Этапы развития электротехники и вклад отечественных ученых в ее развитие



Основные этапы развития электротехники

Решающая роль в современном научно-техническом прогрессе принадлежит электрификации. Как известно, под электрификацией понимается широкое внедрение электрической энергии в родное хозяйство и быт, и сегодня нет такой области техники, в том или ином виде не использовалась бы электрическая энергия в будущем ее применение будет еще более расширяться.

Под электротехникой в широком смысле слова подразумевается область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для практических целей.

Это общее определение электротехники можно раскрыть более подробно, выделив те основные области, в которых используют электрические и магнитные явления: преобразование энергии природы (энергетическая); превращение вещества природы (технологическая); получение и передача сигналов или информации (информационная). Поэтому более полно электротехнику моя определить, как область науки и техники, использующую электрические и магнитные явления для осуществления процессов преобразования энергии и превращения вещества, а также для передачи сигналов и информации.

В последние десятилетия из электротехники выделилась промышленная электроника с тремя ее направлениями: информационное, энергетическое и технологическое, которые с каждым годом приобретают все большее значение в ускорении научно-технического прогресса.

В развитии электротехники условно можно выделить следующие шесть этапов.

1. Становление электростатики (до 1800 г.)

К этому периоду относятся первые наблюдения электрических и магнитных явлений, создание первых электростатических машин и приборов, исследования атмосферного электричества, разработка первых теорий электричества, установление закона Кулона, зарождение электромедицины.

2. Закладка фундамента электротехники, ее научных основ <1800 — 1830 гг.)

Начало этого периода ознаменовано созданием «вольтова столба» — первого электрохимического генератора, а вслед за ним «огромной наипаче батареи» В. В. Петрова, с помощью которой им была получена электрическая дуга и сделано много новых открытий. Важнейшими достижениями этого периода является открытие основных свойств электрического тока, законов Ампера, Био — Савара, Ома, создание прообраза электродвигателя, первого индикатора электрического тока (мультипликатора), установление связей между электрическими и магнитными явлениями.

3. Зарождение электротехники (1830—1870 гг.)

Самым знаменательным событием этого периода явилось открытие М. Фарадеем явления электромагнитной индукции, создание первого электромашинного генератора. Разрабатываются разнообразные конструкции электрических машин и приборов, формулируются законы Ленца и Кирхгофа, создаются первые источники электрического освещения, первые электроавтоматические приборы, зарождается электроизмерительная техника. Однако широкое практическое применение электрической энергии было невозможно из-за отсутствия экономичного электрического генератора.

4. Становление электротехники как самостоятельной отрасти техники (1870—1890 гг.)

Создание первого измышленного электромашинного генератора с самовозбуждением (динамомашины) открывает новый этап в развитии электротехники, которая становится самостоятельной отраслью техники.

В связи с развитием промышленности, ростом городов возникает острая потребность в электрическом освещении, начинается строительство «домовых» электрических станций, вырабатывающих постоянный ток. Электрическая энергия становится товаром, и все более остро ощущается необходимость централизованного производства и экономичной передачи электроэнергии на значительные расстояния. Решить эту проблему на базе постоянного тока было нельзя из-за невозможности трансформации постоянного тока.

Значительным стимулом к, внедрению переменного тока явилось изобретение «электрической свечи» П. Н. Яблочковым и разработка им схемы дробления электрической энергии посредством индукционных катушек, представлявших собой трансформаторе разомкнутой магнитной системой. Однако однофазные двигатели были непригодны для целей промышленного электропривода.

Одновременно разрабатываются способы передачи электрической энергии на большие расстояния посредством значительного повышения напряжения линий электропередач.

Дальнейшее развитие электрического освещения способствовало совершенствованию электрических машин и трансформаторов; в середине 80-х гг. началось серийное производство однофазных трансформаторов с замкнутой магнитной системой (М. Дери, О. Блати, К. Циперновский).

Идея П. Н. Яблочкова о централизованном производстве и распределении электроэнергии претворяется в жизнь, начинается строительство центральных электростанций переменного тока. Однако развивающееся производство требовало комплексного решения сложнейшей научно-технической проблемы: экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и создания экономичного и надежного электрического двигателя, удовлетворяющего требованиям промышленного электропривода. Эта проблема была успешно решена на основе многофазных, в частности трехфазных систем.

5. Становление и развитие электрификации (с 1891 г.)

Важнейшей предпосылкой разработки трехфазных систем явилось открытие (1888 г.) явления вращающегося магнитного поля. Первые многофазные двигатели были двухфазными.

Трехфазная система оказалась наиболее рациональной, так как имела ряд преимуществ как перед однофазными цепями, так и перед другими многофазными системами. В разработку трехфазных систем большой вклад сделали ученые и инженеры разных стран. Но как будет показано далее, наибольшая заслуга принадлежит М. О. Доливо-Добровольскому, сумевшему придать своим работам практический характер, создавшему трехфазные синхронные генераторы и асинхронные двигатели, трансформаторы.

Убедительной иллюстрацией преимуществ трехфазных цепей была знаменитая Лауфен-Франкфуртская электропередача (1891 г.), сооруженная при активном участии Доливо-Добровольского.

С этого времени начинается бурное развитие электрификации: строятся мощные электростанции, возрастает напряжение электропередач, разрабатываются новые конструкции электрических машин, аппаратов и приборов. Электрический двигатель занимает господствующее положение в системе промышленного привода. Процесс электрификации постепенно охватывает все новые области производства: развивается электрометаллургия, электротермия, электрохимия. Электрическая энергия начинает все более широко использоваться в самых разнообразных отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в быту.

Широкое применение переменного тока потребовало теоретического осмысления и математического описания физических процессов, происходящих в электрических машинах, линиях электропередач, трансформаторах. Расширяются исследования явлений в цепях переменного тока с помощью векторных и круговых диаграмм.

Огромную прогрессивную роль в анализе процессов в цепях сыграл комплексный метод, предложенный в 1893—1897 гг. Ч. П. Штейнмецом.

С развитием крупных энергосистем и увеличением дальности электропередач возникла серьезная научно-техническая проблема обеспечения устойчивости параллельной работы генераторов электростанции, которая была решена отечественными и зарубежными учеными. Теоретические основы электротехники становятся базой учебных дисциплин в вузах и фундаментом научных исследований в области электротехники.

6. Зарождение и развитие электроники (первая четверть XX в.)

Рост потребности в постоянном токе (электрохимия, электротранспорт и др.) вызвал необходимость в развитии преобразовательной техники, что привело к зарождению, а затем бурному развитию промышленной электроники.

Электротехника становится базой для разработки автоматизированных систем управления энергетическими и производственными процессами. Создание разнообразных электронных, в особенности микроэлектронных устройств позволяет коренным образом повысить эффективность автоматизации процессов вычислений, обработки информации, осуществлять моделирование сложных физических явлений, решение логических задач и др. при значительном снижении габаритов, устройств, повышении их надежности и экономичности.

Значительный прогресс в электронике наметился после создания больших интегральных схем (БИС), быстродействие их измеряется миллиардными долями секунды, а минимальные размеры составляют 2—3 мкм. Внедрение БИС привело к созданию микропроцессоров, осуществляющих цифровую обработку информации по программе, и микроЭВМ.

Быстрое развитие микроэлектроники обусловило возникновение и заметный прогресс новой области науки и техники — информатики. Уже в начале 80-х гг. как в нашей стране, так и за рубежом стали изготовлять микропроцессоры и микроЭВМ в одном кристалле. Все это дает огромный эффект в повышении надежности, снижении габаритов и потребляемой энергии микроэлектронных устройств, используемых в различных производственных процессах, автоматизированных систем управления, на транспорте, в бытовых устройствах.

Источник статьи: http://www.electrolibrary.info/history/jetapy.htm

Российские ученые и их вклад в развитие электротехники.

Мы хорошо понимаем, что сегодняшняя жизнь без электричества была бы невозможной. Человечеству понабилось несколько веков, чтобы изучить и «приручить» это природное явление. Среди тех, кто покорял электричество, были и российские ученые, которые внесли неоценимый вклад в развитие электротехники.

Павел Николаевич Яблочков

Павел Николаевич Яблочков известен, прежде всего, изобретением электрической свечи, которая вошла в историю как «свеча Яблочкова». Деятельность ученого пришлась на вторую половину девятнадцатого века, и обозначилась значимыми изобретениями в области электротехники.

Первым опытом молодого Яблочкова стал «чернопишущий телеграфный аппарат», который он изобрел, будучи начальником телеграфа на железной дороге. Правда, об этом произведении вскоре забыли, и на сегодняшний день ничего неизвестно о «телеграфном аппарате» Яблочкова. На изобретение, которое уже принесло ему славу, Павла Николаевича вдохновил опыт А.Н. Лодыгина, и Яблочков стал посвящать все больше времени на улучшение дуговых ламп: его первые попытки в этом направлении обозначились работой над совершенствованием регулятора Фуко.

Уже позже, Павлу Николаевичу удалось изобрести самую близкую предшественницу «лампочки Ильича» — электрическую свечу, которая и прославила изобретателя. Именно с электрических свечей началось наружное освещение: городские площади, витрины магазинов, театры и улицы в темное время суток были озарены светом. Применение свечей Яблочкова началось в Париже, Лондоне и Берлине. Европа была просто поражена новым изобретением, которое современники прозвали «русским светом».

Сложно представить, но такие «лампы» служили немногим больше часа, поэтому существовала необходимость менять их на новые. Правда, вскоре для этой цели придумали фонари с автоматической заменой свечей. Кроме того, в сравнении с современными электрическими лампами, свет от свечей Яблочкова был тусклым и непостоянным. Но, несмотря на несовершенства, это изобретение стало первым, которое смогли широко применить в наружном освещении.

За свою жизнь Яблочков успел подарить человечеству еще несколько значимых изобретений. Так, ученый создал первый генератор переменного тока, а затем и трансформатор переменного тока. Именно Павел Николаевич первым применил переменный ток в промышленности. Благодаря своим открытиям, Яблочков стал первым среди всех ученых планеты, кто создал систему «дробления» электрического света. В его жизни было ещё много открытий и достижений, однако ученый вошел в историю своим главным триумфом – электрической свечой.

Александр Николаевич Лодыгин

Мы уже упоминали имя этого талантливого ученого в предыдущем рассказе, так как Александр Николаевич Лодыгин прославился не только своими изобретениями в области электротехники, но и оказал большое влияние на своих коллег-современников.

Прежде всего, Лодыгин стал известен как изобретатель лампы накаливания, он посветил многие годы своей жизни на изучение и совершенствование этого изобретения. Однако история не признаёт единственного создателя лампы накаливания – это продукт множества открытий разных ученых. Но Александр Николаевич занимает важное место в появлении и становлении этого изобретения – он первый стал применять вольфрам и закручивать нити в спираль, а также откачал из тела лампы воздух, чем увеличил ее срок службы в несколько раз. Таким образом, он стал родителем современной лампочки, которая широко применяется и сегодня.

В своей жизни Лодыгин уделял много времени созданию электролета, его изобретение должно было отправиться в Париж, но из-за поражения Франции в войне, Лодыгин отменил свои планы, и в дальнейшем его деятельность не касалась летательных аппаратов.

Кроме того, в его списке изобретений числятся такие важные проекты как автономный водолазный скафандр, индукционная печь, электрический обогреватель для отопления.

Борис Михайлович Гохберг

О самом изобретателе Гохберге известно немного: он был советским ученым Ленинградского физико-технического института; посвящал много времени изучению электрических свойств газов и открыл так называемый «элегаз», который активно используется в современной энергетике.

Благодаря пристальному вниманию к шестифтористой сере, ученый открыл уникальные свойства этого соединения, которое позже получило название «электрический газ». Так, элегаз начали использовать в советской промышленности, а широкое применение он получил в 90-х годах прошлого века.

Элегаз безвреден в смеси с воздухом и является негорючим веществом. Именно им стали заменять трансформаторные масла, которые всегда несли в себе риск пожара. Элегаз также широко используется в высоковольтной электротехнике, а технологии с использованием элегаза до сих пор считаются передовыми.

Советские ученые

В СССР нередко труд ученых обобщался и обезличивался, поэтому в публикации мы не сможем назвать имена людей, которые изобрели первую атомную электростанцию. Это открытие стало настоящим прорывом в энергетике.

Во второй половине 40-х годов, ещё до окончания работ по созданию первой советской атомной бомбы, советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии, генеральным направлением которого сразу же стала электроэнергетика. Так, в июне 1954 года в городе Обниск была запущена первая атомная электростанция. К концу ХХ века в мире насчитывалось уже более 400 атомных электростанций.

Источник статьи: http://www.i-mt.net/blog/obzory/rossiyskie-uchenye-i-ih-vklad-v-razvitie-elektrotehniki


Adblock
detector