Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра “Электротехника и электроника”
Теоретические основы электротехники
Учебное пособие
для студентов электротехнических специальностей
М и н с к 2 0 11
Введение
1.Общие сведения о дисциплине
Электротехникой в широком смысле слова называется обширная область практического применения электромагнитных явлений. Широкое и разнообразное использование электрической энергии объясняется тем, что она имеет огромное преимущество перед другими формами энергии. Электрическая энергия сравнительно просто получается из других форм энергии, передается на любые расстояния и легко преобразуется в другие формы энергии. Она может существовать в самых различных количествах и использоваться достаточно экономно. Только на базе электричества оказалось возможным широкое развитие новейших научно-технических направлений в радиоэлектронике, в технике связи, в области компьютерных технологий. Трудно представить жизнь современного человека без использования электрической энергии.
Теоретические основы электротехники (ТОЭ) – теоретический курс, в котором в обобщенной форме рассматриваются теория и методы расчета разнообразных электромагнитных явлений. Курс ТОЭ занимает основное место среди общетехнических дисциплин, определяющих теоретический уровень профессиональной подготовки инженеров-электриков, является теоретической базой для последующего изучения специальных дисциплин. При изложении курса ТОЭ предполагается знание студентами курса физики, в частности, таких ее разделов, как электричество и магнетизм, а также курса высшей математики, в частности, таких ее разделов, как теория матриц, дифференциальные уравнения и методы их решения (особенно численные), теория функций комплексного переменного, преобразование Фурье-Лапласа, теория поля. При изучении курса ТОЭ предполагается широкое применение современных компьютерных технологий.
Электротехники, как научное направление, сформировалось сравнительно недавно, хотя первые сведения об электрических и магнитных явлениях дошли до нас из глубокой древности. Слово «электричество» произошло от греческого названия янтаря – электрон. Еще в древности было известно свойство натертого янтаря притягивать легкие предметы. Слово «магнит» произошло от имени пастуха Магниса, которое упоминается в древнеримской философии Плиния. Магнис обнаружил, что железный наконечник его посоха прилипает к неведомым камням.
Однако настоящее рождение электротехники произошло только в ХIХ веке. Ниже приводятся основные (этапные) вехи развития теоретической электротехники.
1747 – 1753 гг. Франклин создает теорию жидкого электричества. Вводятся в науку понятия батарея, конденсатор, проводник, заряд, разряд, обмотка. Изобретен молниеотвод.
1785 г. Кулон устанавливает взаимодействие электрических зарядов.
1800 г. Вольт создает первую батарею постоянного тока – вольтов столб.
1820 г. Эрстед устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями. Ампер вводит понятия силы тока и формулирует свои законы.
1831 г. Фарадей открывает явление электромагнитной индукции – одно из величайших открытий в области электротехники.
1873 г. Максвелл создает теорию электромагнитного поля – электродинамику, которая практически в неизменном виде применяется до настоящего времени.
1889 г. Герц открывает явление излучения радиоволн.
1891 г. Доливо-Добровольский создает трехфазную систему переменного тока для энергетики.
1912 г. Штейнметц разрабатывает комплексный метод расчета цепей переменного тока.
1800 – 1880 гг. – период формирования теории цепей постоянного тока.
1880 – 1915 гг. – период формирования теории цепей переменного тока и теории электромагнитного поля.
Курс ТОЭ как самостоятельная учебная дисциплина сформировался в период 1900 – 1915 гг.
Исторически на территории бывшего СССР сложились две научные электротехнические школы: одна в Москве на базе МЭИ, ее основоположником был К.А. Круг, а вторая – в Ленинграде на базе ЛЭТИ и ЛПИ, ее основоположником был В.Ф. Миткевич. Творческое соперничество двух научных школ способствовало успешному развитию теоретических основ электротехники.
В соответствии с учебным планом курс ТОЭ студентами специальности Т01.01.01 «Электроэнергетика» изучается на втором курсе на протяжении 3-го и 4-го учебных семестров в объеме 252 часов аудиторных занятий. Структура занятий и форма отчетности приведены в таблице.