|
Оглавление
Предисловие
Учебник написан в соответствии с программой по теоретическим основам электротехники (ТОЭ) для техникумов. При использовании величин, понятий и законов, уже изученных в курсах физики, по возможности даются лишь краткие сведения и основное внимание при этом уделяется их применению для изложения конкретных вопросов курса ТОЭ. Математический уровень изложения соответствует программе по математике для техникумов. Примеры, приводимые в тексте непосредственно за изучаемым материалом, во-первых, помогают глубже понять теорию и проиллюстрировать ее практическими примерами, техническими приложениями, а во-вторых, позволяют приобрести навыки использования теории в конкретных задачах, рассмотреть рациональные методы их решения и особенности использования соответствующего математического аппарата. Главы 2, 9, 10, 18, 19 написаны П. Н. Овсянниковым, остальные главы – Ю. В. Буртаевым. Авторы благодарят всех товарищей, принявших участие в обсуждении книги и высказавших ряд ценных пожеланий и советов. Авторы выражают искреннюю благодарность преподавателю Московского электромеханического техникума И. М Соболевской за рецензию и многочисленные рекомендации, использованные при работе над книгой. Авторы выражают глубокую признательность канд. пед наук, доц. М. Ю. Зайчику за консультации и помощь при написании книги и за большой творческий труд по ее редактированию. Авторы
Введение
Электрическая энергия, электромагнитные явления, электротехника, электрификация – все эти и другие слова с корнем "электро" органически вошли в повседневную жизнь и трудовую деятельность абсолютного большинства не только взрослых, но и многих школьников и даже дошкольников. Лишь очень немногим школьникам младших классов доверяют зажигать газовую плиту, заводить автомобиль или, скажем, пользоваться швейной машинкой – для большинства из них это слишком сложная и, прямо скажем, опасная деятельность. Однако даже многие дошкольники уверенно включают и выключают электрическое освещение, радиоприемники и телевизоры, регулируют громкость их звука и яркость изображения, нажимают кнопку электрического звонка, пользуются телефоном и лифтом. Электрическая энергия широко используется не только в быту. Функционирование космических кораблей и работа металлургических гигантов, плавание атомных ледоколов и обработка деталей на станках с числовым программным управлением, работа автоматических линий, роботов и манипуляторов по сборке радиоаппаратуры и часов, электродвигателей и автомобилей, обслуживание птицефабрик и агропромышленных комплексов по производству мяса и молока, ремонт и эксплуатация разнообразной техники – все это и огромное количество других промышленных и сельскохозяйственных работ и процессов невозможны без использования электроэнергии. Возрастающая роль электрической энергии в жизни современного общества обеспечивается благодаря ее замечательным свойствам: - большому разнообразию и относительной дешевизне способов и технических средств получения электрической энергии; удобству передачи электрической энергии на большие расстояния и распределения ее между потребителями; сравнительной простоте и высокому КПД преобразования электрической энергии в другие виды энергии (теплоту, механическую энергию вращения и т. п.); - исключительно широким возможностям представления информации на основе параметров электрической энергии и ее передачи, хранения и преобразования; - наличию сравнительно простых, надежных и безопасных методов измерения и контроля электрических величин, а также управления режимами работы электротехнических устройств, агрегатов и систем. [...] Все разнообразные приборы, устройства и системы, использующие электрическую энергию, невозможно правильно конструировать, производить и эксплуатировать без знания основных законов электромагнетизма, без умения качественно и количественно анализировать различные режимы, проводить необходимые расчеты, без навыков правильного применения электрических и магнитных величин и их измерения с помощью измерительной аппаратуры и измерительных систем. В настоящее время из электротехники в широком смысле развились в достаточно самостоятельные отрасли науки и техники радиотехника, телевидение, электроника, автоматика, электронная вычислительная техника и т д. Эти отрасли науки и техники наряду со своими, информационно специфическими методами и моделями в полной мере опираются на теоретические основы электротехники – фундамент знаний, представлений и методов качественного и количественного анализа электромагнитных явлений и электромагнитных процессов во всех устройствах, где они имеют место. Предмет "Теоретические основы электротехники" (ТОЭ) опирается на курсы физики и математики и включает изучение принципов устройства и работы приборов, машин, аппаратов, использующих электромагнитную энергию, а также соотношений между электрическими и магнитными величинами, методов расчета и анализа электромагнитных процессов. Чтобы понять, изучить и использовать электромагнитные явления и процессы, происходящие в технических устройствах, имеется только один путь – разработать их научное описание, т. е. создать модель этих процессов: не очень простую – иначе можно опустить важные, существенные стороны изучаемых процессов, и не чересчур сложную – иначе модель нельзя будет исследовать. В настоящее время для анализа электромагнитных явлений и процессов в технических устройствах используются две основные модели: электрические цепи и электромагнитное поле. Соответственно этим двум моделям курс ТОЭ также условно разделяют на две части: теория электрических и магнитных цепей и теория электромагнитного поля. В теории электрических и магнитных цепей электромагнитные процессы считаются сосредоточенными в отдельных цепях и элементах этих цепей и количественно описываются с помощью понятий электродвижущей силы, тока и напряжения. В теории электромагнитного поля изучаются электромагнитные процессы, распределенные в рассматриваемом пространстве и описываемые с помощью понятий: напряженность электрического поля, магнитная индукция, относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости. При изучении теории электромагнитных процессов всегда необходимо иметь в виду ее материалистическо-диалек-тический характер Во-первых, теория электромагнитных процессов объективна, ее знание и использование позволяют совершенствовать приборы, устройства и системы, использующие электромагнитные явления, и правильно их эксплуатировать. Во-вторых, отдельные законы электромагнетизма относительны, справедливы лишь в определенной области, при определенных условиях и ограничениях; при использовании законов и соотношений необходимо учитывать эти условия, ограничения и допустимые области. Многие электрические и магнитные параметры: электрический ток, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, магнитный поток, емкость, индуктивность и т. д. – на заре развития электромагнетизма получили свое название из наивных, но весьма понятных побуждений свести неизвестные, вновь открытые явления к хорошо изученным понятиям и представлениям, заимствованным из механики, к наглядным гидравлическим аналогам. Современное состояние науки об электромагнетизме далеко ушло от первоначальных понятий и представлений и опирается на теорию относительности Эйнштейна, квантовую электродинамику и их следствия, широко использует математические модели. Твердое усвоение понятий, законов и умение пользоваться ими достигается только в результате решения задач, проведения необходимых численных расчетов, качественного и количественного анализа режимов в электрических цепях. Поэтому наряду с разбором решенных задач, приведенных в ходе изложения материала, необходимо прорешать задачи, помещенные в конце параграфов, или из рекомендованных преподавателем задачников. Другой не менее, а возможно, и более важной стороной является необходимость овладения навыками экспериментального анализа и исследования электрических процессов, умением правильно и творчески использовать электроизмерительную аппаратуру и приборы. Правильно поставленный эксперимент, умелое использование взаимно дополняющих измерительных приборов, анализ экспериментальных данных, их обработка и осмысливание на основе изученных законов в большой степени обеспечивают усвоение предмета и дают возможность правильного и творческого применения его законов и соотношений и для последующего изучения технических специальных дисциплин, и для практической работы на современном производстве. Об авторах
Юрий Васильевич БУРТАЕВ
Кандидат технических наук, профессор кафедры "Теоретические основы электротехники"
Московского государственного открытого университета. После окончания в 1959 г.
электротехнического факультета Военно-воздушной инженерной академии им. профессора
Н. Е. Жуковского проходил службу в строевых частях РВСН в Забайкалье и на Дальнем
Востоке. В 1966 г. поступил в адъюнктуру Военной инженерной академии им. Ф. Э. Дзержинского;
после защиты диссертации занимался на кафедрах академии научно-исследовательской
и преподавательской работой в области автономных систем управления летательными
аппаратами, а также систем электроснабжения ракетных комплексов и специальной
электротехники. После выхода в отставку более десяти лет преподавал в МГОУ курс
общей физики. В последнее время занимался проблемой измерения и анализа параметров
качества электроэнергии. Является автором и соавтором более 50 научных и учебно-методических
трудов и изданий, в частности книг "Фундаменталы и их взаимодействия" (в 3 ч.; 1995–1996),
"Нуклиды" (в 4 ч.; 1997–1999), "АБСФИЗИКА" (2000), "Субстанция и ее фундаментальные
структуры" (ч. 1; 2012).
Кандидат технических наук, в 1987–1989 гг. – начальник кафедры "Электроснабжение
ракетных комплексов" Военной инженерной академии им. Ф. Э. Дзержинского (ныне Военная
академия РВСН им. Петра Великого). После окончания в 1958 г. Ростовского высшего
инженерно-артиллерийского училища проходил службу в строевых частях РВСН. В 1960 г.
был переведен в ВИА им. Ф. Э. Дзержинского, где работал в должности старшего инженера
и начальника научно-исследовательской лаборатории. После защиты диссертации в 1966 г.
был направлен на преподавательскую работу на кафедру электротехники ВИА. Является
автором и соавтором более 100 научных, научно-технических и учебно-методических работ,
в том числе книг "Сборник учебно-контрольных задач по теории электрических цепей"
(1981), "Применение электронно-вычислительной техники при изучении дисциплин
"Теоретические основы электротехники" и "Основы электротехники"" (1989).
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Павел Николаевич ОВСЯННИКОВ (1937–1989)