iomeldar (1021896), страница 2
Текст из файла (страница 2)
После изобретения А. Вольтом гальванического столба появилась возможность получать электрический ток. Исследуя явления в электрической цепи, В. В. Петров открыл (1802 г.) электрическую дугу и указал на возможность практического применения ее для освещения, плавки и сварки металлов. Очень важную роль в развитии учения об электромагнитных явлениях сыграл английский ученый М. Фарадей, открывший в 1831 г. явление и закон электромагнитной индукции. В 1832 г, П. Л. Шиллингом был построен первый в мире электромагнитный телеграф. В 1833 г. русский академик Э.
Х. Ленц открыл закон, устанавливающий связь между направлениями индукционных токов и их электромагнитными и электродннамическими взаимодействиями. В частности, им был установлен принцип электромагнитной инерции. В 1844 г. он, независимо от Д. Джоуля, установил, что количество тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника и квадрату тока. В 1845 г.
немецким физиком Г. Кирхгофом были сформулированы основные законы для разветвленных электрических цепей, имеющие огромное значение для развития теоретической и практической электротехники. Изобретенная русским ученым П. Н. Яблочковым электрическая свеча (1878 г.) положила начало электрическому освещению. Первая лампа накаливания с угольным стерженьком была создана русским инженером А.
Н. Лодыгиным. Из других русских ученых второй половины Х1Х столетия необходимо отметить А. Г, Столетова, впервые подробно исследовавшего магнитные свойства железа, и Н. А. Умова, заложившего основы для вывода уравнений движения электромагнитной энергии в телах. Таким образом, за период с 1800 по 1880 гг.
в тесной связи с развитием прикладной электротехники и, в частности, с телеграфией, гальванопластикой и техникой электрического освещения развивалась теория цепей постоянного тока, За этот период были установлены основные понятия теории электрических цепей и созданы первые методы их расчета. Начало применению переменных токов положил в 1876 г.
П. Н. Яблочков. Переменный ток обеспечивал равномерность сгорания углей в его свече и давал возможность легко осуществлять питание многих ламп от одного источника электрической энергии. Расширение потребления электрической энергии выдвинуло проблему передачи ее на значительные расстояния, Для решения этой проблемы требовалось применение различных напряжений для передачи н распределения электрической энергии. Эта задача легко разрешалась для переменного тока путем применения трансформаторов, изобретенных также П. Н. Яблочковым.
Переменный ток получил всеобщее признание н широчайшее применение в электроэнергетике благодаря изобретениям русского инженера и ученого М. О. Доливо-Добровольского. Им была разработана трехфазная система,.получившая повсеместное распространение. В 1889 г. он построил первый трехфазный двигатель, разработал все остальные звенья трех- фазной цепи и в 1891 г. осуществил передачу электрической энергии трехфазным током на расстояние175 км. Применение переменного тока требовало решения многих вопросов и послужило основанием для разработки целой области теоретических основ электротехники — теории переменных токов.
Особенно значительным в развитии теории переменных токов было введение крупным электротехником Ч. П. Штеймецом метода комплексных величин для расчетов цепей. Наряду с необходимостью решения теоретических задач, относящихся к электрическим и магнитным цепям, практическая электротехника поставила задачи по расчету электромагнитных полей.
Конструирование электрических машин и электромагнитных аппаратов требовало рйсчета магнитных полей. Создание надежной изоляции токоведущих частей приводило к необходимости расчета электрических полей. В 1873 г. английский ученый Д. Максвелл в классическом труде «Трактат об электричестве и магнетизме» изложил в математической форме основы теории электромагнитного поля, представляющей собой расширение и дальнейшее развитие идей М.
Фарадея о физической реальности электромагнитного поля. Экспериментальное подтверждение и развитие теории электромагнитного поля, разработанной Д, Максвеллом, было осуществлено немецким физиком Г. Герцем в 1887 †18 гг. в его опытах по получению и распространению электромагнитных волн, а также русским физиком П. Н. Лебедевым, доказавшим давление световых волн, В 1895 г. А. С.
Попов изобрел радиосвязь, открывшую новую эру в культурной жизни человечества. Развитие радио послужило мощным толчком к разработке как теории электрических цепей, так н теории электромагнитного поля. Так, в 1904 г. в Петербургском политехническом институте проф, В. Ф. Миткевич начал читать курс «Теория электрических и магнитных явлений», а в 1905 г. в Московском высшем техническом училище проф. К. А. Круг — курс «Теория переменных токов», который был издан в 1906 г, Первой книгой в России, в значительной мере охватывающей весь комплекс вопросов теоретических основ электротехники, была изданная в 1916 г. книга К.
А. Круга «Основы электротехникиж Следовательно, в развитии электротехники можно отметить второй этап (1880 — 1917 гг.), характеризующийся формированием самостоятельной дисциплины «Теоретические основы электротехники». Следует иметь в виду, что при расчетах многих электротехнических установок встречаются весьма большие трудности, так как при этом требуется некоторая идеализация задач в процессе их математической постановки. Такая идеализация может быть выполнена только на основе некоторого опыта, с использова- нием уже имеющихся методов расчета п с некоторыми допущениями, для которых подчас требуется дополнительная экспери,ментальная проверка. Это тем более важно, так как практически наиболее целесообразными являются самые простые методы расчета, Возможны два принципиально различных подхода к решению электротехнических задач и к рассмотрению электромагнитных явлений: с использованием интегральных величин, характеризующих работу установки в целом, и с использованием дифференциальных понятий, характеризующих состояние того или иного материала в разных местах этого устройства.
Так, например, расчет электрической цепи, в которую включены различные приемники электрической энергии (лампы, двигатели), может заключаться в определении токов в проводах и напряжений на зажимах приемников, а расчет некоторой изолирующей конструкции может потребовать определения напряженности электрического поля в отдельных местах диэлектрика. Первому аспекту задачи отвечает теория цепей, а второму — теория электромагнитного поля. В ряде случаев для одной и той же установки приходится решать задачи обоими методами. Физически более общей и детальной является задача, формулируемая в теории электромагнитного поля. Однако, как правило, такая задача может быть решена только в отдельных частных случаях и бывает весьма сложной.
Кроме того, постановка ее во многих случаях не является необходимой, так как, во-первых, изучаемое явление во всех деталях может не рассматриваться н, вовторых, она достаточно полно характеризуется задачей, формулируемой в теории цепей. В основе теории цепей лежат законы Ома и Кирхгофа, в простейшем виде известные из курса физики; в основе теории электромагнитного поля — уравнения Максвелла, дающие математическую формулировку электромагнитных процессов в пространстве. Основной математический аппарат, используемый в этих разделах электротехники, различный.
Если теория цепей связана с исследованиями системы алгебраических уравнений (при исследовании установившихся режимов) или дифференциальных (при исследовании переходных процессов), то теория электромагнитного поля связана с уравнениями математической физики, т. е. с дифференциальными уравнениями в частных производных, Известны случаи, когда решения задач электротехники приводили к необходимости дальнейшего развития математических методов (функции комплексного переменного, операционное исчисление, теория информации и т. д.).
В течение последних десятилетий теоретические основы электротехники получили дальнейшее развитие не только в пределах того же курса, но и в ряде специальных областей, которые достаточно быстро выделялись в самостоятельные дисцип- лины, а именно: основы теории связи, основы радиотехники, теория электрических машин, теория электрических сетей и т. д. В специальных областях задачи теоретической электротехники рассматриваются применительно к конкретным установкам, обладающим существенными особенностями и получившим большое самостоятельное развитие. Такие задачи рассматриваются в теоретических основах электротехники только в самой общей постановке, без деталей, требующих специальной подготовки. Таким образом, курс теоретических основ электротехники является основной теоретической дисциплиной, которая служит базой для всех специальных электротехнических дисциплин.
Качественные и количественные стороны исследуемых электромагнитных явлений и процессов находятся в неразрывной связи. Поэтому изучение курса теоретических основ электротехники в высшей школе, как бдло отмечено выше, основывается на знаниях, полученных из курсов физики и математики. Эти знания в курсе теоретических основ электротехники расширяются и развиваются в направлении разработки методов анализа, расчета и экспериментального наследования явлений и процессов, протекающих в электрических и магнитных цепях и в электромагнитных полях. Как при исследовании физических процессов в цепях, так и при изучении электромагнитных полей различных устройств единственным научным методом познания является диалектический метод: «От живого созерцания; — говорит Ленин, — к абстрактному мышлению и от него к практике, таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности», Необходимо отметить,, что, по мере дальнейшего развития техники каждый инженер в процессе творческой деятельности должен встретиться с многими новыми задачами, не отраженными в настоящем курсе.
Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы при изучении материала данного курса получить наибольшую самостоятельность в решении практических задач. В курсе теоретических основ электротехники рассмотрены решения лишь типовых задач, систематизированных на основе имеющегося опыта. За истекшее время курс теоретических основ электротехники, как было отмечено выше, неоднократно дополнялся новыми задачами и теориями и, несомненно, еще будет дополняться в дальнейшем. Поэтому нельзя считать, что в настоящее время он дает ответы на все возможные вопросы, которые встречаются сейчас в практической жизни, а тем более будут встречаться в дальнейшем. В наибольшей мере это относится к нелинейным задачам, которые получили большое развитие в последнее время, и, по-видимому, должны получить еще большее развитие в ближайшем будущем. Раздел первый ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Глава 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И ЦЕПИ ПРИ ПОСТОЯННЫХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ ф 1.1.
Основные величины и соотношеиия, характеризующие электрическое поле Пусть для передачи электрической энергии применены плоские проводники *, параллельно расположенные, изолированные и обращенные друг к другу широкими сторонами (рис. 1.1), Предполагается, что изолирующая среда, окружающая эти проводники, не обладает заметной электропроводностью. Если в начале такой линии сравнительно небольшой длины присоединить источник электрической энергии с постоянной э.д.с. е, то при отсутствии в конце линии потребителя электрической энергии на указанных проводниках практически очень быстро появятся разноименные заряды: Одновременно с этим в изолирующей среде, окружающей проводники, образуется электрическое поле, не изменяющееся далее с течением времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
