书城科普读物探究式科普丛书-光明的使者:电
48689000000006

第6章 福撒人间——时尚便捷的应用(3)

电熨斗的结构简单,制造容易,使用方便,所以发展速度相当快,没过多久便走进了千家万户。按结构和功能划分,电熨斗可以分为4种:普通型电熨斗、调温型电熨斗、蒸汽型电熨斗、蒸汽喷雾型电熨斗。普通型电熨斗是由底板、电热元件、压板、罩壳、手柄等部分组成。由于不具备调温功能,逐渐被淘汰。调温型电熨斗是在普通型电熨斗上加设温度控制装置,调温范围在60℃~250℃之间。蒸汽型电熨斗是在调温型电熨斗上增加蒸汽发生装置和蒸汽控制器,具有调温和喷汽双重功能,不用人工喷水。蒸汽喷雾型电熨斗是在蒸汽型电熨斗上加装喷雾系统,具有调温、喷汽、喷雾等多种功能。

28.照亮黑暗的电灯

电灯的发展离不开人们对光明的追求。在我们的生活中,电灯随处可见,白天有太阳,到了晚上则是电灯照亮了世界,使这个世界变得更加美妙。电灯的准确名称应该是白炽灯,是人工光源的通称。

简单地说,电灯是电流把灯丝加热到白炽状态而用来发光的灯。

电灯泡外壳是用玻璃制成的,灯丝保持在真空状态或低压的惰性气体之下,主要是为了防止灯丝在高温下发生氧化。它只有7%~8%电能变成可见光,90%以上的电能转化成了热量,白炽灯的发光效率很低,然而它却是电灯世界的开路先锋。现如今,我们使用的白炽灯一般寿命为1000小时左右。我们使用的灯泡的灯丝一般都选用钨丝。

既然我们现在已经了解了电灯的基本情况,那么我们简单地介绍一下其工作原理:电流通过灯丝(钨丝,熔点达约3000℃)时产生热量,螺旋状的灯丝不断将热量聚集,使得灯丝的温度达2000℃以上,灯丝在处于白炽状态时,就像烧红了的铁一样发出强烈的光芒。灯丝的温度越高,发出的光就越亮,因此被人们称为白炽灯。

其实电灯发出的光是全色光,但是各种色光的成分比例是由发光物质(钨)以及温度决定的。比例不平衡就导致了光的颜色的偏色,所以在白炽灯下物体的颜色不是很真实,换句话说就是显色性不高。

现在,白炽灯大有被节能灯彻底取代之势。

29.代替人脑的多媒体电脑

电脑的出现对世界而言,具有重大的意义。现在是互联网时代,而互联网是建立在多媒体电脑的基础上的。多媒体电脑实际上是一个处理和提供声、图、文等多种信息形式的计算机系统。多媒体个人电脑给人们带来了前所未有的感受:电脑已不再是一个冷冰冰的机器,它已变得能说会道,能听会唱了。

简单说来,使用多媒体电脑的话,你可以一边听优美的MP3音乐,一边撰写一封电子邮件,再加上有趣的插图。经过调制解调器,你可以与因特网相连,将文稿传给远在外地的亲友。另外在紧张工作之余,可以拿出一张VCD放松放松。至于青少年朋友,可以玩玩电脑游戏、学习课外知识。

随着网络速度的提高,你还可以与身处异地的同事、朋友开网络电视会议,把重要的、紧迫的生意决定与对方讨论,再将业务报告制成图文并茂的多媒体商业简报。这些都是多媒体改善我们生活和工作的生动实例。

多媒体电脑很容易上手,一旦使用,就会明显地体会到它的独特之处。首先是数字化。过去的媒体几乎全部是存储在“模拟信号”设备中的,所谓模拟,也就是用电压的高低、电流的大小、磁力的强弱等来表示媒体中颜色的深浅、声音的高低等。而现在则可以直接用数字来表示它们。“0”和“1”两个数字的不同组合,可以记录高保真的信号,还原出逼真的效果。

另一个重要特点是交互性。传统的媒体一般不会管你喜欢不喜欢、喜欢哪部分,一路进行下去,这种烦人的方式叫“线性媒体”。

比如,磁带一直放下去,要快进或是倒带很不方便,而电视和广播节目根本不以你的兴趣为转移。

可以想象,随着多媒体技术的不断发展,多媒体电脑的功能会日益增多,在不久的将来它会步入每个家庭,使人们的生活更加丰富多彩。

30.电动剃须刀

电器的出现大大改善了人们的生活,电动剃须刀就是典型的例子。电动剃须刀是在1939年发明的,其显着特点为使用方便安全,而且剃须过程相当舒适,尽管有些用户表示有些电动剃须刀有剃不干净的问题,但这个问题随着电动剃须刀制造技术的不断提高,情况已经日渐好转。

我们常见的电动剃须刀类型主要有两种:即网膜式和旋转式。从运动原理上讲,网膜式是通过刀头左右往复运动,剃掉胡须,由于刀头在往复运动中不断加速、减速,使用时震动和噪声比较大;旋转式剃须系统呈中央旋转运作,圆周运动能连续不断地进行单向切剃胡须,不仅使剃须更干净彻底,不会因胡须拉扯而产生不适,而且在使用的时候没有噪音,相对于前者比较安静。

31.环保的电动汽车

一般来说,电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。

电动汽车具有很多的优点:它不会排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其他污染物也显着减少,由于电厂大多远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集中排放,有利于清除各种有害排放物。

由于电力可以从多种一次能源获得,如煤、核能、水力、风力等,从而解除人们对石油资源日见枯竭的顾虑。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用,大大提高其经济效益。有关研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油、再经汽油机驱动汽车要高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量,正是这些优点,使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个热点。

电动汽车是由电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统完成既定任务的工作装置等组成。其中电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,同时也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。

简单来说电动汽车的主要工作原理是:蓄电池-电流-电力调节器-电动机-动力传动系统——驱动汽车行驶。

32.优美别致的电动自行车

中国被称为“自行车王国”。现如今,电动自行车以很快的速度走进了千家万户。我们知道,电动自行车也叫电动车,是以蓄电池、锂电池等电能作为辅助能源,具有两个车轮,能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车。

现在的电动车的型号都是以TD(特种自行车种类的电动自行车类)为冠号。电动车在外表上和普通的自行车很相似,有的电动自行车外表和摩托有一定的相似,但是它要比普通自行车更有技术含量。电动车是在普通自行车的基础上,安装了电机、控制器、电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。

一般来说,多数电动自行车是采用轮毂(gǔ)式电机直接驱动前轮或后轮旋转的。这些轮毂式电机根据输出速度的不同,分别与不同轮径的车轮配合,用以驱动整车行驶,速度可达到每小时20千米或更高的速度。虽然这些电动车的造型与电池的安装位置不尽相同,但是其驱动与控制原理存在共性。这类电动自行车是目前电动车产品中的主流。

不过也有比较特殊的电动车,少量电动车采用非轮毂式电机驱动。这些电动车采用侧挂式或者柱状电机、中置式电机、摩擦轮胎电机。一般采用这种电机驱动的电动车,其整车重量会有所降低,电机效率比轮毂式效率更低。在同样电池能量的情况下,使用这些电机的整车一般会比轮毂式整车续行里程缩短5%~10%。

33.移动电话——手机

现在,是手机的时代。手机在我们的生活中占据着重要的地位。

我们通常所说的手机也叫做移动电话或手提电话,手机是在20世纪70年代开始投入使用的。

手机不需要电话线,可以随身携带,可以在较大范围内移动。

你知道这是为什么吗?在手机里面,装有无线电接收器和发射器,就像一个无线电台,它将我们说话的声音转变成电信号,发射到空中;同时,还能捕捉空中的电磁波,将它转换成声音信号,这样就能听到对方的声音了。由于手机的体积很小,它的天线也很简单,所以通话要靠较大的无线电台转接。我们经常看到的高大电信塔就是一个个固定的转接站。

原来的手机可不是我们现在看到的这种小巧别致的样子,早期的手机体积都比较大,而且只能用来接听和拨打电话。随着科技的发展,手机的体积越来越小,形状变化多样,功能也越来越多。现在的手机不仅能打电话,还有发送短信、玩游戏、听音乐、上网、看电影、拍照、摄像等功能。

34.没有电话线的无绳电话

随着现代科技的发展,越来越多的无绳电话走进了我们的家庭。

无绳电话是将电话机的主机(底座)与手持机(送受话器)之间的连接导线去掉,用无线电收发机替代它的功能,而主机仍要通过电话线与电话网的交换器相连。

见过无绳电话的人都知道,无绳电话的主机和手持机都有各自的键盘。它们既能独立通话,又能互相对讲,而且具有寻呼的功能。

无绳电话发送无线电信号的能力是有限的,它的手持机在通话时,只能在距主机约50米的范围内移动,或在这个范围里与另一个无绳的手持机对讲。

35.节省话费的IP电话

长途话费很昂贵,不妨用IP电话。IP指通过因特网传输交互语音的应用软件,它可以从数量级上减少长途电话尤其是国际长途电话的费用。

IP电话是通过因特网与传统电话网的相互连接,利用任何一部双音频电话机(不含磁卡、IC卡电话)拨打国内和国际长途电话的电信业务。IP电话是电话网和数据网的通话,通过因特网上传输,带宽的利用率高、升级简便、经济便宜、使用方便,所以收费比传统电话低。

第二节科技使者——工业用电

1.以煤为燃料的火电厂

火电厂是利用煤、石油、天然气等固体、液体燃料燃烧所产生的热能转换成动能以生产电能的工厂。按燃料的类别可分为燃煤火电厂、燃油火电厂和燃气火电厂等。按功能又可分为发电厂和热电厂。

一般来说发电厂只生产并供给用户以电能;而热电厂除生产并供给用户电能外,还供应一定的热能或热水。

20世纪80年代以后,中国火电厂的燃料主要以煤为主。

火力发电的基本生产过程是,燃料在锅炉中燃烧,将燃料中的热量释放出来,传给锅炉中的水,从而产生高温高压蒸汽;蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转动力,从而驱动发电机输出电能。

我国的一些大中型燃煤的火电厂,一般采用煤粉炉,它们的生产过程是将进厂的原煤经碎煤机磨成煤粉,用热风吹送,喷入锅炉炉膛,通过煤粉燃烧生成的高温烟气,首先加热炉膛内的水冷壁管与过热器管,然后经过烟道内的再热器、省煤器和空气预热器而进入除尘器,在清除烟气中的飞灰之后,通过烟囱排入大气。

2.超高电压传输

我们知道,电压越高,在电流输送过程中的损耗就越少。一般来说,发电厂的汽轮发电机本身发出的电压只有15750伏。如果把它接入输电电网时,先要将电压升高到22万伏或33万伏。

输电用的裸绞线首先要具有一定的拉力强度。一般输电铁塔间的距离很远,为了能承受足够的拉力,输电用裸绞线都采用钢芯铜绞线来增加它的强度。此外,为了降低在电能传输中的损耗,要求输电线的直流电阻越小越好。

降低输电线损耗主要有两种方法,一种方法是增大导线的截面积,因为导线截面积越大,单位长度的电阻就越小,它所能通过的电流也越大。可是输电线不能无限度地加粗,线径加粗后,输电线的自身重量也随之增加,而且线路用材费用也要增加。另一种方法是提高线路传输电压。

随着输电电压的升高,输电电流可大幅度减小,从而使输电线上的损耗大大降低,因为传输功率等于电压和电流的乘积。在功率相等的情况下,传输电压越高,传输电流就越小,而线路损耗是与传输电流成正比,与传输电压成反比。目前已有将传输电压提高到50万~100万伏的超高压输电,这样在同等线径的输电线上就能成倍地增加传输电力。很明显相对于前者,后者要比前者节约得多。

3.余压发电

钢铁厂每天都消耗大量的热量,如何处理这些残热,人们发明了余压发电。余压发电主要是指在炼铁时,焦炭、铁矿石投入到高炉里面,要用鼓风机吹进大量热风。热风中的氧气一旦接触到焦炭中的碳,就会立即燃烧,产生大量煤气。大部分煤气和铁矿石发生化学反应之后,经过分离就会出铁。余下的煤气从减压阀白白放掉了。

利用这部分余压发电,即所谓的余压发电。

1969年,苏联首先试验成功余压发电,日本后来也开始应用这种方式来发电。日本的川崎钢铁公司,在21座高炉上安装了这种发电机,每月发电量竟达1.2亿度。据估计,一座钢铁厂的高炉,全部装上炉顶发电机,可以提供全厂5%的用电量。

其实和别的发电设备比较,炉顶发电机只是利用高炉煤气积蓄的压力能,不需要消耗一点煤气;同时经过涡轮机发电后的煤气,水分和粉尘都有所降低,煤气质量也会有所改善。