電氣工程在我國(guó)社會(huì)發(fā)展與科技進(jìn)步中的作用

1、電氣工程在我國(guó)社會(huì)開(kāi)展與科技進(jìn)步中的作用孫菲華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院【前言】電力是開(kāi)展生產(chǎn)和提升人類生活水平的重要物質(zhì)根底,電力的應(yīng)用在不斷深化和開(kāi)展,電氣自動(dòng)化是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活現(xiàn)代化的重要標(biāo)志.本文首先介紹一下關(guān)于電氣工程的主要內(nèi)容、主要開(kāi)展歷程、影響因素及其開(kāi)展前景,其次介紹一下電氣工程對(duì)我國(guó)社會(huì)開(kāi)展與科技進(jìn)步的重要作用.最后,從對(duì)電氣工程交叉學(xué)科的研究談一下電氣工程未來(lái)研究熱點(diǎn)問(wèn)題.【關(guān)鍵字】電氣工程；開(kāi)展歷程；影響因素；開(kāi)展前景；戰(zhàn)略地位一、電氣工程簡(jiǎn)介電氣工程簡(jiǎn)稱是現(xiàn)代科技領(lǐng)域中的核心學(xué)科之一,更是當(dāng)今高新技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵學(xué)科.例如正是電子技術(shù)的巨大進(jìn)步才推動(dòng)了以計(jì)

2、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為根底的信息時(shí)代的到來(lái),并將改變?nèi)祟惖纳罟ぷ髂Ｊ?電氣工程是以電氣科學(xué)為理論根底,與電能生產(chǎn)與應(yīng)用相關(guān)的技術(shù).其涉及的范圍十分廣泛,研究的內(nèi)容十分豐富,滲透到社會(huì)生活與社會(huì)開(kāi)展的各個(gè)領(lǐng)域.它的開(kāi)展又產(chǎn)生了電子技術(shù),孕育出了計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等工程,這些新的工程與電氣工程相互交叉促進(jìn),取得了突飛猛進(jìn)的開(kāi)展.以上這些都決定了電氣工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位.電氣工程專業(yè)是一個(gè)寬口徑的專業(yè),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)職能部門(mén)中都有需求.電氣工程師需要掌握包括電工理論、電子技術(shù)、自動(dòng)化限制、計(jì)算機(jī)及限制等在內(nèi)的工程技術(shù)知識(shí)和專業(yè)知識(shí),以適應(yīng)不同的市場(chǎng)需求從某種意義上講,電氣工程的興旺程度代表著國(guó)家的科技

3、進(jìn)步水平.正由于此,電氣工程的教育和科研一直在興旺國(guó)家大學(xué)中占據(jù)十分重要的地位.美國(guó)大學(xué)電氣工程學(xué)科在機(jī)構(gòu)名稱上有的學(xué)校稱電氣工程系,有的稱為電氣工程與信息科學(xué)系,有的稱為電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系等等.該學(xué)科系在科研、教學(xué)及學(xué)術(shù)組織形式上與國(guó)內(nèi)電氣工程學(xué)科有較大不同.了解國(guó)外學(xué)科狀態(tài)及教學(xué)、科研方向,對(duì)調(diào)整我們的學(xué)科方向、提升教學(xué)、科研水平具有十分重要的作用.傳統(tǒng)的電氣工程定義為用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關(guān)學(xué)科的總和.此定義本已經(jīng)十分寬泛,但隨著科學(xué)技術(shù)的飛速開(kāi)展,2121 世紀(jì)的電氣工程概念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述定義的范疇,斯坦福大學(xué)教授指出：今天的電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關(guān)的工程行

4、為.本領(lǐng)域知識(shí)寬度的巨大增長(zhǎng),要求我們重新檢查甚至重新構(gòu)造電氣工程的學(xué)科方向、課程設(shè)置及其內(nèi)容,以便使電氣工程學(xué)科能有效地回應(yīng)學(xué)生的需求、社會(huì)的需求、科技的進(jìn)步和動(dòng)態(tài)的科研環(huán)境.二、電氣工程的主要開(kāi)展歷程從工程技術(shù)領(lǐng)域看,電是一種優(yōu)質(zhì)的能源形式和重要的信息載體.具顯著特點(diǎn)在于易于變換、傳輸和限制.18201820 年,安培發(fā)現(xiàn)了電磁效應(yīng).18311831 年,法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)原理.奠定了電磁學(xué)根底.法拉第創(chuàng)造的第一臺(tái)發(fā)電機(jī)是法拉第盤(pán),雖然給城鎮(zhèn)和工廠供電的現(xiàn)代發(fā)電機(jī)比法拉第創(chuàng)造的發(fā)電機(jī)要復(fù)雜得多,但是它們同樣都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的.1919 世紀(jì) 6060 年代,麥克斯韋建立了統(tǒng)一的經(jīng)典

5、電磁場(chǎng)理論和光的電磁理論,預(yù)言了電磁波的存在.18731873 年,麥克斯韋完成了他的巨著一一電磁學(xué)通論?,奠定了廣泛應(yīng)用電磁技術(shù)的理論根底.18321832 年,法國(guó)科學(xué)家匹克斯創(chuàng)造了世界上第一臺(tái)直流發(fā)電機(jī).18661866 年,德國(guó)科學(xué)家西門(mén)子制成了第一臺(tái)自勵(lì)式發(fā)電機(jī).18851885 年,意大利物理學(xué)家加利萊奧費(fèi)拉里斯提出了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理,并研制出了二相異步電動(dòng)機(jī).18881888 年,俄國(guó)工程師多利沃-多勃羅沃利斯基研制成功第一臺(tái)實(shí)用的三相交流異步電動(dòng)機(jī),并逐漸得到普遍的應(yīng)用.交流電機(jī)的研制和開(kāi)展,特別是三相交流電機(jī)的研制成功為遠(yuǎn)距離輸電創(chuàng)造了條件,同時(shí)把電工技術(shù)提升到了一個(gè)新的階段.1

6、919 世紀(jì)末期,由于電機(jī)制造技術(shù)的開(kāi)展和實(shí)用變壓器的出現(xiàn),發(fā)電和輸電事業(yè)得到了迅猛的開(kāi)展.18831883 年在美國(guó)紐約建成了商業(yè)化的電廠、 直流電力網(wǎng)系統(tǒng)和中央發(fā)電廠、水力發(fā)電站和火力發(fā)電站.當(dāng)時(shí)發(fā)電廠、發(fā)電站最初都是從直流發(fā)電開(kāi)始的.但直流發(fā)電廠的供電范圍有限,擴(kuò)大供電范圍,直流電廠已不能勝任,于是代之而起的是交流發(fā)電站的建立.18921892 年,法國(guó)建成了第一座三相交流發(fā)電站,把交流發(fā)電站的開(kāi)展向前推進(jìn)了一步.由于交流輸電的開(kāi)展和成功,電力的作用已不僅僅是用于照明,而開(kāi)始成為新興工業(yè)的動(dòng)力和能源.電力的應(yīng)用和輸電技術(shù)的開(kāi)展,促使一大批新的工業(yè)部門(mén)相繼產(chǎn)生.三、開(kāi)展前景就目前國(guó)際水平而

7、言,在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi),電力的需求將不斷增長(zhǎng),社會(huì)對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化科技工作者的需求量呈上升態(tài)勢(shì).電氣自動(dòng)化用于工業(yè)限制系統(tǒng),例如一條設(shè)備怎樣運(yùn)行才能保證它能正常生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品,現(xiàn)代工業(yè)不是全人工,靠人來(lái)操作,卻是由機(jī)器來(lái)制作,啟動(dòng)機(jī)器,就會(huì)自己運(yùn)行下去,機(jī)器之所以能自動(dòng)運(yùn)行,就是電氣自動(dòng)化,所謂電氣自動(dòng)化,就是利用繼電器、感應(yīng)器等電氣元件實(shí)現(xiàn)順序限制、時(shí)間限制的過(guò)程.其他如一些儀表或伺服電機(jī),能根據(jù)外界環(huán)境的變化反應(yīng)到內(nèi)部,從而改變輸出量,到達(dá)穩(wěn)定的目的.電氣工程的開(kāi)展趨勢(shì)電氣工程的開(kāi)展趨勢(shì)電氣工程的開(kāi)展趨勢(shì)電氣工程的開(kāi)展趨勢(shì)中國(guó)特色新型工業(yè)化開(kāi)展中,不少行業(yè)將進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整,新興產(chǎn)業(yè)

8、那么將會(huì)得到大力培育和開(kāi)展.這些行業(yè)需要大量與之相適應(yīng)的專業(yè)人才.我們建議考生在了解和選擇專業(yè)時(shí),應(yīng)有更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光,只有將自身的開(kāi)展和國(guó)家的開(kāi)展結(jié)合起來(lái),才能獲得更大的進(jìn)步.在?中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開(kāi)展第十二個(gè)五年規(guī)劃的建議?中,著重提出了將開(kāi)展新能源,增強(qiáng)現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè).據(jù)國(guó)家能源局規(guī)劃開(kāi)展司司長(zhǎng)江冰介紹,未來(lái) 5 5 年,能源領(lǐng)域的重點(diǎn)任務(wù)中就有要加快推進(jìn)水電和核電的開(kāi)發(fā)建設(shè),積極做好風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能等可再生能源的轉(zhuǎn)化利用,大力推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的內(nèi)容.四、影響因素今后假設(shè)干年內(nèi)對(duì)電氣工程開(kāi)展影響最大的主要因素包括：1 1、信息技術(shù)的決定性影響.信息技術(shù)廣泛地定義為包括計(jì)算

9、機(jī)、世界范圍高速寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通訊系統(tǒng),以及用來(lái)傳感、處理、存儲(chǔ)和顯示各種信息等相關(guān)支持技術(shù)的綜合.信息技術(shù)對(duì)電氣工程的開(kāi)展具有特別大的支配性影響.信息技術(shù)持續(xù)以指數(shù)速度增長(zhǎng)在很大程度上取決于電氣工程中眾多學(xué)科領(lǐng)域的持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新.反過(guò)來(lái),信息技術(shù)的進(jìn)步又為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了更新更先進(jìn)的工具根底.2 2、與物理科學(xué)的相互交叉面拓寬.由于三極管的創(chuàng)造和大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的開(kāi)展,固體電子學(xué)在 2020 世紀(jì)的后 5050 年對(duì)電氣工程的成長(zhǎng)起到了巨大的推動(dòng)作用.電氣工程與物理科學(xué)間的緊密聯(lián)系與交叉仍然是今后電氣工程學(xué)科的關(guān)鍵,并且將拓寬到生物系統(tǒng)、光子學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng).2121 世紀(jì)中

10、的某些最重要的新裝置、新系統(tǒng)和新技術(shù)將來(lái)自上述領(lǐng)域.3 3、相關(guān)技術(shù)與方法的快速變化.技術(shù)的飛速進(jìn)步和分析方法、設(shè)計(jì)方法的日新月異,這對(duì)電氣工程領(lǐng)域的科技工作者而言,必須不斷學(xué)習(xí)新的設(shè)計(jì)方法和新的技術(shù)手段.4 4、電力電子技術(shù)的快速開(kāi)展.電力電子技術(shù)包括電力電子器件、變流電路和限制電路三個(gè)局部,是電力、電子、限制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科.隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展,電力電子技術(shù)和現(xiàn)代限制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān),已逐步開(kāi)展成為一門(mén)多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科.五、電氣工程學(xué)科的戰(zhàn)略地位電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的根底產(chǎn)業(yè)之一,電能是最清潔的能源,電是能量轉(zhuǎn)換的樞

11、紐和信息的載體,也是最便于遠(yuǎn)距離傳輸、分配和限制,最易于實(shí)現(xiàn)與其他能量相互轉(zhuǎn)換,最便于進(jìn)行能量時(shí)空分布變換的一種能量.所以電能已經(jīng)成為人類現(xiàn)代社會(huì)最主要的能源形式.電力的作用已不僅僅是用于照明,而開(kāi)始成為新興工業(yè)的動(dòng)力和能源.電力的應(yīng)用和輸電技術(shù)的開(kāi)展,促使一大批新的工業(yè)部門(mén)相繼產(chǎn)生.首先是與電力生產(chǎn)有關(guān)的行業(yè),如電機(jī)、 變壓器、 絕緣材料、 線路器材等電力設(shè)備的制造、安裝、維修和運(yùn)行等生產(chǎn)部門(mén)；其次是以電作為動(dòng)力和能源的行業(yè),如照明、電鍍、電解、電車、電梯等工業(yè)交通部門(mén)；另外還有各種與生產(chǎn)、生活有關(guān)的新的電器生產(chǎn)部門(mén)也相繼出現(xiàn)了.這種開(kāi)展的結(jié)果,又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了發(fā)電和高壓輸電技術(shù)的提升.當(dāng)代高

12、新技術(shù)都與電能密切相關(guān),并依賴于電能.電能是計(jì)算機(jī)、機(jī)器人的能源；電能為先進(jìn)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和大范圍的金融流通提供了保證；電能使當(dāng)代先進(jìn)的通信技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)；電能使現(xiàn)代化運(yùn)輸手段得以實(shí)現(xiàn).在現(xiàn)代人類生產(chǎn)、 生活和科研活動(dòng)中一刻也離不開(kāi)電.許多情況是先將初始能量轉(zhuǎn)換成電能,然后再轉(zhuǎn)換成所需要的其他能量形式,電已經(jīng)成為能量轉(zhuǎn)換的樞紐.例如,在工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防等部門(mén)和生活設(shè)施中,極為廣泛地應(yīng)用各種電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械、設(shè)備和裝置,如機(jī)床驅(qū)動(dòng)、電力機(jī)車牽引、電動(dòng)汽車、農(nóng)田排灌、農(nóng)副產(chǎn)品加工、礦山采掘、金屬冶煉、石油開(kāi)采、造紙卷筒、電梯升降、醫(yī)療化工設(shè)備及辦公家用設(shè)備的運(yùn)行等一般都需要由電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)

13、.不僅如此,信息的處理和傳輸也要依靠電,計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)和無(wú)線電等無(wú)不以電作為信息的載體.現(xiàn)代高科技的開(kāi)展也離不開(kāi)電,從探索物質(zhì)粒子的加速度到發(fā)射宇宙飛船和衛(wèi)星,從研究微型電機(jī)、機(jī)器人到可作為未來(lái)能源技術(shù)的受控核聚變裝置,都需要電氣科學(xué)與技術(shù)的支撐.電氣工程學(xué)科專業(yè)主要研究電能的產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換、限制、儲(chǔ)存和利用.電磁理論是電氣工程的理論根底,而電磁理論是從物理學(xué)中的電學(xué)和磁學(xué)逐步開(kāi)展而成的.人類社會(huì)開(kāi)展到任何時(shí)候也離不開(kāi)能源,能源是人類永恒的研究對(duì)象,電能是利用最為方便的能源形式.其中電信息的檢測(cè)、處理、限制等技術(shù)在電能從產(chǎn)生到利用的各個(gè)環(huán)節(jié)中都起著越來(lái)越重要的作用.六、電氣工程交叉學(xué)科研究與

14、其未來(lái)研究熱點(diǎn)電氣工程學(xué)科是一門(mén)歷史悠久的學(xué)科,早在第二次工業(yè)革命時(shí)期,英、法、美等許多國(guó)家就已經(jīng)開(kāi)設(shè)了這一學(xué)科；我國(guó)電氣工程學(xué)科也已經(jīng)有了近百年的歷史.電氣工程學(xué)科是一門(mén)涉及范圍很廣,與其他學(xué)科聯(lián)系較為密切的學(xué)科,其中電子信息、通信工程等許多學(xué)科都是由電氣工程學(xué)科派生出來(lái)的.電氣工程學(xué)科與其他學(xué)科相互交叉,相互融合,相互促進(jìn),現(xiàn)已形成了相對(duì)獨(dú)立的電機(jī)與電器、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、高電壓與絕緣技術(shù)、電力電子與電力傳動(dòng)、電工理論與新技術(shù) 5 5門(mén)分學(xué)科.電氣工程正進(jìn)一步從廣度和深度上向前開(kāi)展,客觀世界也在不斷提出新的挑戰(zhàn).例如：到處存在的工頻電磁場(chǎng)對(duì)人體機(jī)能影響的研究；太陽(yáng)活動(dòng)周期所引起的地磁暴對(duì)

15、電力設(shè)施的破壞作用；新型柔性輸電技術(shù)和電動(dòng)汽車技術(shù)所提出的多學(xué)科協(xié)同研究的新需要；人類從總體上對(duì)能源和環(huán)境的宏觀評(píng)估,向更有效地利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等可再生能源方向開(kāi)展而提出的新技術(shù)要求；工程、電力驅(qū)動(dòng)、電氣節(jié)能和儲(chǔ)能技術(shù)的新開(kāi)展等.電氣工程學(xué)科專業(yè)是一個(gè)根底性強(qiáng)、派生水平活的專業(yè).電氣工程和生命科學(xué)的交叉已經(jīng)產(chǎn)生了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè),對(duì)生命中電磁現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了一門(mén)生物電磁學(xué).電氣工程和材料科學(xué)的交叉形成了超導(dǎo)電工技術(shù)和納米電工技術(shù).電氣工程和電子科學(xué)以及限制科學(xué)的交叉產(chǎn)生了電力電子技術(shù).電力電子技術(shù)不但給電氣工程的開(kāi)展帶來(lái)了極大的活力,同時(shí)電力電子技術(shù)也成為電氣工程的重要分支.以應(yīng)用性根底

16、研究為主的電氣工程學(xué)科,將在與信息科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)以及環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的交叉和融合中獲得進(jìn)一步開(kāi)展.超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體材料與永磁材料的最新開(kāi)展對(duì)于電氣工程領(lǐng)域有著特別重大的意義.2121 世紀(jì)電氣工程學(xué)科的開(kāi)展趨勢(shì)是： 電氣工程學(xué)科將與工程和近代數(shù)學(xué)、 物理學(xué)、 化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)以及系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)的前沿技術(shù)相融合,增強(qiáng)從整體上對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)的研究,加深對(duì)微觀現(xiàn)象及過(guò)程規(guī)律性的熟悉,同時(shí)利用信息科學(xué)的成就提升本學(xué)科并開(kāi)創(chuàng)新的研究方向.電氣工程學(xué)科將在電能高效平安轉(zhuǎn)換傳輸及集約利用、工程電介質(zhì)與高電壓技術(shù)、脈沖功率與放電等離子體、電磁場(chǎng)理論與生物電磁學(xué)等幾個(gè)優(yōu)先技術(shù)領(lǐng)域,重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面開(kāi)展更進(jìn)一步的研究工作.(1)(1)電力大系統(tǒng)、電力傳動(dòng)及電力電子變流系統(tǒng)中的非線性、復(fù)雜性問(wèn)題；(2)(2)生物、醫(yī)學(xué)與健康領(lǐng)域中的電磁方法與新技術(shù)；(3)(3)氣體放電及多相混合體放電問(wèn)題；(4)(4)基于新材料、新原理開(kāi)拓新應(yīng)用領(lǐng)域的電機(jī)、電器；(5)(5)反映各類電氣設(shè)備電氣