Предисловие

Знакомство человечества с электричеством началось с изучения атмосферного электричества (всевозможные электрические разряды в окружающей среде). И, пожалуй, первыми аналитическими зависимостями (сейчас они считаются фундаментальными законами электротехники), можно назвать следующие.

1. Заметили, что если по прямолинейному проводнику пропустить электрический ток /, то вокруг проводника по концентрическим окружностям возникнет магнитное поле (МП) с напряженностью Н, убывающее с расстоянием как (1/г), где г — расстояние от проводника. Аналитически это выразили в виде

откуда следует, что при г —> со Н —> 0.

Позднее эту связь между электрическим током I и напряженностью Н МП для любого по форме проводника сформулировал Ампер в виде зависимости

Зависимость (*) называют законом полного тока и формулируют так: линейный интеграл вектора напряженности Н МП по любому замкнутому контуру I равен полному току I, проходящему сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

Посредством уравнения (*) устанавливается одна из важнейших связей между электрической и магнитной сторонами электромагнитных явлений. Оно определяет МП, возникающее при движении электрически заряженных частиц и при изменении электрического поля (ЭП).

2. При изменении МП во времени появляется ЭП. Эта связь установлена Фарадеем и сформулирована им в виде закона электромагнитной индукции:

где — электродвижущая сила, Ч' — потокосцепление.

Уравнения (*) и (**), хорошо зарекомендовавшие себя на протяжении полутора веков, положены в основу всех методов расчёта электротехнических устройств. А все исследования в области электрических явлений в электротехнических устройствах объединены под названием «Электротехника».

Электротехника — обширная область, объединяющая в себе широкий круг технических устройств, вырабатывающих электрическую энергию, осуществляющих передачу её часто на значительные расстояния и далее потребляющих устройствами различного назначения в быту и на производстве или преобразующих электрическую энергию в другие виды энергии. Естественно, что электротехника связана с изучением и использованием электрических и магнитных явлений в технических устройствах, принцип действия которых основан на использовании электромагнитных явлений.

Электротехнические устройства широко применяются в быту, на производстве, в медицине, в военном деле, на транспорте, в связи и др.

В дисциплине «Электротехника» изучаются электромагнитные явления в технических устройствах и их использование при производстве, передаче, преобразовании и потреблении электрической энергии (ЭЭ).

Задачами изучения этой дисциплины являются: овладение теоретическими основами знаний в области электромагнитных явлений в технических устройствах; ознакомление с электротехническими устройствами различного назначения, принципами их работы, характеристиками, энергетическими показателями; получение знаний в области производства, передачи и потребления ЭЭ.

Целью изучения дисциплины «Электротехника» является общая подготовка будущего специалиста-электротехника к изучению специальных дисциплин и овладению практическими производственными навыками.

Данная дисциплина основывается на положениях базовых дисциплин математики и физики. Основными понятиями являются понятия о производстве ЭЭ, электрическом токе, напряжении и мощности в электрических и магнитных цепях технических устройств.

Первый электротехнический прибор (компас) был создан в Китае четыре тысячи лет назад. Впоследствии человечество проявляло постоянный интерес к электромагнитным явлениям и их возможному практическому применению. Однако прогресс в этой области достигнут только в начале XVII в., когда вышел научный труд английского ученого У. Гильберта «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле», в котором были объяснены магнитные явления вообще и поведение магнитной стрелки компаса в частности, а также исследованы явления, названные автором электрическими.

В середине XVIII в. в г. Лейден голландским учёным П. Мюнсхенбруком был создан источник ЭЭ, получивший название «лейденская банка». В это же время наши соотечественники М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман проводили исследование грозовых разрядов с помощью громовой машины — первого электроизмерительного прибора. В 1785 г. французский физик Ш.О. Кулон установил зависимость силы взаимодействия двух заряженных тел от величины зарядов и расстояния между телами — первый в электромагнетизме закон количественного описания явления (закон Кулона).

В XIX в. исследования электромагнетизма достигли своего расцвета: непрерывно устанавливались аналитические зависимости между различными электрическими и магнитными величинами; изобретались различные электротехнические устройства.

Среди специалистов в области изучения электромагнитных явлений, существенно повлиявших на развитие электротехники, следует отметить:

  • 1820 г. — открытие датским физиком Х.К. Эрстедом действия электрического тока на магнитную стрелку, позволившее связать электрические и магнитные явления;
  • 1821 г. — открытие немецким учёным Т.И. Зеебеком явления термоэлектричества;
  • 1831 г.— открытие английским учёным М. Фарадеем явления электромагнитной индукции;
  • 1888 г. — начало опытов немецкого физика Г. Р. Герца, которые позволили установить тождественность свойств электромагнитных и световых волн; 1888 г. — открытие русским учёным А. Г. Столетовым фотоэффекта;

В области развития теории электромагнетизма ключевыми в XIX в. стали следующие этапы:

  • 1820 г— установление французским физиком А. Ампером силы взаимодействия проводников с токами (закон Ампера);
  • 1827 г. — установление немецким физиком Г. С. Омом связи между напряжением, током проводника и его сопротивлением (закон Ома);
  • 1847 г. — установление немецким ученым Г. Р. Кирхгофом двух основополагающих законов теории электрических цепей (первый и второй законы Кирхгофа);
  • 1873 г. — введение английским ученым Д. К. Максвеллом фундаментальной системы уравнений электромагнитного поля (система уравнений Максвелла).

Наиболее важными изобретениями в области создания электротехнических устройств в XIX веке можно считать:

  • 1828—1832 гг. — создание телеграфа русским ученым П.Л. Шиллингом;
  • 1832 г. — создание электрогенератора французскими инженерами братьями Пикси;
  • 1834 г. — создание электродвигателя Б.С. Якоби (немцем по происхождению, долгие годы работающим в России;
  • 1848 г. — создание трансформатора немецким механиком Г. Румкорфом;
  • 1872 г. — создание швейной машины с приводом русским электротехником В.Н. Чиколевым;
  • 1876 г. — изобретение телефона американским ученым Г. Беллом;
  • 1876 г. — разработка электрической свечи русским ученым П.Н. Яблочковым, которой в 1879 г. американский изобретатель Т. А. Эдисон придал вид современной электролампы;
  • 1879 г. — создание электрической железной дороги немецким инженером

Э.В. Сименсом;

  • 1889 г. — создание трехфазного электродвигателя, позднее — трехфазного трансформатора, электрогенератора и линии электропередачи русским изобретателем М.О. Доливо-Добровольским;
  • 1895—1897 гг.— создание радио русским ученым А.С. Поповым и итальянским инженером Г. Маркони.

Во второй половине XIX в. зародилась электротехническая промышленность. Веком электротехники стало XX столетие. Электрификация оказывает все большее влияние на жизнь общества. Показательна в этом отношении история России. В начале XX в. Россия была слабо электрифицированной страной, с неразвитой электротехнической промышленностью, на 70% контролируемой иностранным капиталом. И если во второй половине XX в. Россия стала экономически мощной державой с передовой промышленностью и достаточно высоким уровнем жизни населения, то в этом огромную роль сыграли мероприятия правительства по электрификации России (например, план ГОЭЛРО, создание каскада электростанций на Волге, Днепре, Енисее, Ангаре и т. д). Позднее были сформированы Единые электроэнергетические системы (ЭЭС) Европейской части страны и Сибири, а также связь между ними.

В 1960-х гг. формируется Единая ЭЭС всей страны, связанная с ЭЭС ряда соседних стран. Объединились и службы диспетчерского управления этими ЭЭС с образованием Центрального диспетчерского управления (ЦДУ). Созданная ЭЭС с ЦДУ показала высокую надежность. В XX в. в ней практически не было крупных системных аварий.

Электрификация страны способствовала интенсивному развитию тяжелой промышленности, специального машиностроения, авиационной и судостроительной промышленности, что позволило стране в сжатые сроки подготовиться к тяжелому испытанию — Великой Отечественной войне.

Электрификация изменила характер производства, способствовала освобождению человека от труда низкой квалификации.

В наши дни такие разделы электротехники, как электротехнология, транспортная и космическая электротехника, светотехника, техника высоких напряжений, промышленная электротехника, медицинская электротехника, электроэнергетика и связанные с ними приборо- и аппаратостроение, компьютерное дело, робототехника, электромашиностроение и т.д. во многом определяют направления научно-технического прогресса.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >