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什么是什么:什么是电
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作者:(德)雷纳·科特 文,(德)阿尔诺·科尔布,乌岛·克鲁瑟-舒尔茨、弗兰克·克里门特 图,高建中 译
出版社:湖北教育出版社
出版日期:
年龄/主题/大奖/大师: 6-8(1-2年级)、8-10(3-4年级)、科普、
内容简介

在我们的日常生活中,几乎没有什么比电更让人司空见惯。它存在于每一个电源插座中,它让灯泡发光,让我们的计算机、电视机、洗衣机和冰箱日夜运行。可是,电到底是什么呢?著名科学记者和屡获殊荣的科普作家雷纳·科特博士,在本书中给出了全面、准确和细致的答案。他向我们展示了电在大自然中的各种角色,并告诉读者如何让这种罕见的自然力为我们所用。他还讲述了如何制造电流,电流如何进入我们的家庭,以及人们应当怎样保护自身不受电流的伤害等等问题。

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  在这本《什么是什么》中,作者为大家展示了电的研究和应用领域的概貌。其中会告诉大家,在电路中如何形成电流,电池和太阳能电池如何发挥作用,电和磁如何相互作用。本书还讲到了发电机和电动机、超导、电磁感应以及三相电流。此外,还介绍了不同类型的发电站,并解释了人们为保证电流随时安全地进入每个家庭,都做了哪些工作。当然,本书也包括了如何安全用电的知识。

他们说

如何从可再生能源中获取电能?
在德国,现在人们使用的大约95%的电能来自热电厂。可是在近些年人们已经知道,使用像煤或石油这样不可再生的“化石燃料”是多么错误。“化石”意味着,这些原料是从远古时代就开始在地层中积累,并且经过了漫长的地质年代而形成的。而核能的危险,现在让很多人望而却步。因此,人们在全世界范围内寻找着环保而且可再生的能源。可再生能源,就是始终可用、用之不竭的能源。
例如,在我们的脚下就蕴藏着巨大的热量。在火山地区,有着从地球内部产生的热蒸汽。在全球范围内已经有超过250座地热发电厂,它们可以生产大约90亿瓦功率的电能。大多数地热电厂都在美国,其次是菲律宾和墨西哥。
在未来几年里,在德国南部可能会出现小型地热电厂。人们想通过钻孔给在炎热地层中的水加压,来生产所需要的热蒸汽。然后,再利用这些热蒸汽来发电。
水力是多年来一直使用的一种可再生能源。在全球范围内,现在有大约20%的电能通过水电站生产。特别是在多山的国家,能很方便使用这种清洁的能源生产方式。
在挪威,大约99%的电能都是这样获得的。在奥地利,这个比例大约是72%,在瑞士是58%。然而,在很多地区为了发电而建造的巨大水库,经常对环境造成不良影响,并且需要移民数百万人。因此,利用水力发电在很多地方阻力很大。
在有些沿海和丘陵地区,可以利用风能生产电流。人们现在能越来越多地看到细长的、几乎百米高的风轮塔。每一个塔的尖端都有一个外壳,里面装有发电机。一个直径约60米的巨大的三叶螺旋桨,在大约三级风以上时会自动旋转;一个齿轮箱会把这种转动传输给发电机。小的辅助电动机会根据风向和风力调整外壳和螺旋桨。在德国,目前有大约1%的电能由风力制造。

太阳能可以转化为电能?
太阳的能量可以说是无穷无尽,它每小时向我们地球辐射着巨大的能量,相当于燃烧了200万亿吨的煤。这种能量是目前世界能源消耗总量的1万倍。
多年以来,人们一直在努力研究利用太阳能电池从太阳能中获取能量。太阳能电池可以直接把太阳能转化为电能,而不需要锅炉、涡轮机和发电机。
太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用:与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染;太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电站,小到只供一户用的太阳能电池组,这是别的电源无法比拟的优势。
常见的闪着蓝光的太阳能电池由硅组成。硅是石英的主要成分,也是制造晶体管和计算机芯片的原料。然而,这种硅的提纯比较费力,因此价格非常高。
不过,这种情况据说会有所改变。新一代的太阳能电池已经可以在实验室中使用。它们不需要价格昂贵的高纯硅,而是由像窗户玻璃或塑料这样特定化合物的薄层组成。在未来几年之内,这种新的能源转换装置,可能会盖在屋顶和其他太阳照耀的地方,用以提供电能。
与德国不同的是,在那些日照时间更长的国家,例如在撒哈拉沙漠。可以收集更强烈的太阳能。获得的电能可以通过远程线路传输给中欧的用户。当然,到目前为止,这还只是一个设想,因为常规太阳能电池的造价太高。
但是,从长远来看,随着太阳能电池制造技术的不断改进,以及新的光电转换装置的发明,各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求,太阳能电池仍将是利用太阳能比较切实可行的方法,可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。

氢能替代汽油和煤吗?
太阳能电池的一个基本问题是,在晚上我们就看不到太阳光了。因此,人们必须能把太阳能储存起来。其中的一个办法是利用获得的电流电解水。在这个过程中会形成高能的氢气,可以把它们储存在巨大的罐子中,也可以通过管道或储气罐运输。在“未来的燃料电池电站”中,人们可以利用这些氢气获取电能。这样的电厂要比常规的煤或气体电厂产生的能量高得多,而且也更环保。
几十年来,燃料电池已经在航天领域得到了应用。很多研究人员致力于让燃料电池的功率变得更大,现在,这方面的工作已经取得了进展。这些电池由在其中充有氢气和空气的小室组成。在一个由金属电镀的特殊塑料膜上,这些气体会相互发生化学反应。在这种无噪声和无火焰的燃烧过程中,形成了电流,同时产生的废气只是纯净的水蒸气。
目前,在德国已经有小型燃料电池电站投入运行。专家希望,在未来一段时间之后,利用用之不竭的太阳能,可以满足大约60%的电能需求和40%的推进燃料的需求。“太阳能制氢”经济,也就是太阳能和燃料电池的结合,可能会结束煤和石油的时代。
至少,现在已经有了试验运行的电动公共汽车,它就是通过燃料电池驱动的。不久之后,在市场上可能会出现不需要汽油的载重汽车。不过,它们装备的不是氢气,而是从天然气或生物废料中生产的液体甲醇。在汽车中,一个“革新者”,也就是一个“迷你化工厂”,把甲醇转变为富含氢气的气体,并制成燃料电池。把油门加得越大,这种反应就越剧烈。也许,燃料电池的时代现在已经开始了。
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