1、走进电世界（走进电世界（3）武汉大学电气工程学院武汉大学电气工程学院引 言 电工技术革命电工技术革命实际上是一次巨实际上是一次巨大的革命。蒸气机教我们把热变成机械大的革命。蒸气机教我们把热变成机械运动，而电的利用将为我们开辟一条道运动，而电的利用将为我们开辟一条道路，使一切形式的能路，使一切形式的能热、机械运动、热、机械运动、电、磁、光电、磁、光互相转化，并在工业中互相转化，并在工业中加以应用。循环完成了。加以应用。循环完成了。恩格斯恩格斯电工技术的初期发展电工技术的初期发展3-1电工理论的建立电工理论的建立3-23-33-4要 点 1831年，法拉第发现电磁感应原理，奠定了发电年，法拉第发现
2、电磁感应原理，奠定了发电机的理论基础。科学的发现，引起了技术的发明。机的理论基础。科学的发现，引起了技术的发明。1866年，德国物理学家西门子发明了励磁电机，并年，德国物理学家西门子发明了励磁电机，并预见：电力技术很有发展前途，它将会开创一个新纪元。预见：电力技术很有发展前途，它将会开创一个新纪元。西门子生于汉诺威的累尔特。西门子生于汉诺威的累尔特。18岁入普鲁士炮兵服役，后进柏岁入普鲁士炮兵服役，后进柏 林陆军大学学习，毕业后到兵厂林陆军大学学习，毕业后到兵厂 工作，斯工作，斯28岁提升为柏林炮厂厂岁提升为柏林炮厂厂 长。长。31岁时和机械师哈尔克在柏岁时和机械师哈尔克在柏 林郊区创设了西门
3、子林郊区创设了西门子哈尔斯克哈尔斯克 电报机制造厂。电报机制造厂。1885年意大利科学家法拉里提出的旋转磁场年意大利科学家法拉里提出的旋转磁场原理，对交流电机的发展有重要的意义。原理，对交流电机的发展有重要的意义。美国发明家、工业家威斯汀豪（美国发明家、工业家威斯汀豪（George Wistinghouse，18461914）生于纽约州的一）生于纽约州的一个农业机械制造商家庭。在龙宁学院学习后，个农业机械制造商家庭。在龙宁学院学习后，参加南北战争的北军，在陆军和海军服役。参加南北战争的北军，在陆军和海军服役。1865年发明旋转式蒸汽机而首次获专利。年发明旋转式蒸汽机而首次获专利。1869年设立
4、威斯汀豪空气制动器公司（西屋年设立威斯汀豪空气制动器公司（西屋空气制动器公司），在匹兹堡建设工厂，生空气制动器公司），在匹兹堡建设工厂，生产铁路制动器和铁路信号装置，其产品畅销产铁路制动器和铁路信号装置，其产品畅销欧美。欧美。高拉德高拉德吉布斯二次发电机吉布斯二次发电机（1885年）年）西屋公司充油变压器西屋公司充油变压器(1891年年)特斯拉高频变压器特斯拉高频变压器(1891年年)电工理论的建立电工理论的建立 1778年，伏特就提出电容的概念，导体上年，伏特就提出电容的概念，导体上储存电荷储存电荷QCU。1826年欧姆发表欧姆定律。年欧姆发表欧姆定律。1831年法拉第发表电磁感应定律。年法
5、拉第发表电磁感应定律。1832年亨利提出了表征线圈中自感应作用年亨利提出了表征线圈中自感应作用的自感系数的自感系数L，即磁通即磁通Li。俄国楞次提出：导体中由电磁感应产生的俄国楞次提出：导体中由电磁感应产生的电流，也遵守欧姆定律。电流，也遵守欧姆定律。1853年，亥尔姆霍兹提出电路中的等效发年，亥尔姆霍兹提出电路中的等效发电机原理。一个线性含有电源的一端口网电机原理。一个线性含有电源的一端口网络，对外电路而言，可以简化为一个电压络，对外电路而言，可以简化为一个电压源和一个电阻的串联电路来等效替代。源和一个电阻的串联电路来等效替代。1855年汤姆逊发表了电缆传输理论论文，年汤姆逊发表了电缆传输理
6、论论文，他他采用电容、电阻构成的梯形电路，来构采用电容、电阻构成的梯形电路，来构成长距离电缆的等效电路模型，分析了电成长距离电缆的等效电路模型，分析了电报信号经过长距离传送所产生衰减、延迟、报信号经过长距离传送所产生衰减、延迟、失真的原因。失真的原因。德国出生的美籍电气工程师施德国出生的美籍电气工程师施泰因梅茨（泰因梅茨（C.P.Steinmetz,1865C.P.Steinmetz,186519231923）对交流电路理论的发展作出）对交流电路理论的发展作出巨大贡献。他出生即带有残疾，自巨大贡献。他出生即带有残疾，自幼受人嘲侮，但他意志坚强，刻苦幼受人嘲侮，但他意志坚强，刻苦学习，学习，18
7、821882年入布雷斯劳大学就读。年入布雷斯劳大学就读。3.2.2 记忆电阻器的研究记忆电阻器的研究 记忆电阻器是一种可以记忆自身历史的元件，即记忆电阻器是一种可以记忆自身历史的元件，即使在电源被关闭的情况下仍具备这一功能。记忆使在电源被关闭的情况下仍具备这一功能。记忆电阻可以使电脑在电池电量耗尽后很长时间仍能电阻可以使电脑在电池电量耗尽后很长时间仍能保存信息。保存信息。早在早在1971年，美国加州大学伯克利分校的华裔科年，美国加州大学伯克利分校的华裔科学家蔡少棠教授，就从理论上预言了记忆电阻器学家蔡少棠教授，就从理论上预言了记忆电阻器的存在。的存在。蔡教授的想法是：忆阻器的电阻值取决于流过这
8、蔡教授的想法是：忆阻器的电阻值取决于流过这个器件电荷量的多少。也就是说，让电荷从反方个器件电荷量的多少。也就是说，让电荷从反方向流过，其电阻会增加；如果让电荷从正方向流向流过，其电阻会增加；如果让电荷从正方向流过，其电阻就会减小。过，其电阻就会减小。四种元件的关系忆阻器科研人员 美国惠普公司实验室的斯坦美国惠普公司实验室的斯坦威廉斯和同事在进行集威廉斯和同事在进行集成电路实验时，终于制造出了忆阻器的实物模型。成电路实验时，终于制造出了忆阻器的实物模型。忆忆阻器研制成功后，有可能在对电子科学与信息技术的阻器研制成功后，有可能在对电子科学与信息技术的发展产生重大的影响。发展产生重大的影响。记忆电阻
9、半导体记忆电阻半导体忆阻器最简单的应用就是构忆阻器最简单的应用就是构造新型的非易失性随机存储器，或当计算机关闭造新型的非易失性随机存储器，或当计算机关闭后不会忘记它们曾经所处的能量状态的存储芯片。后不会忘记它们曾经所处的能量状态的存储芯片。研究人员称，今天的动态随机存储器所面临的最研究人员称，今天的动态随机存储器所面临的最大问题是，当你关闭大问题是，当你关闭PC机电源时，动态随机存储机电源时，动态随机存储器就忘记了那里曾有过什么，所以下次打开计算器就忘记了那里曾有过什么，所以下次打开计算机电源，你就必须坐在那儿等到所有需要运行计机电源，你就必须坐在那儿等到所有需要运行计算机的信息都从硬盘装入到
10、动态随机存储器。算机的信息都从硬盘装入到动态随机存储器。忆阻器还可以让手机在使用数周或更长时间后无忆阻器还可以让手机在使用数周或更长时间后无需充电，也可使笔记本电脑在电池电量耗尽后很需充电，也可使笔记本电脑在电池电量耗尽后很久仍能保存信息。忆阻器也有望挑战目前数码设久仍能保存信息。忆阻器也有望挑战目前数码设备中普遍使用的闪存，因为它具有关闭电源后仍备中普遍使用的闪存，因为它具有关闭电源后仍可以保存信息的能力。可以保存信息的能力。3.2.3 电网络理论的建立电网络理论的建立 20世纪初，由于通讯技术的兴起，促进了电网络世纪初，由于通讯技术的兴起，促进了电网络理论的研究。理论的研究。1920年，坎
11、贝尔与瓦格纳研究了梯年，坎贝尔与瓦格纳研究了梯形结构的滤波电路。形结构的滤波电路。1923年，坎贝尔还提出了滤年，坎贝尔还提出了滤波器的设计方法。波器的设计方法。1924年，福斯特提出了电感、电容二端网络的电年，福斯特提出了电感、电容二端网络的电抗定理。此后便建立了由给定频率特性而设计电抗定理。此后便建立了由给定频率特性而设计电路的电路的电网络综合网络综合理论。理论。在电子管问世以后，电子电路分析的理论迅速发在电子管问世以后，电子电路分析的理论迅速发展。展。1932年瑞典科学家奈奎斯特提出了由反馈电年瑞典科学家奈奎斯特提出了由反馈电路的开环传递函数的频率特性，来判断闭环系统路的开环传递函数的频
12、率特性，来判断闭环系统稳定性的判据。稳定性的判据。n创立新理论创立新理论他是计算机逻辑的奠基者，许多他是计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家。人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家。他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就是机也就是“图灵机图灵机”的概念，对于人工智能，它提的概念，对于人工智能，它提出了重要的衡量标准出了重要的衡量标准“图灵测试图灵测试”，如果有机器能，如果有机器能够通过图灵测试，那他就是一个完全意义上的智能够通过图灵测试，那他就是一个完全意义上的智能机，和人没有区别了。机，和人没有区别了。
13、计算机产业的飞速发展计算机产业的飞速发展 自动控制是在没有人直接参与的情况下，利用控制自动控制是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自装置，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。自动控制技术属于信息科学和信息技术范畴，指标。自动控制技术属于信息科学和信息技术范畴，它是信息处理技术的一项技术。它是信息处理技术的一项技术。控制系统主要由控制器和控制对象两大部分构成。控制系统主要由控制器和控制对象两大部分构成。控制系统的数字模型有两部分组成：一部分是目标控制系统的数字
14、模型有两部分组成：一部分是目标函数，由一个关于状态变量函数，由一个关于状态变量X(t)X(t)，控制变量，控制变量U(t)U(t)和时间和时间t t的函数的积分来表示；另一部分是约束条的函数的积分来表示；另一部分是约束条件，这些约束条件包括被控对象状态方程、状态的件，这些约束条件包括被控对象状态方程、状态的初始条件等。初始条件等。雷达通信系统信息处理武器控制 能源是经济和社会发展的生要的物质基能源是经济和社会发展的生要的物质基础。现代社会生产的不断发展，随础。现代社会生产的不断发展，随 着机械化、着机械化、电气化、自动化程度的不断提高，生产上对电气化、自动化程度的不断提高，生产上对能源的需求量
15、也就越来越大。能源的需求量也就越来越大。能源和人民的衣、食、住、行等密切相关。能源和人民的衣、食、住、行等密切相关。能源与国防的关系至为密切，不仅在生产种能源与国防的关系至为密切，不仅在生产种种武器上需用大量能源，而且在使用各种武种武器上需用大量能源，而且在使用各种武器时也离不开能源。器时也离不开能源。能源问题直接关系到国民经济的发展、社会能源问题直接关系到国民经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高。的进步和人民生活水平的提高。、洁净煤技术洁净煤技术 先进燃烧和污染处理技术先进燃烧和污染处理技术 煤的气化与液化煤的气化与液化 、核能新技术核能新技术 新一代压水堆核电站新一代压水堆核电站 核
16、燃料的增殖快中子增殖反应堆核燃料的增殖快中子增殖反应堆 新的供热资源低温核供热堆和高温气冷堆新的供热资源低温核供热堆和高温气冷堆 受控热核聚变能受控热核聚变能中国第一座依靠自己的力量设计、建造的秦山核电站中国第一座依靠自己的力量设计、建造的秦山核电站 、新能源技术新能源技术 太阳能新技术太阳能新技术 风能技术风能技术 物质能利用新技术物质能利用新技术 波浪能和潮汐能波浪能和潮汐能 氢能利用技术氢能利用技术 航空航天技术是航空航天技术是2020世纪世纪5050年代后期蓬勃发展年代后期蓬勃发展起来的新兴技术。它主要是利用空间飞行器为手段起来的新兴技术。它主要是利用空间飞行器为手段来研究发生在空间的
17、物理、化学和生命等自然现象。来研究发生在空间的物理、化学和生命等自然现象。它综合应用了近几百年来人类在数学、天文学、物它综合应用了近几百年来人类在数学、天文学、物理学、生物学和医学等方面的研究成果，又和当代理学、生物学和医学等方面的研究成果，又和当代许多科学：控制理论、系统理论、信息理论、计算许多科学：控制理论、系统理论、信息理论、计算机科学与技术、材料科学、电子科学与技术等的发机科学与技术、材料科学、电子科学与技术等的发展密切相关，是衡量一个国家科学技术水平、综合展密切相关，是衡量一个国家科学技术水平、综合国力和发展程度的主要标志。国力和发展程度的主要标志。3.3.6 3.1.7 高锟高锟(
18、Char les K.Kao)，光纤通，光纤通讯、电机工程专家。美国国籍。生于讯、电机工程专家。美国国籍。生于中国上海，原籍上海金山。中国上海，原籍上海金山。1957年、年、1965年先后获英国伦敦大学电机工程年先后获英国伦敦大学电机工程学学士、博士学位。学学士、博士学位。1970年迄今任香年迄今任香港中文大学教授，港中文大学教授，1987-1996年任该年任该校校长。校校长。1996年当选为中国科学院外年当选为中国科学院外籍院士。籍院士。2009年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。高锟教授高锟教授1966年在年在光频率介质纤维表面波导光频率介质纤维表面波导论文中开创性地提出光导纤维在通讯上应
19、用的基本论文中开创性地提出光导纤维在通讯上应用的基本原理，同时开发了实现光通讯所需的辅助性子系统。原理，同时开发了实现光通讯所需的辅助性子系统。50年代以后，在受控热核聚变研究和空间技术的年代以后，在受控热核聚变研究和空间技术的推动下，等离子物理学与放电物理学蓬勃发展，推动下，等离子物理学与放电物理学蓬勃发展，在理论和应用两方面都取得丰硕成果。在理论和应用两方面都取得丰硕成果。等离子体是宇宙中绝大部分可见物质的存在形式，等离子体是宇宙中绝大部分可见物质的存在形式，等离子体科学已涵盖了受控热核聚变、低温等离等离子体科学已涵盖了受控热核聚变、低温等离子体物理及应用、基础等离子体物理、国防和高子体物理及应用、基础等离子体物理、国防和高技术应用、天体和空间等离子体物理等分支领域。技术应用、天体和空间等离子体物理等分支领域。这些研究领域对人类面临的能源等许多全局性问这些研究领域对人类面临的能源等许多全局性问题的解决具有重大意义。题的解决具有重大意义。磁浮列车磁浮列车 磁流体推进船磁流体推进船 电动车电动车 超导电力电缆超导电力电缆 超导限流器超导限流器 超导储能超导储能 超导变压器、超导直流电机超导变压器、超导直流电机2
