Введение

«Научно-технический прогресс не принесет счастья, если он не будет дополняться чрезвычайно глубоким изменением социальной, нравственной и культурной жизни человечества. Внутреннюю духовную жизнь людей, внутренние импульсы их активности трудней всего прогнозировать, а именно от этого зависит в конечном итоге и гибель, и спасение человечества».

      А.Д.Сахаров. Мир через полвека.

         («Вопросы философии». 1989. № 1)

Электромагнитные явления стали известны человечеству с первых шагов его существования. Это общеизвестные явления электризации под действием атмосферного электричества, при использовании меха животных (а охота была одной из первых видов деятельности человека) или некоторых камней. Издавна были известны и магнитные явления.

Само название «электричество» происходит от греческого слова электрон – янтарь. Происхождение названия «магнит» объясняется по-разному. По утверждению древнегреческого философа Платона (427–347 гг. до н.э.), это слово происходит от греческого magnetis lithos – камень из древнегреческой провинции Магнесии. Римский писатель и ученый Плиний (23–79 гг.) в своей «Естественной истории» ссылается на легенду о пастухе Мегнесе, пасшем свои стада у подножия горы на острове Крит, близ которой были разбросаны камни, притягивавшие железные гвозди его сандалий и наконечник посоха.

На протяжении истории человечества электромагнитные явления из явлений сложных, загадочных и таинственных стали широко известными, получили широкое применение, стали одной из основ развития человечества.

К.Маркс назвал электричество более опасным врагом старого строя, «чем все заговоры Бланки» (Луи Огюст Бланки (1811–1881) – сторонник заговорщицкой тактики восстания, уничтожения капиталистической эксплуатации путем захвата власти кучкой революционных заговорщиков).

Говорить о полезности электромагнитных явлений для человеческой деятельности не имеет смысла, Это – очевидно. Значительная часть энергии передается и используется в виде электрической энергии. Практически все современные системы передачи и обработки информации построены на основе электротехнических устройств. Большинство машин и механизмов в промышленности, на транспорте, в быту используют электрические устройства. Даже там, где применяются другие источники энергии (двигатели внутреннего сгорания, паровые или газовые турбины, ядерная энергия), электроэнергия применяется либо для управления установками, либо как элемент силовой цепи. В этом случае выполняется преобразование механической или тепловой энергии в электрическую и передача ее для дальнейшего использования в электротехнических устройствах.

Базой для такого широкого применения послужил ряд достоинств электрической энергии.

1. Легкость производства, точнее получения электроэнергии из других видов.

2. Простота передачи электроэнергии.

3. Легкость дробления электроэнергии в места потребления; отбора от потока энергии нужной доли.

4. Простота преобразования электроэнергии в другие виды: тепловую, механическую; электрохимические превращения, связанные с электрическими свойствами материи.

Специальность 180400 имеет название «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». Что такое «электропривод»? Это сочетание двух положительных качеств – удобство передачи и распределения энергии между потребителями и удобство превращения ее в механическую. Первый учебник по электроприводу, написанный проф. С.А.Ринкевичем, имел очень выразительное название «Электрическое распределение механической энергии», т.е. электропривод – это та область науки, которая связана с электромеханическими преобразованиями. Теоретическое изучение и практическое применение этих преобразований является содержанием электромеханики, как одной из областей науки. Электромехаником является тот, кто занимается теорией и практикой этих преобразований.

5. Производство, передача и преобразование электроэнергии сопровождается сравнительно небольшими потерями, т.е. имеет высокий КПД. КПД электрических генераторов, двигателей, трансформаторов, преобразователей заметно выше, чем у гидро- и пневмодвигателей.

6. Электричество дает возможности управления потоками энергии и, следовательно, технологическими процессами. Сейчас практически вся автоматика – это электроавтоматика. Вся вычислительная техника – это электротехнические устройства. Системы связи, передачи и обработки информации в основном строятся на базе электротехнических устройств. Скорость передачи информации и ее обработки в электротехнических устройствах выше, чем в других устройствах.

7. Электрические явления присутствуют и в организме человека. Луиджи Гальвани (1737–1798) в 1791 г. опубликовал «Трактат о силах электричества при мышечном движении». В 1803 г. А.Т.Болотов по результатам своих работ издал в Петербурге книгу «Краткие и на опытности основанные замечания об электрицизме и о способности электрических махин к помощи от разных болезней». Эти работы по воздействию электричества на органическую ткань нашли подтверждение и развитие в электротехнических способах воздействия на человеческий организм (лечение ТВЧ, электрокардиостимуляторы, дефибрилляторы, но и электрошок и электрический стул).

8. Электричество – очень концентрированная энергия:

1 кВт-ч = 1000 Дж/с × 3600 с = 3600000 Дж;

1 кВт-ч = 102 кг×м/с × 3600 с = 367000 кг×м (эквивалентно поднятию 367 т на высоту 1 м).

История развития науки и практики в области электричества и магнетизма знает много знаменитых имен, вошедших не только в исторические документы, но и в нашу повседневность в виде электрических единиц. В области электричества – это Кулон, Ампер, Ом, Вольта, Сименс, Фарадей, Генри; в области магнетизма – Гаусс, Вебер, Максвелл, Эрстед, Тесла, Гильберт. В других областях – Герц, Джоуль, Уатт.

Русские электротехники внесли огромный вклад в науку о электричестве и его практическом применении.

Мы все время говорим об электричестве и магнетизме, хотя слово электричество преобладает. Можно ли вообще не упоминать магнитные явления? Известно, что электрические и магнитные процессы взаимосвязаны и не могут быть разделены. Они представляют единый электромагнитный процесс, хотя в ходе исторического развития науки это стало известно не сразу. Если пренебречь одной стороной, может вообще потеряться физический и практический смысл. Например, ЭДС, наводимая в проводнике, движущемся в магнитном поле,

E = BlV,

а сила, действующая на проводник с током в магнитном поле,

F = BlI.

Поделив почленно, получим

E/F = V/I       или      FV = EI.

Последняя формула говорит о возможности и количественных соотношениях преобразования электрической энергии в механическую и обратно, хотя из первых двух формул видно, что эти преобразования происходят в магнитном поле.

Технический прогресс во всех видах человеческой деятельности привел к тому, что мощности, которыми располагает человечество, и его воздействие на окружающую среду стали соизмеримыми с природными воздействиями. Уже в начале этого века стали говорить об антропогенном воздействии на природу, возникла экология как наука о защите окружающей среды. Человеком созданы огромные водохранилища, карьеры. Металлургические, химические предприятия, автотранспорт производят гигантские выбросы вредных веществ в водную среду и атмосферу. Мощные ядерные взрывы приводят к скачкам в радиационном фоне, а атомные станции являются потенциальной угрозой для огромных районов и даже континентов.

В этих условиях одной из закономерностей развития общества становится возрастание роли человеческого фактора.

В начале века введение механизации и автоматизации производства, конвейеризации привели к тому, что роль человека в процессе производства стала снижаться. Возникла задача защиты человека от самостоятельно действующей техники. Появилась иллюзия, что в будущем будет достаточно только «нажать кнопку».

Сейчас человек стал управлять огромными техническими устройствами и системами, громадными энергетическими потоками. Некомпетентность в управлении колоссальными мощностями и быстродействующими автоматическими устройствами может привести к огромным, иногда глобальным, разрушительным последствиям. Достаточно вспомнить гибель судна «Адмирал Нахимов», аварию на Чернобыльской АЭС. Примеры можно продолжить.

Однако причиной этих и других трагедий является не только некомпетентность, но и недобросовестное, безответственное отношение к делу. В обществе появилась опасная тенденция «закононепослушания», которая начала распространяться и на законы природы, в частности, на законы физики. Все это уже характеристика морального, нравственного уровня специалиста. Поэтому в процессе обучения оцениваются не только знания, но и добросовестное отношение студентов к процессу обучения.

Современное состояние техники характеризуется очень быстрым развитием. Смена поколений техники в ряде отраслей в несколько раз опережает смену поколений работников. Примером может служить развитие вычислительной техники и расширение области ее применения. Поэтому одной из задач обучения является не только овладение профессиональными навыками, но и воспитание восприимчивости к социально-экономическим и научно-техниче-ским нововведениям, способности к самообразованию.