从远距离输电的原理说开去

从远距离输电的原理说开去

关键词:远距离输电;产业革命;探索

1.我所认识的远距离输电

我们的生活中都离不开电,可发电厂为什么通常建在离城市中心较远的地方?怎样才能方便、经济地把电能送到工厂和用户,使用电设备正常工作呢?利用市郊电厂开放日,笔者有幸参观了一座大型燃煤发电厂,高耸入云的烟囱,几十层楼高的锅炉产生高温高压水蒸汽,推动巨大的汽轮发电机组源源不断的发出强大的电流,经过大型变压器升压到几十万伏,再通过高速公路两旁的高压输电线路送到城市周边的大型变电站,最后经过巨大的城市电网逐级降压送到机关、企业、商场、写字楼和家庭用户。通过这次参观,我也进一步加深了对电能输送的认识。

我们知道,我国主要的电能来源于燃煤发电厂、水力发电厂、核能发电厂、燃气发电厂、风力发电厂和资源热力发电厂等,太阳能、地热和潮汐发电也是有益的补充。常规大型发电厂多建在较远的地方,社会用电主要集中在人口密集、经济发达的地区。因此,巨大的用电需求,促使电厂与用电负荷中心之间采用远距离输电,如图1所示。

图1远距离输电原理图

我们为什么要用高压输电呢?由于导线有电阻,由P=UI可知,在保证输送功率不变的前提下,只有提高输电的电压,才能减小输电电流,才能减少因导线电阻发热而损失的电能,这就是通常采用高压进行远距离输电的道理。

根据远距离输电的原理,我们知道物理学科中电磁学是电力生产、远距离输电以及电能应用的基础,因此,物理学与我们的生活息息相关,物理学对科技、经济和社会发展的有着极为重要的意义。

2.物理学对科技发展的意义

我们知道,物理学是一门基础自然科学,它是揭示物质运动的规律的学科,它可通过实验和研究探索宇宙世界。人们应用物理学,不断拓展科技的边界:利用光的传输和电磁波理论,无线通信技术得到迅猛发展;利用天体宇宙速度,可以准确规划出我国探测月球技术路线;利用光学成像技术,可以开发出用于医学诊断和治疗用的X光、超声波和CT设备,为医疗技术的发展做出贡献;通过人工智能技术AI,丰富了人类虚拟现实的感知。

可见,物理学是人类科学技术发展的基础。物理学与自然科学相互交融,更是人类文明进步的基石。

3.物理学对经济发展的意义

我们知道,物理学的发展引发了一次又一次的产业革命,推动着社会和人类文明的发展。可以说社会的每一次产业进步都与物理学的发展紧密相连。18世纪,自从瓦特发明蒸汽机以来,蒸汽机技术从出现到广泛应用,使人类社会从手工业作业过渡到机械化大生产阶段,这就是社会第一次产业革命。

1840年,法拉第发现了电磁感应现象,并逐渐形成了完整的电磁场理论。西门子公司制造了发电机,爱迪生发明了电灯,使人类进入电气化的时代,给人们的生产和生活带来翻天覆地变化。我们现在使用的电灯、电话和电风扇等一切的需要用电的设备都基于此。这就是第二次产业革命。

20世纪初,得益于爱因斯坦的相对论,把人类社会带进原子时代,核能发电得到长足发展。基于物理学在交通工具方面的应用,火车和汽车的推陈出新,铁路与公路的修建,使人类生活进入日行千里时代,极大扩展了人类生活空间。20世纪70年代,微观物理方面取得重大突破,开创了微电子技术的时代,半导体芯片(如图2所示),电子计算机,使世界开始进入了以电子计算机应用为

当今社会,基于物理学的科学技术深度应用更是极大的促进社会经济的发展,公路、铁路、海洋、高铁、飞机、电网、通信网络和互联网技术,极大提高了社会运转效率,波音公司与空客公司生产的喷气飞机、复兴号高铁。

社会经济的发展也进一步促进了物理技术研究的不断推进,两者的和谐共生,共同肩负起“探索自然、驱动技术、拯救生命“的历史使命。

4.物理学对社会发展的意义

通过对物理学学科的学习,我们熟知了物理学是研究物质、能量和它们相互作用的学科,它没有国界,它对人类未来的进步起着关键的作用。物理学包含有发展着未来技术进步所需的基本知识,而技术进步则持续驱动着世界经济发动机的运转。这里需要集全人类的智慧,这里需要全人类的努力,物理的探索不能止步。

物理学扩展我们大自然知识。物理学也培养了技术大家,从阿基米德到伽利略,从牛顿到爱迪生,从爱因斯坦到比尔.盖茨。我国也有张衡、詹天佑和钱学森,中、西方的技术大家星光熠熠,他们的伟大贡献永载史册。

物理学的扩展和提高对理解其他科学,如地球科学、农业科学、化学、生物学、环境科学以及天文学和宇宙学等十分有益,这些科学对世界所有国家都是至关重要的。

物理学提供发展应用于医学的新设备和新技术所需的基本知识,如计算机层析术(CT)、核磁共振、超声波成像和激光手术等,大幅提高了人们的健康水平。

物理学是一门基础自然科学,现代社会离不开物理学,物理学对社会有重要的作用。汽车、火车、飞机、电灯、电话、手机、电视、电脑、互联网、X光检查、CT检查、核磁共振检查、人工智能……物理学与人们的生活息息相关,物理学在与其他学科的交叉领域也有广阔的发展前景,正是人们对大自然奥秘的不断探索,推动着人类文明持续进步。没有物理学就不会有今天的科技发展,没有物理学就不会有当今的社会进步。

参考文献

[1]物理教材编写组.高中物理(选修3-2)[M]广州:广东教育出版社,2015

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