我国民用交流电规格为220V 50Hz,初中阶段普遍认为,家庭电路交流电方向在改变。但我们一般认为火线和零线的电流是从火线到零线。你知道该如何正确理解吗?
以下回答由知乎用户宇胜提供,我们在此表示感谢~
要回答这个问题,我们只需要搞懂两个区别,明确一个概念:
1.交流电和直流电的区别。
2.火线和零线的区别。
3.三相交流电的概念。
一、什么是交流电?什么是直流电?
“交流”是交变电流的简称,顾名思义,其电流是一直处于变化的,而且这里的变化主要是指电流方向的变化。
不懂没关系,请看下面这两个电路图:

假设这里的电源都是10V的直流电源。
我们先看左边这个电路,由初中知识我们可以知道,开关闭合后,电阻两端的电压和电流都是一个固定的正数,正如其下面两个坐标图所示,U与I不会随时间的变化而变化,我们称这种电路为直流电路。
再看右边这个电路,如果我们用手左右摆弄这个双向开关,那么电阻两端的电压就会呈现出下面坐标图中,这种“一会儿正,一会儿负”,“上窜下跳不安生”的特点,我们把这种一会儿是正数一会儿是负数的电压,称为交流电压,这种电路称为交流电路。
那么我们家里插座里传出来的电是哪一种呢?正像题主所说,是交流电,也就是第二种。
当然,我们所用的交流电当然不是像上图这种这么任性随意的方波,而是高大上的正弦波,也就是电压如下图所示的交流电:

可是人类社会为什么最终选择了交流电来传递电能?又为什么使用这种奇怪的电压波形作为我们日常生活用电呢?
原因是多方面的,这点要是展开说,就是另一个又长又烧脑的故事了,我们在这里先放下不表。
二、什么是零线?什么是火线?
如果你动手能力比较强(比较淘气),曾经把你家的插座拆开来的话,一般情况下,你会看见如下的画面(下图出自网络,侵删):

这里红线就是火线,蓝线就是零线,黄线则是地线,正像题主所说的那样,火线上是带电压的,零线一般是不带电压的,地线又叫接地线、避雷线,也是不带电压的。
我们的家用电器中所用的交流电压,一般都是由火线提供的。
三、三相交流电的概念
好了,掌握了前两项知识,再来看这最重要也最难懂的第三点:什么是三相交流电?
三相交流电简称“三相电”,我们各种发电厂所发的电、各种电线杆的电线上所传输的电,都正是这种三相电。
如果你对电气知识有一定了解的话,相信你肯定多少听说过这个词,如果没听过说也没关系,下面就让我来详细解释一下。
三相电里的“相”,指的是相量(注意是相量而不是向量),顾名思义,三相电就是拥有三个相量的电,那么什么是相量呢?这点很难解释,展开来说也是一个比较烧脑的故事,不过你可以简单理解成:一种相量就是一种形式的电,三相电就是有三种不同形式的成分所组成的电,这三种成分好像三胞胎似得,波形一样,都是正弦,频率一样,都是50Hz,其电压值大小也一样,家用三相电的有效值都是220V,唯一不同的,就是它们的幅角不同,各自相差120度。
看到这里可能你要问了,幅角又是个什么鬼?
我来直观的解释一下,还记得前文中说过,家用电的相量,其波形是正弦,其频率是50Hz,其电压有效值是220V吗?把它画在坐标系中应该是这个样子的:

我们发现,要想把这个正弦图像唯一确定下来,除了频率、幅值以外,我们还差一个要素需要给定,而这个要素就是图中的相角φ,这个相角就是幅角。
所以还记得前文中我们提到过的那个三胞胎三相电吗?
既然我们通过已知条件知道了他们之间互相差了120度,那么我们可以随机指定其中一个为大哥,令大哥的幅角是0度,老二是比大哥小120度,老三是比老二小120度,我们都知道360度正好是一个周期,而360-120-120=120,所以算下来,老大也比老三小120度,正好蛇咬尾,完美!
把他们三个同时画在一个坐标图中,我们可以得到下面这个图:


这里的正弦图像中,A就是老大,B就是老二,C就是老三,我们可以看到,这个组合的图像有许多优秀的性质,比如,最典型的一点,就是对于任意一个自变量取值来说,ABC三个函数的函数值叠加在一起,都正好可以相互抵消,保证他们三个的和一直都是0,如果不信的话大家可以按一按计算器验证一下~
好了现在我们在数学上认识了三相电这组三胞胎,那么在实际的生产生活中,他们又长什么样呢?
他们在电路图中长这样(源于网络,侵删):

忽略上面框中的复杂电路,我们可以一眼就看见躲在下面的ABC三兄弟,不过等等,N又是什么鬼?别急,N的身份比较特殊,我们等下再说。
既然ABC三相在二维的电路图中是这个样子,那么他们在我们生活的三维世界中,又是什么样子的呢?(下图源于网络,侵删)

看到这电线杆上的三根线了吗?他们就分别是我们所熟知的三相电:A相、B相和C相。
那么具体哪根线是A、哪根是B、哪根是C呢?这个不好说,因为考虑到传输线中的种种问题,我们在远距离输电时,需要反复调换他们三个的相对位置,所以如果不爬上去具体看看标签,我也不知道。
但是当他们三个在电线杆上离得挺远、泾渭分明的时候,我们可以通过分别做标签来确定他们的身份,可一旦电线走下了杆塔,走进了千家万户,拐来拐去,缠绕得乱七八糟的时候,我们又该如何分辨呢?
这时候机智的人类想出了一个简单的办法,我们规定A相用黄色电线来表示,B相用绿色电线来表示,C相用红色电线来表示,这样就算他们三个乱的连亲妈都不认得了,我们还是一眼瞅出谁是大哥,谁是二哥、谁是三弟。比如下面这个图,大家来试试分辨看:(源于网络,侵删)

哈哈,懵逼了么?黄绿红之外,那根蓝线又是什么鬼?
那就让我来揭晓谜底吧,还记得前文中我们说过ABC三兄弟有一个很好的性质,就是他们三个的电压叠加在一起是完美的0V吗?还记得前文中我们还说过除了ABC三兄弟以外,还有一个神秘的“N”吗?
对,你猜的没错,这幅图中那根高冷的蓝线,就是由三兄弟叠加而来,代表了完美0电压的N线,而我们普通老百姓又通常习惯称它为:零线。
这下你明白为啥零线不带电了吧~(当然,实际生产生活中,为了确保零线是0电位,我们还会将它在变压器二次侧中性点处与地线重复接地,以起到双重保护作用。)
那你可能要问了,既然零线有了,那么火线又在哪呢?
这个问题的答案可能会让你感到吃惊:ABC三个里的任意一个,抽出来,都是火线!因为他们三个中的每一个,都带有大小相同、频率一致、波形一样的交流电!
什么?你说他们三个的幅角不同?
这的确是个问题,不过我们需要知道,在我们居家生活中,不论冰箱彩电洗衣机,电脑电灯微波炉,这些家电对电压的要求,都只局限于满足“220V、50Hz的正弦交流电”即可,换句话说,至于电压的幅角是多少度,人家洒脱的家用电器们根本不在乎!别说区区±120度,就算是±12000度,我们的家电也能照样工作(滑稽)。
喜欢刨根问底的同学可能还会问,火线零线我知道了,那地线又是什么线呢?
地线顾名思义,就是接到大地上的线。
为了防止在家电故障时,发生漏电情况使得家电外壳带电,进而造成使用者触摸外壳导致触电事故这种事情发生。我们就需要在家电外壳上再接一根线来保护你的安全,而这根线必须保证是绝对的0V电压,因为一旦发生漏电事故,我们需要它能够强行将电器外壳接地,把电荷导走、电势拉平,使你和电器外壳之间的电压差下降为0。于是地线就应运而生了,我们都知道大地的电压值(电势)是0V,而地线则是连接到了大地上,所以地线也是0V,当把它接到你的冰箱外壳上时,就相当于大地母亲盖亚给你的冰箱加了一个免控的buff,百毒不侵、无懈可击。
于是我们这时回过头来看之前那幅图(源于网络,侵删):

左边这个火红的红线,是一根火线,就是ABC三兄弟里的某一位,而右边那根高冷的蓝线,则是零线,是代表三兄弟的叠加后的0V,中间那根黄土地的黄线,就是地线,代表着大地母亲对你的爱。
所以回到了题主的问题,为什么交流电的零线不会向火线输入电流呢?
答案是:其实零线有50%的时间,是会向火线输入电流的。
因为零线是由数学严格证明的、绝对不可能带电的完美零电压,而火线上流淌的,则是上蹿下跳、时正时负的正弦交流电,因而由亘古不变的欧姆真理,啊呸,欧姆定律可知,
当火线上的交流电压上窜,是正值时,电流也是正值,其方向由火线流向零线;
当火线上的交流电压下跳,是负值时,电流则是负值,其方向由零线流向火线;
但不论电流是怎么流,零线上的电压永远是0V,只要它还在正常工作,你摸它就是没事。(但也别真去摸,万一故障了呢。。)
许多同学可能会不解,既然火线上的电压是上蹿下跳的交流电压,那么我把我的宝贝手机、宝贝电脑接在上面岂不会对他们造成深深地伤害吗?
你们可能忘了有这么个东西了:

大家一般都叫它:“充电器”、“充电头”、“插头”、“充电插头”。
然而它朴实外表下的真正身份,则是一个货真价实的整流器(将不安生的交流变成老实巴交的直流)+变压器(将危险的高压变成安全的低压)。
因此每一个好的充电器都是一个敢于直面恶龙的勇士,他们用自己的盾牌,完美地保护了你们的手机~
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