第五百六十六章 得先有电（二）

利用电能涉及到两大发明：发电机和电动机——发电机将其他能源转变成电能，电动机将电能转变成机械能推动机器。

        而这两种机器工作的基本原理，都是建立在电磁学理论之上的。

        因此，发电机和电动机都是在搞清楚了电磁原理之后发明的。

        电和磁的关系，是被丹麦物理学家汉斯·奥斯特偶然发现的。

        1820年，他在给学生上完课收拾仪器时，无意间发现了通电导线旁边的磁针会改变方向，并且因此发现了电流的磁效应，这成为了后来电动机的工作原理。

        把电磁关系的研究推向高潮的是法拉第，他的研究成果是发现了磁生电现象，这就为发电机的出现提供了可能。

        但遗憾的是，天才的法拉第没有受过高等教育，数学很差，没办法把自己的理论继续推进。

        他的实验成果后来被麦克斯韦应用，从而建立起了现代的电磁学理论。

        在电学方面，理论的大厦最终是由英国著名科学家麦克斯韦完成的。

        如果要问英国在牛顿之后第二个伟大的科学家是谁，恐怕要数麦克斯韦了。

        麦克斯韦用数学公理化的方法将安培、法拉第和亨利等人的电磁学理论系统化，把电、磁和光用一组方程式，即麦克斯韦方程组统一起来。

        这项成就被誉为继牛顿力学之后，物理学的第二次大统一。

        爱因斯坦称赞麦克斯韦是对20世纪最有影响力的19世纪物理学家。

        电学成就的第四个高光时刻，就是它的普及和应用。

        这个工作，其实是由德国和美国一批真正来自工业界，并且能够看到电的应用前景的发明家完成的。

        这些人认识到电是一种能量，并将它和产业革命联系起来了。

        世界上第一台真正能够工作的交流发电机是由德国的发明家、商业巨子西门子设计的。

        和之前的发明家不同，西门子本身就是一个企业家，他搞发明更多地是为了应用。

        1866年，他受到法拉第研究工作的启发，发明了交流发电机，随后就由他自己的公司制造了。

        从此人类又能够利用一种新的能量——电能，并且由此进入了电力时代。

        1891年，美国著名发明家尼古拉·特斯拉所在的西屋电气公司利用他所发明的多相交流发电机开始为全美国提供照明和动力用电。

        短时间内别想整出大型发电厂，甭管多么落后都被想，什么火力发电厂、水力发电厂、风力发电厂、核电站等等，都跟林加德没关系。

        他现在能做的就是先把电给鼓捣出来，然后再考虑大规模应用的问题。

        这个倒是不难，只要明白原理就不难！

        整个发电过程，实际就是把各种能量转换为电能的过程。

        比如说火力发电站，就是燃烧燃料将其化学能转换为热能，然后在加热锅炉中的水成蒸汽，推动汽轮机做功，将热能转化为机械能，最后通过发电机组将机械能转化为电能，从而完成整个发电过程。

        其它诸如水力、风力、甚至核发电站，工艺流程上也差不多。

        在发电厂中，最关键的设备就是发电机，它是直接产生电能的设备。

        学过初中物理的都知道电磁感应定律：放在变化磁通量的导体，都会产生电动势。

        如果是闭合导体在变化的磁场中，或者闭合导体在磁场中做切割运动，均会在导体中产生电流，这也就是发电机工作的基本原理。

        以火力发电为例，其发电过程如下：使用燃料（如煤）将锅炉的水烧成水蒸气（一般是高压水蒸气），然后用水蒸气推动汽轮机转动

        这个就像以前烧煤的火车，只不过蒸汽火车是推动活塞做往复运动，经过机械转换为圆周运动，从而带动火车向前跑。

        而火力发电中汽轮机是与发电机连接的，汽轮机带着发电机的转子转动。

        发电机里面有个定子，由铁芯、机座、线圈等构成，主要用于产生固定磁场。

        而发电机中的转子，主要由转子绕组、导磁的铁心以及转子轴伸、护环、中心环和风扇等组成，在其旋转的时候，切割定子产生的磁场并产生电动势。

        由于电动势是在转子上产生，所以需要使用三个滑环引出三相交流电，并配送出去。

        这种发电方式的发电机叫做转枢式发电机，是从运动的转子端产生电能，因此功率不能做得很大，放在早期发电机上没什么大问题。

        后来最常用的发电机工作模式为转极式，其结构是在定子上安装三相线圈匝数相等的线圈绕组，而在转子上安装磁极和励磁绕组，利用二个滑环向转子励磁绕组通入直流励磁电流，在转子上产生恒定磁场。

        当转子旋转时，该磁场也跟着旋转，旋转的磁场经过定子的三相对称绕组，相当于定子的三相绕组切割磁场，因此在定子三相绕组中感应三相对称电势，连接闭合回路后就输出三相交流电。

        这种方式由于电能是从固定的定子端产生，没有运动部件，所以发电功率可以做得很大，后来市面上发电机基本都是使用这种方式。

        上面所述就是发电机发电的基本原理和过程，也就是把机械能转化为电能的过程。

        各种火力、水力、风力、核能等发电厂，都是通过各种方式，将可以利用的能源转为可以带动发电机转动的机械能。

        比如说火力和核能，都是使用热能加热水，产生水蒸气推动汽轮机（汽轮发电机）。

        水力发电机，则是通过将水蓄起来，从高处流下推动水轮机，从而带动发电机转子转动（水轮发电机）。

        而风力发电机，则是直接利用风力推动风车带动发电机发电。

        当然，发电厂要完成上面这些看似简单的流程，除了需要制造精良的汽轮机发电机、水轮发电机外，还有相当复杂的配套设备。

        比如说火力发电，就包括燃烧系统（包括锅炉、省煤器、磨媒机、排粉机、送风机、引风机及风管等）；

        汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁、冷却系统等）；

        电气系统（汽轮机、发电机、变压器等）、管网系统、控制系统等组成。

        因此，虽然看起来发电的原理挺简单，但是要真正地将电发出来，可不是一个简单的工程。


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