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第7章 福撒人间——时尚便捷的应用(4)

4.不可思议的发电机

发电站是一个国家最重要的基础产业,电力也是制约经济发展的瓶颈。从人类发展的时间来看,自从电能来到我们的生活中,电能就变成了我们社会最重要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。

发电机的形式多种多样,但其工作原理都是以电磁感应定律和电磁力定律为基础的。因此,发电机的构造一般原则是:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。

虽然发电机有不同的种类,但是它们的组成部件基本是固定不变的,发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成。

定子由机座、定子铁芯、线包绕组以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(有磁扼、磁极绕组)滑环(又称铜环、集电环)、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子、转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。

5.工业生产电气化

工业生产电气化听起来是很难理解的一个专业术语,其实在市面上我们常见的金属加工、材料处理、表面处理等工艺都由电气化来完成,还有工业生产的机械化、自动化、化学化所需动力也都离不开电力。可以说电气化是工业生产的动力和工艺上(如电焊、电解、电镀等)大量采用电力的表现。离开了电气化,机械化、自动化和化学化也就无从谈起,所以电力是工业现代化最基本的必须条件。

因为电力具有大量生产、无限制集中与分散、能远距离输送,使各种能量互换的特点,所以在工业生产中被大量采用并且前景光明。

6.给机械穿上美丽的外衣——电镀

也许大家对于电镀了解得很少,电镀就是利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基本材料不同的金属覆层的技术。在盛有电镀液的镀槽中,以经过清理和特殊预处理待镀件为阴极,用镀覆金属为阳极,两极分别与直流电源的正极和负极连接,通电后,电镀液中的金属离子在电位差的作用下移动到阴极而形成电镀层。

阳极的金属形成金属离子进入电镀液,以保持被镀覆的金属离子的浓度。

电镀的应用范围很广泛,一般来说电镀可以做机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层,还可以做修复磨损和加工的工作。镀层大多是单一金属或合金,如锌、镉、金、黄铜等;也有弥散层,例如镍-碳化硅等;还有复合层,例如钢上的铜-镍-铬层等。

电镀的基本材料,除了铁基的铸铁、钢和不锈钢,还有一些非铁金属,包括一些塑料等。塑料在电镀前,必须经过特殊的活化或者敏化处理。镀件的尺寸批量不同,可以采用不同的电镀方式。

电镀有很多种类型:挂镀适用于普通尺寸的制品,例如汽车的保险杠、自行车的车把等;滚镀适应于尺寸较小的零件,例如紧固件等;连续镀适应于成批生产的线材和带材;刷镀适应于局部镀或者修复。

7.“换皮”——电泳涂漆

再好的油漆也经不起岁月的剥蚀。旧车的漆已脱落得斑驳难看,我们为了使旧车焕然一新,把以前的旧漆磨掉,再涂上好看的油漆。

到这里问题就出来了,用刷子一丁点一丁点地往车上刷漆,速度不仅会很慢,而且工时会变得很长,劳动强度也大,涂抹的油漆也不见得有多均匀,很影响汽车的美观。

那么怎么做才能又快又好呢?人们为了解决这一难题,研制了新的涂漆方法——电泳涂漆。电泳涂漆,只需做个相当大的涂槽,将所需涂漆物体浸在一种在水中能够溶解的水溶性涂料中,通电后,涂料电离而生成带电离子,带电离子在电场影响下发生定向运动,向正极方向移动。短短的两分钟后,在作正极的工件物体上就沉积着均匀的涂料,表面经水冲洗除去气泡,再经烘干后就成了一层均匀、美观、平整、光亮的电泳漆膜。这种技术不仅省时省力,而且效果良好。

现在我们看到五颜六色的汽车、冰箱、空调等,都是电泳涂漆的功劳。电泳涂漆,不仅没有污染,而且在操作的过程中还很安全。

8.四通八达的电力网

在电力传输的过程中,我们离不开电力网。电力网是电力系统的重要组成部分,包括变电所和不同等级的电压输电线路,主要作用是变换电压和分配、输送电力。

电力网其实很“全能”的,主要表现在它可将几个地区不同类型电站(厂)相互联结并列供电,也可将集中的电能按用户要求分散到各地,以充分发挥各类电站(厂)的优点,提高设备利用率,减少备用容量,达到经济合理、安全可靠供电的目的。我国刘家峡、盐锅峡、八盘峡三个水电站的电力通过超高压输电线路和陕西、青海连成一片,成为一个较大的电力网。

我国幅员辽阔,拥有庞大的国家电力网,包括东北、华北、华东和华中、西北和西南电网。其中西北、西南、华中电力网主要是水电提供;东北和华北电力网主要以火电为主。华东由于缺乏常规能源,建立了核电站,即秦山核电站、大亚湾核电站,而且秦山核电站并入了华东电网,为华东地区经济的快速发展提供了可靠、稳定的动力来源。

9.电力工业

在我们的生活中,电力工业一般来说是指生产、输送和分配电能的部门,是国民经济各部门实现现代化的基本动力供应者。

在电力工业的发展过程中,由于生产电能的燃料种类的不同,形成不同形式的发电站,如火力发电站、水力发电站、潮汐发电站、地热电站、太阳能电站、原子能电站等。目前世界上工业发达的国家,普遍重视水电的开发利用。有些发展中国家也大力开发水电,以加快经济发展的速度。我国在水能资源丰富的黄河上游、长江干支流和红水河流域加快水电开发,重点是建设四川二滩、广西岩滩、湖北隔河岩、湖南五强溪、青海李家峡、黄河小浪底(河南孟津附近)、三峡工程等。

值得一提的三峡水电站,是世界上发电量最大的水电站。另外,因地制宜在大型煤矿附近建火电站,把煤炭转换成电能输出,如大同煤矿附近的电站,可供北京、天津等城市的需要,同时也减轻了铁路运输的压力,还有在开滦煤矿附近建立的陡河发电厂等,真可谓是一举两得的事情。

10.种类繁多的电子工业

电子工业是国民经济部门的支柱产业。说得通俗一些,电子工业主要是指生产电子器件、电子设备及为电子设备专用的元件和材料的工业部门。比如,电子管、集成电路等电子器件,电视、广播、通信、电子计算机、激光、雷达、仪器仪表、遥测遥控等电子设备都是电子工业。

电子工业是工业化程度的重要标志,也是衡量国家战略实力的标志。在第二次世界大战之后,电子工业成为发达国家的重要战略产业,我国的电子工业经过40年的开发和建设,从小到大、从修理到制造、从仿制到自行设计,现已具有相当的规模,并形成比较齐全的工业门类。

11.优美快速的切割——电锯

电锯在我们生活中并不常见,但是在工业制造中,电锯是必不可少的工具之一。电锯又名“动力锯”,由德国人安德雷阿斯·斯蒂尔在1926年发明。这一发明极大地节省了切割材料所耗费的时间和人力,为世界作出了不可估量的贡献。

电锯主要是以电机为根本动力,主要用来切割木料、石料、钢材等。电锯的边缘有尖齿,分类包括固定式和手提式,锯条一般是用工具钢制成,有圆形的、条形的以及链式的等多种。

12.钻孔机

在日常生活中我们很难见到钻孔机,钻孔机多以履带式挖掘机(或起重机)的底盘为底架,其上设置龙门导杆,作为钻凿工具的支撑,并引导钻孔方向。挖掘机的发动机常作为钻孔机的动力装置。

钻孔机按成孔方法可以分为螺旋式、冲抓式、潜水式和振动式四种,前三者属取土成孔,后一种属挤土成孔,还有综合上述多种方法的综合钻孔机。

灌注桩钻孔机是在工业上经常用到的钻孔机之一,灌注桩钻孔机是取土或挤土装置在地层桩位上成孔,然后灌注混凝土成桩的桩工机械。适用于除流动淤泥层以外的一切土层成孔。

13.生活的得力助手——电池

在日常生活中,电池是最常用的,包括干电池、蓄电池等,我们生活中的电池不管是什么样子的都是将化学能、光能、热能、核能等直接转换为电能的一种装置。电池有化学电池、太阳电池、温差电池、核电池等。我们通常所说的电池其实就是化学电池。

化学电池的种类很多,常用电池主要包括干电池、蓄电池以及体积小的微型电池。此外,还有金属电池、燃料电池以及其他能量转换电池,如太阳电池、温差电池、核电池等。

干电池也叫一次性电池,是我们使用最广泛的化学电池之一。

干电池是1865年法国人勒克朗谢在伏打电池的基础上研制了一种碳-二氧化锰-氯化铵溶液-锌体系的湿电池。

随后又将电解液吸收于纸层或加淀粉形成的浆状薄层上,构成了我们现在使用的干电池。现在经过不断的发展,干电池有一百余种。干电池在用完后是不能充电的,主要是因为干电池的氧化和还原反应的可逆性很差,用完后一般不能用充电方法使正、负极活性物质恢复到原来状态。

14.多才多能的电机

电机是实现机械能与电能之间的转换以及变换电能的装置。包括变压器和旋转电机两种。变压器是一种各部件间无相对运动的电能变换装置,广泛应用于电能传输,电压、电流、阻抗的变换和电路隔离。旋转电机是机电能量转换装置,可用作电动机(把电能转换成机械能)或发电机(把机械能转换成电能)。

此外有的电机还可以作为调相机,主要用于改善电网的功率因素。

15.电磁铁

说到电磁铁,大家并不陌生,在我们的生活中,电磁铁随处可见。

电磁铁是将电能转换为机械能以实现吸合作用的电器。电磁铁通常是由软磁材料制成的铁芯、衔铁和励磁绕组构成。当励磁绕组通电后,就会产生磁场,铁心被磁化,并产生出电磁吸力吸引衔铁,使之运动做功。

电磁铁主要用于操动、牵引机械装置。工业上所用到的电磁铁主要是制动电磁铁、牵引电磁铁、起重电磁铁和阀用电磁铁等。

此外,属于电磁铁类的还有用以传递和隔断两轴间机械联系的电磁联轴器,用以在机床工作台上吸牢磁性材料工件的电磁吸盘,主要用于高能物理、核聚变研究等。

第三节距离产生美——交通、通信用电

1.以“电”代步——电车

简单来说,电车是用电作为动力的公共交通工具,电能从架空的电源线供给,电车分无轨电车和有轨电车两种。

现在除了一些欧洲城市仍在使用有轨电车外,无轨电车已经在全世界得到广泛使用。现在,英国制造的双层无轨电车在有些国家和地区也颇受欢迎。1914年,中国在上海开始使用无轨电车。目前,北京、天津、武汉等大城市都有无轨电车。在强调环境保护的今天,无轨电车作为无空气污染的“环保明星”,更加受到人们的欢迎。

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