什么是电(electricity)？

电是一种能源。电是电子的流动。所有物质都是由原子组成的，原子有一个中心，称为原子核。原子核含有带正电的质子和不带正电的中子。原子核被称为电子的带负电粒子所包围。电子的负电荷等于质子的正电荷，原子中的电子数通常等于质子数。当质子和电子之间的平衡力被外力破坏时，原子可能获得或失去一个电子。当电子从原子中“丢失”时，这些电子的自由运动构成电流。

电是自然界的基本组成部分，也是我们使用最广泛的能源形式之一。我们通过转换其他能源，如煤、天然气、石油、核能和其他被称为一次能源的自然资源，获得电力，这是一种二次能源。许多城镇都建在瀑布（一种主要的机械能来源）旁边，瀑布转动着水车进行工作。在100多年前发电开始之前，房屋用煤油灯照明，食物用冰箱冷却，房间用烧木头或烧煤的炉子取暖。在费城一个风雨交加的夜晚，本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）用风筝做了一个实验，从实验开始，电学原理逐渐被理解。19世纪中期，电灯泡的发明改变了每个人的生活。在1879年之前，电被用于户外照明的弧光灯。电灯泡的发明使用电力将室内照明带到我们的家中。

变压器是如何使用的？

为了解决远距离送电的问题，乔治·西屋开发了一种称为变压器的装置。变压器使电力能够有效地远距离传输。这使得向远离发电厂的家庭和企业供电成为可能。

尽管它在我们的日常生活中非常重要，但我们大多数人很少停下来思考没有电的生活会是什么样子。然而，就像空气和水一样，我们往往认为电是理所当然的。每天，我们用电为我们做很多事情——从照明、供暖/制冷到电视和电脑的电源。电是一种可控且方便的能源形式，用于热、光和电的应用。

今天，美国电力工业的建立是为了确保在任何给定时刻都有足够的电力供应满足所有需求。

电力是如何产生的？

发电机是将机械能转换成电能的装置。这个过程是基于磁性和电性之间的关系。当导线或任何其他导电材料在磁场中移动时，导线中会产生电流。电力工业使用的大型发电机有一个固定的导体。附在旋转轴端部的磁铁位于固定导电环内，该导电环用一根长而连续的金属丝包裹。当磁铁旋转时，它会在每段导线中感应一个小电流。每段导线都构成一个单独的小导体。各个部分的所有小电流加起来就是一个相当大的电流。这个电流是用来发电的。

涡轮机是如何用来发电的？

公用电力站使用涡轮机、发动机、水轮机或其他类似机器来驱动发电机或将机械能或化学能转换为电能的装置。汽轮机、内燃机、燃气轮机、水轮机和风力涡轮机是最常见的发电方式。

美国的大部分电力是由蒸汽轮机产生的。涡轮将运动流体（液体或气体）的动能转换为机械能。蒸汽涡轮机有一系列叶片安装在轴上，蒸汽被强迫作用在轴上，从而旋转与发电机相连的轴。在化石燃料的汽轮机中，燃料在熔炉中燃烧，以加热锅炉中的水以产生蒸汽。

煤、石油（石油）和天然气在大型熔炉中燃烧，以加热水，产生蒸汽，进而推动涡轮机的叶片。你知道吗，煤炭是美国最大的一次能源，用于发电？1998年，该县3.62万亿千瓦时电力中有超过一半（52%）使用煤炭作为能源。

天然气除了被用来加热水以产生蒸汽外，还可以被用来产生热的燃烧气体，这些气体直接通过涡轮机，旋转涡轮机的叶片来发电。燃气轮机通常在电力设施使用需求较高时使用。1998年，全国15%的电力由天然气提供。

石油也可以用来制造蒸汽来驱动涡轮机。残余燃料油是从原油中提炼出来的产品，通常是发电厂使用石油制造蒸汽的石油产品。1998年，美国发电厂用石油发电量不到发电量的百分之三（3%）。

核能是一种通过核裂变过程加热水产生蒸汽的方法。在核电站中，反应堆包含一个核燃料核心，主要是浓缩铀。当铀燃料的原子被中子击中时，它们会裂变（分裂），释放出热量和更多的中子。在受控条件下，这些其他中子可以撞击更多的铀原子，分裂更多的原子，等等。因此，可以发生连续裂变，形成释放热量的链式反应。热量被用来将水转化为蒸汽，蒸汽反过来带动涡轮旋转发电。2015年，核能发电量占全国总发电量的19.47%。

截至2013年，水电占美国发电量的6.8%。这是一个过程，在这个过程中，流动的水被用来旋转与发电机相连的涡轮机。发电的水力发电系统主要有两种基本类型。在第一个系统中，流动的水积聚在水坝形成的水库中。水通过一个称为压力管道的管道落下，对涡轮叶片施加压力，驱动发电机发电。在第二个系统中，称为径流，水流（而不是落水）的作用力向涡轮叶片施加压力以发电。

其他发电源

地热能来自埋在地表下的热能。在该国的一些地区，岩浆（地壳下的熔融物质）流动到离地表足够近的地方，将地下水加热成蒸汽，可用于汽轮机厂。截至2013年，该能源的发电量还不到美国的1%，尽管美国能源信息管理局（U.S.energy Information Administration）的评估显示，西方九个州的发电量可能足以满足美国20%的能源需求。

太阳能来源于太阳的能量。然而，太阳的能量并不是全天候可用的，而是分散的。历史上，利用太阳能发电的工艺比使用传统化石燃料的成本更高。光伏转换直接从光伏（太阳能）电池中的太阳光产生电能。太阳能热发电机利用太阳的辐射能产生蒸汽来驱动涡轮机。2015年，全国只有不到1%的电力由太阳能提供。

风能是将风能转化为电能而产生的。风能和太阳一样，通常是一种昂贵的发电来源。2014年，全国用电量约为4.44%。风力涡轮机类似于典型的风车。

生物质（木材、城市固体废物（垃圾），以及玉米棒和麦秸等农业废弃物是发电的其他能源。这些能源取代了锅炉中的化石燃料。木材和废弃物燃烧产生的蒸汽通常用于传统蒸汽发电厂。2015年，生物质占发电量的1.57%在美国。

发电机产生的电力沿着电缆传输到变压器，变压器将电力从低压变为高压。利用高压，电力可以更有效地远距离输送。输电线路用于将电力输送到变电站。变电站配有变压器，可将高压电转换为低压电。配电线路将电力从变电站输送到需要低压电力的家庭、办公室和工厂。

电是如何测量的？

电是用功率单位瓦特来测量的。它的命名是为了纪念蒸汽机的发明者詹姆斯·瓦特。一瓦特是非常小的功率。它需要将近750瓦的功率才能达到1马力。千瓦代表1000瓦。千瓦时（kWh）等于1000瓦工作一小时的能量。发电厂在一段时间内产生或用户使用的电量以千瓦时（kWh）计量。千瓦时由所需千瓦数乘以使用小时数确定。例如，如果你每天5小时使用一个40瓦的灯泡，那么你已经使用了200瓦的功率，或者0.2千瓦时的电能。

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