从远距离输电的原理说开去

从远距离输电的原理说开去

吴海鹏姚进

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