Uhandisi wa umeme ni uwanja mpana sana wa maarifa, unaojumuisha kila kitu kinachohusiana na matumizi ya nishati ya umeme. Hii ni pamoja na maendeleo ya mizunguko, vifaa, vifaa na vipengele, na utafiti wa matukio ya umeme, matumizi yao ya vitendo. Upeo wa uhandisi wa umeme ni nyanja zote za maisha yetu.
Jinsi yote yalivyoanza
Historia ya maendeleo ya uhandisi wa umeme ina uhusiano wa karibu na wanadamu katika historia yote ya maendeleo yake. Watu walipendezwa na matukio ya asili ambayo hawakuweza kuelezea. Historia ya maendeleo ya uhandisi wa umeme - majaribio ya mara kwa mara ya kurudia kile kilichotokea kote.
Utafiti uliendelea kwa karne nyingi na ndefu. Lakini tu katika karne ya kumi na saba ambapo historia ya maendeleo ya uhandisi wa umeme ilianza kuhesabu kutoka kwa matumizi halisi ya ujuzi na ujuzi uliopatikana kwa mtu.
Nadharia
Wanasayansi ambao wamechangia maendeleo ya uhandisi wa umeme ni maelfu na maelfu ya majina, haiwezekani kuorodhesha yote ndani ya mfumo wa makala haya. Lakinikuna watu ambao utafiti wao ulisaidia kuifanya dunia yetu kuwa kama ilivyo leo.
Data ya kihistoria inasema: mmoja wa wa kwanza ambaye alielekeza fikira zake kwa ukweli kwamba baada ya kaharabu kusuguliwa dhidi ya pamba, inaweza kuvutia vitu, alikuwa mwanafalsafa wa Kigiriki Thales wa Mileto. Alifanya majaribio yake katika karne ya saba KK. Kwa bahati mbaya, hakuweza kuteka hitimisho lolote la msingi. Lakini aliandika uchunguzi wake wote kwa uangalifu na akaupitisha kwa wazao.
Jina lililofuata katika orodha ya masharti "wanasayansi wa umeme na uvumbuzi wao" lilionekana tu mnamo 1663, wakati Otto von Guericke alitengeneza mashine katika jiji la Magdeburg, ambayo ilikuwa mpira ambao haungeweza kuvutia tu, bali pia kurudisha nyuma. vitu.
Wanasayansi maarufu
Baadaye, mwanzo wa uhandisi wa umeme uliwekwa na wanasayansi maarufu kama vile:
- Stephen Gray, ambaye alifanya majaribio ya upokezaji wa umeme kwa mbali. Matokeo ya utafiti wake yalikuwa hitimisho kwamba uhamishaji wa vitu huchaji tofauti.
- Charles Dufay, ambaye aliweka mbele nadharia ya aina tofauti za umeme.
- Kiholanzi Peter van Muschenbroek. Alipata umaarufu kwa kuvumbua capacitor.
- Georg Richmann na Mikhail Lomonosov walichunguza kwa makini jambo hilo.
- Benjamin Franklin. Mtu huyu alishuka katika historia kama mvumbuzi wa fimbo ya umeme.
- Luigi Galvani.
- Vasily Petrov.
- Charles Pendant.
- Hans Oersted.
- Alessandro Volta.
- Andre Ampère.
- Michael Faraday na wengine wengi.
Nishati
Uhandisi wa umeme ni sayansi ambayo ina vipengele vinne, cha kwanza na cha msingi ni sekta ya nishati ya umeme. Ni sayansi ya kizazi, maambukizi na matumizi ya nishati. Wanadamu waliweza kutumia teknolojia hii kwa mafanikio kwa mahitaji yao katika karne ya 19 pekee.
Betri za awali ziliruhusu vifaa kufanya kazi kwa muda tu, jambo ambalo halikukidhi matarajio ya wanasayansi. Mvumbuzi wa mfano wa kwanza wa jenereta alikuwa Anosh Jedlik wa Hungaria mnamo 1827. Kwa bahati mbaya, mwanasayansi hakutoa hataza mtoto wake wa ubongo, na jina lake lilibaki tu katika vitabu vya kiada vya historia.
Baadaye dynamo ilirekebishwa na Hippolyte Pixie. Kifaa ni rahisi: stator inayounda uga wa sumaku thabiti, na seti ya vilima.
Historia ya maendeleo ya uhandisi wa umeme na nishati haiwezi kufanya bila kutaja jina la Michael Faraday. Ni yeye ambaye aligundua jenereta ya kwanza, ambayo ilifanya iwezekanavyo kuzalisha voltage ya sasa na ya mara kwa mara. Baadaye, taratibu ziliboreshwa na Emil Sterer, Henry Wilde, Zenob Gramm.
DC
Mnamo 1873, kwenye maonyesho huko Vienna, kuanza kwa pampu kutoka kwa mashine iliyo umbali wa zaidi ya kilomita kulionyeshwa waziwazi.
Umeme ulishinda ulimwengu kwa kujiamini. Wanadamu wanaweza kupata vitu vipya ambavyo havikujulikana hapo awali kama telegrafu, gari la umeme kwenye magari na meli, na mwangaza wa miji. Dynamos kubwa zilizidi kutumika kuzalisha umeme kwa kiwango cha viwanda. Tramu za kwanza na trolleybus zilianza kuonekana katika miji. Wazo la mkondo wa moja kwa moja lilianzishwa sana na mwanasayansi maarufu Thomas Edison. Hata hivyo, teknolojia hii pia ilikuwa na mapungufu yake.
Uhandisi wa kinadharia wa umeme katika kazi za wanasayansi ulimaanisha kufunika makazi na maeneo mengi iwezekanavyo kwa umeme. Lakini mkondo wa moja kwa moja ulikuwa na safu ndogo sana - kama kilomita mbili au tatu, baada ya hapo hasara kubwa ilianza. Jambo muhimu katika mpito wa mkondo wa kubadilisha mkondo ulikuwa chuma na vipimo vya mashine za kuzalisha, ukubwa wa kiwanda kinachofaa.
Nikola Tesla
Mwanasayansi wa Serbia Nikola Tesla anachukuliwa kuwa mwanzilishi wa teknolojia mpya. Alijitolea maisha yake yote kusoma uwezekano wa kubadilisha mkondo, kuupitisha kwa mbali. Uhandisi wa umeme (kwa Kompyuta hii itakuwa ukweli wa kuvutia) umejengwa juu ya kanuni zake za msingi. Leo, kila nyumba ina ubunifu wa mwanasayansi mkuu.
Mvumbuzi alitoa jenereta za poliphase duniani, mota ya umeme isiyolingana, kaunta na uvumbuzi mwingine mwingi. Kwa miaka mingi kwenye telegraph, kampuni za simu, maabara ya Edison na baadaye katika biashara zake, Tesla alipata uzoefu mwingi kutokana na idadi kubwa ya majaribio.
Ubinadamu, kwa bahati mbaya, haujapokea hata sehemu ya kumi ya uvumbuzi wa mwanasayansi. Wamiliki wa mashamba ya mafuta walikuwa wakipinga mapinduzi ya umeme kwa kila njia na walijaribu kusimamisha maendeleo yake kwa njia zozote zinazopatikana kwao.
Kulingana na uvumi, Nikola anawezakuunda na kuacha vimbunga, kusambaza umeme bila waya popote duniani, kutuma meli ya kivita, na hata kusababisha kuanguka kwa meteorite huko Siberia. Mtu huyu alikuwa wa ajabu sana.
Kama ilivyotokea baadaye, Nikola alikuwa sahihi katika kuweka kamari kuhusu mkondo wa kubadilisha mkondo. Uhandisi wa umeme (hasa kwa Kompyuta) kwanza kabisa inataja kanuni zake. Alionekana kuwa sahihi kwamba umeme ungeweza kusambazwa maelfu ya maili kwa kutumia waya pekee. Katika kesi ya "ndugu" wa kudumu, mimea ya nguvu lazima iwe iko kila kilomita mbili hadi tatu. Kwa kuongeza, lazima zihudumiwe kila mara.
Leo, mkondo wa moja kwa moja bado una mahali pa magari ya umeme - tramu, mabasi ya toroli, treni za umeme, injini katika makampuni ya viwanda, katika betri, chaja. Walakini, kwa kuzingatia maendeleo ya teknolojia, kuna uwezekano kwamba "ya kudumu" hivi karibuni itabaki tu kwenye kurasa za historia.
Electromechanics
Sehemu ya pili ya uhandisi wa umeme, ambayo inaelezea kanuni ya kubadilisha nishati kutoka kwa mitambo hadi ya umeme na kinyume chake, inaitwa electromechanics.
Mwanasayansi wa kwanza ambaye alifichua kazi yake ya ufundi umeme kwa ulimwengu alikuwa mwanasayansi wa Uswizi Engelbert Arnold, ambaye mnamo 1891 alichapisha kazi ya nadharia na muundo wa vilima vya mashine. Baadaye, sayansi ya ulimwengu ilijazwa tena na matokeo ya utafiti wa Blondel, Vidmar, Kostenko, Dreyfus, Tolvinsky, Krug, Park.
Mnamo 1942, Mhungaria-AmerikaHatimaye Gabriel Kron aliweza kuunda nadharia ya jumla kwa mashine zote za umeme na hivyo kuunganisha juhudi za watafiti wengi katika karne iliyopita.
Electromechanics ilifurahia shauku thabiti ya wanasayansi kote ulimwenguni, na baadaye sayansi kama vile mienendo ya kielektroniki (inasoma uhusiano kati ya matukio ya umeme na sumaku), mechanics (inasoma mienendo ya miili na mwingiliano kati yao), na pia joto. fizikia (misingi ya nadharia ya nishati, thermodynamics, uhamishaji joto na wingi) na zingine.
Matatizo makuu ambayo yalichunguzwa katika utafiti huo yalikuwa utafiti na uundaji wa vibadilishaji data, uga wa sumaku unaozunguka, mzigo wa sasa wa mstari, usiobadilika wa Arnold. Mada kuu ni mashine za umeme na asynchronous, aina mbalimbali za transfoma.
Postulates za electromechanics
Machapisho matatu makuu ya mekaniki ya kielektroniki ni sheria:
- uingizaji wa sumakuumeme wa Faraday;
- full current kwa mzunguko wa sumaku;
- nguvu ya sumakuumeme (aka Ampere's Law).
Kama matokeo ya utafiti wa wanasayansi wa kielektroniki, ilithibitishwa kuwa harakati ya nishati haiwezekani bila hasara, mashine zote zinaweza kufanya kazi kama injini na kama jenereta, na kwamba uwanja wa rotor na stator ni. daima stationary jamaa kwa rafiki kila mmoja.
Mbinu msingi ni milinganyo:
- mashine ya umeme;
- salio la voltage ya vilima vya mashine ya umeme;
- torque ya sumakuumeme.
Mifumo ya kudhibiti kiotomatiki
Mwelekeo huo bila shaka ulipata umaarufu baada ya kubainika kuwa mashine zinaweza kuchukua nafasi ya kazi ya binadamu kwa mafanikio.
Udhibiti otomatiki - uwezo wa kudhibiti uendeshaji wa vifaa vingine au hata mifumo yote. Udhibiti unaweza kufanywa kwa joto, kasi, harakati, pembe na kasi ya kusafiri. Udanganyifu unaweza kufanywa katika hali kamili ya kiotomatiki na kwa ushiriki wa mtu.
Mashine ya kwanza ya aina hii inaweza kuchukuliwa kuwa kitengo kilichoundwa na Charles Babage. Kwa usaidizi wa maelezo yaliyomo kwenye kadi zilizopigwa, pampu zinaweza kudhibitiwa kwa kutumia injini ya mvuke.
Kompyuta ya kwanza ilielezewa katika maandishi ya mwanasayansi wa Ireland Percy Ludgate, ambayo yaliwasilishwa kwa umma mwaka wa 1909.
Vifaa vya kompyuta vya Analogi vilionekana kabla tu ya Vita vya Pili vya Dunia kuzuka. Uhasama huo kwa kiasi fulani ulipunguza kasi ya maendeleo ya tasnia hii yenye matumaini.
Mfano wa kwanza wa kompyuta ya kisasa uliundwa na Mjerumani Konrad Zuse mnamo 1938.
Leo, mifumo ya kudhibiti kiotomatiki, kama ilivyokusudiwa na wavumbuzi wake, imefaulu kuchukua nafasi ya watu katika uzalishaji, inayofanya kazi ya kuchukiza na hatari zaidi.
Elektroniki
Hatua iliyofuata katika uundaji wa uhandisi wa umeme ilikuwa vifaa vya kielektroniki ambavyo ni sahihi zaidi ya mabilioni ya mara vinalojia.
Uvumbuzi wa kwanza maarufu zaidi ni mashine ya Kijerumani ya misimbo ya Enigma. Na kisha Waingerezaavkodare za kielektroniki, ambazo walijaribu kutumia kuchambua misimbo iliyochanganyika.
Vilivyofuata vilikuwa vikokotoo na kompyuta.
Katika hatua ya sasa ya maisha, simu na kompyuta za mkononi zinahusishwa na vifaa vya elektroniki. Na nini itakuwa maendeleo ya vifaa vyetu kesho, tunaweza tu nadhani. Lakini wanasayansi hufanya kazi usiku na mchana ili tu kutushangaza sote na kufanya maisha yawe ya kuvutia na rahisi zaidi.
