电的区别

在电路或者导体中,电阻通常是不变的,电流的流动方向以及强度或电压则会随着时间的变化而改变。

交流电是一种电流方向会随着时间而改变的一类电流,通常简称为AC;而直流电的电流方向并不会随着时间的变化而改变,通常简称为DC。

直流电的电流强度和电压也会随着时间的变化而变化,通常叫做脉动直流电;而电流大小和方向都不变的叫做稳恒电流或者恒定电流,这是一种特殊的直流电,最早由爱迪生发现。爱迪生是重要的直流电商用推广者。

形式最普遍的交流电就是正弦波交流电,生活中用的电主要就是它了。对于交流电而言,如果只有方向发生改变,而大小不变,这种交流电被称之为矩形波交流电。1831年,法拉第发现了电磁感应现象,并发现了交流电。交流发电机的发明者是皮克西,特斯拉则为交流电的推广应用做出了很大的技术贡献。

交流电和直流电之间并非存在不可逾越的门槛。交流电经过整流便能输出直流电,再通过滤波便能形成稳恒直流电;而直流电通过逆变便能输出交流电。

注意,电流的方向并不是导体中电子的运动方向。电流的速度与光速相同,但是电子在导体中的运动速度却非常缓慢。

交流和直流各有优点、各有用处

历史上爱迪生和特斯拉就爆发了直流和交流之争,最终以特斯拉支持的交流电胜出而结束。人类最先商用的是直流电,随着技术的进步,后面才大规模推广使用交流电。实际上交流电和直流电没有熟好熟坏之分,各有各的用处。

不管是直流电还是交流电,在输送过程中都会存在损耗,主要是热损耗 ,这与导线中电流的大小有关,即Q=I? R t 。出于成本考虑,电阻很难降低,在电功率(P=UI)恒定的条件下,通过提高电压便能降低导线中电流的强度,从而减少电流传输过程中的发热损耗,提高输电效率。

此外,用户家中的用电设备只能承受很低的电压,还需要维持稳定的电压。电从发电厂经高压(至少上万伏)输电线路输送到千家万户,入户前还需要经过变压器降压至几千伏,用户接入时还需要进行再次降压,这样才能供用户正常使用。

交流电和直流电相比,交流电更容易变压,人们利用电磁互感原理制造的变压器(由法拉第发明)对交流电的电压进行升降。这样既可以进行远距离输电,又能够保证用户的电压不受影响。在当时那种技术条件下,由于使用交流电能够提高输电效率,因此交流电被大范围应用。

现在随着技术的进步,人们已经能够利用变流器对直流电进行升降压,因此直流输电技术又进入了人们的视野。

目前使用的交流电普遍是由三相交流发电机产生的,在电网传输时需要用四根线(三根火线、一根零线),进入用户家中时一般只使用两根线。

而利用直流电进行输电,只需要两根导线。交流电由于存在趋肤效应以及会产生涡流,输送同样功率的电流,交流电所需的导线是直流电所需导线的截面积的1.33倍。如果改用直流输电,则可以大大节省电网的建造成本。此外,直流电不容易产生电磁辐射。

目前我国生活用电采用的是220伏50赫兹的交流电,工业用电则是380伏的。在有些国家,民用电使用的则是110伏或者60赫兹的交流电。在用电过程中除了需要对电压进行改变,有时交流电的频率也需要进行改变。通常会将交流电变为直流电,然后再将直流电转换为所需要频率的交流电。

大型用电设备一般使用的是交流电,而生活中许多家用电器和数码产品虽然接入的是交流电,但内部电路使用的却是直流电。在一些电路中,其实两种电流都有交替使用。没有谁比谁更重要,各自有不同的用处。交流电和直流电互补长短,方能创造美好生活。

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