电是如何被生产出来的？

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前言

电力，这个现代社会不可或缺的能源，是我们日常生活和工业生产的重要支撑。然而，很少有人想过电是如何产生的，电力背后的故事充满了创新和发明的历史。在本文中，我们将追溯电力发电的起源，并深入探讨一些关键发明和技术，以了解电力是如何从发电机中产生的。

一、第一台发电机

电的故事始于1832年，当时法拉第提出了一系列有关磁铁感应电流的理论。

他发现当一个磁铁靠近或离开线圈时，会产生电流脉冲。这一发现成为后来发电机原理的基础。然而，最初的电流产生非常微弱。

法国仪器制作者希波吕忒·皮克西读到法拉第的研究后，将其与其他特性结合起来，发明了第一台单个发电机。他设计了一个U型磁铁，并使其旋转近线圈。这一创新导致了电流的产生，但电流方向会不断变化。皮克西的发明诞生了交流电的概念，尽管当时人们认为这种电流没有实际用途。

为了解决这一问题，皮克西咨询了当时法国顶尖电气专家安德烈·安培。安培建议使用一种叫做换流器的装置，它包括电刷和线圈，可以将交流电转换成单向脉动直流电。然而，尽管使用了换流器，这种发电机仍然无法满足电报系统的需求，因为电压波动太大。不幸的是，皮克西在一次车祸中去世，未能从这一发明中获益。

二、大功率发电机

在接下来的16年里，电的发展相对停滞不前。直到弗劳利斯·诺莱，一位来自布鲁塞尔的教授，发明了一个新型的发电机。

这个发电机被称为同盟线圈，具有40个磁铁和16个线圈，可以产生50V的电压。尽管同盟线圈可以点亮电弧灯，但它仍然存在问题，其中的换流器会产生火花，电刷也容易磨损。

然而，在七年后，一个偶然的发现改变了一切。他们不小心没有使用换流器来测试发电机，却发现交流电也可以点亮电弧灯。这标志着人类第一次成功地利用交流电进行工作，而不是将其转换成直流电。这个发现为交流电的应用铺平了道路。

三、电磁铁发电机

在19世纪中期，电磁铁成为发电机发展的关键。约瑟夫·亨利于1831年展示了使用简单的电池可以产生强大的电磁铁。这一发现为电磁铁发电机的诞生奠定了基础。

塞缪尔·瓦力，一名英国电报发报员，可能是第一个发明电磁铁发电机的人。他在1856年制造了一个电磁铁发电机，并在10年后申请了专利。然而，瓦力的成就被忽视，因为他与外界联系较少，而他的哥哥科隆威尔·瓦力的社交圈更广，导致后者的名声更响亮。

另一个发明者是王尔德，他的广泛人脉也为他的成就铺平了道路。他在1864年发表了一篇论文，描述了如何使用电磁铁来制造发电机。他的思路是利用电磁铁的强磁场来产生电流，然后将这些电流用于发电。他的实验非常成功，他甚至用这个发电机融化了金属棒。

四、自激励磁

然而，产生更多的电流并不容易，因为这意味着需要更多的力来旋转发电机。为了解决这个问题，科学家们开始设计自激励磁发电机，这种发电机可以利用自己产生的电流来驱动电磁铁。

这个想法的关键是将一部分发电机产生的电流重新接入电磁铁线圈，从而产生更强的磁场。

自激励磁的关键是如何启动过程。一种方法是使用电池提供电流来启动发电机，另一种方法是使用小磁铁与电磁铁摩擦，甚至可以利用地球的磁场来启动。自激励磁的工作原理是，电磁铁首先产生一个小的磁场，然后发电线圈在弱磁场中旋转产生电流，一部分电流重新流回励磁线圈，增加了励磁磁场

的强度，从而又增加了发电线圈的感应电流，这种反馈过程最终使得发电机产生强大的电流。

五、实用的发电机

自激励磁和电磁铁是制造强大发电机的关键技术。在1866年，德国科学家维尔纳·冯·西门子发现了自激励磁技术。他在20年前创立了西门子·哈尔斯克公司，主要用于德国的电报电线。维尔纳·冯·西门子成为第一个生产自激励磁发电机的人。这个词来自希腊语\”dunamis\”，意为动力。这个术语后来被用于描述直流发电机的名称。

然而，塞缪尔·瓦力，虽然在专利上领先于西门子等其他科学家，但他的工作在当时的科学界几乎被忽视。

随着直流发电机的发明，发电厂如雨后春笋般涌现，为城市点亮了灯光，也为家庭照明提供了电力。大多数发电机仍然使用换流器产生脉动直流电，而不是交流电。然而，这并非因为交流电更危险，而是因为发电机的自激励磁电流只能生成直流电。

六、交流电应用

19世纪晚期，只有少数有远见的科学家开始考虑使用交流电。其中一个有远见的科学家是尼古拉·特斯拉，于1887年发明了多相交流发电机设备，同时也发明了多相交流电动机。

这一系统包括多个相互独立的线圈，围绕在点磁铁外边，它们产生相同频率但不同相位的交流电。多相发电机具有更高的传输效率，因为可以使用更多的导线传输更多的电力。这一技术大大提高了电力传输的效率。

多相电还可以驱动更强大的电机，因为不同相位的电流可以在不同时间点驱动电机转子。因此，现代发电场通常使用三相发电机产生电能，这一技术也被广泛应用于工业领域。

七、发电厂

不同类型的发电厂利用不同的方法产生电能。

煤炭发电厂通过燃烧煤炭产生蒸汽来驱动电磁铁旋转。核电厂则使用原子反应产生热能，将水蒸气推动发电机旋转。水电站则利用拦河坝产生的水压推动电磁铁转子旋转，从而产生电能。风力发电机则利用风能来旋转转子并发电。这些不同类型的发电厂都利用了相似的基本原理，将机械能转化为电能，为我们的现代生活提供了不可或缺的电力支持。

总结

电力的发展历程充满了创新和发明。从最早的发电机到自激励磁技术和多相交流发电机的出现，电力行业不断演进，为现代社会提供了便利和便捷。