直流电和交流电的世纪之战（人类最初用了近百年的直流电）

直流电是人类最初使用的一种电流形式，直流电是指的电流大小和方向不会随着时间发生变化的一类电源。

人类最初对于电的认知主要是雷电和静电，但这些电在那个时候都不具备可利用性，人类真正用上电是在发明了电池之后，在1800年，意大利科学家伏打通过银片、锌片以及浸有溶液的纸片堆叠起来，于是产生了能够稳定输出电能的电池，这是人类的第一个直流电源，为人类后来使用电能奠定了坚实的基础。

化学电源虽好，但它无法大规模的输出电能，后来法拉第发现了电磁感应现象，发明出了发电机，在这之后，电才真正的走进了千家万户。

最初人类发明的发电机都是直流发电机，因此所提供的的电源都是直流电，很多电器工作所需要的电流也是直流电，这两者之间很好的吻合上了，那么既然直流电这么好用，为什么后来又大规模的发展交流电了呢？

爱迪生在发明了电灯以后，创建了爱迪生电灯公司（现通用电气），该公司还负责运营直流供电。

但直流供电一直存在一个问题，就是直流电在传输过程中的损耗很大，一般情况下传输距离如果超过一公里，电压就会降得很低，即使装上电灯也只能发出昏暗的灯光，为了解决这个问题，爱迪生就开始大量地建设发电站，每个发电站负责供应附近的居民用电，以此来提高家庭线路中的电压。

就在爱迪生的通用电气公司发展得如火如荼时，特斯拉在交流电的研究中也有所突破，并申请了多项交流电专利，在特斯拉的一次关于交流电的演讲中，著名企业家乔治•威斯汀豪斯看上了他的相关专利，并让他加入自己的西屋公司，力推交流电，并进行商业化，于是威斯汀豪斯成为了爱迪生有力的竞争对手。

左：爱迪生 中：特斯拉 右：威斯汀豪斯

家大业大的爱迪生自然不会任由他们挤占自己的市场，为了稳定自己的直流电商业市场，爱迪生甚至在公众下利用交流电电死了一只大象，以此来证明交流电的危险性。

被交流电电死的大象

就这样，交流电的发展在爱迪生的打压下一直受阻，让交流电真正崭露头角的是在一次世博会中，当时的西屋公司与通用电气公司为1893芝加哥世博会提供照明服务进行了激烈的竞争，最终西屋公司一咬牙，以最低的报价签下了为世博会提供照明工程的合同。在世博会所有电灯亮起的那一刻，所有人都被庞大而明亮的灯光效果所震撼了，而这次照明工程，西屋公司所使用的正是自己的交流电系统。

西屋公司为整个世博会场提供照明

这一次交流电不俗的表现，让人们深刻地认识到了交流电的优势，从此交流电的市场开始快速发展，直流电逐渐被取代掉，后来交流电也成为了城市供电的第一选择。

那么，在电力传输过程中，为什么交流电会有更小的损耗呢？

电力在电线中传输时，不可避免地会有损耗，这是由于电线必然存在着电阻，当有电阻中有电流通过时，则会发热，这些损耗的电能便以热量的形式消散。

Q(热量)=I²Rt

那么如何才能降低电线中的损耗呢？通过上面的公式我们可以知道，产生热量的多少与电流以及电阻的大小有关，电阻是必然存在的，所以有效的办法就是减少传输线中的电流，而交流电通过升压技术，便能实现这种目的。

交流电最大的优势就是能够高效地改变电压

我们知道，变化的电流会产生变化的磁场，而变化的磁场也会产生变化的电场，交流电由于本身就是变化的电流，因此通电的交流线圈会不断地产生变化的磁场，那么如果在线圈产生的磁场范围内放入另外一组线圈，那么这变化的磁场就会在另一组线圈中产生变化的电场，于是便感应出了交流电。这就是变压器的电磁感应过程。

线圈电生磁的过程

变压器结构

而另一组线圈中感应出来的电压则与两个线圈的匝数比有关，两边匝数之比等于电压之比。

当发电厂发出来的交流电接入一个变压器的输入端，如果输出端的匝数是交流电输入端的几十甚至上百倍时，那么变压器输出的电压就会比原来的输入电压增大几十到上百倍，电压变大了，但由于线路中的传输功率P=UI是不变的，因此，电流就必然要减小。根据上面提到的焦耳热公式Q=I²Rt，如果电流减小，那么高压电传输过程中发热量就减小了，因此就降低了电能损耗。

电压越高，对应线路中的电流就会越小，那么损耗也就会越小，这就是为什么远距离输电都会使用超高压技术。

想要解决超长距离输电问题，关键就在于升高线路电压，从而减少线路电流。交流电由于具有先天的变压优势，自然成为了高压输电的首选，但超高压交流输电同样也存在着一定的弊端，例如超长的传输线与大地之间形成一个电容结构，交变电流在电容结构中会产生电磁振荡，从而造成电能损耗，另外在多个电力系统并网中，相位也必须保持一致，这为多网合并带来一定的麻烦，这些都是交流电传输所带来的弊端。

针对交流电传输存在的问题，目前我国也在开始逐渐使用超高压直流输电，在传输系统中通过交流与直流之间的转换，使电能的损耗达到最小。

交流电与直流电在电力系统中角色互换的过程也是人类对于电力技术认识不断地加深过程，未来人类对于电力的需求将会越来越大，对电能的高效利用研究也将会是一个永恒的话题。