你有没有好奇过，电是如何运输到你家的？变压器的原理又是什么？

电力的运输分为发电、输电和配电三步。电网连接着很多发电厂，在发电厂里，成吨的煤炭被投入沸腾的锅炉，高温蒸汽推动汽轮机的叶片以每分钟数千转的速度飞旋。这种机械运动通过精密的传动装置带动发电机转子，在磁场中切割产生交变电流。

类似的工作原理也适用于燃气轮机与核反应堆，前者用燃烧天然气产生高温废气推动涡轮旋转，后者通过可控核裂变维持稳定的热能，用它来烧水产生蒸汽，然后导入蒸汽轮机发电。

对于可再生能源电站来说，水力发电站利用水坝形成的落差驱动涡轮机，风力发电机捕捉气流的动能，而光伏电站则要复杂一些，通过半导体材料的特性将光子转化为电子流，原理是爱因斯坦发现的光电效应。

一般而言，从发电站里出来的电，电压通常在数千伏以上，而我们的家庭用电只有220V，显然数千伏太高了，不过对于输电来说，这个电压又太低了，需要升压。

电流在导线中的传输同样面临能量损耗的挑战，铜或铝导线内自由电子的定向移动会产生电阻，根据焦耳定律，电流平方与电阻的乘积决定了能量的损失程度。若想让相同功率的电流跨越数百甚至上千公里，就必须采用特高压来减少这种损耗。

升压需要用到变压器，经过变压器，电流变小，电压变大，总功率不变，输电线路的能量损耗就变小了，因为它的阻值是固定的。

完成电压提升的电，会进入由钢铁塔架构筑的电力高速公路，这些高达数十米的输电塔如同电网的骨骼，支撑着粗细不一的输电线穿越崇山峻岭、横跨江河湖海。

我国西电东送工程中，部分线路采用的1000千伏特高压交流输电技术，能够在同等条件下将输电距离延长至常规电压的数倍，它们将西北荒漠的清洁电力高效输送到东部沿海工业区。

当特高压的电输送到某地时需要进行降压，把电压降至11万伏或者是6600伏。这时离你家就很近了，进入你家附近的街道后，还要经过一次变压，把电压降到220伏。如果是工厂的话，电压则是380伏。当然实际变压器输出的电压要比这个高一点，因为不能忽略输电线的电阻，家里各种用电设备都留有冗余，额定电压并不代表瞬时电压。

这里就有一个问题，电压是怎么升上来的？又是怎么降下去的？变压器的原理是什么？

变压器的工作原理基于法拉第电磁感应定律，当交流电通过初级线圈时，其变化的电流会在铁芯中产生交变的磁场。这个磁场穿过铁芯后，会同时在次级线圈中引发磁通量变化。根据电磁感应规律，次级线圈两端将感应出电动势，从而形成输出电流。

而升压多少由初级与次级线圈的匝数比决定，比如，发电厂输出的1万伏电压，要把它升到22万伏，那么次级线圈的匝数要是初级的22倍。如果是降压，那只要反向操作就可以了，把初级线圈和次级线圈互换位置。

为实现高效能量传递，变压器一般采用硅钢片叠起来制成铁芯。这种材料很好，具有高磁导率，产生的涡流损耗也非常小，每片厚度仅0.35mm的硅钢片相互绝缘，既能增强磁场耦合，还能减少能量浪费。在变压器中还有绝缘的油，这些油能防止变压器内部零部件生锈，而且还能降温。

许多人不知道，其实人类的第一根电线杆是木头的，导线用的也是铜丝。起初电压也没有这么高，而且用的还是直流电。后来因为特斯拉，人们发现交流电更好，为此爱迪生还动不动就用交流电来电一些小动物，然后放到报纸上攻击特斯拉的交流电。

之后美国把居民用电的电压定在了110伏，而这个110伏就是爱迪生力推的，因为刚好他生产的电灯泡就是这个电压。如今美国街道还可以看到碳化处理过的木头电线杆，居民用电还是110伏。

中国的输电线一般用的是铝材质的，铝虽然性质活泼，放到空气中会形成氧化铝薄膜，可这个薄膜很致密，硬度也非常高，能阻碍铝的进一步氧化。关键是铝比较便宜，导电性虽然比不上铜，胜在量大管饱，而且铝的密度很小，比铜要轻很多，这样就可以把电线杆之间的跨度延长。