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本帖最后由 xbq1013 于 2023-6-17 14:34 編輯
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為什么電氣工程專業(yè)要叫做電氣呢?我學(xué)了這么多年的電氣專業(yè)了,還從未思考過這個(gè)問題呢~今天被鄰居家的高中生給難住了,仔細(xì)一想,覺得這個(gè)話題挺有意義的,希望有朋友能一起討論一下。
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& K% @1 J; h& c8 K7 L) i6 n 電氣的概念
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7 O, a4 ^; q1 v: b]電氣(electrical,electrical power and equipment), ]$ P5 e6 V4 [& Y. R
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- 是電能的生產(chǎn)、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學(xué)科或工程領(lǐng)域的統(tǒng)稱。; A0 c1 C) K l" P6 [8 F
- 是以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學(xué)。
5 i" S& z" u! j/ L' P - 涵蓋電能的轉(zhuǎn)換、利用和研究三方面,包括基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)、設(shè)施設(shè)備等。! ^& O! c/ C$ _# c) j- K1 ^+ R
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* u" Q, ~8 x2 A; Z' b1 P5 S" _ 而經(jīng)常被外行人所混淆的“電器”又是什么呢?
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電器(electrical appliance)& j, Q; }& e7 \8 ~7 N y7 _
. s8 L( _ u/ r$ k- R- 泛指所有用電的器具。
) S% `* B- y" h% A; D - 專業(yè)的說:用于對電路進(jìn)行接通、分?jǐn)?,對電路參?shù)進(jìn)行變換,以實(shí)現(xiàn)對電路或用電設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)、切換、檢測和保護(hù)等作用的電工裝置、設(shè)備和元件。
8 G/ B x! ?: `( P - 通俗的說:家庭常用的一些為生活提供便利的用電設(shè)備,如電視機(jī)、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、各種小家電等等。
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7 S# x+ c% U' p' G' @5 E7 q% h 接下來,讓我們一起走進(jìn)“電氣”、認(rèn)識“電氣”。
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7 s: T! x/ X0 R! c0 X電氣的出處. J; R. ^8 O8 D; }" r
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觀點(diǎn)一:
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“電氣”一詞應(yīng)是清末外國傳教士對electric fluid的翻譯,具體可參見雷銀照《“電氣”詞源考》一文,這里我就簡單的說明一下。) b9 P r; }6 ]6 y
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“電氣”最早可能源于美國傳教士瑪高溫(D. J. Macgowan)所譯《博物通書》(Philosophical Almanac, 1851)一書,這本書也是目前已知最早的中文電磁學(xué)著作。
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* o7 \5 {5 y- G& C) `* h那時(shí)法拉第才剛發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象沒多久,電子更是要到幾十年后才由湯姆孫發(fā)現(xiàn),在那時(shí),科學(xué)界關(guān)于電的主流理論是電流體理論(fluid theory of electricity),把電現(xiàn)象解釋為電流體的運(yùn)動。其中包括杜費(fèi)(Charles du Fay)提出的二流體假說與本杰明·富蘭克林(Benjamin Franklin)提出的單流體假說(按今天的觀點(diǎn)看,兩者的實(shí)質(zhì)都是正電荷與負(fù)電荷)。
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' u/ o5 l* l( R* q6 ]$ S6 `“電氣”便是瑪高溫在譯介當(dāng)時(shí)西方主流電學(xué)知識時(shí)對電流體(electric fluid)的翻譯?,敻邷赜谩皻狻眮矸gfluid,或許不止考慮到氣的流動特性,也考慮到在當(dāng)時(shí)看來電和中國古代哲學(xué)中所說的“氣”一樣都是萬物皆有的神秘現(xiàn)象。6 e y& t, o8 w7 i# X; X' h
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具體怎么解釋還要看大家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠懻摵脱芯俊?br />
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2 u$ A" O. r6 }$ G# M2 x8 ~觀點(diǎn)二:8 q& K, ~1 S- _) u* ]' t
$ h6 i# Q! t( ], _3 E蓋西方工業(yè)之初,動力機(jī)械均由蒸汽輪機(jī)驅(qū)動,后來則有了電,故"電氣"者,開始泛指工業(yè)動力者也,然現(xiàn)在也無蒸汽輪機(jī)了,故干脆以電氣泛指電了?!半姎狻边@個(gè)名詞已經(jīng)用習(xí)慣了,所以沿用下來!
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9 E1 Y; K1 D' l4 k電氣中的氣,當(dāng)指“壓縮空氣”。工業(yè)自動化中,需要動起來的設(shè)備,有電動,氣壓傳動,液壓傳動等三種。電動和氣動是最廣泛運(yùn)用的動力源,兩者結(jié)合使用,完成自動化。故稱:電氣自動化。
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觀點(diǎn)三:" [! u, l5 m4 B# L
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關(guān)于電氣名稱的起源,我聽說過的比較可靠的解釋有兩種:
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& n( @; D. d. ~8 Z+ e: D5 n* h: @解釋1:中國古代認(rèn)識7 ?8 H' r0 t7 v9 |
- S- p' E$ N6 ?電是自然現(xiàn)象,在古代人們是通過閃電發(fā)現(xiàn)它的存在的。在古代中國,古人認(rèn)為電的現(xiàn)象是陰氣與陽氣相激而生成的,《說文解字》有“電,陰陽激耀也,從雨從申”。《字匯》有“雷從回,電從申。陰陽以回薄而成雷,以申泄而為電”。古人對電的解釋(或者稱為學(xué)說)是通過“氣”來解釋的,是為電氣。
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9 o: j. D3 ` C7 F* E* \$ H中國最早用氣學(xué)說來解釋電的吸引現(xiàn)象,出現(xiàn)在東漢王充撰寫的《論衡》。! i! D6 d2 M$ p1 p: ~: M Y
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解釋2:現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識) e9 A$ G4 _7 \# r1 E
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現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為:物質(zhì)是由原子組成,原子由原子核和核外電子組成。原子核帶正電,電子帶負(fù)電,原子顯電中性。但在一些物理作用下(主要有3類途徑:摩擦起電、接觸帶電,感應(yīng)帶電),部分原子會失掉一些核外電子,從而顯正電性;部分原子會得到一些電子,從而顯負(fù)電性。
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& G: b1 T' t! T電子是帶有最小電荷的粒子,物理學(xué)家把最小電荷叫做元電荷,用符號e表示(e=1.6x10⁻19)。任何帶電體所帶電荷量都是e的整數(shù)倍。電荷的流動就產(chǎn)生了電流。這幾乎是現(xiàn)代物理學(xué)對電的最準(zhǔn)確的認(rèn)識了。' c: z, q. X4 f& R* Q, f
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基于這一邏輯,我們知道,電的本質(zhì)是電子的運(yùn)動,而電子是一種微觀粒子,在原子如此小的空間(直徑約10⁻1⁰m)內(nèi)作高速(接近光速3×10⁸m·s⁻1)運(yùn)動,核外電子的運(yùn)動與宏觀物體運(yùn)動不同,沒有確定的方向和軌跡,只能用電子云描述它在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(幾率)的大小。
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根據(jù)量子力學(xué)中的測不準(zhǔn)原理,我們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測定出電子在某一時(shí)刻所處的位置和運(yùn)動速度,也不能描畫出它的運(yùn)動軌跡。因此,人們常用一種能夠表示電子在一定時(shí)間內(nèi)在核外空間各處出現(xiàn)機(jī)會的模型來描述電子在核外的的運(yùn)動。' `6 y& V, Q" H l
3 \3 R* A( V+ B$ w這種模型的三維圖像結(jié)果看上去,就像是在原子核周圍的空間,由于電子的運(yùn)動而形成了陰電氣氛。描述電子在原子核周圍各區(qū)域出現(xiàn)的幾率??梢栽趫D像中用電子云密度(陰電氣氛的濃厚程度)來表示,以不同的濃淡點(diǎn)代表幾率的大小,其結(jié)果像電子在原子核周圍形成的霧氣,所以也叫作電子氣體,即電氣。
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由此可知,電氣是囊落了所有電子運(yùn)動相關(guān)的物理現(xiàn)象,既包括強(qiáng)電、也包括弱電,電氣泛指一切電,因此在國外的大學(xué)電氣工程electrical engineering涵蓋了power engineering(強(qiáng)電)、electronic engineering(弱電)、information engineering(弱電)。但在中國,電氣就特指強(qiáng)電了(power engineering)。
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因?yàn)殡姎獾钠鹪淳褪茄芯块W電等強(qiáng)電現(xiàn)象開始的,以功率為主,到后來才開始利用電來表示信號,從而產(chǎn)生了信息學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)等等這些以信號為主的技術(shù)門類,即電氣應(yīng)該包括功率、信號兩個(gè)層面。我想這是電氣最科學(xué)靠譜的解釋了吧。
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" Q- b! m8 n% O5 N/ _/ o觀點(diǎn)四:. |' ^& `4 _0 F1 J
+ H7 L3 W5 i+ h氣不可見器可見。只是感覺電氣看來含義更廣,既包含有形的也包含無形的,因?yàn)殡姎馑坪蹙褪请姷倪\(yùn)動,具體化后有了電力電機(jī)電器電子等。$ q f" X% ^. F6 r5 y {6 V
* l8 I$ S) N3 Z6 i電子、電器和電力都屬于電氣工程,它是一個(gè)抽象的概念,不是具體指某個(gè)設(shè)備或器件、而是指整個(gè)系統(tǒng)和電子、電器和電力的范疇。. _% ?. g' X4 e3 Z& b' T
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電氣是一個(gè)工程詞匯電氣基本翻譯英文:electric日文:電気(でんき)電氣就是以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學(xué),涵蓋電能的轉(zhuǎn)換、利用和研究三方面,包括基礎(chǔ)理論,應(yīng)用技術(shù),設(shè)施設(shè)備等。8 f$ o' L4 d$ ]8 g% J, `8 |( O
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0 [9 T5 |# W a* b% } 平常概念里的氣流的意思,現(xiàn)代工業(yè)中經(jīng)常會用電信號來控制輸入輸出,用氣流來控制機(jī)械部分的工作,舉個(gè)最簡單的:氣缸,就是用電來控制閥的通斷,然后決定是否供氣來操縱機(jī)械部分的,所以電和氣會常常在一起稱為電氣。
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電氣工程呢其實(shí)可以這樣理解,電流,電壓,潮流等等這些物理量在輸電線路中流通,就相當(dāng)于氣游走在人體當(dāng)中一樣。一個(gè)電路,乃至一個(gè)電網(wǎng)可以看成一個(gè)人體,而里面的元素也就是電流,電壓,潮流就可以看成氣,與外界交換能量?。∥覀冋f的電氣工程也就是個(gè)造人工程,控制這個(gè)人的骨骼框架,控制其氣的流動與變換??!
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& k* \5 G% m. Y3 C9 N2 a觀點(diǎn)五:, {' S* r3 w ?( @: V( F
4 m* I2 L1 w# L# h ^對于“氣”的理解,我認(rèn)為就是氣體。本科學(xué)的電力電子,對這個(gè)沒概念,讀了研究生之后轉(zhuǎn)為高電壓與絕緣技術(shù)才會發(fā)現(xiàn),氣體在電氣中的巨大作用。舉個(gè)最簡單的例子就是,空氣開關(guān),它之所以能起作用是因?yàn)樗诳諝猱?dāng)中,空氣作為一種絕緣介質(zhì),是決定它能否起作用的決定因素。( z2 Y# j# {% t( D
3 R* c8 [1 }. ]2 e! P2 N在研究絕緣的過程中,包括氣體絕緣、固體絕緣和液體絕緣。氣體絕緣是自恢復(fù)性最好,最廉價(jià)的一種絕緣介質(zhì)就是空氣??諝忾_關(guān)就是這么產(chǎn)生的。除了空氣之外的,像六氟化硫氣體,也是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)問題,絕緣強(qiáng)度是空氣的2.5倍,滅弧能力是空氣的100倍.所以在高電壓領(lǐng)域的入門知識里面。- Q, y" v4 o+ ]3 { L; m
3 Y) S- F. G: R& w3 e9 W* y8 } E關(guān)于氣體的放電理論都是作為第一章來講的,最經(jīng)典的湯森理論和流注理論也是關(guān)于氣體絕緣的??梢哉f研究氣體絕緣是研究高壓的半壁江山,進(jìn)而沒有高壓就沒電能的輸送和變配,整個(gè)供電系統(tǒng)也就不存在了?,F(xiàn)在可以理解到“氣”的重要了嗎,半壁江山。& [7 a% `2 a1 H( ^# V y' Z
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