每天我們都離不開電，我們也知道家用電是從發(fā)電廠發(fā)出來的。但是發(fā)電廠是如何發(fā)電的呢？是誰第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)原理呢？要了解這些，我們首先要從一個(gè)人物法拉第說起。

丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)之后，英國物理學(xué)家法拉第就想到：既然電流能夠產(chǎn)生磁場，那么反過來，磁場是否能夠產(chǎn)生電流呢？因?yàn)樵诜ɡ诘臅r(shí)代，人們用電都是使用鋅、銅和鹽水制作的伏打電池，這種電池制作麻煩，電壓小，發(fā)的電不適于普通人使用。但是自然界的磁鐵資源非常豐富，如果使用磁鐵發(fā)電，那么電就能進(jìn)入千家萬戶了。

法拉第為了這個(gè)理想進(jìn)行了艱苦的實(shí)驗(yàn)，他最初的想法是將一塊磁鐵放在螺線管中，期待著電路中產(chǎn)生電流，但是一直沒有獲得成功。終于，在1831年法拉第的實(shí)驗(yàn)獲得了突破：他發(fā)現(xiàn)：只有在磁鐵插入或者拔出螺線管的過程中，電路中才會(huì)產(chǎn)生電流。

我們用現(xiàn)代的方法可以把法拉第的實(shí)驗(yàn)等效成上面的情況：用一個(gè)螺線管連接電流表，將一根磁鐵插入螺線管的過程中，電流表就會(huì)產(chǎn)生示數(shù)。而且，插入的速度越快，電流表指針的偏轉(zhuǎn)就越大。同樣，在磁鐵拔出螺線管的過程中，電流表指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)，只是方向相反。但是，如果磁鐵在螺線管中保持靜止不動(dòng)，電路中就沒有電流產(chǎn)生了。

法拉第終于明白：只有在運(yùn)動(dòng)和變化的過程中，磁鐵才能夠產(chǎn)生電流。法拉第將他的發(fā)現(xiàn)總結(jié)成五種情況，其中應(yīng)用在現(xiàn)代發(fā)電機(jī)的情況是：在磁場中切割磁感線的導(dǎo)體可以產(chǎn)生電流。

比如：我們將一根導(dǎo)線與電流表相連，并且使得導(dǎo)線向右運(yùn)動(dòng)，這樣導(dǎo)線就好像切韭菜的刀一樣切斷了磁感線，電路中就會(huì)出現(xiàn)電流。而且我們可以使用右手定則判斷電流的方向：如果磁感線穿過右手的手心，大拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向，那么右手四指的方向就是產(chǎn)生的電流方向。

按照這個(gè)原理，法拉第制作了早期的發(fā)電機(jī)：讓一個(gè)金屬圓盤在一塊馬蹄形磁鐵之間轉(zhuǎn)動(dòng)，由于金屬圓盤的每一條半徑都可以看作切割磁感線的導(dǎo)體，因此圓盤中心和邊緣之間就會(huì)形成電流。

法拉第制作了發(fā)電機(jī)之后，英國財(cái)政大臣問他：你發(fā)現(xiàn)的這些東西很有趣，但是，它有什么用呢？法拉第回答道：哦，閣下，也許過不了多久，你就會(huì)對(duì)它收稅了。果然，現(xiàn)在電已經(jīng)成了我們生活必不可少的一部分，誰家用電不交錢呢？

早期的發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生的都是直流電。所謂直流電就是電流方向不發(fā)生變化的電流?，F(xiàn)在我們的家用電都是交流電，所謂交流電就是方向周期性變化的電流。

具體來說，兩孔插座中有一根線稱為“零線”，零線電壓與大地相同，所以觸摸零線不會(huì)觸電。另一根線稱為火線，火線電壓一會(huì)兒比大地高，一會(huì)兒比大地低。由于電流從高電壓流向低電壓，所以電流有時(shí)候從火線流過用電器再流回零線，有時(shí)候從零線流過用電器再流回火線，每個(gè)周期是1/50s，稱為50Hz的交流電。交流電與直流電相比最大的優(yōu)點(diǎn)就是改變電壓十分方便，從而可以進(jìn)行高壓傳輸以減小損耗。

那么，這種交流電又是如何產(chǎn)生的呢？

交流電可以通過一個(gè)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。比如圖中這種情況：在線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)導(dǎo)線向上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則，產(chǎn)生的交流電從c流向d；左側(cè)導(dǎo)線向下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的交流電從a流向b，所以整個(gè)電路中的電流流向是cdab方向。在線圈外端通過兩個(gè)電刷與外部電路相連，于是電流就可以通過電刷從上向下流過燈泡。

半個(gè)周期之后，線圈旋轉(zhuǎn)半周，ab與cd交換位置，電流方向就會(huì)變?yōu)閎adc，這樣一來，電流就會(huì)從下向上流過燈泡。于是就形成了交流電。如果線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，就形成了正弦交流電。

也就是說，只要能讓線圈與磁鐵發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生電流。在現(xiàn)代發(fā)電機(jī)中，旋轉(zhuǎn)的其實(shí)不是線圈，而是磁鐵，稱為轉(zhuǎn)子。而線圈是不動(dòng)的，稱為定子。同時(shí)，出于工程商的需要，發(fā)電機(jī)線圈有三組，任意兩組線圈都夾60度角。

這樣一來，當(dāng)磁鐵在線圈中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三組線圈中分別產(chǎn)生三個(gè)正弦交流電，而且每一個(gè)都比前一個(gè)滯后1/3周期。

這三個(gè)交流電會(huì)具有共同的零線（中性線）和不同的火線（輸出線）。在供電時(shí)，如果我們把某個(gè)火線和零線接入用電器，就是家用電220V， 如果我們把兩根火線接入用電器，就變成了工業(yè)用電380V。

那么， 我們?nèi)绾尾拍苁沟镁€圈或磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)呢？這就取決于發(fā)電機(jī)的種類。水力發(fā)電機(jī)是靠水的沖擊使得渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是靠扇葉使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，火力發(fā)電機(jī)是靠燃燒加熱水蒸氣推動(dòng)渦輪機(jī)。這個(gè)過程需要消耗外界的能量。總之，發(fā)電機(jī)就是把其他形式能量轉(zhuǎn)化成電能的機(jī)器。

發(fā)電機(jī)被發(fā)明之后，各種用電器如雨后春筍般出現(xiàn)，人類由此進(jìn)入了電氣時(shí)代。

我們還要再談?wù)劮ɡ凇@個(gè)獎(jiǎng)人類帶入電器時(shí)代的人。法拉第生于一個(gè)鐵匠家庭，由于家庭貧困，他只上了兩年小學(xué)就輟學(xué)了，成為了一名訂書匠的學(xué)徒。不過，這份工作讓他接觸到了大量的圖書，接觸了普通人無法接觸到的各種文獻(xiàn)，他被科學(xué)深深地迷住了。

在書店里一位老主顧的幫助下，20歲的法拉第有幸聆聽了化學(xué)家戴維的演講。他還把整理好的演講記錄寫信郵寄給戴維，并表示自己愿意為科學(xué)獻(xiàn)身的想法。

戴維看過法拉第的簡歷之后對(duì)他說：“年輕人我要告訴你，科學(xué)是很辛苦的，而且沒有多少回報(bào)?！?/p>

法拉第回答道：“我認(rèn)為科學(xué)本身就是一種回報(bào)?！?/p>

戴維被感動(dòng)了，法拉第終于成為了戴維實(shí)驗(yàn)室的一名助手，他的科學(xué)夢(mèng)想從戴維實(shí)驗(yàn)室開始成為了現(xiàn)實(shí)。后來，法拉第在物理、化學(xué)方面都取得了驚人的成就，成為了那個(gè)時(shí)代最偉大的科學(xué)家。

法拉第還是一位品德高尚的人。由于自己早年的經(jīng)歷，他非常重視對(duì)年輕學(xué)者的培養(yǎng)，并且鼓勵(lì)了一批如麥克斯韋一樣的科學(xué)巨匠。他拒絕了對(duì)自己的封爵，還兩次拒絕成為皇家科學(xué)會(huì)會(huì)長，并表示不愿安葬在西敏寺——牛頓等人的長眠地。于是，人們，將他安葬在其他墓園，卻在西敏寺牛頓的墓碑旁樹立他的紀(jì)念碑。

順便一說，他的入門恩師戴維也是一位著名化學(xué)家，人們認(rèn)為戴維最大的貢獻(xiàn)就是——發(fā)現(xiàn)了法拉第……