華僑網 科技教育 为什么要输电,而不是输光? | 科技袁人

为什么要输电,而不是输光? | 科技袁人

导言:
为什么电的功率很大,光的功率很小?

■ 视频链接:

v.douyin.com/FG9MwkW/

本视频发布于2022年3月9日,观看量已达1.6万

■ 精彩呈现:

为什么各种能源绝大部分都首先要发电,例如火电、水电、核电、风电、光电?我的朋友、风云学会会员陈经最近领悟了一个要点:发电的前提是有负载在用电,电是用多少发多少,不是发电后存着用。所以电是能源传输转化的渠道,电网就是能源交通网。我不禁要告诉他:这是常识,标准说法是“电是二次能源”。

然后陈经又问了一个问题:为什么是电网,而不是别的能源交通网?可能和光速有关?我不得不再次告诉他:这也是常识,电场传播的速度是光速。

然后陈经又问了一个问题:那为什么不是光传输能源网?咦,这个问题虽然听起来也很白痴,但不是那么的显而易见了。我想了想说:动力电的功率很大,可见光的功率很小。

陈经认为这个解释不错,但我还想搞明白为什么会有这个区别。于是我问了我身边最近的专家,就是我太太:为什么电的功率很大,光的功率很小?作为一个电子工程师,她的回答是:区别在于导线。电驱动了导线中很多载流子的运动,这是实实在在的能量。例如一个几千瓦的电磁炉烤面包,几千瓦除以220伏,电流就是10安培的量级,即每秒有10库仑左右的电子流过,在这里减速,放出了热能。而光是在真空或空气中传播的,载流子没有或者很少,它携带的能量只是光子的这一点点能量,能用于传输信息,但用于动力就远远不够了。也存在对光子能量的直接利用,如用光镊操纵微观粒子,这个是现实的技术,或者用光帆推动航天器,这个是设想中的技术。这些都是因为光子是有动量的,但这些效应都很弱。

群友们不禁为我太太喝彩:又懂物理又能写小说,太牛了!严谨又通俗!陈经也恍然大悟:能量在电子上!

然后他又提了一个问题:能量从水电站到我们的灯泡上,其实是通过电子过来的?不是通过电场吗?

得,对此有经典的答案了:电场传播速度跟电子运动速度是两回事,前者是光速,而后者很慢,只有几百米或几千米每秒的量级。电场能导致电子运动速度的变化,这个变化传播得很快,但电子本身运动得是很慢的。好比一个充满水的水管,这边拧开龙头那边就出水了,但那边出去的水并不是这边进去的水,水分子只是在里边一个挨一个地传播而已。大家明白了吗?

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■ 作者简介:本文作者袁岚峰,中国科学技术大学化学博士,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员,中国科学技术大学科技传播系副主任,中国科学院科学传播研究中心副主任,科技与战略风云学会会长,“科技袁人”节目主讲人,安徽省科学技术协会常务委员,中国青少年新媒体协会常务理事,中国科普作家协会理事,入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物,微博@中科大胡不归,知乎@袁岚峰(zhihu.com/people/yuan-l)。

■ 责任编辑:祝同学

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