科普-中华学生百科全书-第220章
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电不把那么多的能量转化为热能，仍保持电能的状态为我们所用呢？能不能
撇开上述思路另辟蹊径，譬如，既然闪电已把电能传给了地球，我们能不能
从利用蓄电池的角度，把地球当作一个巨大的蓄电池，想办法把电能引出来
使用呢？这些答案恐怕要由未来的科学家们给出了。
此外，极光又是“地球发电机”以另一种形式发出的“希望之光”，也
是一种威力巨大的“天然发电站”。
在地球的南、北两极，高阔的天幕上，竞相辉映着五彩缤纷的光弧。有
的像探照灯的光芒在空中晃动，有的像彩带在空中飞舞，有的像帷幕随风飘
拂，有的像成串的珍珠闪闪发光……光弧的颜色或红或绿，或蓝或紫，时明
时暗，构成一幅瑰丽的景观。这就是极光。它是地球两极特有的自然现象，
多出现在 3 月、4 月、9 月和 10 月四个月份。那么，极光是怎样发生的呢？
它对人类又有什么用处呢？
我们已经知道，太阳的内部和表面进行着剧烈的热核反应，不断地产生
出强大的带电微粒流——电子流。这种电子流顺着地磁场的磁力线，来到地
磁极附近，以光的速度向四面八方散射。其中一部分电子流射入大气层时，
使大气中的气体分子和原子发生电离，产生出大量的带电离子，发出光和电
来。极光爆发时，会产生强烈的磁暴和电离层扰动，使无线电通讯和电视广
播等受到干扰破坏，使飞机、轮船上的磁罗盘失灵。尽管如此，作为一种未
来很有希望的新能源，它将给人类带来巨大的好处。有人推算过，极光发射
出的电量高达 1 亿千瓦，相当于目前美国全年耗电量的 100 倍以上。有的科
学家设想，将来在北极或南极地区，建造一座高达 100 千米的巨型塔架，用
适当的方法把高空中极光的电能接收下来，供人们使用。这种办法能成功吗？
未来的科学家们，你是否打算研究出其他更好的方案和办法呢？
更先进的发电技术
你是否知道，现在的火力发电要白白损失 70％的能量，也就是说，燃烧
100 千克煤，最多只有 30 千克煤真正被利用，其余 70 千克浪费掉了？很多
年以来，各国科学家一直在寻找能够提高发电效率的方法，经过长期努力，
终于找到了磁流体发电的方法。
磁流体发电，通俗地讲，就是使气体在磁场作用下发电。我们知道，金
属是导电的，那是因为金属导体内有自由移动的电子，所以，发电机通过用
金属做成的线圈，在磁场内转动，就会发出电来。可是，气体是绝缘体，气
体的流动是气体分子在运动，分子内的电子受原子核的“约束”，不能自由
移动，所以，怎么能利用气体发电呢？
科学家们研制的磁流体发电机使用的气体是经过高温处理的气体。在高
温下，一般气体都会发生电离，也就是组成气体分子的每一个原子，它们外
层电子不再受原子核的约束，而能自由自在地向各个方向移动。气体就从不
导电的绝缘体变成了导电的流体，当它们高速经过强磁场时就会发出电来。
普通气体大约在 7000℃以上才能变成磁流体发电所需的导电气体。经过
科学家的研究，找到了“种子物质”钾、钠、铯等，如果撒下少量的这种物
质，就可以在 3000℃的高温下使气体成为导电气体。由于现在开发的地热、
海洋热等还不能产生几千度的高温，只能用煤、石油、天然气等化石燃料，
所以，目前的磁流体发电又叫燃煤磁流体发电。只有随着高温原子核反应堆
技术的发展，核燃料的废热得到充分利用时，才能实现原子核磁流体发电。
磁流体发电是一种直接的发电方式，它的排气温度很高，可以用排出的废气
来产生高温高压的蒸汽，推动汽轮机，带动普通发电机发电，它的发电效率
可以达到 60％，从而节约了大量的能源。
磁流体发电同火力发电相比，除了热效率高外，还有很多优点。它的发
电机组结构紧凑，没有高速转动部件，所以体积小，结构很简单，使用寿命
长。磁流体发电机启动很迅速，从点火到大量发电，仅仅需要几十秒钟，要
使它停止运动，也只需很短的时间。
现在，磁流体发电的基础研究已基本结束，进入了工业性试验的阶段，
尽管如此，磁流体发电机还有许多问题有待进一步解决。
“超导”研究成功
电是什么？电是电子的流动。有些材料允许电顺利通过，有些材料却不
允许，正如有些马路允许车辆行驶，有些马路不允许车辆通过一样。允许电
顺利通过的材料叫导体，很难让电通过的材料叫绝缘体。一般来说，金属都
是导体，非金属都是绝缘体。
船在水中航行要克服水的阻力，飞机在空中飞行有空气阻力，人在地上
行走要克服鞋与地面之间产生的阻力——摩擦力。同样，电在金属材料内部
流动时也有阻力，这种阻力叫做电阻。电阻大小跟温度高低密切相关，例如，
水银、铅的电阻随着温度降低而逐渐变小，到了…269℃时，它们的电阻小到
几乎没有。
金属没有电阻现象的，科学上把它叫做超导。这种超导现象，早在 100
多年前就被荷兰科学家昂尼斯发现了。
多年来，随着科学的发展，人们做了大量的工作，探索超导的奥秘。
曾有一位美国科学家用铅作为材料，做了一个封闭的圆环，并把它放在
超低温的环境中，也就是使铅处于超导的状态。接着，他又将一定量的电流
通入铅环，然后切断电源，使电流在铅环中没有休止地流动下去。过了几年，
当这位科学家再去测量铅环的电流时，他惊异地发现，电流依旧跟过去一样，
没有明显的减弱。这说明了电流在超导体中没有损耗，是可以永远地保存下
去的。
这个实验给人们非常巨大的启示。在日常生活中，一天 24 小时里的用电
量是不相同的，白天和傍晚用电量最大，到了深夜就大大地减少了。我们现
在的发电厂，不可能做到白天发电多、深夜发电少，所以到了深夜，发出来
的电往往会浪费掉。假如有一个很大的电力仓库，能够及时地把余下的电能
储存起来，到了需要的时候再放出来，那该有多好啊！
科学家设想在地下很深的地方挖一个大坑，它的直径有 100 多米，又分
成上中下三层，在里面充满着超低温的液态氦气，把超导金属做成的线圈浸
没在里面。平时，可以把多余的电能储存到超导线圈里去，当需要时，再把
电取出来使用。由于电能没有损耗，所以能长期地储存下去。
科学家已着手研究、制造可以储存 100 万度电的超导设备，只要制造成
功，人们就再也不会为用电的不平衡而伤脑筋了。
电是从发电厂的发电机发出来的，由于发电机所用的导线是用金属铜、
铝制成，在常温下电在金属导线中流过时，会因电阻而使导线发热，变成热
量，无形中能量跑掉了。所以，发电厂发出来的电只有 90％供我们使用，10
％被发电机本身消耗掉了。
如果发电机的导线是用超导金属做成的，就可以使发电机的效率提高到
98％，而且发电机也不必造得很大。目前世界上已经制造成功 1 万千瓦功率
的超导发电机，到本世纪末，会有 2000 万千瓦大功率超导发电机问世。它可
以供应一个现代化大城市的全部用电。
21 世纪，输电线和变压器都可能用超导金属制成，超导电缆和超导变压
器的问世，更能为人类节约巨大的电能。
束能
在当今世界，不管我们在地球上哪一个角落，打开收音机，就能聆听到
自己喜爱的新闻、音乐、戏曲等各种节目。在收听这些节目时，不知你们是
否想到过：这节目是从哪儿来的，是谁把它们送到我们耳朵里的？
这些节目是由电台预先制作好，然后，由无线电发射机，以无线电波的
形式定向传播出去。无线电波的波长有不同，人们把它们分为长波、中波、
短波、微波等。收音机接收不同波长的无线电波，把它们变成节目。
如果我们用放大镜把太阳聚成一点，提高太阳光的能量，就能点燃火柴、
纸片。同样，科学家通过聚焦技术，把无线电波紧缩在一起，成为一种能，
这种能叫做束能。
束能理论最早是在 19 世纪，由大科学家赫兹和泰拉斯提出来的。现在，
这个理论已发展成熟，进入实用阶段。
微波是波长很短的无线电波。第二次世界大战后，随着微波技术的发展，
科学家首先对微波聚焦，使它们成为微波束能。20 世纪 70 年代，美国计划
在卫星上建造太阳能电站。电站上有两块巨大的矩形电池帆板，它们将太阳
光转换成电。在电池帆板之间的微波辐射天线将电通过波发生装置变成微波
能，再由微波天线聚成微波束能，发射到地面。地面接收站把接收天线收到
的微波束能转换成电，供人们使用。
目前，科学家对束能的研究，主要集中在建立地面微波束能站方面，为
各种飞行器提供束能动力。
加拿大制造了一架利用微波束能作燃料的试验飞机。飞机机翼下面有天
线，专门接受地面微波站发射的微波束能，然后，将微波束能转变成电，用
作飞机动力。这架飞机在空中飞行几个月，像一个低空飞行的通信卫星，既
可以监视地球大气层中的各种危险气体，又可成为无线电通信转播站。
美国航天署打算设计一种小型束能宇宙飞船，能载 5 名宇航员，船重 6
吨，升空十分方便，从简易场地起飞，只需三四分钟就可以进入运行轨道。
美国科学家还设计了一种大型无人驾驶束能飞机，能在离地面 19．2 千米的高
空飞行，携带 67．5 千克重的各种仪器设备，持续飞行 90 天。这架束能飞机
的任务是监测地球环境。
束能是一种新型能源，正受到人们越来越多的重视。
潜能
天上星星亮晶晶，数也数不清。科学家们把这些星分成恒星、行星、卫
星、彗星、流星等。
恒星本身发出光和热，我们的太阳就是恒星。由于过去人们认为恒星的
位置是固定不动的，所以，把它们叫做恒星，实际上，恒星也在运动。许许
多多的恒星组成一个集合体，就像动物世界中的动物群、密林里的植物群，
科学家们把它们称为星系，比如银河系。
我们知道，自然界的生物都有生有死，只是各种生物的寿命长短不一样。
其实，自然界的物质都在不停地运动着，恒星也不例外，它们也有产生的过
程，也有消亡的过程。
我们日常生活中，除了用煤气、液化气烧菜煮饭以外，还有许多家庭在
使用煤炉，比如用煤做成煤饼或煤球放在炉内作为燃料燃烧，放出光和热。
当煤燃烧完了，就不会产生光和热，而变成一堆煤灰了。恒星能发出光和热，
也是因为它内部的燃料在燃烧。恒星内部的燃料不是煤，而是原子核，通过
原子核的聚变反应，产生大量的光和热。当恒星内部的核燃料用完了，它的
剩余物质被紧紧地挤压在一起，压缩得非常紧密，连�
