Файл: Библиография.rtf

На основе многочисленных экспериментов Ому удается вывести формулу, связывающую "силу магнитного действия проводника" (то есть ток) с электровозбуждающей силой источника и сопротивлением цепи - это уже был закон электрической цепи.

В 1827 г. выходит в свет его фундаментальный труд "Гальваническая цепь, разработанная математически доктором Омом" (Он так же известен под названием "Теоретические исследования электрических цепей".

Закон Ом сформулировал следующим образом "Величина тока в гальванической цепи пропорциональна сумме всех напряжений и обратно пропорциональна сумме приведенных длин" [3, с 8].
,
где - сопротивление участка цепи,

- напряжение, приложенное к этому участку,

- ток, протекающий в результате замыкания участка цепи.

§ 3. Зарождение электротехники (1830-1870 гг.). Открытие электромагнитной индукции

Выдающиеся открытия в области электричества и магнетизма, связанные с именами Ампера, Ома, Фарадея, Ленца, требовали более точного количественного описания этих явлений, их математического анализа и разработки расчетных методов, необходимых для решения практических задач, выдвигаемых всё развивающимся производством. Одним из выдающихся вкладов в решение этих проблем явились труды профессора Берлинского университета Густава Роберта Кирхгофа (1824-1887 гг.) [4, с 7]

В 1847 году Кирхгоф сформулировал законы протекания токов в сложных цепях:

 Первый закон Кирхгофа

Применяется к узлам и формулируется следующим образом: алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Знаки определяются в зависимости от того, направлен ток к узлу или от него (в любом случае произвольно).

 Второй закон Кирхгофа

Применяется к контурам: в любом контуре сумма напряжений на всех элементах и участках цепи, входящих в этот контур, равна нулю. Направление обхода каждого контура можно выбирать произвольно. Знаки определяются в зависимости от совпадения напряжений с направлением обхода.

---

Вторая формулировка: в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма напряжений на всех участках с сопротивлениями, входящих в этот контур, равно алгебраической сумме ЭДС.

Следующим крупным этапом в изучении электричества является открытие законов электромагнитной индукции (1831 г.). Учения в этой области напрямую связаны с замечательными трудам английского ученого Майкла Фарадея.

Он обнаружил, что электродвижущая сила ( ), возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока ( ) через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока - изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.
.
В качестве математического описания явлений, открытых Фарадеем, стоит упомянуть труды великого физика Джемса Кларка Максвелла (1831-1879 гг.). "Приступив к изучению труда Фарадея, я установил, что его метод понимания явлений был также математическим, хотя и не представленным в форме обычных математических символов. Я также нашел, что этот метод можно выразить в обычной математической форме и, таким образом, сравнить с методами профессиональных математиков. Когда я переводил то, что я считал идеями Фарадея, в математическую форму, продолжал Максвелл, я нашел, что в большинстве случаев результаты обоих методов совпадали, так что ими объяснялись одни и те же явления и выводились одни и те же законы действия, и то что методы Фарадея походили на те, при которых, начиная с целого, мы приходим к частному путем анализа, в то время как обычные математические методы были основаны на принципе "движения от частностей и построения целого путем синтеза".

Таким образом, Максвеллом была математически описана теория электромагнитного поля, которую по достоинству ценили многие ученые XIX и XX вв. когда на основе выведенных им уравнений стала развиваться радиотехника. Первые дифференциальные уравнения поля были записаны Максвеллом в 1855 - 1856 гг.

---

Максвеллом был разработан метод контурных токов, доказана теорема взаимности.

В 1833 г. Ленц обобщил опыты Фарадея по электромагнитной индукции, сформулировал "Закон Ленца":

"Направление индукционного тока всегда таково, что он препятствует тому действию (напр. движению), которым он вызывается".

Один из крупнейших немецких ученых Герман Людвиг Гельмгольц ввел в 1853 г. в теорию цепей известный ранее в физике принцип суперпозиции, на основе которого были построены важные теоремы электрических цепей. Гельмгольц же впервые получил уравнение переходного процесса цепи при ее подключении к источнику, рассмотрел постоянные времени электрической цепи.

Уильям Томсон (лорд Кельвин) в 1853 г. дал расчет колебательного процесса и установил связь между частотой собственных колебаний, индуктивностью и емкостью.

Постепенно формировался практически весь арсенал методов расчета (включая эквивалентные преобразования) цепей постоянного тока.

§ 4. Становление электротехники как самостоятельной отрасти техники (1870-1890 гг.). Создание электродвигателя и телеграфа

Важнейшими научными предпосылками электромеханики послужили достижения в области электродинамики и открытие электромагнитной индукции. Когда назрел новый энергетический кризис, связанный с ограниченными возможностями теплового центрального двигателя. Выйти из этого кризиса позволили электрические машины, которые за несколько десятилетий совершили новый переворот в промышленном производстве.

Начальный период развития электродвигателя (1821-1834 гг.) тесно связан с созданием физических приборов для демонстрации непрерывного преобразования электрической энергии в механическую и начинается с опытов Фарадея.

Второй этап развития электрических двигателей (1834-1860 гг.) характеризуется преобладанием конструкций с вращательным движением явно полюсного якоря. Этот период непосредственно связан с великим ученым Борис Семенович Якоби (1801-1874 гг.). [3, с 13]

Одним из недостатков первых электродвигателей было отсутствие превосходств перед паровыми машинами, т.е. мощность первых электродвигателей была настолько мала, что подходила только в качестве игрушки или детской забавы. Дело всё в том, что источники питания для таких машин были маломощными. После открытия Ленцом (1838 г.) принципа обратимости электрических машин

---

, наступает новый этап - создание генераторов. (Генераторы в эту эпоху были на постоянном токе).

После открытия в 1842 г. независимо друг от друга учеными Эмилем Ленцом и Джеймсом Джоулем закона о тепловом действии электрического тока электричество стали применять в промышленных целях.

Следующим наиболее важным этапом развития электротехники является изобретение телеграфа. Первый практически пригодный электромагнитный телеграф был разработан русским ученым Павлом Львовичем Шиллингом в 1828-1832 гг. Этот телеграф был основан на визуальном приеме кодовых знаков и явился исходной конструкцией для последующих телеграфов.

Первым по-настоящему массовым потребителем электрической энергии явилась система электрического освещения. Электрическая лампа и по нынешний день осталась самым распространенным электротехническим устройством. Особое место среди дуговых источников света занимает "электрическая свеча" Павла Николаевича Яблочкова (1847-1894 гг.). Именно "электрическая свеча" явилась тем самым началом, вызвавшим бурный рост электротехнической промышленности.

Дальнейший прогресс электрического освещения был связан с изобретением лампы накаливания, которая оказалась более удобным источником света, имеющим лучшие экономические и световые показатели.

В 1879 г. Эдисон заинтересовался проблемой электрического освещения.12 апреля 1879 г. Эдисон получил первый патент на лампу с платиновой спиралью высокого сопротивления, а затем - на лампы с угольными нитями (27 января 1980 г.).

В связи с развитием промышленности, ростом городов возникает острая потребность в электроэнергии. 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.

§ 5. Становление и развитие электрификации (с 1891 г.). Открытие переменного многофазного тока

Наиболее существенный толчок работам в области генераторов переменного тока дала электрическая свеча Яблочкова. Уже в 1878 г. Яблочков совместно с заводом Грамма разработал несколько однотипных конструкции генераторов переменного тока.

---

В 80-х годах делаются попытки сравнивать действия постоянного и переменного токов, вводится понятие об идеальном синусоидальном токе. Оказалось, например, что сравнительно легко подсчитать мощность, выделяемую синусоидальным током в резисторе и сравнить ее с мощностью, выделяемой в том же резисторе постоянным током. В 1888 г.У. Томсон показал возможность применения гармонического анализа Фурье для любого периодического (несинусоидального) тока (Фурье свой знаменитый метод предложил в 1822 г., разрабатывая теорию тепла).

В 1889 г. профессор Гринвичского морского училища Томас Блексдей предложил изображать синусоидальную величину в виде вектора. Метод векторных диаграмм открыл прекрасные возможности для наглядных представлений о процессах в цепях гармонического тока. В частности, этот метод позволил распространить закон Ома на цепи переменного тока.

Важную роль в становлении современных представлении в области теории переменного тока сыграли исследования М.О. Доливо-Добровольского. Он показал, что магнитный поток в магнитопроводе с катушки, включенной в цепь переменного тока, целиком определяется напряжением (если считать частоту и число витков заданными) и не зависит от магнитного сопротивления. С изменением магнитного сопротивления меняется только намагничивающий ток.

Им были введены понятия активной и реактивной составляющих переменного тока, которые он назвал соответственно ваттным (рабочим) и безваттным (возбудительным) токами. Метод разложения любого тока на две составляющие бил рекомендован Доливо-Добровольский для практических расчетов и анализов процессов в электрических машинах н аппаратах.

В 1892 г. Доливо-Добровольский разработал на базе сформулированных положений основы теории и проектирования трансформаторов. [2, с 8]

Завершением общей теории цепей переменного тока явилась исключительно продуктивная идея поместить векторную диаграмму на комплексную плоскость. Это позволяло тригонометрические операции над векторными изображениями синусоидальных функций времени заменить алгебраическими операциями над комплексными числами. Оказалось, что интегрально-дифференциальные топологические у равнения для мгновенных значений в стационарных процессах могут быть заменены алгебраическими уравнениями для комплексных изображений.

Несомненная заслуга в широком введении метода комплексных амплитуд ("символического метода") принадлежит известному американскому электротехнику Чарльсу Протеусу Штейнмецу. В 1901 г. Штейнмец издал фундаментальный курс под названием "Теоретические основы электротехники".

---