История развития электротехники. Ученые, внесшие вклад в развитие электротехники, и их изобретения

Электротехника – крайне обширная область знаний, которая включает в себя все, что связано с использованием электрической энергии. Это и разработка схем, устройств, оборудования и компонентов, и изучение электромагнитных явлений, их практическое использование. Область применения электротехники – все сферы нашей жизни.

С чего все начиналось

История развития электротехники крепко связана с человечеством на протяжении всей истории его развития. Людей интересовали природные явления, которые они не могли объяснить. История развития электротехники – постоянные попытки повторить то, что происходило вокруг.

Изучение продолжалось долгие и долгие столетия. Но лишь в семнадцатом веке история развития электротехники начала свой отсчет с реального использования человеком полученных знаний и навыков.

Теория

Ученые, внесшие вклад в развитие электротехники, – это тысячи и тысячи имен, всех их в рамках данной статьи указать невозможно. Но существуют личности, чьи исследования помогли сделать наш мир таким, каков он есть сейчас.

Исторические данные гласят: одним из первых, кто обратил свое внимание, что после того как янтарь потереть о шерсть, он сможет притягивать предметы, был греческий философ Фалес Милетский. Свои опыты он проводил в седьмом веке до нашей эры. Никаких фундаментальных выводов, к сожалению, он сделать не смог. Но все свои наблюдения он тщательно записал и передал потомкам.

Следующее имя в условном списке «ученые-электротехники и их изобретения» появилось лишь в 1663 году, когда в городе Магдебурге Отто фон Герике спроектировал машину, которая представляла собой шар, способный не только притягивать, но и отталкивать предметы.

Знаменитые ученые

Впоследствии начала электротехники положили такие известные ученые, как:

• Стивен Грей, проводивший опыты по передаче электричества на расстоянии. Результатом его исследований стал вывод, что предметы по-разному передают заряд.
• Шарль Дюфе, который выдвинул теорию о разных типах электричества.
• Голландец Питер ван Мушенбрук. Он прославился изобретением конденсатора.
• Активно изучали явление Георг Рихман и Михаил Ломоносов.
• Бенджамин Франклин. Этот человек остался в истории как изобретатель громоотвода.
• Луиджи Гальвани.
• Василий Петров.
• Шарль Кулон.
• Ганс Эрстед.
• Алессандро Вольта.
• Андре Ампер.
• Майкл Фарадей и многие другие.

Энергетика

Электротехника – наука, которая содержит четыре составляющих, первой и базовой из них является электроэнергетика. Это наука о генерации, передаче и потреблении энергии. Человечество смогло успешно использовать эту технологию для своих нужд лишь в 19-м веке.

Примитивные батареи позволяли приборам работать лишь какое-то время, что не удовлетворяло амбиций ученых. Изобретателем первого прообраза генератора стал венгр Аньош Йедлик в 1827 году. К сожалению, свое детище ученый не запатентовал, и его имя осталось лишь в учебниках по истории.

Позднее динамо-машину доработал Ипполит Пикси. Устройство несложное: статор, создающий постоянное магнитное поле, и набор обмоток.

История развития электротехники и энергетики не может обойтись без упоминания имени Майкла Фарадея. Именно он изобрел первый генератор, который позволял вырабатывать ток и постоянное напряжение. Впоследствии механизмы были усовершенствованы Эмилем Штерером, Генри Уайльдом, Зенобом Граммом.

Постоянный ток

В 1873 году на выставке в Вене был наглядно продемонстрирован запуск насоса от машины, находящейся более чем в километре от него.

Электричество уверенно завоевывало мир. Человечеству стали доступны такие неведомые ранее новинки, как телеграф, электрический двигатель на автомобилях и суднах, освещение городов. Огромные динамо-машины все чаще использовали для производства электрического тока в промышленных масштабах. В городах стали появляться первые трамваи и троллейбусы. Идею постоянного тока массово внедрял известный ученый Томас Эдисон. Однако у этой технологии были и свои недостатки.

Теоретическая электротехника в трудах ученых подразумевала покрытие как можно большего количества населенных пунктов и территорий электроэнергией. Но постоянный ток имел крайне ограниченный радиус действия – порядка двух-трех километров, после чего начинались огромные потери. Немаловажным фактором перехода на переменный ток стали и габариты генерирующих машин, размером с приличный завод.

Никола Тесла

Основоположником новой технологии считается сербский ученый Никола Тесла. Всю свою жизнь он посвятил изучению возможностей переменного тока, передачу его на расстояние. Электротехника (для начинающих это будет интересным фактом) построена на основных его принципах. Сегодня в каждом доме есть одно из творений великого ученого.

Изобретатель подарил миру многофазные генераторы, асинхронный электродвигатель, счетчик и многие другие изобретения. За годы работы в телеграфной, телефонной компаниях, лаборатории Эдисона и впоследствии на своих предприятиях Тесла получил огромный опыт вследствие проведения огромного количества экспериментов.

Человечество, к великому сожалению, не получило и десятой доли открытий ученого. Владельцы нефтяных месторождений были всячески против электрической революции и любыми доступными им способами пытались остановить её продвижение.

По слухам, Никола умел создавать и останавливать ураганы, передавать электричество без проводов в любую точку земного шара, телепортировал военный корабль, и даже спровоцировал падение метеорита в Сибири. Очень неординарным был этот человек.

Как оказалось впоследствии, Никола был прав, сделав ставку на переменный ток. Электротехника (для начинающих особенно) в первую очередь упоминает о его принципах. Он оказался прав, что электричество можно подавать за тысячи километров, используя лишь провода. В случае с постоянным «собратом» электростанции необходимо располагать через каждые два–три километра. К тому же они должны постоянно обслуживаться.

На сегодняшний день постоянному току еще осталось место для электрического транспорта – трамвая, троллейбуса, электровоза, двигателей на промышленных предприятиях, в батарейках, зарядных устройствах. Однако, учитывая развитие технологий, есть вероятность что «постоянка» вскоре останется лишь на страницах истории.

Электромеханика

Второй из разделов электротехники, в котором объясняется принцип преобразования энергий из механической в электрическую и наоборот, называется электромеханикой.

Первым ученым, явившим миру свои работы по электромеханике, был швейцарский ученый Энгельберт Арнольд, который в 1891 году опубликовал труд, посвященный теории и проектированию обмоток для машин. Впоследствии мировая наука пополнилась результатами исследований Блонделя, Видмара, Костенко, Дрейфуса, Толвинского, Круга, Парка.

В 1942 году венгро-американец Габриэль Крон окончательно сумел сформулировать обобщенную теорию для всех электрических машин и объединить таким образом усилия множества исследователей за последнее столетие.

Электромеханика пользовалась стабильным интересом ученых во всем мире, и впоследствии из неё возникли такие науки, как электродинамика (изучает связь электрических и магнитных явлений), механика (изучает движение тел и взаимодействий между ними), а также теплофизика (теоретические основы энергетики, термодинамику, тепломассообмен) и другие.

Основными проблемами, которые изучались в рамках исследований, являлись изучение и разработка преобразователей, вращающегося магнитного поля, линейная токовая нагрузка, постоянная Арнольда. Основные темы – электрические и асинхронные машины, различные типы трансформаторов.

Постулаты электромеханики

Основными тремя постулатами электромеханики являются законы:

• электромагнитной индукции Фарадея;
• полного тока для магнитной цепи;
• электромагнитных сил (он же Закон Ампера).

В результате исследований ученых-электромехаников, было доказано, что перемещение энергии невозможно без потерь, все машины могут работать как в режиме двигателя, так и в качестве генератора, а также то, что поля ротора и статора всегда неподвижны относительно друг друга.

Основными формулами являются уравнения:

• электрической машины;
• равновесия напряжений обмоток электрической машины;
• электромагнитного момента.

Системы автоматического управления

Направление неизбежно стало популярным, после того как стало ясно, что машины с успехом могут заменить человеческий труд.

Автоматическое управление – возможность манипулировать работой иных устройств или даже целых систем. Управление может производиться температурой, скоростью, движением, углами и скоростью перемещения. Манипулирование может осуществляться как в полном автоматическом режиме, так и при участии человека.

Первой машиной подобного рода можно считать агрегат, сконструированный Чарльзом Бэбиджем. При помощи информации, заложенной в перфокарты, могло производиться управление насосами при помощи парового двигателя.

Первый компьютер был описан в трудах ирландского ученого Перси Ладгейта, которые были представлены общественности в 1909 году.

Аналоговые вычислительные устройства появились аккурат перед началом Второй мировой войны. Военные действия несколько затормозили развитие этой перспективной отрасли.

Первый прообраз современного компьютера был создан немцем Конрадом Цузе в 1938 году.

На сегодняшний день системы автоматического управления, как и было задумано их изобретателями, успешно заменяют людей на производствах, выполняя самую монотонную и опасную работу.

Электроника

Следующим этапом развития электротехники стали электронные устройства, которые в миллиарды раз точнее своих аналоговых собратьев.

Самым известным первым изобретением является немецкая шифровальная машина «Энигма». А впоследствии – британские электронные дешифраторы, при помощи которых пытались разгадать запутанные коды.

Далее были калькуляторы и компьютеры.

На текущем этапе жизни с электроникой связывают телефоны и планшеты. А каким будет развитие наших устройств завтра, мы можем только гадать. Но ученые работают день и ночь лишь для того, чтобы удивить всех нас и сделать жизнь немого интереснее и проще.