ELEKTROS GRANDINIŲ TEORIJOS PAGRINDAI
Trumpa elektrotechnikos mokslo raida
REFERATAS
Inžinerijos fakulteto
Elektrotechnika yra mokslas, tiriantis elektromagnetinius procesus ir jų praktinį panaudojimą. Ji išsirutuliojo iš fizikos dalies, kurioje nagrinėjami elektros ir magnetizmo reiškiniai. Kaip atskiras mokslas elektrotechnika pradėjo formuotis maždaug prieš šimtą metų.
Elektriniai ir magnetiniai reiškiniai pastebėti gana seniai. Laikoma, kad stambesnį žingsnį tyrinėjant šiuos reiškinius pirmasis padarė anglų gydytojas ir fizikas V. Gilbertas (W. Gilbert, 1544–1603). Jis pirmas pavartojo terminą „elektra“. XVIII amžiuje M. Lomonosovas (M. Ломаносов, 1711–1765) ir B. Franklinas (B. Franklin, 1706–1790) tyrinėjo žaibą, o Š. Kulonas (Ch. Coulomb, 1736—1806) paskelbė taškinių elektros krūvių sąveikos dėsnį, dabar vadinamą jo vardu. Ypač „derlingas“ buvo XIX amžius. Svarbiausi šio laikotarpio darbai ir atradimai pateikti lentelėje.
1 l e n t e 1 ė. Svarbiausi fizikos (elektros ir magnetizmo) ir elektrotechnikos darbai ir atradimai XIX amžiuje
Metai Autorius Turinys
1800 A. Volta (A. Voltd) Voltos elementas
1802 V. Petrovas (B. Пempoв) Elektros lankas
1820 H. Erstedas (H. Oersted) Elektros srovės ir magneto sąveika
1826 A. Amperas (A. Ampere) Elektrodinamikos elementai
1827 G. Omas (G. Ohm) Omo dėsnis
1831 M. Faradėjus (M. Faraday) Elektromagnetinės indukcijos reiškinys. Transformatorius
1842 D. Džaulis (J. Joule), E. Lencas (Э. Лenц) Džaulio ir Lenco dėsnis
1845 G. Kirchhofas (G. Kirchhoff) Kirchhofo dėsniai
1873 D. Maksvelis (Maxwell) Elektromagnetinio lauko teorija
1886 N. Tesla (N. Tesla) ir G. Feraris (G. Ferrari) Sukamasis magnetinis laukas
1891 M. Dolyva – Dobrovolskis Trifazės sistemos
1893 Č. Steinmecas (Ch. Steinmefz) Simbolinis metodasDaug pasiekta ir XX amžiuje. Buvo patobulinti arba sukurti nauji grandinių analizės ir sintezės metodai. Penktajame XX amžiaus dešimtmetyje šiems uždaviniams spręsti pradėtos naudoti skaičiavimo mašinos.
Teorinė elektrotechnika, kaip taikomasis mokslas, nagrinėja pačius bendriausius elektromagnetinių procesų analizės ir sintezės metodus, taikomus įvairiose elektrotechnikos šakose (elektros mašinose, elektros pavarose ir t. t), ir kuriais remiasi atitinkamos specialios elektrotechniškos disciplinos. Todėl teorinė elektrotechnika yra atskirų elektrotechnikos mokslo šakų bazinė disciplina. Ji susideda iš dviejų glaudžiai susįjusių dalių – grandinių ir elektromagnetinio lauko teorijos. Grandinių teorijoje daugiausia dėmesio skiriama integra– linėms proceso charakteristikoms – srovei, įtampai, magnetiniam srautui ir kt. Elektromagnetinio lauko teorijoje procesus stengiamasi apibūdinti kiekviename tiriamosios erdvės taške, naudojantis diferencialinėmis charakteristikomis – elektrinio ir magnetinio lauko stipriu, srovės tankiu ir pan.
Lietuvoje Elektrotechnikos katedra įsteigta 1922 m. Lietuvos universitete (1930 m. jis pavadintas Vytauto Didžiojo universitetu). Pirmuoju jos vedėju buvo docentas (vėliau ekstraordinarinis profesorius) Jeronimas Šliogeris. Jis ir skaitė kursą, kuriame buvo nagrinėjami teoriniai elektrotechnikos klausimai.
Elektrotechnikos literatūros lietuvių kalba leidimo pradžia reikia laikyti 1925 metus, kuomet buvo išleistos J. Šliogerio „Elektrotechnikos paskaitos“.Vėliau, 1931 metais, išėjo to paties autoriaus „Elektrotechnika (Kintamoji srovė)“. Pokario laikotarpiu buvo išleisti R. Krivicko ir A. Jočio «Grandinių teorijos pagrindai» (1980 m.), skirti radiotechninių specialybių studentams. Elektrotechniškųjų specialybių studentams buvo išversti L. Neimano ir P. Kalantarovo „Teoriniai elektrotechnikos pagrindai“ (1961–1963 m.).
Elektrinis laukas
Elektrotechnikos įrenginiuose sukuriamas elektromagnetinis laukas. Visapusiška tokių įrenginių darbo analizė gali būti atlikta tik elektromagnetinio lauko teorijos metodais.
Elektromasnetinį lauką sudaro du vienas su kitu susiję laukai – elektrinis ir magnetinis. Jų glaudų ryšį rodo tai, kad magnetinį lauką sukuria judantys elektros krūviai ir kintantis elektrinis laukas, o elektrinį lauką – ne tik elektros krūviai, bet ir kintantis magnetinis laukas.
Nors šie laukai tarpusavyje glaudžiai susiję, tam tikromis sąlygomis tam tikroje erdvės dalyje gali būti stebimas tik elektrinis arba tik magnetinis laukas. Pavyzdžiui, nejudantys elektros krūviai sukuria tik elektrinį lauką, o apie nejudančius nuolatinius magnetus pastebimas tik magnetinis laukas. Pagaliau, jei kurioje nors erdvės dalyje kartu egzistuoja nekintantys elektrinis ir magnetinis laukai jie yra nepriklausomi. Tuomet tuos laukus galima nagrinėti atskirai.
Elektrinio lauko stipris. Judantį elektros krūvį veikia elektrinis ir magnetinis laukas, o nejudantį – tik elektrinis. Vadinasi, norėdami sužinoti ar kuriame nors erdvės taške yra elektrinis laukas, ten turime patalpinti nejudantį elektros krūvį. Jei tą krūvį veikia jėga – tiriamajame taške elektrinis laukas
egzistuoja .
Elektriniame lauke esantį krūvį veikianti jėga priklauso nuo krūvio didumo ir lauko stiprio. Elektrinio lauko stipris apibūdinamas elektrinio lauko stiprio vektoriumi . Jei bet kuriame lauko taške esantį taškinį teigiamą krūvį Q veikiajėga F, tai elektrinio lauko stiprį E tame taške galime apskaičiuoti šitaip:
1)
Vadinasi, elektrinio lauko stipris yra vektorius, apibūdinantis lauką tam tikrame jo taške krūvį veikiančios jėgos požiūriu. Jis lygus jėgai, kuria laukas veikia tame taške esantį taškinį vienetinį krūvį.
Lauko stiprio vektoriaus kryptis sutampa su teigiamąjį krūvį veikiančios jėgos F kryptimi.Elektrinio lauko stiprio vienetas yra voltas metrui (V/m).
Grafiškai elektrinį lauką galima pavaizduoti elektrinio lauko stiprio linijomis
( linijomis). Šios linijos braižomos taip, kad bet kurio jų taško liestinė sutaptų su
elektrinio lauko stiprio vektoriumi tame taške. Taigi linija rodo elektrinio lauko stiprio vektoriaus kryptį kiekviename taške, per kurį ji eina. Tam, kad grafiškai būtų galima apibūdinti ne tik lauko kryptį, bet ir jo stiprį linijos braižomos taip, kad jų tankis būtų proporcingas elektrinio lauko stipriui.