原创什么是电?--电的起源和应用

 2008-6-15 00:11  5424 11 11 分类: 测试测量

近来单位来几个做测试仪器的新同事,问起电的定义,的确,这是一个难以用一句话解释的问题.我于是根据自己的理解和总结,并摘录我2007年写的<<最新电子测试仪器原理应用技术>>一书第一卷,电的起源和应用,这篇文章发给他们参考,这里也分享给想了解什么是电的朋友,同时做为原创文章来参加该活动,请指教和支持.

电的定义：在宏观世界指电能，人类能够发现并大规模利用的一种洁净高效的能源；在微观世界指电子和电荷。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

电能的符号：Ｗ。

电能的单位：焦耳（Ｊ），Ｗ＝Ｐt＝ＵＩt，１焦耳＝１瓦＊秒，１千瓦时＝3.6＊10⁶焦耳。

功率的符号：Ｐ。电功率是描述电能单位时间变化大小的的物理量。

功率的单位：瓦特（Ｗ），Ｐ＝ＵＩ，１瓦＝１焦耳／秒＝１伏＊安。

电子的定义：是具有负的1.602*10<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />^-19C电量整数倍数的物理量。

电子单位：个，电子是负的物理量。

电荷的定义：某个数量的整数倍的一群电子，用来描述电子数量的物理量；1库仑电荷中有6.242*10¹⁸个电子。

库仑（C）：发现电子的科学家名，被命名为电量的单位；6.242*10¹⁸个电子具有1C电量。

电是如何被发现的？

在人类的周围，夏季的风云变换伴随电闪雷鸣；干燥的天气脱衣服伴随劈啪的火花；塑料梳子梳头，头发会随梳子飘起；这类现象是人类发现电，并着手研究电的起源。

1733年，法国科学家迪菲（1698~1739），首先根据吸引和排斥的原理把电荷分为两种，并以“玻璃电”和“琥珀电”命名带电物体。

1747年，美国科学家富兰克林（1706~1790），首先定义用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷为正电荷；用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷为负电荷。

20世纪初，原子结构被发现，电的起源和原理才被比较精确的书面定义，即：物体是由单位的分子和原子构成的，原子是由原子核和和核周围高速运转的电子构成，原子核由带正电的质子和不带电的中子构成，质子的电荷量等于电子的电荷量，因此原子呈中性。当摩擦时外部高速运转的电子发生转移到别的物体上，是电荷量发生不均衡使失去电子的物体带正电，获得电子的物体带负电。带等量正负电荷的两个物体接触时，正负电荷会相互转移，使物体恢复到不带电的状态，即中和状态。中和发生的过程即是电子转移流动和放电的过程，伴随着放电的是光能、热能、声能释放和传播的现象。

电能的发现和发明利用

1789~1817年？化学能转化为电能，伏打电池、干电池、铅蓄电池、银锌电池、镍铬电池、锂电池、硅光电池、硫化镉光电池。

1822年？塞贝克发明温差电池？

1820年，丹麦物理学家奥斯特，发现电流周围存在磁场。

1831年，英国物理学家法拉第，利用磁场产生电流的现象研制出世界第一台原始发电机。从此各种发电机和电动机相继问世，使人类进入电能的大规模的生产时代。

工业用电：1949年，中国第一个自行设计的水电站是新安江水电站65万千瓦。中国进入发电、输电、配电和用电的普及时代。浙江秦山核电站（６０万千瓦）、广东大亚湾核电站（１８０万千瓦）。火力发电厂、抽水蓄能电站（岗南、密云、潘家口、广州蓄能水电站装机总容量１２０万千瓦，与大亚湾配套的，用电低谷时从下水库抽水到上水库，用电高峰时再从上水库放水至下水库进行发电）。

发电：即通过发电机组等装置，把热能、动能等能量推动轮机进行磁场能转化为电能进行存储和持续获得电能的过程。

输电：

配电：

用电：工业用电是三相电380V（L、L），频率50Hz。

家庭照明用电：中国的照明电路电压是220V（L、N），频率50Hz，其他国家和地区的照明用电参见附录1。

用电的规定：

DBJ08—20--98规定每户的电气设备应符合如下标准：
1．每套住宅进户处必须设嵌墙式住户配电箱。住户配电箱设置电源总开关，该开关能同时切断相线和中性线，且有断开标志。每套住宅应设电度表，电度表箱应分层集中嵌墙暗装设在公共部位。

2．小套(使用面积不得低于38M2)用电负荷设计功率为4KW；中套(使用面积不得低于49M2)用电负荷设计功率为4.6KW；大套(使用面积不得低于59M2)用电负荷设计功率为6~8KW。

3．电气插座宜选用防护型。几乎每个家庭都感到插座不够，要用临时线加接插座板作补充，一块插座板上接三四个用电设备是常见现象，如果这些用电设备都是小容量，例如家用电脑要用到四五个插座，这是允许的。如果插座板同时接电水壶、电热取暖器等大容量电器是不允许的，因为导线会过载发热。
    发达国家不允许临时线长期使用，同时规定要有足够的插座数量。因为临时线在使用中易受损，会导致人身电击和电气火灾事故；对插座数量，美国国家电气法规(NEC)规定：两插座点问的距离不得超过12英尺(约3．66m)，即一个家用电器如不能自左侧接插座，定能自右侧接插座。香港的卧室、起居室和厨房的插座分别为4、7、4个。
4．插座回路必须加漏电保护。
    电气插座所接的负荷基本上都是人手可触及的移动电器(吸尘器、打蜡机、落地或台式风扇)或固定电器(电冰箱、微波炉、电加热淋浴器和洗衣机等)。当这些电器设备的导线受损(尤其是移动电器的导线)或人手可触及电器设备的带电外壳时，就有电击危险。为此DBJ08--20—98规定：除挂壁式空调电源插座外，其他电源插座均应设置漏电保护装置。
    5．阳台应设人工照明。
    阳台装置照明，可改善环境、方便使用。尤其是封闭式阳台设置照明十分必要。阳台照明线宜穿管暗敷。若造房时末预埋，则应用护套线明敷。
    6．住宅公用部位必须设置人工照明，除高层住宅的电梯厅和应急照明外，其余应采用节能开关。电源应接至公共电度表上。
    根据消防规范，高层住宅的电梯厅和应急照明是不能关的，因此不能用节能开关。
    7．住宅应设有线电视系统，其设备和线路应满足有线电视网的要求，小套每户应设电视系统双孔终端盒一只，中套、大套每户应设不少于二只的电视系统双孔终端盒，终端盒边应有电源插座。
    在装配和施工时，不管该地区有线电视是否到位，都应暗设电视终端盒。
    8．住宅电话通信管线必须到户，每户电话进线不应少于二对。小型套房的电话插座不应少于二只，中套、大套的电话插座不应少于三只。
    随着家用电脑的普及，每户一对电话线已不能满足需要，因此规定每户电话进线不应少于二对，其中一对应通到电脑桌旁，以满足上网需要。
    9．电源、电话、电视线路应采用阻燃型塑料管暗敷。
电话和电视等弱电线路也可采用钢管保护，电源线采用阻燃型塑料管保护。
    10. 电气线路应采用符合安全和防火要求的敷设方式配线。导线应采用铜导线。
家庭装横中线路已转为穿管暗敷，既符合安全又达到防火要求。
    11．由电度表箱引至住户配电箱的铜导线截面不应小于10mm²，住户配电箱的配电分支回路的铜导线截面不应小于2.5mm²。电气线路容量(配电回路数、导线截面、插座数量、开关容量等)的设计，应留有裕量，一般新建住宅的设计寿命为50年，因此电气设计至少要考虑到未来二三十年负荷增长的需要。住宅楼电气线路设计绝大多数采取暗管，如果考虑到造价，电源线的线径不增加裕量，那么敷设的暗管至少要加大1—2档管径；对室内的分支线路，嵌墙安装的线槽，这种线槽如果和室内的护墙板配合，既可作为保护墙面的装饰，又可在此线槽内任意增加分支回路及在线槽上任意设置终端电器，例如插座。
配电回路不能过少，如果配电回路少，每个回路的负荷电流增加，会导致线路发热加剧，电压质量变差，影响家用电器的性能和寿命。导线的使用寿命与工作温度成一定的反比关系，例：允许工作温度为70度的塑料导线，其工作温度每超过8度，绝缘使用寿命将减少一半左右，而绝缘老化将导致导线寿命缩短、短路和火灾增多。
住户进线香港为16mm²，日本为14mm²，美国为25—50mm²。上述数据供家庭和实验室电气安装、装潢设计参考。
  12．接地：
    我国大部分住宅供电系统规定采用IT系统，供电局三相四线进户，每幢建筑物单独设置专用接地线(PE线)。在每幢建筑物的进户处设置一组接地极和中线相连，其接地电阻不得大于4。防雷接地和电气系统的保护接地是分开设置的，防雷接地电阻不得大于10。三孔插座左、中、右顺序为N、PE、L，插头的中间的PE脚较长，先接零或地线安全保护。