现代人类文明的基石一一电力

设想一下这样的场景：在一个大雨滂沱的夜晚，窗外不时电闪雷鸣，闪电划破黑暗的天空，轰鸣迟迟不见消散；窗内天花板下悬挂的电灯摇摆着，还不时闪烁两下，仿佛随时就会熄灭一样。在这个场景中,恐怕大家很难把撕裂万物的闪电与忽明忽暗的电灯联系起来吧？但事实上，它们都是基于同一个事物——电力而产生的。

探索电力的来源

那么电是什么？经典的描述是：电是一种自然现象，指电荷运动所带来的现象。自然界的闪电就是电的一种现象。电是像电子和质子这样的亚原子粒子之间产生的排斥力和吸引力的一种属性。它是自然界四种基本相互作用之一。电子运动现象有两种：我们把缺少电子的原子称为带正电荷，有多余电子的原子称为带负电荷。在大自然里，电的机制产生了很多众所熟知的效应，例如闪电、摩擦起电、静电感应、电磁感应等等。

也就是说，电是一种本身就存在的自然现象，不管是用玻璃棒摩擦皮毛，用你手里的签字笔挠一挠发痒的头皮，还是火力发电、水力发电、风力发电、潮汐发电或者太阳能、核能发电，都是从一种物质或反应中获得能量，再用磁生电的原理发电，并不是创造电，只是产生了电这种现象，更详细地说是在导线或者导体中产生了电流这种现象。

电池——电力的储存器

如今，电力已经进入了我们生活的方方面面，与电力有关最普遍的事物莫过于电池。简单地说，电池就是把化学能、光能、热能、核能等直接转换为电能的装置，如化学电池、太阳电池、温差电池、核电池等。其中，化学电池通常简称电池。化学电池在工作时，电池由正极经过外电路流到负极，而在电解液内，正负离子则分别向两极迁移, 电流从负极流到正极，这叫作电池的放电。放电时，电池的两个电极上都有化学反应，放电过程一直进行到电路断开或者一种化学反应物质耗尽。

电池有一个十分重要的性能参数称为电动势，经典的电动势学术解释是：电动势等于单位正电荷由负极通过电池内部移到正极时电池内非静电力（化学力）所作的功。电动势其实是生产的时候就已经被赋予给了电池，在电池放电后，由于电极上的化学反应，产生不导电的气体如氧等覆盖在电极表面上，电动势随即降低，这叫作电池的极化现象。在这种情况下，我们通常可用去极化剂来消除这种极化现象。另外，电池的容量还与电极物质的数量有关，一定程度上可以说容量与电极的体积有关。在我们的生活中，通过使用次数可以将化学电池分成两种类别：原电池与蓄电池。原电池制成后即可以产生电流，但是原电池在放电完毕即被废弃，也就是说它是一次性产品。而蓄电池又可以被称为二次电池，使用它之前必须先进行充电，充电后可放电使用，放电完毕后还可以充电再用。通过蓄电池的结构原理图，大家应该可以想到蓄电池充电时，电能转换成化学能；放电时，化学能就会转换成电能。

蓄电池结构图

这时候有同学就要问了，电池只是一个储存电力的容器，那么最开始电池里的电力是怎么产生的呢？这就要说到发电机的原理了。要使闭合电路中有电流，这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势引起的。在电磁感应现象里，既然闭合电路里有感应电流，那么这个电路中也必定有电动势，在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势，而这个感应电动势就是发电机所产生的电力来源。我们通过产生感应电动势的形式对其进行分类，一般分为两类——动生电动势和感生电动势。

就拿动生电动势来说，它是一种因为导体自身在磁场中做切割磁感线运动而产生的感应电动势。最典型的莫过于如下图的这个电路，闭合电路旋转切割磁感线，通过电刷的形式完成转向就可以得到我们日常中所需要的交流电了。

地球一小时，你关灯了吗

那是不是只要让闭合回路一直在里面转我们就可以有无穷的电力了呢？其实不是这样的，为了满足我们的用电需要，电动势需要达到一个较大的程度，这就意味着闭合回路在磁场中旋转的速度要足够快，在传统的类似柴油发电机这样的设备中，发电会耗费大量的柴油。所以，大家千万不要觉得电力是无限的！

所以节约用电是十分重要的。首先在于节约能源、减少污染。我国的发电主要靠燃煤，而地球上的煤炭是有限的。按现在消耗速度计算，全球的煤面料将在250年内用尽。同时节约用电可以减缓环境污染，减少酸雨。酸雨是因煤炭燃烧形成的，它能强烈地腐蚀建筑物，导致土壤和水质酸化、粮食减少产量、草木鱼虾死亡，我国每年因酸雨污染造成的经济损失达200亿元左右。地球气候也与节约用电息息相关。煤炭等燃料燃烧时产生的二氧化碳像玻璃罩子一样阻断地面的热量向外散发，使地球表面温度升高，产生“温室效应”，这使得气候发生异常，导致干旱或洪涝，还会使冰山融化，海拔较低的国家和岛屿就会消失得无影无踪！煤炭在燃烧过程中还会产生大量的粉尘，在空气中形成悬浮颗粒物，当这种颗粒物随着人的呼吸进入肺部时，会对人体造成伤害。这才有了“地球节电日”，也叫“地球一小时”，在每年三月最后一个星期六晚20点30分-21点30分这一小时中, 大家要记得为世界节电贡献出自己的一份力。

目前，我国在电力方面已取得了许多重大发明与技术突破。首先在柔性交流输电技术、继电保护技术等领域取得重大突破，有力推动了行业技术进步，突显了我国电力科技水平及国际竞争力；其次是践行国家绿色发展战略，在二次再热超超临界燃煤发电技术、天然气分布式能源系统等领域取得了一系列具有自主知识产权的核心技术，促进了节能减排，推动了燃煤的清洁高效利用；再次是我国在水电技术领域又取得突破性进展，在土石坝精细化施工、巨型导流隧洞群等技术领域达到世界领先水平，对我国实现绿色可持续发展意义重大；最后是建成可再生能源独立供电系统，对促进我国边远地区经济和社会发展作出了重要贡献，为解决“一带一路”地区缺电问题发挥了重要的示范作用。

电力的发现和应用

随着科技的发展，电已经与我们的生活息息相关，电灯、手机、 电视、冰箱和空调等都离不开电。而人类对于电的研究也已经持续了千年之久，目前人们已经对电建立了十分全面的理论体系。

电的属性已经在前文进行了一些基本的介绍，而电力则是以电能作为动力的能源。19世纪70年代，电力的发现和应用掀起了第二次工业化高潮。20世纪出现的大规模电力系统是人类工程科学史上重要成就之一，是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力生产与消费系统。它将自然界的一次能源通过机械能装置转化成电力，再经输电、变电和配电将电力供应到各用户。电力的产生方式主要有：火力发电（煤等可燃烧物）、太阳能发电、大容量风力发电技术、核能发电、氢能发电、水利发电等。当今是互联网时代，我们仍然对电力有着持续增长的需求，因为我们发明了电脑等更多使用电力的产品。新技术的不断出现使得电力成为人们的必需品。