مهندسی برق یک حوزه دانش بسیار گسترده است که شامل همه چیزهای مربوط به استفاده از انرژی الکتریکی است. این شامل توسعه مدارها، دستگاه ها، تجهیزات و قطعات، و مطالعه پدیده های الکترومغناطیسی، استفاده عملی از آنها است. دامنه مهندسی برق همه حوزه های زندگی ما است.
همه چیز چگونه شروع شد
تاریخ توسعه مهندسی برق با بشر در طول تاریخ توسعه آن ارتباط تنگاتنگی دارد. مردم به پدیده های طبیعی علاقه مند بودند که نمی توانستند توضیح دهند. تاریخچه توسعه مهندسی برق - تلاش های مداوم برای تکرار آنچه در اطراف اتفاق افتاده است.
این مطالعه برای قرن های طولانی و طولانی ادامه داشت. اما تنها در قرن هفدهم، تاریخ توسعه مهندسی برق شمارش معکوس خود را از استفاده واقعی از دانش و مهارت های کسب شده توسط یک فرد آغاز کرد.
نظریه
دانشمندانی که در توسعه مهندسی برق مشارکت داشته اند هزاران و هزاران نام هستند که فهرست کردن همه آنها در چارچوب این مقاله غیرممکن است. ولیافرادی هستند که تحقیقاتشان کمک کرد تا جهان ما به آنچه امروز است تبدیل شود.
اطلاعات تاریخی می گوید: یکی از اولین کسانی که توجه خود را به این واقعیت معطوف کرد که پس از مالیدن کهربا به پشم، می تواند اجسام را جذب کند، فیلسوف یونانی تالس از میلتوس بود. او آزمایشات خود را در قرن هفتم قبل از میلاد انجام داد. متأسفانه نتوانست هیچ نتیجه اساسی بگیرد. اما او با دقت تمام مشاهدات خود را ثبت کرد و آنها را به آیندگان منتقل کرد.
نام بعدی در فهرست مشروط "دانشمندان برق و اختراعات آنها" تنها در سال 1663 ظاهر شد، زمانی که اتو فون گوریکه ماشینی را در شهر ماگدبورگ طراحی کرد که توپی بود که نه تنها می توانست جذب کند، بلکه دفع کند. اشیاء.
دانشمندان مشهور
متعاقباً، آغاز مهندسی برق توسط دانشمندان مشهوری مانند: آغاز شد.
- استیون گری، که آزمایشاتی را در مورد انتقال الکتریسیته از راه دور انجام داد. نتیجه تحقیقات او این بود که اجسام بار متفاوتی را انتقال می دهند.
- چارلز دوفی، که تئوری انواع مختلف الکتریسیته را مطرح کرد.
- پیتر ون موشنبروک هلندی. او با اختراع خازن مشهور شد.
- Georg Richmann و Mikhail Lomonosov به طور فعال این پدیده را مورد مطالعه قرار دادند.
- بنجامین فرانکلین. این مرد به عنوان مخترع صاعقه گیر در تاریخ ثبت شد.
- Luigi Galvani.
- واسیلی پتروف.
- آویز چارلز.
- Hans Oersted.
- الساندرو ولتا.
- Andre Ampère.
- مایکل فارادی و بسیاری دیگر.
انرژی
مهندسی برق علمی است شامل چهار جزء که اولین و اساسی ترین آن صنعت برق است. علم تولید، انتقال و مصرف انرژی است. بشر تنها در قرن نوزدهم توانست با موفقیت از این فناوری برای نیازهای خود استفاده کند.
باتری های اولیه به دستگاه ها اجازه می دادند فقط برای مدتی کار کنند، که جاه طلبی دانشمندان را برآورده نمی کرد. مخترع اولین نمونه اولیه ژنراتور انوش جدلیک مجارستانی در سال 1827 بود. متأسفانه این دانشمند اختراع ذهنی خود را ثبت نکرد و نام او فقط در کتاب های درسی تاریخ ماند.
بعدها دینام توسط Hippolyte Pixie اصلاح شد. دستگاه ساده است: یک استاتور که یک میدان مغناطیسی ثابت ایجاد می کند و مجموعه ای از سیم پیچ ها.
تاریخ توسعه مهندسی برق و انرژی نمی تواند بدون ذکر نام مایکل فارادی انجام شود. این او بود که اولین ژنراتور را اختراع کرد که امکان تولید جریان و ولتاژ ثابت را فراهم کرد. متعاقبا، مکانیسم‌ها توسط امیل استر، هنری وایلد، زنوب گرام بهبود یافتند.
DC
در سال 1873، در نمایشگاهی در وین، شروع یک پمپ از ماشینی بیش از یک کیلومتر دورتر به وضوح نشان داده شد.
برق با اطمینان جهان را فتح کرد. بشر به نوآوری های ناشناخته قبلی مانند تلگراف، موتور الکتریکی روی ماشین ها و کشتی ها و روشنایی شهرها دسترسی دارد. دینام های عظیم به طور فزاینده ای برای تولید برق در مقیاس صنعتی استفاده می شد.اولین ترامواها و واگن برقی ها در شهرها ظاهر شدند. ایده جریان مستقیم به طور گسترده توسط دانشمند معروف توماس ادیسون معرفی شد. با این حال، این فناوری معایبی نیز داشت.
مهندسی برق نظری در آثار دانشمندان به معنای پوشاندن هرچه بیشتر سکونتگاه‌ها و قلمروها با برق بود. اما جریان مستقیم برد بسیار محدودی داشت - حدود دو یا سه کیلومتر و پس از آن تلفات عظیم شروع شد. یکی از عوامل مهم در انتقال به جریان متناوب، فولاد و ابعاد ماشین‌های مولد، اندازه یک کارخانه مناسب بود.
نیکولا تسلا
دانشمند صربستانی نیکولا تسلا را بنیانگذار فناوری جدید می دانند. او تمام زندگی خود را وقف مطالعه احتمالات جریان متناوب و انتقال آن از راه دور کرد. مهندسی برق (برای مبتدیان این یک واقعیت جالب خواهد بود) بر اساس اصول اولیه آن ساخته شده است. امروزه هر خانه ای یکی از ساخته های دانشمند بزرگ را دارد.
مخترع به دنیا ژنراتورهای چند فاز، یک موتور الکتریکی ناهمزمان، یک شمارنده و بسیاری اختراعات دیگر داد. طی سال‌ها در تلگراف، شرکت‌های تلفن، آزمایشگاه ادیسون و بعداً در شرکت‌هایش، تسلا به دلیل تعداد زیاد آزمایش‌ها، تجربه زیادی به دست آورد.
متاسفانه بشریت حتی یک دهم اکتشافات این دانشمند را دریافت نکرده است. صاحبان میادین نفتی به هر طریق ممکن مخالف انقلاب الکتریکی بودند و سعی می کردند با هر وسیله ای که در اختیار داشتند جلوی پیشرفت آن را بگیرند.
طبق شایعات، نیکولا می تواندایجاد و توقف طوفان، انتقال برق بدون سیم در هر نقطه از جهان، انتقال یک کشتی جنگی و حتی تحریک سقوط شهاب سنگ در سیبری. این مرد خیلی خارق العاده بود.
همانطور که بعداً مشخص شد، نیکولا در شرط بندی بر روی جریان متناوب حق داشت. مهندسی برق (مخصوصاً برای مبتدیان) اول از همه به اصول خود اشاره می کند. معلوم شد که او درست می‌گوید که می‌توان برق را در هزاران مایل دورتر فقط با استفاده از سیم تامین کرد. در مورد "برادر" دائمی، نیروگاه ها باید هر دو تا سه کیلومتر واقع شوند. علاوه بر این، آنها باید دائماً سرویس شوند.
امروزه، جریان مستقیم هنوز جایی برای وسایل نقلیه الکتریکی دارد - تراموا، ترولی‌بوس، لوکوموتیوهای الکتریکی، موتورها در شرکت‌های صنعتی، در باتری‌ها، شارژرها. با این حال، با توجه به توسعه فناوری، این احتمال وجود دارد که "دائمی" به زودی تنها در صفحات تاریخ باقی بماند.
الکترومکانیک
بخش دوم مهندسی برق که اصل تبدیل انرژی از مکانیکی به الکتریکی و بالعکس را توضیح می دهد، الکترومکانیک نامیده می شود.
اولین دانشمندی که کار خود را در مورد الکترومکانیک به جهان فاش کرد دانشمند سوئیسی انگلبرت آرنولد بود که در سال 1891 اثری در مورد تئوری و طراحی سیم‌پیچ‌ها برای ماشین‌ها منتشر کرد. متعاقباً، علم جهان با نتایج تحقیقات بلوندل، ویدمار، کوستنکو، دریفوس، تولوینسکی، کروگ، پارک پر شد.
در سال 1942، یک مجارستانی-آمریکاییگابریل کرون سرانجام موفق شد یک نظریه تعمیم یافته برای همه ماشین های الکتریکی فرموله کند و در نتیجه تلاش های بسیاری از محققان در قرن گذشته را متحد کند.
الکترومکانیک از علاقه ثابت دانشمندان سراسر جهان برخوردار بود و متعاقباً علومی مانند الکترودینامیک (مطالعه رابطه بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی)، مکانیک (مطالعه حرکت اجسام و برهمکنش بین آنها) و همچنین حرارتی. فیزیک (مبانی نظری انرژی، ترمودینامیک، انتقال گرما و جرم) و دیگران.
مشکلات اصلی که در تحقیق مورد بررسی قرار گرفت، مطالعه و توسعه مبدل‌ها، میدان مغناطیسی دوار، بار جریان خطی، ثابت آرنولد بود. موضوعات اصلی ماشین های الکتریکی و ناهمزمان، انواع ترانسفورماتورها هستند.
اصول های الکترومکانیک
سه اصل اصلی الکترومکانیک قوانین هستند:
- القای الکترومغناطیسی فارادی؛
- جریان کامل برای مدار مغناطیسی؛
- نیروی الکترومغناطیسی (معروف به قانون آمپر).
در نتیجه تحقیقات دانشمندان الکترومکانیک، ثابت شد که حرکت انرژی بدون تلفات غیرممکن است، همه ماشین ها می توانند هم به عنوان موتور و هم به عنوان ژنراتور عمل کنند و میدان های روتور و استاتور همیشه نسبت به یکدیگر ثابت هستند.
فرمول های اصلی معادلات هستند:
- ماشین الکتریکی؛
- تعادل ولتاژ سیم‌پیچ‌های یک ماشین الکتریکی؛
- گشتاور الکترومغناطیسی.
سیستم های کنترل خودکار
این جهت به ناچار پس از مشخص شدن اینکه ماشین‌ها می‌توانند با موفقیت جایگزین نیروی انسانی شوند، محبوب شد.
کنترل خودکار - توانایی دستکاری عملکرد دستگاه های دیگر یا حتی کل سیستم ها. کنترل را می توان با دما، سرعت، حرکت، زاویه و سرعت حرکت انجام داد. دستکاری می تواند هم در حالت تمام اتوماتیک و هم با مشارکت یک فرد انجام شود.
اولین دستگاه از این نوع را می توان واحدی دانست که توسط چارلز بابیج طراحی شده است. با کمک اطلاعات موجود در کارت های پانچ شده، پمپ ها را می توان با استفاده از موتور بخار کنترل کرد.
اولین رایانه در نوشته‌های دانشمند ایرلندی پرسی لودگیت، که در سال 1909 به عموم ارائه شد، توصیف شد.
دستگاه های محاسباتی آنالوگ درست قبل از شروع جنگ جهانی دوم ظاهر شدند. خصومت‌ها تا حدودی باعث کاهش سرعت توسعه این صنعت امیدوارکننده شد.
اولین نمونه اولیه کامپیوتر مدرن توسط کنراد زوزه آلمانی در سال 1938 ساخته شد.
امروزه، سیستم های کنترل خودکار، همانطور که مخترعان خود در نظر گرفته اند، با موفقیت جایگزین افراد در تولید شده و یکنواخت ترین و خطرناک ترین کارها را انجام می دهند.
Electronic
مرحله بعدی در توسعه مهندسی برق دستگاه های الکترونیکی بود که میلیاردها برابر دقیق تر از همتایان آنالوگ خود هستند.
مشهورترین اولین اختراع، دستگاه رمزگذاری انیگما آلمان است. و سپس انگلیسی هارمزگشاهای الکترونیکی، که با آنها سعی کردند کدهای درهم را رمزگشایی کنند.
بعدی ماشین‌حساب‌ها و رایانه‌ها بودند.
در مرحله فعلی زندگی، تلفن ها و تبلت ها با لوازم الکترونیکی مرتبط هستند. و توسعه دستگاه های ما فردا چگونه خواهد بود، ما فقط می توانیم حدس بزنیم. اما دانشمندان روز و شب کار می کنند تا همه ما را غافلگیر کنند و زندگی را کمی جالب تر و آسان تر کنند.
