电工

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  电工汉语拼音:Diangong;英语:electric engineering and technique),研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术,以及电力生产和电工制造两大工业生产体系。

  电磁是自然界物质普遍存在的一种基本物理属性。因此,研究电磁规律及其应用的电工科学技术对物质生产和社会生活的各个方面,包括能源、信息材料等现代社会的支柱都有着深刻的影响。电能作为一种二次能源,便于从多种途径获得(如水力发电、火力发电、核能发电、太阳能发电及其他各种新能源发电等),同时又便于转换为其他能量形式以满足社会生产和生活的种种需要(如电动力、电热、电化学能、电光源等)。与其他能源相比,电能在生产、传送、使用中更易于调控。这一系列优点,使电能成为最理想的二次能源,格外受到人们关注。电能的开发及其广泛应用成为继蒸汽机的发明之后,近代史上第二次技术革命的核心内容。20世纪出现的大电力系统构成工业社会传输能量的大动脉;以电磁为载体的信息与控制系统则组成了现代社会的神经网络。各种新兴电工材料的开发、应用,丰富了现代材料科学的内容。物质世界统一性的认识、近代物理学的诞生以及系统控制论的发展等,都直接或间接地受到电工发展的影响。同时,各相邻学科的成就也不断促进电工向更高的层次发展。因此,电工发展水平是衡量社会现代化程度的重要标志,是推动社会生产和科学技术发展,促进社会文明的有力杠杆。

电气化与现代社会

  自19世纪80年代开始应用电能以后,几乎所有社会生产的技术部门以及人民生活,都逐步转移到这一崭新的技术基础上,极大地推动了社会生产力的发展,改变了人类的社会生活方式,使20世纪以“电世纪”载入史册。

  电照明开发较早。它消除了黑夜对人类生活和生产劳动的限制,大大延长了人类用于创造财富的劳动时间,改善了劳动条件,丰富了人们的生活。这为电能的应用奠定了最广泛的社会基础,成为推动电能生产的强大动力。电传动是范围最广、形式最多的电能应用领域,电动机作为最重要的动力源,从根本上改变了19世纪以蒸汽动力为基础的初级工业化的面貌。电热、电化学、电物理的发展,开辟了一个又一个新的工业部门和科研领域。总之,电的应用不仅影响到物质生产的各个侧面,也越来越广地渗透到人类生活的各个层面(医疗电器的广泛应用和家用电器的普及只是人们熟知的两个例证)。电气化已在某种程度上成为现代化的同义语,电气化程度已成为衡量社会物质文明发展水平的重要标志。

大规模、多层次工程系统

  电能以光速传播,至今未能实现工业规模储存。因此,电能的生产与消费几乎在同一瞬间完成,随发随用。发电、变电、输电、配电、用电各环节组成了始终处于连续工作的不可分割的整体。这种集发电、供电、用电于一体的大电力系统是人类工程科学史上最重要的成就之一。到20世纪70年代,世界上已建成好几个装机容量超过亿千瓦的大型电力系统,其中覆盖面积最大的达1000多万平方千米。每个系统年传输、分配的电能都超过万亿千瓦时。这种系统中,有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围瞬间传播。它既能输送大量电能,创造巨大财富,也可能在瞬间造成重大灾难性事故。为保证如此巨大系统安全、稳定、经济地运行,对系统的控制方式和自动化装置提出了高标准的要求。电力系统成为社会物质生产部门中空间跨度最广、时间协调要求严格、层次分工极复杂的实体工程系统。在某种意义上,正是电力系统的出现和发展,促进了系统工程和自动控制这一高新技术领域的形成,并带动了一系列工业、科研部门的发展。

电工制造与电工新技术

  电工制造业为电能的生产和消费系统提供物质装备。随着对电能需求的增长,为满足建设大型电厂的需要,通过改进发电机的冷却技术,采用新型绝缘材料、铁磁材料,改进结构设计,使发电机的单机功率增大、成本降低。最大火力发电机组的功率由1926年的160兆瓦增大到1973年的1300兆瓦;水电机组由1942年的108兆瓦提高到1978年的700兆瓦;核电机组由1954年的5兆瓦提高到80年代的1300~1500兆瓦。与电力系统规模扩大相适应,输变电成套设备容量也迅速增大。继1952年制成第一套380千伏交流输变电成套设备后,70年代以后又先后制成1000~1500千伏的交流输变电设备。用电设备中约有70%的负荷为电动机,大的如轧钢电动机和高炉鼓风电动机,其单机功率分别达12780千瓦和36000 千瓦;小的有千百种用途各异的微特电机。电力电子技术的出现不仅使直流输电技术得以稳步发展,而且使交、直流传动技术和各种电源转换技术都得到革新。它将微机控制与功率执行紧密结合,统一完成逻辑、控制、监视、保护、诊断等综合功能,有力地推动着机电一体化的技术潮流。

  努力探寻新的发电方式是电工发展的重要方面。自1954年以后,核能发电很快成为继火电、水电之后的第三大发电方式。50年代末,磁流体发电崭露头角,到1985年已建成50万千瓦工业性磁流体-蒸汽联合热电站。实现受控核聚变反应是最终解决人类社会能源问题的途径之一。各国都集中力量进行研究。到90年代,人类正迈向解决这一问题的大门。超导材料研究的新突破,向人们展现了超导电工时代的诱人前景。燃料电池和动力蓄电池可以分散建设,不需长距离输电,将有可能为电能供需系统开创全新境界。

科学研究、技术开发、生产应用紧密配合的结晶

  以电能应用为标志的技术革命区别于它以前的技术革命的根本点在于,它不是直接来源于工场或其他生产实践领域,而是来源于科学实验室。正是它的出现,首先把科学技术是生产力清晰地写在人类认识史上。

  人类很早就注意到自然界的电磁现象,但直到1800年A.伏打在实验中发明了伏打电池,使人类首次获得持续稳定的电源,促进了电学的研究转向电流,并开始了电化学、电弧放电及照明、电磁铁等电能应用的研究。1831年,M.法拉第通过实验发现了电磁感应定律,推动了电磁科学与技术发展。这一定律的发现,不仅使静电、动电(电流)、电流与磁场相互感生等一系列电磁现象达到了更加全面的统一认识,而且奠定了机、电能量转换的原理基础。1873年,J.C.麦克斯韦导出描述电磁场理论的基本方程——麦克斯韦方程组,成为整个电工领域的理论基础。发电机的发明实现了机械能转换为电能,征服了自然界蕴藏的神奇动力,预告了电气化时代的到来。与发电机的发明过程同时,电照明、电镀、电解、电冶炼、电动力等工业生产技术纷纷成熟。孕育了发电、变电、输电、配电、用电联为一体的电力系统的诞生。19世纪90年代三相交流输电技术的发明,使电力工业以基础产业的地位跨入现代大工业行列,迎来了20世纪电气化新时代。

  现代科学技术和工业的发展是基础理论研究、应用研究、技术开发紧密结合的过程。科学技术综合化的发展趋势日益明显。必须使个体研究转向集体研究。1876年,T.A.爱迪生率先踏上了这一必由之路,创办了世界上第一个工业应用研究实验室。在这个被人们赞誉的“发明工厂”里,他组织一批专门人才分工负责,共同致力于同一项发明,打破了以往只由科学家个人单独从事研究的传统。这一与现代科学技术和生产力发展水平相适应的技术研究和开发的正确道路,显示出巨大活力,不仅推动了电力生产与电工制造业的迅猛发展,也开创了基础科学、应用科学、技术开发三者紧密结合、协同发展的先河。