Упражнение на запоминание текстовой информации

В.С.Попов, С.А.Николаев
Общая электротехника

Электротехника - это наука о применении электрической энергии в практических целях. Электротехника рассматривает вопросы производства электрической энергии, ее распределение и преобразование в другие виды энергии. Электрическая энергия обладает очень ценными свойствами: она просто преобразуется из других видов энергии (механической, химической и др.), передается с малыми потерями на большие расстояния (сотни километров) в города, на заводы и фабрики. В пункте потребления электрическая энергия просто дробится и преобразуется в нужный вид энергии: механическую, тепловую, химическую и др. Таким образом, электричество позволяет использовать и транспортировать дешевую энергию, накопленную в природе (энергия падающей воды), или удешевляет ее использование (торф, низкосортный уголь).

Период, охватывающий большую часть 19-го столетия, считается начальным периодом развития электротехники. Рассмотрим кратко важнейшие достижения русских ученых, внесших огромный вклад в развитие современной электротехники.

Русский академик В.В.Петров (1761-1834) по праву считается отцом русской электротехники. В 1802 г. он открыл дуговой разряд. Получив электрическую дугу, он исследовал ее и установил возможность применения дуги для электрического освещения, плавки и сварки металлов.

Член-корреспондент Петербургской академии наук II.Л.Шиллинг (1786-1837) первым предложил и в 1812 г. осуществил электрическое взрывание мин. Им изобретен первый в мире электромагнитный телеграф, который он демонстрировал в 1832 г. П.Л.Шиллинг построил первую магнитоэлектрическую машину и изобрел изолированный провод.

Ректор Петербургского университета академик Э.X.Ленц (1804-1865) - один из основоположников теории электромагнетизма и русской школы физиков. Он раскрыл принцип электромагнитной индукции и сформулировал закон, носящий его имя (1833 г.) Э.X.Ленц теоретически установил обратимость электрических машин и установил закон теплового действия тока (закон Джоуля-Ленца).

Академик Б.С.Якоби (1801-1874) в 1834 г. изобрел первый в мире пригодный для практических целей электродвигатель, примененный им в 1838 г. для первого в мире электропривода судна (электроход Якоби). В 1839 г. В.С.Якоби открыл гальванопластику и разработал промышленный способ ее использования. Им изобретен (в 1850 г.) первый в мире буквопечатающий телеграфный аппарат.

Профессор Московского университета А.Г.Столетов (1839-1896) впервые в 1872 г. получил кривую намагничивания железа - основу расчета магнитных цепей. Им выполнены капитальные исследования фотоэлектрических явлений и изготовлен первый в мире фотоэлемент. Работы Столетова явились источником знаний для многочисленных современных отраслей фотоэлектронной техники, в том числе звукового кино.

Знаменитый русский ученый А.Н.Лодыгин (1847-1923) не только изобрел лампу накаливания, но в 1873 г. впервые в мире продемонстрировал в Петербурге опыты уличного освещения при помощи этой лампы.

Выдающийся изобретатель, конструктор, ученый, П.Н.Яблочков (1847-1894) оказал огромнее влияние на развитие современной электротехники. В 1876 г. он изобрел дуговую лампу - электрическую свечу. Свеча Яблочкова - первый электрический источник света, получивший широкое распространение во всех странах, - вызвала переворот в технике электрического освещения и коренные изменения в электротехнике вообще, так как открыла широкий путь к применению электрической энергии, в частности энергии переменного тока. П.Н.Яблочкову принадлежит также изобретение первого в мире трансформатора, имеющего огромное практическое значение.

Военный инженер Ф. А. Пироцкий (1845-1898) является пионером передачи электрической энергии на дальние расстояния. В 1874 г. в Петербурге он демонстрировал первую линию электропередачи, В 1876 г. Ф.А.Пироцкий там же проводил опыты по передаче электрической энергии по железнодорожным рельсам. В 1880 г. он произвел первые в мире опыты по осуществлению движения трамвая при помощи электрической энергии.

В 1880 г. Д.А.Лачинов (1842-1902) впервые разработал теорию передачи электроэнергии и принцип расчета линии электропередачи.

В 1882 г. русский изобретатель Н. Н. Бенардос (1842-1905) построил первый в мире электросварочный аппарат.

Горный инженер Н. Г. Славянов (1854-1897) разработал методы нагревания и отливки металлов при помощи электрической дуги. В 1889 г. он впервые в мире применил дуговую электросварку при постройке судов.

М.О.Доливо-Добровольский (1862-1919) является основоположником трехфазной системы и основанной на ее применении электрификации. Блестящий теоретик, талантливый конструктор, выдающийся практический деятель, он в 1888 г. изобрел трехфазную систему, трехфазное вращающееся магнитное поле, создал трехфазный асинхронный двигатель, трехфазный генератор, трехфазный трансформатор, ряд конструкций электрических машин, аппаратов и приборов. В 1891 г. построил первую в мире трехфазную линию электропередачи с линейным напряжением 15 кВ, мощностью 200 кВт, длиной 170 км, с к.п.д. выше 0,75. Изобретения М.О.Доливо-Добровольского положили начало коренным изменениям в электротехнике, так как трехфазная система имеет огромные технические и экономические преимущества перед постоянным и однофазным переменным током.

В 1896 г. А.С.Попов (1859-1906) изобрел радио, которое явилось началом нового периода в технике связи и началом всей современной электроники.

Успехи современной электротехники явились результат том творческой деятельности ученых и инженеров многих стран в течение XIX и XX веков.

При этом нельзя не отметить труды зарубежных ученых, среди которых видное место занимают: Деви, впервые осуществивший в 1807 г. электролиз; А. Ампер, установивший в 1820 г. взаимодействие токов; Г.Ом, сформулировавший в 1827 г. закон, носящий его имя; М.Фарадей, открывший в 1831 г. явление электромагнитной индукции; Г.Кирхгоф, установивший в 1845 г. законы для разветвленных электрических цепей, имеющие огромное значение для электротехники, названные его именем; 3.Грамм, создавший в 1870 г. первый промышленный генератор постоянного тока; Дж.Максвелл, опубликовавший в 1873 г. трактат об электричестве и магнетизме, в котором дал теоретическую разработку электромагнитных явлений.

Таким образом, с начала прошлого века начали создаваться и развиваться: электромагнитный телеграф, электрохимия, гальванопластика, электрическое освещение, устройства для применения электричества в военном деле, электрические двигатели, электроизмерительная техника.

Однако отсутствие надежного, экономичного источника питания - генератора в значительной степени тормозило развитие и применение электрической энергии. До 1870 г. применялись или химические источники тока, или различные весьма несовершенные магнитоэлектрические генераторы, не получившие промышленного значения.

Разработка и применение в 1891 г. трехфазных генераторов, трансформаторов и электродвигателей, имевших неоспоримые, преимущества перед другими видами производства, передачи и использования электроэнергии, явились началом современного периода развития электротехники.

С этого времени начинается бурное строительство электрических станций (преимущественно трехфазного тока) и линий электропередачи. Электрическая энергия все шире и шире используется в самых различных отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту.

Достижения передовых русских ученых не всегда могли быть использованы отсталой промышленностью дореволюционной России. Поэтому ряд русских ученых, например Яблочков, Лодыгин, Доливо-Добровольский, вынуждены были работать за рубежом. Немногочисленные электротехнические заводы дореволюционной России, принадлежащие иностранным владельцам, менее чем наполовину удовлетворяли потребности страны. Остальные потребности удовлетворялись импортом.

Нельзя не отметить выдающихся ученых и инженеров - пионеров энергетики и электрификации СССР. Среди них Г.М.Кржижановский (1872-1959) - академик, основатель науки об энергетике социалистического хозяйства. Возглавлял работу по составлению плана ГОЭЛРО. Руководитель Энергетического института Академии наук СССР; Р.Э.Классон (1868-1926) - изобретатель гидроторфа, строитель электрических станций в Баку, Москве, Богородске, линии электропередачи Богородск - Москва напряжением 70 кВ, участник комиссии ГОЭЛРО; Г. О. Графти (1869-1949) - академик, строитель крупнейших гидроэлектростанций: Волховской, Нижне-Свирской, высоковольтных линий электропередачи, член комиссии ГОЭЛРО; А. В. Винтер (1878-1959) - строитель Шатурской и Днепровской ГЭС, один из виднейших деятелей электрификации СССР; Б. Е. Веденеев (1884-1946) - участник строительства первенца советских гидроэлектростанций Волховской ГЭС, главный инженер строительства Днепровской ГЭС.

Первая в мире атомная электростанция в СССР в г. Обнинске мощностью 5000 кВт была пущена в 1954 г. Эксплуатация ее показала возможность устойчивой выработки электроэнергии на базе тепла управляемой реакции деления ядер урана.

Атомная электростанция - это по существу тепловая электростанция, у которой паровой котел заменен парогенератором с атомным реактором. Так как 1 кг атомного горючего, например урана, по теплоте сгорания эквивалентен примерно 2700 т каменного угля, то целесообразно АЭС строить в районах, не располагающих достаточными топливными ресурсами и в которые топливо надо доставлять из далеко расположенных районов. Примером могут служить Билибинская АЭС, расположенная в отдаленном районе Чукотского национального округа, или Шевченковская АЭС.

Электротехника наряду с производством и передачей электрической энергии рассматривает вопросы применения электрической энергии для практических целей.

Широкое применение электрической энергии во всех областях народного хозяйства и быта или, как говорят, их электрификация сопровождается внедрением в производство передовой техники и комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. Применение электричества создает новые технологические процессы, например электросварку, электролиз, закалку токами высокой частоты и т. д. Изобилие дешевой электроэнергии позволяет по-новому решать вопросы технологии производства и внедрять в жизнь достижения передовой науки, обеспечивающие рост производительности труда.

Электроника, ставшая самостоятельной областью электротехники, рассматривает принцип действия, устройство и применение полупроводниковых электронных и ионных приборов в науке, различных областях промышленности и техники. Например, нашли широкое применение в энергетике полупроводниковые и ионные вентили для преобразования переменного тока в постоянный, который необходим для электропривода, электрической тяги, электрохимического и других производств.

Автоматизация производственных и технологических процессов немыслима без широчайшего применения полупроводниковых, электронных и ионных приборов для контроля, регулирования и управления указанными процессами.

Бурное развитие электронной вычислительной техники позволяет не только поднять на новый уровень работу систем автоматического управления, но и решать экономические задачи важного народнохозяйственного значения.

Современная техника позволяет использовать в сложных электрических устройствах огромное количество миниатюрных приборов (диодов, транзисторов, резисторов, индуктивностей, конденсаторов и др.), выполняемых как пленочные микросхемы. Для производства этих микросхем используется электронно-лучевая и лазерная техника. С помощью электронной технологии осуществляется получение таких материалов, как вольфрам, молибден, тантал, ниобий в сверхчистом состоянии, необходимом для современной техники.

Естественно, что даже для ознакомления с современной техникой надо прочно овладеть основами прикладных наук, в частности электротехникой и электроникой.