交流電是怎麼來的？

08-14

應＂中國56021＂等三位邀答！

交流電是怎麼來的？

這道題專家們都答得很好，我只能隨便聊聊吧！

理論書上都說交流電是正弦波，直流電是直線波，這是外行人看不到摸不著的，只知道有個市電是交流電，電池電瓶是直流電。那電池和電瓶能不能變成交流電，也能。

我小時候用電池和小電珠繞個皮線在電池上一碰就亮，很希奇，為了引人看，故意在人眼前一亮一熄，以後學到了物理，才知道一亮一熄的次數就叫頻率，如能在0．01秒亮一次，那就於我們市電的50Hz了。

這種理論也在我的變壓器通直流試驗中得到驗證，我剛開始學繞變壓器，通上交流電後哈哈的響得難聽，我再試著在次級線圈上用電瓶12V不斷觸碰，一碰就響，按著不動就不響，動一次響一次，越來是通電的頻率在作怪，我用鐵絲捆住，用重物壓住變壓器都止不住這哈哈聲，找原因！發現硅鋼片沒插足，多加幾片，不行，手抓住有震得麻手感，再加就沒有了，原來這哈哈聲和麻手感就是電流一通一斷產生的頻率。

親戚送我一台逆變器，我感到希奇，就都拆了，數它的線圈和畫出電路接線圖，從此還能製造和幫人家修理，原來這直流電通過三極體振蕩發出的是交流電。

怪不得有電壓變頻器，電流變頻器產品，原來從我繞制逆變器中都得到了驗證：三極體的振蕩頻率決定在基極上的幾歐電阻大小，增大電阻，提高頻率，電壓升高，電流降低。原來變頻器上就是這種小電位器調節電阻值，就能提高振蕩頻率的方法，它用在洗衣機，高樓高壓送水等，會使電機又省電還又提高轉速的。

我拆開老式電話的手搖發電機，裡面的轉子是硅鋼片上繞的線圈，兩邊是兩塊大磁鐵，只要搖動轉子，線圈改變方向就叫切割磁力線，而線圈上就得到了感生電流，手搖的電脈衝是隨你的手搖轉速度發出的，速度慢電壓低，固定速度才能達100多伏。我幫化驗室折開修理過離心器，我也打開過直流的電機等，它都可通電下旋轉工作，給它動力下又能發電，這都是神奇的磁鐵。

我在大喇叭上並一隻LED燈，當我不斷按壓中心音圈時，燈會一閃一閃的亮。這就得出了磁鐵在線圈中運動，或線圈在磁場中運動都可產生電荷，所以發電廠利用這種原理製成夠大的體積，發出的電荷就更大了。

我國的發電是固定50Hz的，比如三門峽水庫

發電站利用攔水壩的水力使輪機轉動，這轉動的速度控制在一秒鐘50周上。因為發電廠有龐大的機組，但原理簡單，有S和N兩個大型磁鐵圍成個大圈，用硅鋼片上繞三組線，把根部三根頭並聯埋入地下就有了中性線一說，把三根線頭輸出去，這時只要水力把磁鐵轉起來，那三組線就在S、N極磁場中不斷切割磁力線，使線圈中得到了感生電流。因為在一個圓周上繞有三根線，每相位角就是120度，這也是三角形關係，所以兩線中為380V，兩相位中為220v。

這發出去的電為什麼有幾萬伏？錯了?，發電機的功率決定了它龐大的體積，主要是驚人的大電流，再經過配套的升壓設備進行升壓，遠距離輸電。電壓可升得很高，但電流大才能在遠方再經降壓成三相四線供給足夠的功力。

變電站可將交流電變成直流電，也可將直流電變為交流電輸出使用，這其中變換的只是波形，這也是我玩逆變器變交流看電視，交流電變直流充電的基本原理。

由此我們知道：

a）．有了磁鐵和線圈，只要有一個在運動（叫切割磁力線）都能得到感生電流（發電機），其一秒鐘的旋轉次數稱Hz。

b）．如果線圈中有了電流，就產生磁場（電動機）

謝謝你的閱讀??！

每天我們都離不開電，我們也知道家用電是從發電廠發出來的。但是發電廠是如何發電的呢？是誰第一個發現了這個原理呢？要了解這些，我們首先要從一個人物法拉第說起。

丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應之後，英國物理學家法拉第就想到：既然電流能夠產生磁場，那麼反過來，磁場是否能夠產生電流呢？因為在法拉第的時代，人們用電都是使用鋅、銅和鹽水製作的伏打電池，這種電池製作麻煩，電壓小，發的電不適於普通人使用。但是自然界的磁鐵資源非常豐富，如果使用磁鐵發電，那麼電就能進入千家萬戶了。

法拉第為了這個理想進行了艱苦的實驗，他最初的想法是將一塊磁鐵放在螺線管中，期待著電路中產生電流，但是一直沒有獲得成功。終於，在1831年法拉第的實驗獲得了突破：他發現：只有在磁鐵插入或者拔出螺線管的過程中，電路中才會產生電流。

我們用現代的方法可以把法拉第的實驗等效成上面的情況：用一個螺線管連接電流表，將一根磁鐵插入螺線管的過程中，電流表就會產生示數。而且，插入的速度越快，電流表指針的偏轉就越大。同樣，在磁鐵拔出螺線管的過程中，電流表指針也會偏轉，只是方向相反。但是，如果磁鐵在螺線管中保持靜止不動，電路中就沒有電流產生了。

法拉第終於明白：只有在運動和變化的過程中，磁鐵才能夠產生電流。法拉第將他的發現總結成五種情況，其中應用在現代發電機的情況是：在磁場中切割磁感線的導體可以產生電流。

比如：我們將一根導線與電流表相連，並且使得導線向右運動，這樣導線就好像切韭菜的刀一樣切斷了磁感線，電路中就會出現電流。而且我們可以使用右手定則判斷電流的方向：如果磁感線穿過右手的手心，大拇指指嚮導線運動的方向，那麼右手四指的方向就是產生的電流方向。

按照這個原理，法拉第製作了早期的發電機：讓一個金屬圓盤在一塊馬蹄形磁鐵之間轉動，由於金屬圓盤的每一條半徑都可以看作切割磁感線的導體，因此圓盤中心和邊緣之間就會形成電流。

法拉第製作了發電機之後，英國財政大臣問他：你發現的這些東西很有趣，但是，它有什麼用呢？法拉第回答道：哦，閣下，也許過不了多久，你就會對它收稅了。果然，現在電已經成了我們生活必不可少的一部分，誰家用電不交錢呢？

早期的發電機，產生的都是直流電。所謂直流電就是電流方向不發生變化的電流。現在我們的家用電都是交流電，所謂交流電就是方向周期性變化的電流。

具體來說，兩孔插座中有一根線稱為「零線」，零線電壓與大地相同，所以觸摸零線不會觸電。另一根線稱為火線，火線電壓一會兒比大地高，一會兒比大地低。由於電流從高電壓流向低電壓，所以電流有時候從火線流過用電器再流回零線，有時候從零線流過用電器再流回火線，每個周期是1/50s，稱為50Hz的交流電。交流電與直流電相比最大的優點就是改變電壓十分方便，從而可以進行高壓傳輸以減小損耗。

那麼，這種交流電又是如何產生的呢？

交流電可以通過一個線圈在磁場中轉動產生。比如圖中這種情況：在線圈旋轉時，右側導線向上運動，根據右手定則，產生的交流電從c流向d；左側導線向下運動，產生的交流電從a流向b，所以整個電路中的電流流向是cdab方向。在線圈外端通過兩個電刷與外部電路相連，於是電流就可以通過電刷從上向下流過燈泡。

半個周期之後，線圈旋轉半周，ab與cd交換位置，電流方向就會變為badc，這樣一來，電流就會從下向上流過燈泡。於是就形成了交流電。如果線圈勻速轉動，就形成了正弦交流電。

也就是說，只要能讓線圈與磁鐵發生相對轉動，就可以產生電流。在現代發電機中，旋轉的其實不是線圈，而是磁鐵，稱為轉子。而線圈是不動的，稱為定子。同時，出於工程商的需要，發電機線圈有三組，任意兩組線圈都夾60度角。

這樣一來，當磁鐵在線圈中勻速轉動時，三組線圈中分別產生三個正弦交流電，而且每一個都比前一個滯後1/3周期。

這三個交流電會具有共同的零線（中性線）和不同的火線（輸出線）。在供電時，如果我們把某個火線和零線接入用電器，就是家用電220V，如果我們把兩根火線接入用電器，就變成了工業用電380V。

那麼，我們如何才能使得線圈或磁鐵轉動呢？這就取決於發電機的種類。水力發電機是靠水的衝擊使得渦輪機轉動，風力發電機是靠扇葉使發電機轉動，火力發電機是靠燃燒加熱水蒸氣推動渦輪機。這個過程需要消耗外界的能量。總之，發電機就是把其他形式能量轉化成電能的機器。

發電機被發明之後，各種用電器如雨後春筍般出現，人類由此進入了電氣時代。

我們還要再談談法拉第——這個獎人類帶入電器時代的人。法拉第生於一個鐵匠家庭，由於家庭貧困，他只上了兩年小學就輟學了，成為了一名訂書匠的學徒。不過，這份工作讓他接觸到了大量的圖書，接觸了普通人無法接觸到的各種文獻，他被科學深深地迷住了。

在書店裡一位老主顧的幫助下，20歲的法拉第有幸聆聽了化學家戴維的演講。他還把整理好的演講記錄寫信郵寄給戴維，並表示自己願意為科學獻身的想法。

戴維看過法拉第的簡歷之後對他說：「年輕人我要告訴你，科學是很辛苦的，而且沒有多少回報。」

法拉第回答道：「我認為科學本身就是一種回報。」

戴維被感動了，法拉第終於成為了戴維實驗室的一名助手，他的科學夢想從戴維實驗室開始成為了現實。後來，法拉第在物理、化學方面都取得了驚人的成就，成為了那個時代最偉大的科學家。

法拉第還是一位品德高尚的人。由於自己早年的經歷，他非常重視對年輕學者的培養，並且鼓勵了一批如麥克斯韋一樣的科學巨匠。他拒絕了對自己的封爵，還兩次拒絕成為皇家科學會會長，並表示不願安葬在西敏寺——牛頓等人的長眠地。於是，人們，將他安葬在其他墓園，卻在西敏寺牛頓的墓碑旁樹立他的紀念碑。

順便一說，他的入門恩師戴維也是一位著名化學家，人們認為戴維最大的貢獻就是——發現了法拉第……

法拉第是交流電之父！網上太多民科捧特斯拉了，今天就科普下法拉第！法拉第自幼家境貧寒，無錢上學讀書，13歲成為裝釘學徒，學徒期間，他自學了許多科學著作！1812年，學徒期滿，法拉第就想從事科學研究，經過化學家戴維推薦！法拉第到皇家研究學院實驗室當助理研究員！期間，他結識了安培，伏打等科學家，擴充了眼界，作了很多化學方面的研究工作！1821年任實驗室主任，1924年，推選為皇家學會會員，次年正式成為皇家學院教授！

1821年，法拉第讀到奧斯特《關於磁針上電碰撞的實驗》，受到啟發，開始研究電磁現象，經過10年實驗研究，發現了電磁感性現象！在這10年間，他經過無數次失敗，只是在1831年他仔細注意到了變化的情況時，才發現了電磁感性現象！他曾經當眾表演了他的發電機，一個一邊插入電磁鐵兩極間的銅盤轉動時，在連接軸和盤邊緣的導線中產生了電流(注意這個發電機，大家是不是很熟悉)！他把自己做的實驗概括為5類，即變化的電流，變化的磁場，運動的穩恆電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導體，就這樣，法拉第完成了一個劃時代創舉，從此人類跨入了廣泛使用電能的新時代！

法拉第在電學方面有很多貢獻，1833年，他發現了電解定律，1837年發現了電介質對電容的影響，引入了電容率概念，1845年發現了磁光效應，即磁場能使通過重玻璃的光偏振面發生旋轉，以後又發現了物質可分為順磁質和抗磁質！

法拉第不僅在實驗上有許多成績，在物理思想上也有許多貢獻，首先是關於自然界統一思想，他深信電磁一體，相互聯繫，相互轉化，他用實驗證明了當時發現的5電（伏打電、摩擦電、磁生電、熱電、生物電）的統一，這種思想至今還支配著物理學的發展！

法拉第提出的另一個重要的抽象思想——場的概念，在他之前，引力，電力，磁力都被視為超距作用。在他看來，不經過任何媒介發生相互作用是不可能的，他認為電荷，磁體或電流周圍瀰漫一種物質，傳遞電磁作用，他稱這種物質為電場和磁場，他憑藉驚人想像力把這種場用力線加以形象化描繪，並用鐵粉演示了磁力線的實在性，並得出「形成電流的力正比於切割磁力線的條數」（1845年由諾埃曼用數學公式表示出），他甚至提出「磁作用的傳播需要時間」！場的概念已經成為現代物理學的基石！

比較可惜的是，由於法拉第從小沒有系統的接受過數學物理訓練，他在數學方面存在不足，無法用數學的需要完全描述電磁之間的規律，也為後來麥克斯韋的彎道超車提供了機會！

總的來說，法拉第是一個偉大的物理學家，化學家，他製成了第一台交流發電機，為人類開啟了電的時代！

交流電是怎麼來的?

答；交流電是由多種能源動力驅動交流發電機而產生的。

為了遠距離的將各地方發出來的交流電集中合理配送，就形成了一個龐大的電網。根據工業設備和人們生活用電電器的需要，用電力變壓器將高壓電降為標準的3×380V+N220V供人們生產生活用的交流電。請看下圖

交流發電機的工作原理，是轉動的導體線圈，在磁場中作切割磁力線而產生的。它是將其它機械能轉代為電能的一種裝置。

交流電的大小和方向均隨時間作周期性的變化。它也是電的一種形式，有著它的特殊性，學習了解交流電必須注意它的三個特性；即周期和頻率、最大值和有效值、相位和相位差。

為了直觀描述交流電的性質，通常用波形圖的方法。常見的如下圖所表示。

人們所用的交流電（由發電廠送來的）是隨時間連續變化的，其波形圖如上圖所示。從圖中可以看出；時間t從0變化到t1，電流I由0上升到最大值Im；時間t從t1變化到t2時，電流I由最大值Im下降到0；時間t從t2變化到t3時，電流I由0下降到負的最大值-Im；時間t從t3變化到t4時，電流I由負最大值-Im又上升到0。之後它隨時間繼續變化，周而復始。

這種交流電往複變化一次所需要的時間叫做周期，用字母T表示，單位是秒。

而交流電在每秒鐘里往複變化的次數叫做頻率，用字母F表示，單位是赫芝，用HZ表示。

我國使用交流電的頻率為50HZ，頻率與周期的關係是；T=1/F。即我們用的電周期T=0 .02秒。

對於交流電的最大值和有效值，人們經常用有效值來表示。

有效值就是指；當交流電流過某一電阻，它在該電阻上所產生的熱量與某一數值的直流電流過同一電阻所產生的熱量相同時，人們就把這個直流電的數值稱為交流電的有效值。有效值與最大值的關係如下；I有效值=1/√2×lm=0.707Im，U有效值=1/√2Um=0.707Um。

平時所說的220V交流電源以及萬用表測量出來的交流電壓或交流電流都是指有效值。

相位和相位差；人們在使用三相交流電時，常把一個周期分成360度來表示。如上上圖靠右上角所示。它用弧度來表示。例如交流電變化半個周期，就可說為變化了180度（π弧度）如此類推。人們稱每秒變化的角度為交流電的角頻率，用字母ω表示。某一時刻t交流電的角度就是ωt。角頻率ω與頻率F之間的關係；ω=2兀F。我國交流電的ω=314就是這樣來的。

上圖右上上角的三相交流電的正弦函數表示如下；U=UmSin（ωt+φ）。式中Um交流電最大值，ω交流電的角頻率，φ交流電的初相位（t=0時的相位），ωt+φ交流電在t時刻的相位角。由上上圖可以看出，A相、B相、C相，三相之間相位差各是120度，A相超前B相120度，而B相又超前C相120度。

以上個人幾十年前學的，難免有不足之處。

知足常樂於上海2018.4.24

交流發電機，就可以發出交流電。發電機是利用法拉第發現的電磁感應現象製成的，下圖是交流發電機的模型。

矩形線圈abcd可繞

軸oo`轉動，線圈的兩端分別與銅滑環K、L連接，銅滑環又分別與電刷A、B滑動接觸。

當線圈逆時針從甲圖經乙圖到丙圖的半周內，ab邊向下運動，cd邊向上運動可以利用右手定則判斷，ab邊中感應電流方向由b→a，cd邊中感應電流方向由d→c，線圈中的電流方向由d→c→b→a，外部電流方向由電刷A到B。線圈繼續從丙圖經丁圖到甲圖的半周，ab邊向上運動，cd邊向下運動，ab邊中感應電流方向由a→b，cd邊中感應電流方向由c→d，線圈中電流方向由a→b→c→d，外部電流方向由電刷B到A。接著線圈繼續轉動，將重複上述過程。因此，線圈中感應電流方向和外電路電流方向都是周期性變化的。另外，甲圖和丙圖瞬間線圈不切割磁感線，不產生感應電流，乙圖和丁圖垂直切割磁感線，產生的感應電流最大。介於兩圖之間都斜著切割磁感線，並且從不切割到垂直切割或從垂直切割到不切割都是逐漸過渡的，所以產生的感應電流大小也是周期性變化的。這種大小和方向周期性變化的電流就叫交流電。

另外，用換向器（兩個銅製的半壞）替換交流發電機上的銅滑環，雖然線圈中產生交流電，但供給外電路的卻是直流電（方向不變的電流）。

交流的產生要從法拉第電磁感應說起！

而法拉第電磁感應又要從奧斯特實驗說起。1822年奧斯特發現如上圖的現象，即當閉合如上圖電鍵時，小磁針會發生偏轉。而小磁針只有受到磁場力的時候，才可能會偏轉，因此，可以斷定原來是通電直導線產生了磁場。這就是電生磁的原理！

法拉第等人受此啟發，就設想：既然電可以生磁，那麼磁也應該可以生電。其裝置經改進以後就如上圖所示，即如果磁鐵插入線圈，線圈的檢流計就會發生偏轉；但是完全插入線圈時，檢流計反而示數為零；但是當磁鐵抽出線圈時，檢流計就會反向偏轉。這就是動磁生電的法拉第電磁感應定律。其本質是感應電動勢正比於磁通量變化率：

其中E為感應電動勢，n為線圈匝數、後面的式子就是磁通量隨時間的變化率！

而由上面的實驗，法拉第經過改進位成了一台如上圖的交流流發電機。即讓磁鐵保持不動，但是讓線圈在其中不停轉動，這樣也可以看做是動磁在生電。而燈泡忽明忽暗正說明，線圈在不同的位置其磁通量的變化率完全不同，因而感應電流完全不同。甚至當線圈和地表平行時，由於線圈與磁感線平行，沒有磁感線通過線圈，因此磁通量變化率為0，感應電流為0，燈泡完全變暗！而當線圈垂直於地表時，磁感線的條數最多，因此磁通變化率最大，感應電流最大，燈泡最亮。

這就是交流電的產生的原理！

交流電之父法拉第，他的名字一直會銘記在科學史上，

法拉第是量子菌最佩服的科學家之一，他從一名小學徒，刻苦專研，最終成為交流電之父，不僅研究了交流電產生的基本原理，而且設計出實用的交流發電機。可民科們崇拜的是特斯拉，其實法拉第才是真正逆襲的天才科學家。

起初，丹麥物理學家奧斯特在對電流進行研究時，利用通電導線發現了電場和磁場之間的聯繫，導線電流產生的磁場的方向遵循第一右手定則。而電流通過線圈而形成的磁鐵，稱為電磁鐵。

明白了電流可以產生磁場，1822年起，英國科學家法拉第就開始了他的新課題，那就是怎麼利用磁場產生電。法拉第認為電流產生磁場，那磁場肯定也可以產生電流。經過十餘年的嘗試與各種失敗之後，法拉第發現了，在磁場中運動的導線才可以產生出電流，也就是變化的磁場可以產生電流。

法拉第發現的這種利用導線和磁場相對運動產生電流的過程，被稱為電磁感應。隨後法拉第設計了發電機的原型，以多匝線圈纏繞在鐵芯上做成轉子，讓轉子在磁場中自由轉動，線圈就可以不斷切割磁力線，從而產生干感應電壓，接入閉合電路後，就得到了感應電流。

隨後，在大量科學家和工程師的努力下，各種改進的發電機不斷湧現，例如交流發電機就是利用電刷-滑環裝置，是轉子自由的轉動，把電流傳遞給外電路。這樣產生的電流隨著時間成正弦函數的變化。其中發電機的功率是電壓和電流的乘積。各國民用的交流電的頻率和電壓都有所不同，例如美國日本採用的供電電壓為120 V, 歐洲一些國家和我國民用採用220V，這些供電標準不同，也帶來很多轉換的麻煩。

歡迎評論，關注量子實驗室。

要說交流電是怎樣來的，我們最初認識到這個問題。還是在初中物理課本上的認知了。在金屬體切割U形磁鐵的磁力線時，U形磁鐵上的銅線就會的產生電流，三相發電機就是根據這個原理髮明出來的，現在任何發電廠都是在這個原理上資演變的。

感謝邀請

交流發電機發出的電，就是交流電。發電機的定子有三組線圈，在空間呈120度排列，轉子是由閉環線圈組成，在外部動力的帶動下旋轉，剩磁切割定子線圈，產生了激磁電流，再返到轉子線圈中，如此往複，最後達到平衡，這就是電磁感應現象，使發電機的定子線圈產生感應電動勢，輸出A、B、C三相正弦波交流電，因為發電機的轉子在360度的空間旋轉，感應電動勢按正弦曲線變化的，是有大小、方向的矢量。我們知道的水力、火力、風力、柴油機、汽油機等發出的電，都是交流電。

另外還有直流電通過逆變器改變輸出波形，形成交流電。

希望對你有所幫助

物理學過導體切割磁力線，或磁力線切割導體會產生電，目前的三相交流電是交流發電機由別的動力驅動而產生，動力有火力、風力、水力等，通常發電機由定子、轉子組成，定子由電樞鐵芯，三組互為120度夾角的繞組組成，轉子為磁體(它勵勵磁系統或自並激勵磁系統)，轉子轉動在定子繞組產生感應電動勢，有負載時表現為電壓電流，基本原理背後有許多實際的應用及方法，各有不同。