הנדסת חשמל היא תחום ידע רחב ביותר, הכולל כל מה שקשור לשימוש באנרגיה חשמלית. זה כולל פיתוח מעגלים, מכשירים, ציוד ורכיבים, וחקר תופעות אלקטרומגנטיות, השימוש המעשי שלהן. היקף הנדסת החשמל הוא כל תחומי חיינו.
איך הכל התחיל
ההיסטוריה של הפיתוח של הנדסת חשמל קשורה קשר הדוק עם האנושות לאורך כל ההיסטוריה של התפתחותה. אנשים התעניינו בתופעות טבע שלא הצליחו להסביר. ההיסטוריה של התפתחות הנדסת החשמל - ניסיונות מתמידים לחזור על מה שקרה מסביב.
המחקר נמשך במשך מאות שנים ארוכות. אך רק במאה השבע-עשרה החלה ההיסטוריה של התפתחות הנדסת החשמל בספירה לאחור מהשימוש בפועל בידע ובמיומנויות שנרכשו על ידי אדם.
Theory
מדענים שתרמו לפיתוח הנדסת חשמל הם אלפי ואלפי שמות, אי אפשר לפרט את כולם במסגרת מאמר זה. אבליש אנשים שהמחקר שלהם עזר להפוך את העולם שלנו למה שהוא היום.
נתונים היסטוריים אומרים: אחד הראשונים שהפנו את תשומת לבו לעובדה שאחרי שענבר משופשף בצמר, הוא יכול למשוך חפצים, היה הפילוסוף היווני תאלס ממילטוס. הוא ערך את הניסויים שלו במאה השביעית לפני הספירה. למרבה הצער, הוא לא יכול היה להסיק מסקנות עקרוניות. אבל הוא רשם בקפידה את כל תצפיותיו והעביר אותן לדורות הבאים.
השם הבא ברשימה המותנית "מדעני חשמל והמצאותיהם" הופיע רק ב-1663, כאשר אוטו פון גריקה עיצב מכונה בעיר מגדבורג, שהייתה כדור שיכול לא רק למשוך, אלא גם להדוף. חפצים.
מדענים מפורסמים
לאחר מכן, תחילתה של הנדסת החשמל הונחה על ידי מדענים מפורסמים כמו:
- סטיבן גריי, שערך ניסויים בהעברת חשמל למרחקים. התוצאה של המחקר שלו הייתה המסקנה שחפצים מעבירים תשלום שונה.
- צ'ארלס דופאי, שהציג את התיאוריה של סוגים שונים של חשמל.
- פיטר ואן מושנברוק ההולנדי. הוא התפרסם בזכות המצאת הקבל.
- ג'ורג' ריצ'מן ומיכאיל לומונוסוב חקרו באופן פעיל את התופעה.
- בנג'מין פרנקלין. האיש הזה נכנס להיסטוריה כממציא מטה הברק.
- לואיג'י גלוואני.
- Vasily Petrov.
- Charles Pendant.
- Hans Oersted.
- אלסנדרו וולטה.
- Andre Ampère.
- מייקל פאראדיי ורבים אחרים.
Energy
הנדסת חשמל היא מדע המכיל ארבעה מרכיבים, כאשר הראשון והבסיסי שבהם הוא תעשיית החשמל. זהו המדע של ייצור, העברה וצריכה של אנרגיה. האנושות הצליחה להשתמש בהצלחה בטכנולוגיה זו לצרכיה רק במאה ה-19.
סוללות פרימיטיביות אפשרו למכשירים לעבוד רק לזמן מה, מה שלא סיפק את שאיפותיהם של מדענים. הממציא של אב הטיפוס הראשון של הגנרטור היה אנוש ידליק ההונגרי ב-1827. לרוע המזל, המדען לא רשם פטנט על פרי מוחו, ושמו נשאר רק בספרי הלימוד בהיסטוריה.
מאוחר יותר שונה הדינמו על ידי Hippolyte Pixie. המכשיר פשוט: סטטור שיוצר שדה מגנטי קבוע, ומערכת של פיתולים.
ההיסטוריה של הפיתוח של הנדסת חשמל ואנרגיה לא יכולה להסתדר בלי להזכיר את שמו של מייקל פאראדיי. הוא זה שהמציא את הגנרטור הראשון, שאיפשר ליצור זרם ומתח קבוע. לאחר מכן, המנגנונים שופרו על ידי אמיל סטרר, הנרי ווילד, זנוב גראם.
DC
בשנת 1873, בתערוכה בווינה, הוכחה בבירור תחילתה של משאבה ממכונה שנמצאת במרחק של יותר מקילומטר.
חשמל כבש את העולם בביטחון. לאנושות יש גישה לחידושים שלא היו ידועים בעבר כמו הטלגרף, המנוע החשמלי במכוניות ובספינות ותאורת ערים. דינמות ענק שימשו יותר ויותר לייצור חשמל בקנה מידה תעשייתי.החשמליות והטרוליבוסים הראשונים החלו להופיע בערים. הרעיון של זרם ישיר הוצג באופן מסיבי על ידי המדען המפורסם תומס אדיסון. עם זאת, לטכנולוגיה זו היו גם חסרונות.
הנדסת חשמל תיאורטית בעבודות של מדענים פירושה לכסות כמה שיותר ישובים ושטחים בחשמל. אבל לזרם הישר היה טווח מוגבל ביותר - כשניים או שלושה קילומטרים, ולאחר מכן החלו הפסדים עצומים. גורם חשוב במעבר לזרם חילופין היה פלדה ומידות מכונות ייצור, בגודל של מפעל הגון.
ניקולה טסלה
המדען הסרבי ניקולה טסלה נחשב למייסד הטכנולוגיה החדשה. הוא הקדיש את כל חייו ללימוד האפשרויות של זרם חילופין, העברתו למרחקים. הנדסת חשמל (למתחילים זו תהיה עובדה מעניינת) בנויה על העקרונות הבסיסיים שלה. כיום, בכל בית יש אחת מיצירותיו של המדען הגדול.
הממציא נתן לעולם גנרטורים פוליפאזיים, מנוע חשמלי אסינכרוני, מונה ועוד הרבה המצאות. במהלך השנים בטלגרף, בחברות טלפון, במעבדת אדיסון ואחר כך במפעליו, טסלה צבר ניסיון רב בשל המספר העצום של ניסויים.
האנושות, למרבה הצער, לא קיבלה אפילו עשירית מתגליותיו של המדען. בעלי שדות הנפט היו נגד המהפכה החשמלית בכל דרך אפשרית וניסו לעצור את התקדמותה בכל אמצעי העומד לרשותם.
לפי השמועות, ניקולה יכולליצור ולעצור הוריקנים, להעביר חשמל ללא חוטים בכל מקום בעולם, טלפורטציה של ספינת מלחמה, ואפילו לעורר נפילת מטאוריט בסיביר. האיש הזה היה מאוד יוצא דופן.
כפי שהתברר מאוחר יותר, ניקולה צדק בהימור על זרם חילופין. הנדסת חשמל (במיוחד למתחילים) מזכירה קודם כל את העקרונות שלה. התברר שהוא צדק בכך שניתן לספק חשמל במרחק של אלפי קילומטרים באמצעות חוטים בלבד. במקרה של "אח" קבוע, יש לאתר תחנות כוח כל שניים עד שלושה קילומטרים. בנוסף, יש לתת להם שירות כל הזמן.
היום, לזרם הישר עדיין יש מקום לכלי רכב חשמליים - חשמליות, טרוליבוסים, קטרים חשמליים, מנועים במפעלים תעשייתיים, בסוללות, מטענים. עם זאת, לאור התפתחות הטכנולוגיה, סביר להניח שה"קבוע" יישאר בקרוב רק בדפי ההיסטוריה.
אלקטרומכניקה
החלק השני של הנדסת חשמל, המסביר את העיקרון של המרת אנרגיה ממכנית לחשמלית ולהיפך, נקרא אלקטרומכניקה.
המדען הראשון שחשף את עבודתו על אלקטרומכניקה לעולם היה המדען השוויצרי אנגלברט ארנולד, שב-1891 פרסם עבודה על התיאוריה והתכנון של פיתולים למכונות. לאחר מכן, המדע העולמי התחדש בתוצאות מחקר של בלונדל, וידמאר, קוסטנקו, דרייפוס, טולווינסקי, קרוג, פארק.
ב-1942, הונגרי-אמריקאיגבריאל קרון הצליח לבסוף לגבש תיאוריה כללית לכל המכונות החשמליות ובכך לאחד את המאמצים של חוקרים רבים במאה האחרונה.
אלקטרומכניקה נהנתה מעניין יציב של מדענים בכל העולם, ובהמשך למדעים כמו אלקטרודינמיקה (חוקרת את הקשר בין תופעות חשמליות ומגנטיות), מכניקה (חוקרת תנועת גופים ואינטראקציות ביניהם), וגם תרמית פיזיקה (אנרגיה של יסודות תיאורטיים, תרמודינמיקה, העברת חום ומסה) ואחרות.
הבעיות העיקריות שנחקרו במחקר היו מחקר ופיתוח של מתמרים, שדה מגנטי מסתובב, עומס זרם ליניארי, קבוע של ארנולד. הנושאים העיקריים הם מכונות חשמליות ואסינכרוניות, סוגים שונים של שנאים.
פוסטולטים של אלקטרומכניקה
שלושת ההנחות העיקריות של האלקטרומכניקה הן החוקים:
- האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי;
- זרם מלא למעגל מגנטי;
- כוח אלקטרומגנטי (המכונה חוק אמפר).
כתוצאה ממחקר של מדענים אלקטרו-מכניים, הוכח שתנועת האנרגיה בלתי אפשרית ללא הפסדים, כל המכונות יכולות לפעול הן כמנוע והן כגנרטור, ושהשדות של הרוטור והסטטור הם תמיד נייחים ביחס אחד לשני חבר.
נוסחאות בסיסיות הן משוואות:
- מכונה חשמלית;
- איזון מתח של הפיתולים של מכונה חשמלית;
- מומנט אלקטרומגנטי.
מערכות בקרה אוטומטיות
הכיוון הפך בהכרח פופולרי לאחר שהתברר שמכונות יכולות להחליף בהצלחה את העבודה האנושית.
שליטה אוטומטית - היכולת לתמרן את הפעולה של מכשירים אחרים או אפילו מערכות שלמות. השליטה יכולה להתבצע לפי טמפרטורה, מהירות, תנועה, זוויות ומהירות נסיעה. ניתן לבצע מניפולציה הן במצב אוטומטי מלא והן בהשתתפות אדם.
המכונה הראשונה מסוג זה יכולה להיחשב כיחידה שתוכננה על ידי צ'ארלס באבאג'. בעזרת המידע הכלול בכרטיסים המנוקבים, ניתן היה לשלוט במשאבות באמצעות מנוע קיטור.
המחשב הראשון תואר בכתביו של המדען האירי פרסי לודגייט, שהוצגו לציבור ב-1909.
מכשירי מחשוב אנלוגיים הופיעו ממש לפני פרוץ מלחמת העולם השנייה. פעולות האיבה האטו מעט את התפתחות התעשייה המבטיחה הזו.
אב הטיפוס הראשון של המחשב המודרני נוצר על ידי קונרד זוסה הגרמני ב-1938.
היום, מערכות בקרה אוטומטיות, כפי שנועדו ממציאיהן, מחליפות בהצלחה אנשים בייצור, ומבצעות את העבודה המונוטונית והמסוכנת ביותר.
Electronics
השלב הבא בפיתוח הנדסת חשמל היה מכשירים אלקטרוניים שהם פי מיליארדי יותר מדויקים מעמיתיהם האנלוגיים.
ההמצאה הראשונה המפורסמת ביותר היא מכונת ההצפנה הגרמנית Enigma. ואז הבריטיםמפענחים אלקטרוניים, שבעזרתם ניסו לפענח את הקודים הסבוכים.
לאחר מכן היו מחשבונים ומחשבים.
בשלב הנוכחי של החיים, טלפונים וטאבלטים משויכים לאלקטרוניקה. ומה יהיה הפיתוח של המכשירים שלנו מחר, אנחנו יכולים רק לנחש. אבל מדענים עובדים יום ולילה רק כדי להפתיע את כולנו ולהפוך את החיים לקצת יותר מעניינים וקלים.
