继续昨天的话题,今天早上又跳闸了,后来发现是有水滴到插座上了,拿到旁边晾一晾,晚上回家看看是不是就好了,再一次证明空气开关是很厉害的,非常灵敏,着火的概率非常低。
公布一下昨天问题的答案,电闸推上去闭合,拉下来断开就是一种安全用电的应用,为啥呢,因为如果反过来,推上去是断开,那么有可能在外力或者是重力的干扰下,导致电闸掉下来闭合,这时候检修人员是不知道的,有触电的风险。
安全用电从家庭电路引申至入户电路,有种东西叫变压器,为什么要变压,就要说到远距离输电,电能是一种能量,能量是可以进行转化的,水力发电是用势能变成动能再变成电能,火力发电是热能变成动能再变成电能,核电是核能变成热能变成动能再变成电能,咋都要变成动能呢?因为有个东西叫发电机,磁场加线圈。
如果家里面有四驱车,就特别好做这个实验,用里面的小马达,舌头舔着电刷,手动转动电机的金属轴,舌尖上就会有种麻酥酥的感觉,这个就是发电的过程。
扯远啦,赶紧收回来,因为一般讲到安全用电,孩子们都学过焦耳定律的,即电在传递的过程中,会产生热,而热的产生是因为导体中有电阻,但是一般电路导线里面的电阻很小,基本上可以忽略不计。
但我们都知道,城市里面是没有电厂的,我们的三峡大坝还有西电东输的任务,那在这么远的距离下,电阻产生的热是不能忽略的,那么最理想的方案就是用超导体做导线,没有电阻就搞定了,但是目前还没有常温超导,超导实验也是要在液氮的低温下才能进行,我们只能通过别的方法搞定。
这时候我一般会引入一道竞赛题,即远距离输电电线的特点,以及这样做的好处是什么,远距离输电线路是由多股金属缠绕而成,中间是相对比较细的铜线,外层是比较粗的铝线,这道题考察了非常丰富的知识点,首先大家要知道金属的导电性顺序——银铜铝铁,这时候有的学生可能爱抬杠,比如说还有金,还有钙,我说你这都是极端情况,你给我找根钙线我看看。
四种金属常见,且有代表性,为什么不用银线,很简单,成本太高,为什么不全用铜线,这里面其实有两个答案,一个是因为铜的密度是8.9,铝的密度是2.7,全用铜线质量太大,远距离输电,需要假设更多的电线杆,减轻质量是一个答案,但全用铝也不行,因为铝的强度没有铜大,比如易拉罐就是铝的,很容易捏扁,中间细铜线的目的就是增加强度,也是一个答案。
一般讲到这里我会引申一下,中国是个缺铜的国家,会讲铜钱是铜六铅四,会讲坦赞铁路等等等等。
最后一个答案就是多股拧成一股,增大横截面积,同时也避免一根断了导致整个电路断开,讲到这里孩子们已经很佩服了,这时候一定要反其道而行之,告诉他们其实跟导线较劲并没有什么用,真正解决远距离输电的是另一个方法。
这就要从焦耳定律的公式和实际用电的情况上来看了,输电给一座城市,总功率是一定的,那么如果电压变大,电流就会变小,而发热量和电阻成正比,和电流的平方成正比,也就是说我们之前研究导线,全是在努力的减小电阻,其实不如减小电流来的划算,减小电流是通过提高电压实现的,那么就称之为高压远距离输电。
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