電氣工程簡史

1、電氣工程簡史電氣C143 王廣賀中國古代的電磁學(xué) 司南之杓，投之於地，其柢指南。 【論衡-是應(yīng)】 鬼谷子謀篇第十中有“故鄭人取玉也，載司南之車，為其不惑也。夫度材量能揣情者，亦事之司南也”。中國古代的電磁學(xué) 上有慈石者下有銅金。 【管子】 其察言也不失，若磁石之取鐵?！竟砉茸印?慈石召鐵，或引之也。 【呂氏春秋】 今人梳頭、脫著衣時(shí)，有隨梳、解結(jié)有光者，也有咤聲。 【博物志】方家以磁石摩鐵峰，則能指南，然常微偏東，不全南也。 【夢溪筆談】古代西方世界的電磁學(xué)發(fā)電魚琥珀泰勒斯Thales, 640-546B.C.指南針的傳入讓西方航海業(yè)迅猛發(fā)展 卡拉維爾帆船1415年與1416年，恩里克曾兩次派

2、人去探索了加那利群島。1418年，葡萄牙探險(xiǎn)家意外地發(fā)現(xiàn)了馬德拉群島的圣港島。1469年1472年葡萄牙人發(fā)現(xiàn)了圣多美和普林西。1488年，迪亞士進(jìn)入非洲南端的莫塞爾灣。De Magnete【論磁石】1628年版古代西方世界的電磁學(xué)威廉吉爾伯特（William Gilbert，1544年5月24日1603年12月10日）De MagneteDe MagneteIn De Magnete, Gilbert also studied static electricity produced by amber. Amber is called elektron in Greek, and electr

3、um in Latin, so Gilbert decided to refer to the phenomenon by the adjective electricus, giving rise to the modern terms electric and electricity.in thinnest aether, or in the most subtle fifth essence, or in vacuity how shall the stars keep their places in the mighty swirl of these enormous spheres

4、composed of a substance of which no one knows aught?萊頓瓶Pieter van Musschenbroek (14 March 1692 19 September 1761) 萊頓瓶（Leyden jar）是一種用以儲(chǔ)存靜電的裝置，最先由Pieter van Musschenbroek在荷蘭的萊頓試用。作為原始形式的電容器，萊頓瓶曾被用來作為電學(xué)實(shí)驗(yàn)的供電來源，也是電學(xué)研究的重大基礎(chǔ)。萊頓瓶的發(fā)明，標(biāo)志著對電的本質(zhì)和特性進(jìn)行研究的開始。富蘭克林的貢獻(xiàn) 靜電感應(yīng)是物體內(nèi)的電荷因受外界電荷的影響而重新分布。 這個(gè)現(xiàn)象由英國科學(xué)家約翰坎通和瑞典科學(xué)

5、家約翰卡爾維爾克分別在1753年和1762年發(fā)現(xiàn)。 學(xué)術(shù)界歸功富蘭克林為這定律的創(chuàng)建者?！案惶m克林電荷守恒定律”表明，在任何絕緣系統(tǒng)內(nèi)，總電荷量不變。本杰明 富蘭克林 本杰明富蘭克林（Benjamin Franklin，1706年1月17日1790年4月17日）， 出生于美國麻省波士頓，是美國著名政治家、科學(xué)家，同時(shí)亦是出版商、印刷商、記者、作家、慈善家； 本杰明富蘭克林曾經(jīng)進(jìn)行多項(xiàng)關(guān)于電的實(shí)驗(yàn)，并且發(fā)明了避雷針。他還發(fā)明了雙焦點(diǎn)眼鏡，蛙鞋等等。 本杰明富蘭克林是共濟(jì)會(huì)的成員，被選為英國皇家學(xué)會(huì)院士。他亦是美國首位郵政局長。富蘭克林避雷針避雷針，或稱引雷針、鐓針，可以稱為避雷導(dǎo)線，。是一種用于

6、牽制閃電的電擊到地面的設(shè)備，它是一種能截引閃電，將閃電的電流導(dǎo)入地下裝置，并能在一定的面積范圍內(nèi)保護(hù)地面建筑物或電力設(shè)備，使受電擊物備免受雷電破壞的金屬物裝置。常用的制造材料為銅。伏打電堆 伏打電堆（Voltaic pile），又名伏打堆，是最早出現(xiàn)的化學(xué)電池。 伏打電堆由很多個(gè)單元堆積而成，每一單元有鋅板與銅板各一，其中夾著浸有鹽水的布或紙板。 亞歷山德羅朱塞佩安東尼奧阿納斯塔西奧伏打（Count Alessandro Volta，1745年2月18日1827年3月5日），意大利物理學(xué)家，在19世紀(jì)因發(fā)明電池而聞名，后來受封為伯爵。伏打電堆原理它包括兩個(gè)電極：一種是鋅，一個(gè)是銅。電解液可以是

7、硫酸混合水或海水鹵水的形式。電解液中存在的形式為2H+和SO42-。鋅比銅和氫在電化學(xué)系列更高，反應(yīng)帶負(fù)電荷的硫酸根（SO42-），帶正電的氫離子（質(zhì)子）從所述銅捕獲電子，形成氫氣的氣泡。這使得鋅棒為負(fù)電極和銅棒為正極。因此，有兩個(gè)終端，而且當(dāng)他們連接時(shí)電流將會(huì)流通。伏打電池的化學(xué)反應(yīng)如下所示：zincZn Zn2+ + 2esulfuric acid2H+ + 2e H2銅不反應(yīng)，它的功能是作為電流的電極。 然而，這種電池也有一些缺點(diǎn)。它的處理不安全，因?yàn)榱蛩峒词贡幌♂?，可能還是會(huì)有危險(xiǎn)。另外，電池的功率因?yàn)闅錃獠粫?huì)被釋放會(huì)隨著時(shí)間的推移減小。 相反，它積累在鋅電極的表面上，形成金屬與電解質(zhì)

8、溶液之間的屏障。庫侖定律 庫侖定律（Coulombs law），法國物理學(xué)家查爾斯庫侖于1785年發(fā)現(xiàn)，因而命名的一條物理學(xué)定律。庫侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律。 電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電學(xué)史中的一塊重要的里程碑。庫侖定律闡明，在真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力與距離平方成反比，與電量乘積成正比，作用力的方向在它們的連線上，同號電荷相斥，異號電荷相吸。庫侖定律1767年，英格蘭化學(xué)家約瑟夫普利斯特里猜測電荷之間的相互作用力具有類似于萬有引力的平方反比形式。1769年，蘇格蘭物理學(xué)家約翰羅比遜首次通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)帶電球體之間的作用力與它們之間距離的2.06次方成反比。177

9、0年代早期，著名英國物理學(xué)家亨利卡文迪什通過巧妙的實(shí)驗(yàn)，得出了帶電體之間的作用力依賴于帶電量與距離，并得出靜電力與距離的 次方成反比，只是卡文迪什沒有公布這個(gè)結(jié)果。后來，麥克斯韋利用與卡文迪什類似的方法，得出靜電力與距離的 次方成反比的結(jié)果。 對穩(wěn)恒電流的研究 從左至右分別是 漢斯奧斯特Hans rsted，1777年1851年 格奧爾格西蒙歐姆Georg Simon Ohm，1789年1854年7 安德烈-馬里安培Andr-Marie Ampre，1775年1836年 于 1820 年，奧斯特意外地發(fā)現(xiàn)他首先發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線的電流會(huì)作用于磁針，使磁針改變方向，從此舉世聞名，得到很多獎(jiǎng)?wù)屡c榮譽(yù)。奧

10、斯特歐姆定律 1826年，德國物理學(xué)家格奧爾格歐姆從傅立葉對熱傳導(dǎo)規(guī)律的研究中受到啟發(fā)，歐姆猜想電傳導(dǎo)與熱傳導(dǎo)相似，導(dǎo)線中兩點(diǎn)之間的電流也正比于這兩點(diǎn)間的某種驅(qū)動(dòng)力（歐姆稱之為電張力，即現(xiàn)在所稱的電動(dòng)勢）。 歐姆利用了丹麥物理學(xué)家漢斯奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流的磁效應(yīng)，結(jié)合庫侖扭秤構(gòu)造了一種新型的電流扭秤，讓導(dǎo)線和連接的磁針平行放置，當(dāng)導(dǎo)線中通過電流時(shí)，磁針的偏轉(zhuǎn)角與導(dǎo)線中的電流成正比，即代表了電流的大小。歐姆定律 歐姆測量得到的偏轉(zhuǎn)角度（相當(dāng)于電流強(qiáng)度）與電路中的兩個(gè)物理量分別成正比和反比關(guān)系，這兩個(gè)量實(shí)際相當(dāng)于電動(dòng)勢和電阻。 歐姆于1827年發(fā)表了他的著作直流電路的數(shù)學(xué)研究，明確了電路分析中電壓、電

11、流和電阻之間的關(guān)系，極大地影響了電流理論和應(yīng)用的發(fā)展，在這本書中首次提出的電學(xué)定律也因此被命名為歐姆定律。V=IR安德烈- -瑪麗 安培Andr-Marie AmpreAndr-Marie Ampre 出生 1775年1月20日 法國里昂 逝世 1836年6月10日（61歲）法國馬賽 居住地法國 國籍 法國 法國 著名成就安培定律 而法國物理學(xué)家安德烈-瑪麗安培在奧斯特的發(fā)現(xiàn)僅一周之后（1820年9月）就向法國科學(xué)院提交了一份更詳細(xì)的論證報(bào)告，同時(shí)還論述了兩根平行載流直導(dǎo)線之間磁效應(yīng)產(chǎn)生的吸引力和排斥力。 在這期間安培進(jìn)行了四個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別驗(yàn)證了兩根平行載流直導(dǎo)線之間作用力方向與電流方向的關(guān)系、

12、磁力的矢量性、確定了磁力的方向垂直于載流導(dǎo)體以及作用力大小與電流強(qiáng)度和距離的關(guān)系。 安培并且在數(shù)學(xué)上對作用力進(jìn)行了推導(dǎo)，得到了普遍的安培力公式，這一公式在形式上類似于萬有引力定律和庫侖定律。安德烈- -馬里 安培安德烈- -馬里 安培 1821年，安培從電流的磁效應(yīng)出發(fā)，設(shè)想了磁效應(yīng)的本質(zhì)正是電流產(chǎn)生的，從而提出了分子環(huán)流假說，認(rèn)為磁體內(nèi)部分子形成的環(huán)形電流就相當(dāng)于一根根磁針。 1826年，安培從斯托克斯定理推導(dǎo)得到了著名的安培環(huán)路定理，證明了磁場沿包圍產(chǎn)生其電流的閉合路徑的曲線積分等于其電流密度，這一定理成為了麥克斯韋方程組的基本方程之一。 安培的工作揭示了電磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，將電磁學(xué)研究真

13、正數(shù)學(xué)化，成為物理學(xué)中又一大理論體系電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。 麥克斯韋稱安培的工作是“科學(xué)史上最輝煌的成就之一”，后人稱安培為“電學(xué)中的牛頓”。邁克爾 法拉第Michael FaradayMichael Faraday，17911791年18671867年 出生1791年9月22日英國紐因頓 逝世1867年8月25日（75歲）英國倫敦漢普頓宮 研究領(lǐng)域物理學(xué)、化學(xué) 著名成就電磁感應(yīng)邁克爾 法拉第 雖然沒有得到足夠的正式教育，法拉第是歷史上最具有影響力的科學(xué)家之一。 實(shí)際而言，他時(shí)常被認(rèn)為是科學(xué)史上最優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)家。 他發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的原理、抗磁性、法拉第電解定律。他發(fā)明了一種電磁旋轉(zhuǎn)機(jī)器，這就是今天電動(dòng)

14、機(jī)的雛型。 由于法拉第的努力，電磁現(xiàn)象開始出現(xiàn)于具有實(shí)際用途的科技發(fā)展。 邁克爾 法拉第 法拉第在化學(xué)上也頗有建樹，他發(fā)現(xiàn)了苯。 法拉第是一位優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)家，能夠用清楚與簡單的語言傳達(dá)思想，但其數(shù)學(xué)能力只限于最簡單的代數(shù)，對其它更高階的數(shù)學(xué)像是三角學(xué)并不熟悉。 1851年，法拉第提出了場線的概念法拉第電磁定律 此定律于1831年由邁克爾法拉第發(fā)現(xiàn)，約瑟亨利則是在1830年的獨(dú)立研究中比法拉第早發(fā)現(xiàn)這一定律，但其并未發(fā)表此發(fā)現(xiàn)。故這個(gè)定律被命名為法拉第定律。 電動(dòng)勢的方向（公式中的負(fù)號）由楞次定律提供。約瑟亨利海因里希楞次詹姆斯 克拉克 麥克斯韋James Clerk MaxwellJames C

15、lerk Maxwell出生 1831年6月13日英國蘇格蘭愛丁堡逝世 1879年11月5日（48歲）英國英格蘭劍橋國籍 蘇格蘭研究領(lǐng)域物理學(xué)、數(shù)學(xué)著名成就 麥克斯韋方程組 麥克斯韋方程組Maxwells equationsMaxwells equations 英國物理學(xué)家詹姆斯麥克斯韋在19世紀(jì)建立的一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關(guān)系的偏微分方程。 描述電荷如何產(chǎn)生電場的高斯定律； 論述磁單極子不存在的高斯磁定律； 描述電流和時(shí)變電場怎樣產(chǎn)生磁場的麥克斯韋-安培定律； 描述時(shí)變磁場如何產(chǎn)生電場的法拉第感應(yīng)定律。麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組這術(shù)語原本指的是麥克斯韋于1865年在論文

16、電磁場的動(dòng)力學(xué)理論提出的一組八個(gè)方程。麥克斯韋1865年提出的最初形式的方程組由20個(gè)等式和20個(gè)變量組成。他在1873年嘗試用四元數(shù)來表達(dá)，但未成功?，F(xiàn)在所使用的數(shù)學(xué)形式是奧利弗亥維賽和約西亞吉布斯于1884年以矢量分析的形式重新表達(dá)的。微觀麥克斯韋方程組表格宏觀麥克斯韋方程組表格海因里希 赫茲Heinrich HertzHeinrich Hertz 海因里希赫茲（Heinrich Hertz，1857年2月22日1894年1月1日），德國物理學(xué)家，于1887年首先用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，并于1888年發(fā)表了論文。 他對電磁學(xué)有很大的貢獻(xiàn)，故頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。發(fā)電機(jī)發(fā)

17、電機(jī)是把動(dòng)能或及其它形式的能量轉(zhuǎn)化成電能的裝置。發(fā)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)：發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。發(fā)電機(jī)的原理示意圖美國NRCNRC的現(xiàn)代蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)俄羅斯哈薩克斯坦的水力發(fā)電機(jī)北美防空司令部地下的備用發(fā)電機(jī)組交流電發(fā)電機(jī)發(fā)展史 當(dāng)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)后，產(chǎn)生交流電流的方法則被曉得。早期的成品由邁克

18、爾法拉第與波利特皮克西等人開發(fā)出來。 1866年，維爾納馮西門子提出了發(fā)電機(jī)的工作原理，并由西門子公司的一名工程師完成了人類第一臺交流發(fā)電機(jī)。 1882年，英國電工詹姆斯戈登建造了大型雙相交流發(fā)電機(jī)。開爾文勛爵與塞巴斯蒂安費(fèi)蘭蒂開發(fā)早期交流發(fā)電機(jī)，頻率介于100赫茲至300赫茲之間。 1891年，尼古拉特斯拉取得了“高頻率”（15,000赫茲）交流發(fā)電機(jī)的專利。 1891年后，多相交流發(fā)電機(jī)被用來供應(yīng)電流，此后的交流發(fā)電機(jī)的交流電流頻率通常設(shè)計(jì)在16赫茲至100赫茲間，搭配弧光燈、白熾燈或電動(dòng)機(jī)使用。直流發(fā)電機(jī) 電磁誘導(dǎo)法則用、1832年交流発電機(jī)原型手回発電機(jī)（）発明。 交流生、提案交流直流

19、変換整流子発明。 完全電磁誘導(dǎo)理解、今利用発電機(jī)電動(dòng)機(jī)原型言。波利特皮克西恩斯特 維爾納 馮 西門子Ernst Werner von SiemensErnst Werner von Siemens 恩斯特維爾納馮西門子，德國發(fā)明家、企業(yè)家、物理學(xué)家、電報(bào)大王，鋪設(shè)、改進(jìn)海底、地底電纜、電線，修建電氣化鐵路，提出平爐煉鋼法，革新煉鋼工藝，西門子公司創(chuàng)始人之一。 國際單位制中導(dǎo)納的單位西門子也是因紀(jì)念他而得名。 美國專利 415,577 電動(dòng)機(jī)（1889-11-19） 美國專利 428,290 電動(dòng)機(jī)（1890-05-20） 美國專利 520,274 電氣化鐵路（1894-05-22）美國專利 4

20、15,577 415,577 電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)發(fā)展史 直流發(fā)電機(jī)是發(fā)電機(jī)的一種，它可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電的發(fā)電機(jī)。 1882年：愛迪生電燈公司在倫敦建立了第3座發(fā)電站，安裝了3臺110伏特直流發(fā)電機(jī)，可為1500個(gè)16瓦的白熾燈供電。托馬斯 阿爾瓦 愛迪生Thomas Alva EdisonThomas Alva Edison 美國發(fā)明家、商人，擁有眾多重要的發(fā)明專利，是世界上第一個(gè)利用大量生產(chǎn)原則和其工業(yè)研究實(shí)驗(yàn)室來進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的人。 發(fā)明了留聲機(jī)、電影攝影機(jī)、鎢絲燈泡和直流電力系統(tǒng)等。 在美國，愛迪生名下?lián)碛?093項(xiàng)專利，而他在美國、英國、法國和德國等地的專利數(shù)累計(jì)超過1500項(xiàng)。 他于

21、1892年創(chuàng)立通用電氣公司。尼古拉 特斯拉 塞爾維亞裔美籍發(fā)明家、物理學(xué)家、機(jī)械工程師、電機(jī)工程師和未來學(xué)家。 他被認(rèn)為是電力商業(yè)化的重要推動(dòng)者，并因主要設(shè)計(jì)了現(xiàn)代交流電力系統(tǒng)而最為人知。 在邁克爾法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁場理論的基礎(chǔ)上，特斯拉在電磁場領(lǐng)域有著多項(xiàng)革命性的發(fā)明。他的多項(xiàng)相關(guān)的專利以及電磁學(xué)的理論研究工作是現(xiàn)代的無線通信和無線電的基石。特斯拉與交流發(fā)電機(jī) 1878年，愛迪生在紐約與幾位金融家，包括JP摩根和Vanderbilt家族組建愛迪生電燈公司。 愛迪生電燈公司所在地位于洛帕克街，在于1879年除夕愛迪生讓他所發(fā)明的燈泡，散落于洛帕克街上，使得整條街燈火通明。也使得這是第一條燈火通明的街道。愛迪生在他的愛迪生電燈公司內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室制作燈泡。US281351電動(dòng)機(jī)發(fā)展簡史 1740年，第一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)是由蘇格蘭僧侶安德魯戈登（Andrew Gordon）創(chuàng)建的簡單的靜電設(shè)備。 1827年，匈牙利物理學(xué)家安幼思杰德利克（nyosJedlik）開始嘗試用電磁線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。杰德利克解決一些技術(shù)問題后，稱他的設(shè)備為“電磁自轉(zhuǎn)機(jī)”。雖然只用于教學(xué)目的，但第一款杰德利克的設(shè)備已包含今日直流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)主要組成部分：定子，轉(zhuǎn)子和換向器。電動(dòng)機(jī)發(fā)展簡史1 8