电气工程
电力技术和电工学
36
篇文章,
269
条回复

电气工程广义上涵盖该领域的分支,但在有些地方,“电气工程”(英语:Electrical Engineering)一词的意义有时不包括“电子工程学”(英语:Electronic Engineering)。这个情况下,“电气工程”是指涉及到大能量的电力系统(如电能传输、重型电机机械及电动机),而“电子工程”则是指处理小信号的电子系统(如计算机和集成电路)。

另一种区分法为,电力工程师着重于电能的传输,而电子工程师则着重于利用电子信号进行信息的传输。这些子领域的范围有时也会重叠:例如,电力电子学使用电力电子组件对电能进行变换和控制;又如,智能电网侦测电能供应者的电能供应状况与一般家庭用户的电能使用状况,并据之调整家电用品的耗电量,以此达到节约能源、降低损耗、增强输电网络可靠性的目的。因此,电气工程亦函盖电子工程部分领域的专业知识。

自从十七世纪初期,关于电的现象就已经成为一门科学探索论题。威廉·吉尔伯特大概是最早几位电气工程师之一,他首先设计出用于侦测静电荷存在的静电验电器,亦最先明确地分辨与指出磁与电的不同,并且为术语“电”命名。1775年,亚历山德罗·伏打做科学实验改良完善了可用于制造静电荷的起电盘(electrophorus)。1800年,他又成功开发出能够持续产生比较稳定电流的伏打堆,是最早出现的化学电池。然而,相关的研究直到19世纪才正式展开。

1827年,格奥尔格·欧姆提出的欧姆定律表明电流、电压及电阻之间在电路里的定量关系。1831年,麦可·法拉第发现电磁感应作用。1873年,詹姆斯·麦克斯韦在著作《电磁通论》里集成前人工作,提出麦克斯韦方程组,从此打开经典电动力学的纪元。

为了确保当表述与应用电磁学理论时,在度量衡方面不会遭遇困难与误解,拟定一套简易与便利的度量衡标准单位显得尤为必要。对于这方面的研究促使国际标准单位的设置与采用,如伏特、安培、库仑、法拉与亨利。这一国际标准制度于1893年在芝加哥达成共识,从而奠定了各种工业对于标准单位制度未来进步的基础。很多国家即刻立法承认这些国际标准单位有效。

在这几十年里,电气工程笼统地被归类为物理学的一个分支领域。1882年,德国的达姆施塔特工业大学置立世界第一个电气工程教授席位。同年,麻省理工学院物理系开始推出电气工程方向的学士学位课程。1883年,达姆施塔特工业大学创建电机系,成为全世界最先创建电机系的大学。1885年,康乃尔大学成为美国最先创建电机系的大学。1885年,伦敦大学学院创立了英国首所“电机技术系”,第一任系主任为约翰·弗莱明,几年后系名改为电气工程系。1886年,密苏里大学也创建了电气工程系,据一些文献所述,密苏里大学正是最先创建电气工程系的美国大学。很快地,包括乔治亚理工学院在内的许多大学都仿效之设立电气工程系。

经过这几十年发展,电气工程的应用领域急剧地扩大。1882年,汤玛斯·爱迪生建成全世界第一个大型电力网,能够提供电压为110伏特的直流电给59位纽约曼哈顿岛顾客。1884年,查尔斯·帕森斯爵士(Sir Charles Parsons)发明了蒸汽涡轮发动机。现在,使用涡轮发动机从各种各样的热能源转化出的机械能,总共可以提供全世界电能用量的80%左右。

1880年代后期,见证了两种显著不同的电能传输方式的文明对抗。原本直流电方式使用直流电来传输电能,新近出现的交流电方式使用交流电来传输电能,这引发一场所谓的“电流战争”。交流电方式的发电技术与电能传输技术比较优良,特别是交流电允许使用变压器来提升或降低的电压(这是直流电方式的一大缺乏)。另外,使用高压交流电大大地扩展了电能传输的范围,使用变压器提升电能传输的安全性和效率。由于上述这些优势,交流供电方式逐渐取代直流供电方式。

电力是指发电机所产生的电能。电功率的国际单位为瓦特。在交流电,视在功率包括实功及虚功。发电机必须同时提供实功及虚功,电力系统才可正常运作。视在功率的单位是伏安(VA),电力公司使用的电容及变压器通常以kVA或MVA作为额定值的单位。

当电流通过一个电路时,它能够转换能量成机械能,或是发热。运用电功率的电器设备的种类很多种,例如发热(电热器)、光(灯泡)、动能(电动机)、声音(扬声器)、或化学变化(电镀)。电功率可以经由发电机产生,或化学反应产生(电池),或是由太阳能(太阳能电池),或是转化为化学能储存于蓄电池。

电力系统是一个由电力元件组成的网络,用来发电、输电、用电。举例来说,电力系统就是提供一个区域家庭用电及工业用电的网络,如果这个区域很大,那么这个电力系统可以称之为输电网络,并且可以区分为三个部分:发电系统,输电系统,配电系统。

ID: {{user.uid}}
{{forum.displayName}}
{{forum.countThreads}}
篇文章,
{{forum.countPosts}}
条回复
{{forum.description || "暂无简介"}}