الهندسة الكهربائية هي مجال واسع للغاية من المعرفة ، والذي يشمل كل ما يتعلق باستخدام الطاقة الكهربائية. ويشمل ذلك تطوير الدوائر والأجهزة والمعدات والمكونات ، ودراسة الظواهر الكهرومغناطيسية واستخدامها العملي. نطاق الهندسة الكهربائية هو كل مجالات حياتنا
كيف بدأ كل شيء
يرتبط تاريخ تطور الهندسة الكهربائية ارتباطًا وثيقًا بالبشرية عبر تاريخ تطورها. كان الناس مهتمين بالظواهر الطبيعية التي لا يستطيعون تفسيرها. تاريخ تطور الهندسة الكهربائية - محاولات مستمرة لتكرار ما حدث حولها
استمرت الدراسة لقرون طويلة وطويلة. لكن في القرن السابع عشر فقط بدأ تاريخ تطور الهندسة الكهربائية عده التنازلي من الاستخدام الفعلي للمعرفة والمهارات المكتسبة من قبل شخص ما.
نظرية
العلماء الذين ساهموا في تطوير الهندسة الكهربائية آلاف وآلاف الأسماء ، يستحيل حصرهم جميعًا في إطار هذا المقال. لكنهناك أفراد ساعدت أبحاثهم في جعل عالمنا ما هو عليه اليوم.
البيانات التاريخية تقول: الفيلسوف اليوناني تاليس من ميليتس كان من أوائل الذين وجهوا انتباهه إلى حقيقة أنه بعد حك الكهرمان بالصوف ، يمكن أن يجذب الأشياء. أجرى تجاربه في القرن السابع قبل الميلاد. لسوء الحظ ، لم يستطع استخلاص أي استنتاجات أساسية. لكنه سجل بعناية جميع ملاحظاته ونقلها إلى الأجيال القادمة.
الاسم التالي في القائمة الشرطية "علماء الكهرباء واختراعاتهم" ظهر فقط في عام 1663 ، عندما صمم أوتو فون جيريك آلة في مدينة ماغديبورغ ، والتي كانت كرة لا يمكن أن تجتذب فحسب ، بل تتنافر أيضًا كائنات.
مشاهير العلماء
بعد ذلك ، تم وضع بداية الهندسة الكهربائية من قبل علماء مشهورين مثل:
- ستيفن جراي الذي أجرى تجارب على نقل الكهرباء عن بعد. كانت نتيجة بحثه استنتاج مفاده أن الأجسام تنقل الشحنة بشكل مختلف.
- تشارلز دوفاي الذي طرح نظرية أنواع مختلفة من الكهرباء.
- الهولندي بيتر فان موشنبروك. اشتهر باختراعه المكثف
- درس جورج ريتشمان وميخائيل لومونوسوف هذه الظاهرة بنشاط.
- بنجامين فرانكلين. هذا الرجل نزل في التاريخ مخترع مانع الصواعق.
- لويجي جالفاني.
- فاسيلي بيتروف.
- قلادة تشارلز.
- هانز أورستد.
- اليساندرو فولتا.
- اندريه امبير
- مايكل فاراداي و كثيرين غيرهم
الطاقة
الهندسة الكهربائية علم يحتوي على أربعة مكونات أولها وأساسيها صناعة الطاقة الكهربائية. إنه علم توليد ونقل واستهلاك الطاقة. تمكنت البشرية من استخدام هذه التكنولوجيا بنجاح لتلبية احتياجاتها فقط في القرن التاسع عشر.
البطاريات البدائية سمحت للأجهزة بالعمل لفترة وجيزة فقط ، وهو ما لم يرضي طموحات العلماء. مخترع أول نموذج أولي للمولد كان المجري أنوش جيدليك في عام 1827. لسوء الحظ ، لم يقم العالم ببراءة اختراع من بنات أفكاره ، وظل اسمه فقط في كتب التاريخ المدرسية.
في وقت لاحق تم تعديل الدينامو بواسطة Hippolyte Pixie. الجهاز بسيط: الجزء الثابت الذي يخلق مجال مغناطيسي ثابت ، ومجموعة من اللفات.
لا يمكن لتاريخ تطور الهندسة الكهربائية والطاقة الاستغناء عن ذكر اسم مايكل فاراداي. كان هو من اخترع المولد الأول ، مما جعل من الممكن توليد التيار الكهربائي والجهد الثابت. بعد ذلك ، تم تحسين الآليات بواسطة Emil Sterer و Henry Wilde و Zenob Gramm.
العاصمة
في عام 1873 ، في معرض في فيينا ، تم عرض بداية مضخة من آلة تبعد أكثر من كيلومتر بوضوح.
الكهرباء غزت العالم بثقة. يمكن للبشرية الوصول إلى مستجدات لم تكن معروفة من قبل مثل التلغراف والمحرك الكهربائي في السيارات والسفن وإضاءة المدن. تم استخدام الدينامو الضخم بشكل متزايد لإنتاج الكهرباء على نطاق صناعي.بدأت أولى عربات الترام وحافلات الترولي بالظهور في المدن. تم تقديم فكرة التيار المباشر على نطاق واسع من قبل العالم الشهير توماس إديسون. ومع ذلك ، كان لهذه التكنولوجيا أيضًا عيوبها.
الهندسة الكهربائية النظرية في أعمال العلماء تعني تغطية أكبر عدد ممكن من المستوطنات والأقاليم بالكهرباء. لكن التيار المباشر كان له نطاق محدود للغاية - حوالي كيلومترين أو ثلاثة كيلومترات ، وبعد ذلك بدأت خسائر فادحة. كان العامل المهم في الانتقال إلى التيار المتردد هو الفولاذ وأبعاد آلات التوليد ، وحجم مصنع لائق.
نيكولا تسلا
يعتبر العالم الصربي نيكولا تيسلا مؤسس التقنية الجديدة. كرس حياته كلها لدراسة احتمالات التيار المتردد ، ونقله عبر مسافة. الهندسة الكهربائية (بالنسبة للمبتدئين ستكون حقيقة مثيرة للاهتمام) مبنية على مبادئها الأساسية. اليوم ، كل منزل به أحد إبداعات العالم العظيم.
قدم المخترع للعالم مولدات متعددة الأطوار ومحرك كهربائي غير متزامن وعداد والعديد من الاختراعات الأخرى. على مر السنين في التلغراف وشركات الهاتف ومختبر Edison ولاحقًا في مؤسساته ، اكتسب Tesla الكثير من الخبرة بسبب العدد الهائل من التجارب.
الإنسانية ، للأسف ، لم تتلق حتى عُشر اكتشافات العلماء. اصحاب حقول النفط عارضوا الثورة الكهربائية بكل الطرق الممكنة وحاولوا ايقاف تقدمها بكل الوسائل المتاحة لهم.
وفقًا للشائعات ، يمكن لنيكولاإنشاء وإيقاف الأعاصير ، ونقل الكهرباء دون أسلاك في أي مكان في العالم ، ونقل سفينة حربية عن بعد ، وحتى التسبب في سقوط نيزك في سيبيريا. كان هذا الرجل غير عادي للغاية.
كما اتضح لاحقًا ، كان نيكولا محقًا في الرهان على التيار المتردد. الهندسة الكهربائية (خاصة للمبتدئين) تذكر أولاً مبادئها. اتضح أنه محق في أنه يمكن توفير الكهرباء على بعد آلاف الأميال باستخدام الأسلاك فقط. في حالة "الأخ" الدائم ، يجب وضع محطات توليد الكهرباء كل كيلومترين إلى ثلاثة كيلومترات. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يتم صيانتهم باستمرار.
اليوم ، لا يزال للتيار المباشر مكان للسيارات الكهربائية - الترام ، وحافلات الترولي ، والقاطرات الكهربائية ، والمحركات في المؤسسات الصناعية ، والبطاريات ، وأجهزة الشحن. ومع ذلك ، نظرًا لتطور التكنولوجيا ، فمن المحتمل أن يظل "الدائم" قريبًا فقط على صفحات التاريخ.
الكهروميكانيكا
القسم الثاني من الهندسة الكهربائية الذي يشرح مبدأ تحويل الطاقة من الميكانيكية إلى الكهربائية والعكس يسمى الميكانيكا الكهروميكانيكية.
أول عالم كشف عن عمله في الميكانيكا الكهربائية للعالم هو العالم السويسري إنجلبرت أرنولد ، الذي نشر عام 1891 عملاً عن نظرية وتصميم اللفات للآلات. بعد ذلك ، تم تجديد علوم العالم بنتائج البحث بواسطة Blondel ، Vidmar ، Kostenko ، Dreyfus ، Tolvinsky ، Krug ، Park.
في عام 1942 ، مجري أمريكيتمكن غابرييل كرون أخيرًا من صياغة نظرية عامة لجميع الآلات الكهربائية وبالتالي توحيد جهود العديد من الباحثين على مدار القرن الماضي.
حظيت الميكانيكا الكهروميكانيكية باهتمام ثابت من العلماء في جميع أنحاء العالم ، وبالتالي علوم مثل الديناميكا الكهربائية (تدرس العلاقة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية) ، والميكانيكا (تدرس حركة الأجسام والتفاعلات بينها) ، وكذلك الحرارية الفيزياء (الأسس النظرية للطاقة ، الديناميكا الحرارية ، الحرارة ونقل الكتلة) وغيرها.
المشاكل الرئيسية التي تمت دراستها في البحث كانت دراسة وتطوير المحولات ، المجال المغناطيسي الدوار ، الحمل الحالي الخطي ، ثابت أرنولد. الموضوعات الرئيسية هي الآلات الكهربائية وغير المتزامنة ، وأنواع مختلفة من المحولات.
مسلمات الميكانيكا الكهروميكانيكية
المسلمات الرئيسية الثلاثة للميكانيكا الكهروميكانيكية هي القوانين:
- الحث الكهرومغناطيسي فاراداي ؛
- تيار كامل للدائرة المغناطيسية ؛
- القوة الكهرومغناطيسية (المعروف أيضًا باسم قانون أمبير).
نتيجة لبحث أجراه علماء الكهروميكانيكية ، فقد ثبت أن حركة الطاقة مستحيلة بدون خسائر ، حيث يمكن لجميع الآلات أن تعمل كمحرك وكمولد ، وأن مجالات الدوار والجزء الثابت هي دائما ثابتة بالنسبة لبعض الأصدقاء.
الصيغ الأساسية هي معادلات:
- آلة كهربائية ؛
- توازن الجهد لملفات آلة كهربائية ؛
- عزم الدوران الكهرومغناطيسي.
أنظمة التحكم الآلي
أصبح الاتجاه شائعًا حتما بعد أن أصبح واضحًا أن الآلات يمكن أن تحل محل العمالة البشرية بنجاح.
التحكم الآلي - القدرة على معالجة تشغيل الأجهزة الأخرى أو حتى الأنظمة بأكملها. يمكن التحكم في درجة الحرارة والسرعة والحركة والزوايا وسرعة السير. يمكن إجراء التلاعب في الوضع التلقائي الكامل وبمشاركة شخص.
يمكن اعتبار الآلة الأولى من هذا النوع وحدة من تصميم تشارلز باباج. بمساعدة المعلومات الواردة في البطاقات المثقوبة ، يمكن التحكم في المضخات باستخدام محرك بخاري.
تم وصف الكمبيوتر الأول في كتابات العالم الأيرلندي بيرسي لودجيت ، والتي تم تقديمها للجمهور عام 1909.
ظهرت أجهزة الحوسبة التناظرية قبل اندلاع الحرب العالمية الثانية. أدت الأعمال العدائية إلى إبطاء تطور هذه الصناعة الواعدة إلى حد ما.
أول نموذج أولي للكمبيوتر الحديث تم إنشاؤه بواسطة الألماني كونراد تسوس في عام 1938.
اليوم ، أنظمة التحكم الآلي ، كما أرادها مخترعوها ، نجحت في استبدال الأشخاص في الإنتاج ، وأداء الأعمال الأكثر رتابة وخطورة.
إلكترونيات
المرحلة التالية في تطوير الهندسة الكهربائية كانت الأجهزة الإلكترونية التي تكون أكثر دقة بمليارات المرات من نظيراتها التناظرية.
الاختراع الأول الأكثر شهرة هو آلة التشفير Enigma الألمانية. ثم البريطانيونأجهزة فك التشفير الإلكترونية ، والتي حاولوا من خلالها فك الرموز المتشابكة.
التالي كانت الآلات الحاسبة وأجهزة الكمبيوتر.
في المرحلة الحالية من الحياة ، ترتبط الهواتف والأجهزة اللوحية بالإلكترونيات. وماذا سيكون تطوير أجهزتنا غدًا ، لا يسعنا إلا أن نخمن. لكن العلماء يعملون ليل نهار لمجرد مفاجأتنا جميعًا وجعل الحياة أكثر تشويقًا وسهولة.
