1819年，丹麥科學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線能引起旁邊的磁針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)時(shí)正從事電和磁研究的英國(guó)科學(xué)家法拉第根據(jù)自己所做的大量實(shí)驗(yàn)以及大膽的直覺(jué)立刻聯(lián)想到：既然電流能產(chǎn)生磁，那么為什么磁不能產(chǎn)生電呢？1822年，他在筆記本中寫(xiě)下了一個(gè)嶄新的研究課題——“把磁轉(zhuǎn)變成電”，那么，這一“轉(zhuǎn)變”如何才能實(shí)現(xiàn)？

一、發(fā)電機(jī)

（一）發(fā)電機(jī)的原理

閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)。在電路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，所產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。

為了便于觀察和分析，我們?cè)诰€圈上裝一個(gè)轉(zhuǎn)軸，并用鐵架臺(tái)固定，轉(zhuǎn)動(dòng)線圈，磁感線是水平方向的，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)切割了磁感線，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流，發(fā)電機(jī)就是根據(jù)上述原理制成的。

所以說(shuō)發(fā)電機(jī)的原理就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

（二）發(fā)電機(jī)的構(gòu)造

利用上述原理制成發(fā)電機(jī)，還有一些技術(shù)問(wèn)題需要我們?nèi)ソ鉀Q，如：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)輸出電流的銅線纏在一起，由前面的直流電動(dòng)機(jī)中的換向器可以想到，用銅環(huán)和電刷組成的結(jié)構(gòu)，這樣就可以解決上面的問(wèn)題了。發(fā)電機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，包括磁極、線圈、銅環(huán)、電刷等。

（三）交流電與直流電

我們來(lái)研究發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流有什么特點(diǎn)？要研究電流的特點(diǎn)，就需要借助電流表。用電流表?yè)Q下小燈泡，緩慢搖動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，同時(shí)觀察電流表指針的運(yùn)動(dòng)情況。

我們發(fā)現(xiàn)電流表的指針左右擺動(dòng)，表明電流方向在周期性地重復(fù)變化，而且當(dāng)線圈中切割磁感線的兩條邊垂直磁感線切割時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，在其他角度產(chǎn)生的感應(yīng)電流則較小，所以我們把這種周期性改變電流大小和方向的電流叫做交流電，與此相對(duì)的就是我們前面所學(xué)過(guò)的由電池提供的電流，它的大小和方向都不發(fā)生變化，這種電流叫做直流電。

為什么這種發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流方向在改變呢？

感應(yīng)電流的方向是由閉合導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動(dòng)方向和磁感線的方向決定的，感應(yīng)電流方向的變化是由這二者之一變化所引起的，在這種發(fā)電機(jī)中，磁極是固定的，所以，這種發(fā)電機(jī)中電流方向的變化是由于閉合線圈切割磁感線的運(yùn)動(dòng)方向變化所引起的。

這種發(fā)電機(jī)由于產(chǎn)生的電流是交流電，所以稱為交流發(fā)電機(jī)，我們可以把任意一邊的運(yùn)動(dòng)路線和方向畫(huà)出來(lái)，線圈每次轉(zhuǎn)動(dòng)到最左邊和最右邊的兩點(diǎn)時(shí)，切割磁感線的方向發(fā)生改變，電流方向也要發(fā)生改變，所以線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向變化兩次。

周期和頻率是用來(lái)表示交流電特點(diǎn)的兩個(gè)物理量。我國(guó)供生產(chǎn)和生活用的交流電的周期是0.02s，頻率是50Hz，其意義是發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)一周用0.02s。即1s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)50周，因?yàn)榫€圈每轉(zhuǎn)一周電流方向變化兩次，所以頻率是50Hz的交流電電流方向每秒鐘改變100次。

二、電能的輸送

（一）輸送電能的過(guò)程

發(fā)電站發(fā)出的電能是怎樣輸送到遠(yuǎn)方的呢？如：葛洲壩電站發(fā)出的電是怎樣輸送到武漢、上海等地的呢？當(dāng)然是通過(guò)電線輸送的，而且是通過(guò)架設(shè)很高的、很粗的高壓電線輸送的。

輸送電能的過(guò)程為：發(fā)電站→升壓變壓器→高壓輸電線→降壓變壓器→用電單位。

（二）高壓輸電的道理

思路：輸電→導(dǎo)線（電阻）→發(fā)熱→損失電能→減小損失。

輸電要用導(dǎo)線，導(dǎo)線當(dāng)然有電阻，如果導(dǎo)線很短，電阻很小，可忽略；而遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，導(dǎo)線很長(zhǎng)，電阻大，不能忽略，電流通過(guò)很長(zhǎng)的導(dǎo)線時(shí)要產(chǎn)出大量的熱，如：河南平頂山至湖北武昌的高壓輸電線電阻約400Ω，如果通的電流是100A，每秒鐘導(dǎo)線發(fā)熱就是4×106J，這些熱散失到大氣中，白白損失了電能，所以，輸電時(shí)必須設(shè)法減小導(dǎo)線上的發(fā)熱損失。

如何減小導(dǎo)線發(fā)熱呢？由焦耳定律Q=I2Rt可知，減小電熱Q有以下三種方法：一是減小輸電時(shí)間t；二是減小輸電線電阻R：三是減小輸電電流I哪種方法能被實(shí)際使用呢？第一種方法等于停電。沒(méi)有實(shí)際價(jià)值，第二種方法從材料、長(zhǎng)度、粗細(xì)三方面來(lái)說(shuō)都有實(shí)際困難，適用的超導(dǎo)材料還沒(méi)有研究出來(lái)，排除了前面兩種方法，就只能考慮第三種方法了，從焦耳定律公式Q=I2Rt可以看出，第三種辦法是有效的：電流減小一半，損失的電能就降為原來(lái)的四分之一。

所以說(shuō)要減小電能的損失，必須減小輸電電流。

從另一方面講，輸電就是要輸送電能，輸送的功率（每秒提供的電能）必須足夠大，才有實(shí)際意義。

怎樣才能滿足上述兩個(gè)要求呢？根據(jù)公式P=UI，要使輸電電流I減小，而輸送功率P不變（足夠大），就必須提高輸電電壓U。

所以說(shuō)通過(guò)高壓輸電可以保證在輸送功率不變的情況下，減小輸電電流來(lái)達(dá)到減小輸送電的電能損失。

實(shí)際運(yùn)作時(shí)，在發(fā)電站都要安裝用來(lái)升壓的變壓器，實(shí)現(xiàn)高壓輸電，在用戶附近又要安裝降壓的變壓器，以便低壓用電。