电气工程概论-1绪论2015年

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1、电气工程概论北京交通大学北京交通大学 2016.3第一章 绪论1 11 1 电气科学与工程的发展简史电气科学与工程的发展简史1.1 1.1 电气科学与工程的发展简史电气科学与工程的发展简史31.1.1 电气科学的萌芽与理论形成1.1.1 电气科学的萌芽与理论形成在中国，磁性最早出现于一在中国，磁性最早出现于一 本公元前本公元前四四世纪编写的书世纪编写的书鬼谷鬼谷本公元前本公元前四四世纪编写的书世纪编写的书鬼谷鬼谷 子：“其察言也，不失若磁石 之取针，子：“其察言也，不失若磁石 之取针，”(察析这人的言词察析这人的言词 话语话语就好像用磁石吸取铁针就好像用磁石吸取铁针)话语话语，就好像用磁石吸取

2、铁针就好像用磁石吸取铁针)。 磁石在汉朝之前写作“慈石”， 意为它像慈母吸引子女一样吸引。 磁石在汉朝之前写作“慈石”， 意为它像慈母吸引子女一样吸引 铁屑铁屑公元前公元前239年左右完成的年左右完成的铁屑铁屑。公元前公元前239年左右完成的年左右完成的 吕氏春秋九卷精通篇就有： “慈招铁，或引之也。”吕氏春秋九卷精通篇就有： “慈招铁，或引之也。” 公元前三世纪的管子记 载 ： “ 上 有 慈 石 者 ， 下 有 铜公元前三世纪的管子记 载 ： “ 上 有 慈 石 者 ， 下 有 铜 金金”“”“铜金铜金”就是就是一一种铁矿种铁矿鬼谷子，原名王诩，又名王 禅，是春秋时期著名的思想鬼谷子，原名

3、王诩，又名王 禅，是春秋时期著名的思想 家家谋略家谋略家兵家兵家教育家教育家金金。铜金铜金就是种铁矿就是种铁矿。 说明中国在公元前三世纪前就把 磁石与寻找铁矿联系起来。 说明中国在公元前三世纪前就把 磁石与寻找铁矿联系起来。家家、谋略家谋略家、兵家兵家、教育家教育家， 纵横家的鼻祖。他的弟子有 兵家：孙膑、庞涓；纵横家：， 纵横家的鼻祖。他的弟子有 兵家：孙膑、庞涓；纵横家： 苏秦苏秦张仪张仪苏秦苏秦、张仪张仪。公元世纪公元世纪东汉时期东汉时期王充在古籍王充在古籍论衡论衡中中出现出现公元公元一一世纪世纪，东汉时期东汉时期，王充在古籍王充在古籍论衡论衡中中出现出现 了关于静电与磁性的记载：“顿牟

4、掇芥，磁石引针”（顿了关于静电与磁性的记载：“顿牟掇芥，磁石引针”（顿 牟即琥珀牟即琥珀，摩擦后的琥珀能吸引草芥摩擦后的琥珀能吸引草芥，而磁石能吸引铁而磁石能吸引铁牟即琥珀牟即琥珀，摩擦后的琥珀能吸引草芥摩擦后的琥珀能吸引草芥，而磁石能吸引铁而磁石能吸引铁 针）。针）。这是第一次把电与磁现象并列。这是第一次把电与磁现象并列。 王充在王充在论衡论衡中还对指南针的最早形态中还对指南针的最早形态司南的司南的王充在王充在论衡论衡中还对指南针的最早形态中还对指南针的最早形态司南的司南的 形状和用法做了明确的记录。形状和用法做了明确的记录。公元公元1086-1093年年北宋北宋公元公元1086-1093年

5、年，北宋北宋 科学家沈括在梦溪笔谈里 清楚地描述了指南针的制作与科学家沈括在梦溪笔谈里 清楚地描述了指南针的制作与 使用方法使用方法由于由于指南针使指南针使航航海海使用方法使用方法。由于由于指南针使指南针使航航海海 的准确度得以大大改善，有力 促进了科学发展与人类进步，的准确度得以大大改善，有力 促进了科学发展与人类进步， 从而使指南针成为古代中国四从而使指南针成为古代中国四从而使指南针成为古代中国四从而使指南针成为古代中国四 大发明之一。大发明之一。司南司南（仿制品仿制品）哥伦布首航舰队旗舰圣玛利亚号 （仿制品）哥伦布首航舰队旗舰圣玛利亚号 （仿制品）司南司南（仿制品仿制品）中国古代中国古代

6、(公元前公元前1100前前771)的青铜器的青铜器“番生簋番生簋”上就上就中国古代中国古代(公元前公元前1100前前771)的青铜器的青铜器“番生簋番生簋”上就上就 出现了“電”字。中国东汉许慎编著的文字工具书说文解出现了“電”字。中国东汉许慎编著的文字工具书说文解 字字中对中对“电电”的解释是的解释是：“電電，堂練切堂練切 ，陰陽激燿也陰陽激燿也。字字中对中对电电的解释是的解释是：電電堂練切堂練切 陰陽激燿也陰陽激燿也 从雨从申”。从雨从申”。 甲骨文研究认为甲骨文研究认为和和既既 是是“神神”也是也是“电电”的雏形的雏形。甲骨文研究认为甲骨文研究认为和和既既 是是神神也是也是电电的雏形的雏

7、形。 在古文中“神”與“电”（申）是同音字，而“神”在古文中“神”與“电”（申）是同音字，而“神” 是從是從“申申”发”发展展而而來來，故 “神”可能也是“電”字的雛型。，故 “神”可能也是“電”字的雛型。是從是從申申展來展來 因此，中国古代是把雷电当做神来看待的。“雷公电母”则 是古人进一步的形象化。因此，中国古代是把雷电当做神来看待的。“雷公电母”则 是古人进一步的形象化。古代欧洲斯堪的那维亚半岛古代欧洲斯堪的那维亚半岛古代欧洲斯堪的那维亚半岛古代欧洲斯堪的那维亚半岛 人也相信雷电是雷神人也相信雷电是雷神(Thor)的锤的锤 子在敲打子在敲打，希腊人则认为是宙斯希腊人则认为是宙斯子在敲打子

8、在敲打，希腊人则认为是宙斯希腊人则认为是宙斯 (Zeus)发怒时的吼声和射出的箭。发怒时的吼声和射出的箭。公元前1000年斯堪的纳维亚青 神像雷神岩画铜雷神像雷神岩画西方最早描述磁现象的学者西方最早描述磁现象的学者 是公元前是公元前六世纪希腊哲学家泰勒六世纪希腊哲学家泰勒是公元前是公元前六世纪希腊哲学家泰勒六世纪希腊哲学家泰勒 斯 。 据 说 磁 性 的 英 文 名 词 “斯 。 据 说 磁 性 的 英 文 名 词 “magnetism”，”，是因最早在希是因最早在希g是因最早在希是因最早在希 腊发现磁石的地方叫做“麦格尼 西亚（腊发现磁石的地方叫做“麦格尼 西亚（Magnesia）”，磁）”

9、，磁 石石”magnet”在古希腊最早叫做在古希腊最早叫做麦麦石石”magnet”在古希腊最早叫做在古希腊最早叫做麦麦 格 尼 西 亚 石 （格 尼 西 亚 石 （ the Magnesian stone ）， 译 为 拉 丁 语 叫）， 译 为 拉 丁 语 叫 为法为法世世magnetum，又译，又译为法为法语，语，15世世 纪成为英语纪成为英语magnet 。 泰勒斯泰勒斯也也做了一系列关于静做了一系列关于静泰勒斯泰勒斯也也做了一系列关于静做了一系列关于静 电的观察。从这些观察中，他认 为：摩擦使琥珀变得磁性化，但电的观察。从这些观察中，他认 为：摩擦使琥珀变得磁性化，但Thales, 6

10、40-546B.C 与矿石像磁铁矿的性质不同与矿石像磁铁矿的性质不同 磁铁矿天然具有磁性。当然现在磁铁矿天然具有磁性。当然现在 我们知道这个我们知道这个见解并不正确见解并不正确。我们知道这个我们知道这个见解并不正确见解并不正确。在地中海区域的古老文化里在地中海区域的古老文化里很早就有文字记载很早就有文字记载将琥将琥在地中海区域的古老文化里在地中海区域的古老文化里，很早就有文字记载很早就有文字记载，将琥将琥 珀棒与猫毛摩擦后，会吸引羽毛一类的物质。珀棒与猫毛摩擦后，会吸引羽毛一类的物质。 所以所以，英国医生英国医生William Gilbert (1540-1603) 在在1600年年所以所以，

11、英国医生英国医生William Gilbert (1540-1603) 在在1600年年 用拉丁文写的著作用拉丁文写的著作“De Magnete” 中 创造了“电的”中 创造了“电的” “electricus”（ “”（ “”，“”，“elektron”，希腊文“琥”，希腊文“琥 珀” ）。珀” ）。1640年代年代, 英国的英国的Thomas Browne爵士爵士 (1605-1682） 将其引入英文，写作） 将其引入英文，写作electric。德国物理学奥托德国物理学奥托冯冯格里克格里克（Otto德国物理学奥托德国物理学奥托冯冯格里克格里克（Otto von Guericke，1602年年

12、11月月20日日1686年年 5月月11日日）发明硫磺球摩擦起电机发明硫磺球摩擦起电机（把足把足月月日日发明硫磺球摩擦起电机发明硫磺球摩擦起电机把足把足 球大小的硫磺球插入铁轴，水平安装在 架上，使球转动，把干手掌放在球上，球大小的硫磺球插入铁轴，水平安装在 架上，使球转动，把干手掌放在球上， 手与球放生摩擦手与球放生摩擦从而产生电从而产生电手与球放生摩擦手与球放生摩擦，从而产生电从而产生电。奥托奥托冯冯格里克（格里克（Otto von Guericke，1602年年 11月月20日日1686年年5月月 11日）德国物理学家、 政治家，曾于日）德国物理学家、 政治家，曾于1646年至年至 16

13、76年间任马德堡市市 长。年间任马德堡市市 长。 1657年设计并进 行了著名的马德堡半球年设计并进 行了著名的马德堡半球 实验实验实验实验斯蒂芬斯蒂芬 格雷于格雷于1729年年斯蒂芬斯蒂芬格雷于格雷于1729年年 发现了导体；杜斐于发现了导体；杜斐于1733年年 描述了点的两种力描述了点的两种力吸引吸引描述了点的两种力描述了点的两种力吸引吸引 力和排斥力。力和排斥力。 1745年年，托托冯冯格里克格里克1745年年，托托 冯冯 格里克格里克 的母校的母校荷兰莱顿大学的 克里斯特与莫什布鲁克发现荷兰莱顿大学的 克里斯特与莫什布鲁克发现 电可以存储在装有铜丝或水 银的玻璃瓶里，格鲁斯拉根电可以存

14、储在装有铜丝或水 银的玻璃瓶里，格鲁斯拉根 据这一发现制成莱顿瓶据这一发现制成莱顿瓶也也据这一发现制成莱顿瓶据这一发现制成莱顿瓶，也也 就是电容器的前身。就是电容器的前身。1752年年，美国人本杰明美国人本杰明富兰富兰1752年年，美国人本杰明美国人本杰明 富兰富兰 克林（克林（Benjamin Franklin，1706- 1790）通过著名的风筝实验得出）通过著名的风筝实验得出 闪电等同于电的结论，并首次将 正负号用于电学中。闪电等同于电的结论，并首次将 正负号用于电学中。 年年库 伦库 伦 （1777 年年 ， 库 伦库 伦 （ Charles Augustin de Coulomb,

15、1736-1806） 发明了能够测量电荷量的扭力天发明了能够测量电荷量的扭力天发明了能够测量电荷量的扭力天发明了能够测量电荷量的扭力天 平，利用扭力天平，库仑发现电平，利用扭力天平，库仑发现电 荷引力或斥力的大小与两个小球荷引力或斥力的大小与两个小球荷引力或斥力的大小与两个小球荷引力或斥力的大小与两个小球 所带电荷电量的乘积成正比，而 与两小球球心之间的距离平方成所带电荷电量的乘积成正比，而 与两小球球心之间的距离平方成 反比的规律反比的规律这就是著名的库仑这就是著名的库仑反比的规律反比的规律，这就是著名的库仑这就是著名的库仑 定律。定律。1800年，意大利科学家伏特（年，意大利科学家伏特（A

16、lessandrol Volta, , 17451827，也译为伏打）发明了伏打电池，从而使化学 能可以转化为源源不断输出的电能。这一装置使电不再是，也译为伏打）发明了伏打电池，从而使化学 能可以转化为源源不断输出的电能。这一装置使电不再是 微弱的或转瞬即逝的现象微弱的或转瞬即逝的现象从而让电学终于迈出了静电学从而让电学终于迈出了静电学微弱的或转瞬即逝的现象微弱的或转瞬即逝的现象，从而让电学终于迈出了静电学从而让电学终于迈出了静电学 的狭小范围，极大地推动了电学的研究与应用。的狭小范围，极大地推动了电学的研究与应用。1820年年丹麦科学家奥斯特丹麦科学家奥斯特（Hans Christian Oersted1820年年，丹麦科学家奥斯特丹麦科学家奥斯特（Hans Christia