電是如何傳到家裡

§§與電子相關的三種電（電荷）§§

一般來說，原子是由質子的正電與電子的負電相抗衡作用，原子本身並不帶電。然而，當原子遇到光、熱等外來能量，位處最外殼層的電子會飛出軌道外，形成自由電子的狀態。自由電子會在物質內移動，產生電後，引起各種作用。特別是金屬元素，繞行於最外殼層的電子在常溫下隨時都能飛出軌道，因此會被當成是通電的媒介（存在許多自由電子的物質稱為「導體」，不太具備自由電子的物質則稱為「絕緣體」）。

另一方面，原子在失去成了自由電子的電子後，產生失衡，形成帶正電狀態。此外，有些原子本身具備容易吸引自由電子的特性，甚至會出現將自由電子吸引進軌域，使原子帶負電的情況。像這樣將電子（或是分子）釋放出去又吸引回來，形成帶電狀態的原子又名為離子，因此離子也是一種電的型態。

半導體產業中，在半導體晶體裡，電子穿孔所形成的電洞（Electronhole）也被定義是電的型態之一。

§§電流動會產生什麼情況§§

電型態之一的電子（電荷），在物質中流動又會產生什麼情況？各位不妨想像一下流動的自來水，將會較容易理解，因為電的流動和自來水極為相似。

舉例來說，水從水龍頭流出來時的水壓等同電所提到的電壓（單位為［V：伏特］），水從水龍頭流出來時的水流即為電流（單位為［A：安培］）。電阻（單位為［Ω：歐姆］）則是指水管粗度。換言之，電壓愈高，表示電流動的壓力愈強，電流愈大，流動的電量就愈多。而電阻代表電流動的順暢度，因此電阻太大時，即意味著水管太細。

當水從水龍頭流出，與葉輪片接觸時，葉輪片接收了水的能量（水力），便開始轉動。而電在流過物質時，也會隨著物質特性，產生發光、發熱等各種作用。這也是為何電子流動所產生的能量（將其稱為「電力」）能轉換為各種能源加以利用。

§§發電是指將各種能量轉換為電能§§

在我們所知到的發電類型中，有透過摩擦產生靜電的「摩擦起電」、藉由化學反應產生電的「電池」，以及轉動磁鐵或線圈發電的「發電機」等。觀察這些發電類型後即可知道，所謂的發電是將電以外的能量轉換為電能的總稱。如近來備受關注的太陽能電池就是將太陽光能轉換為電能的發電系統。

發電所產生的電能（電力）也可以稱為電子持續流動的力量。此外，電子流動所產生的力量也被稱為電壓，因此各位可將發電想成是利用電以外的能量產生電壓。發電所產生的電力稱為電動勢，所產生的電壓則稱為端電壓。

§§為何電器產品無法透過摩擦起電力作動§§

冬天把毛衣脫掉時，會聽到劈啪劈啪的聲音，或者是梳頭髮時，頭髮會黏在梳子上飄起，這都是俗稱「摩擦起電」（或稱「靜電」）的電氣特性所產生的現象。摩擦起電是指摩擦物質的能量讓物質中的正電及負電失衡，使物質帶電、物質間產生電壓的現象。但在讓帶電物質相互靠近後，電又會瞬間產生流動，恢復中和。這樣的現象稱為放電，脫掉毛衣時的劈啪劈啪聲就是在放電。

而打雷也是因為雲朵中許多小顆的冰粒，或冰粒與空氣相互摩擦，產生大量靜電並透過空氣瞬間放電時所產生的現象。由於摩擦放電的靜電屬於瞬間形成的現象，因此無法拿來運用在我們生活中的電器產品。

§§沒有磁鐵及線圈，就無法產生具實用性的電§§

法拉第在聽聞奧斯特的實驗報告後，提出了「若電線的電流流動會形成磁力線，那麼在電線附近放置會形成磁力線的磁鐵，不就也會產生電流？」的想法。1831年，法拉第憑藉著天生的堅韌性格，成功發現了「電磁感應定律（ElectromagneticInduction）」。這個定律告訴我們，不能只將磁鐵放在電線旁，而必須讓磁鐵移動或轉動，也就是藉由電線為磁力線帶來變化，才能夠形成電流。

對於今日仍使用於發電廠的發電機而言，這個180年前的發現可是非常關鍵的原理。目前發電廠所使用的發電機就是在捲有電線的線圈中放置電磁鐵，藉由外力讓電磁鐵不斷轉動，進而產生電力。

§§發電廠的類型差異在於轉換能量的不同§§

發電廠可分為火力、水力、核能等多種類型，但這些發電廠的發電機原理幾乎大同小異。發電廠類型的差異部分，只在於讓發電機電磁鐵轉動的原理不同罷了，這其實就是指要將哪種能量轉換為電能的意思。

不同類型發電廠所使用的同類型發電機都是透過「電磁感應作用」，產生電的旋轉磁場。

我們可以舉自行車的Dynamo發電機為簡單的旋轉磁場式發電機範例。以圖2-6-1中腳踩踏板的方式，讓磁鐵產生旋轉力，N、S極在輪流靠近線圈的情況下產生交流電壓，進而點亮電燈。其實發電廠的發電機就是使用裝設有三組線圈，名為三相感應發電的發電機（參照27頁）。

由於自行車的dynamo發電機原理是透過轉動腳踏板讓電磁鐵旋轉，也就是將腳踩踏板的勞力（運動能量）轉換為電能。

火力發電是在鍋爐中燃燒重油或液化天然氣，透過產生的熱能製造蒸汽，讓蒸汽轉動與磁鐵相連，被稱為汽輪機的鐵製葉輪並發電。水力發電則是利用水壩的高低落差，讓水落下時的能量轉動與磁鐵相連的水輪機進而發電。此外，核能發電是讓礦石中，一種名為鈾-235的物質產生核分裂，形成大量熱能，並製造蒸汽，進而透過蒸汽能量發電，因此發電機的結構類似火力發電。

換言之，各種類型發電廠的差異，不過在於分別透過將水在高低落差所形成的勢能（位能）、石化燃料擁有的熱能，以及鈾礦在物理變化後所產生的熱能轉換為電能。轉動水輪機或渦輪機，進而讓磁鐵旋轉並發電的原理機制其實完全相同。

§§與電子相關的三種電（電荷）§§

一般來說，原子是由質子的正電與電子的負電相抗衡作用，原子本身並不帶電。然而，當原子遇到光、熱等外來能量，位處最外殼層的電子會飛出軌道外，形成自由電子的狀態。自由電子會在物質內移動，產生電後，引起各種作用。特別是金屬元素，繞行於最外殼層的電子在常溫下隨時都能飛出軌道，因此會被當成是通電的媒介（存在許多自由電子的物質稱為「導體」，不太具備自由電子的物質則稱為「絕緣體」）。

另一方面，原子在失去成了自由電子的電子後，產生失衡，形成帶正電狀態。此外，有些原子本身具備容...

前言

第1章 開場
1從發電廠到插座，電究竟如何輸送？
2電，其實就是電子流動
3電流動會產生什麼情況？
4電出自發電廠，最後又會回到發電廠

第2章 發電
1何謂「發電」？
2能作為電力使用的電是如何形成？
3發電機的原理
4發電廠的三相發電機與三相交流電
5為何日本東邊及西邊的周波數不同
6發電廠的類型差異在於轉換能量的不同
7日本發電廠的歷史
8火力發電的原理
9火力發電的熱力學循環與發電效率
10提高蒸汽能量的訣竅
11汽輪機的原理
12水力發電的基本原理
13水力發電廠的類型及特徵
14水庫的類型及特徵
15能夠高效率截取水流的水輪機類型及特徵
16將核分裂產生的熱能轉換為電能的核能發電
17核能發電廠的控制機制
18有效運用核燃料的MOX燃料發電
19夢幻核反應爐的「快中子增殖反應爐」不只是夢
20時代關鍵字：「分散型電力」與「智慧電網」
21備受關注的太陽能發電
22不須燃燒燃料的燃料電池發電
23使用自然能源的綠色能源電力
24什麼是當事業經營的電能「質量」？

第3章 輸電
1「輸電」可不是把電線拉到市區這麼簡單
2遠距離直流輸電的好處
3有利輸電的三相交流電
4為何鋁製輸電線優於銅製輸電線？
5支撐起電線的電塔與電桿
6何謂架空地線？
7輸電線為何會鬆弛下垂？
8為了以防萬一，輸電線會設置兩組回線
9直擊雷與感應雷造成的災害有何不同？
10保護著輸電線及電塔的無名英雄
11地下電纜與架空輸電線的差異
12輸電網的功能
13輸電關鍵的變電所功能及設備
14能改變電壓的變壓器構造
15冷卻變壓器
16變壓器為何會發出鳴叫聲？
17運用變壓器的原理進行測量的變比器（VT與CT）
18斷路器的功能
19隔離開關的功能
20避雷器為何能夠閃避雷擊？
21保護電驛的功能
22供應直流電力的鐵路變電站
23將電力進行交直流逆變的變頻器原理
24確保電氣安全的絕緣材料

第4章 配電
1從二次變電所將電力輸送至需求端的「配電」
2配電設備的結構
3家用電氣設備就是小型變電所
4廣為普及的配電箱
5高壓受電設備的配線圖
6高壓受電設備的迴路結構
7糾纏著交流迴路，功率因數的麻煩之處

第5章 屋內配線
1從配電線到屋內配線的電氣流動路徑
2配電方式及配電電壓
3桿上變壓器的二次側為何必須接地？
4屋內配線的極性受到嚴格管理
5目前的住宅電源多半採單相三線式
6配電盤的原理
7避免人身及房屋遭受接地故障危害的漏電斷路器
8保護電路的過電流斷路器（配線用斷路器）
9屋內配線的絕緣阻抗
10想安全使用會接觸到水的電器產品時，接地就相當重要
11能夠掌握電力需求的負載曲線與需求率
12何謂負載因數、參差因數？
13電氣火災的原因

第6章 今後的電力設備
1既環保又安全的全電式住宅
2伴隨著數位化及高齡化，接地的重要性漸趨顯著
3住宅用太陽能發電系統
4汽電共生系統
5活用夜間電力的NAS電池
6支援資訊化的不斷電電源系統 UPS

用語索引

專欄｜目次
電的移動速度其實很慢？
電的作用及相關零件
使用的電力能讓輸出功率變大？！ 熱泵
21世紀水力發電的歷史進程
MOX燃料發電的最新動向
用來表示太陽能電池轉換效率的JIS規範（公稱效率）
愛迪生果然還是有先見之明？ 被重新定位的直流發電
被作為不斷電系統運用的負載調節器
對現代社會造成威脅的瞬間斷電及電壓驟降
發電周波數的變遷
何謂電力融通？
日本的電塔歷史始於至今100年前
全球首條輸電線是由德國拉設
變壓器的優點與缺點
降低變壓器噪音的方法
探討變壓器時，「負荷」及「負擔」的差別
斷路器與隔離開關的相異之處
讓用電更加安全的法律
偷電是犯罪行為？
為促進太陽能發電普及的全民參與型購電制度

前言

第1章 開場
1從發電廠到插座，電究竟如何輸送？
2電，其實就是電子流動
3電流動會產生什麼情況？
4電出自發電廠，最後又會回到發電廠

第2章 發電
1何謂「發電」？
2能作為電力使用的電是如何形成？
3發電機的原理
4發電廠的三相發電機與三相交流電
5為何日本東邊及西邊的周波數不同
6發電廠的類型差異在於轉換能量的不同
7日本發電廠的歷史
8火力發電的原理
9火力發電的熱力學循環與發電效率
10提高蒸汽能量的訣竅
11汽輪機的原理
12水力發電的基本原理
13水力發電廠的類型及特徵
14水庫的類型及特徵
15能夠...