(电路理论的历史与发展概况.docVIP

电路理论的历史与发展概况 电路理论作为一门独立的学科出现于人类历史中大约已有200多年了，在这纷纭变化的200多年里，电路理论从那种用莱顿瓶和变阻器描述问题的原始概念和分析方法逐渐演变成为一门抽象化的基础理论科学，其间的发展和变化贯穿于整个电气科学的发展之中。如今它不仅成为了整个电气科学技术中不可缺少的理论基础，同时也在开拓和发展新的电气理论和技术方面起着重要的作用。 电路理论是一个极其美妙的领域，在这一领域内，数学、物理学、信息工程、电气工程与自动控制工程等学科找到了一个和谐的结合点，其深厚的理论基础和广泛的实际应用使其具有旺盛持久的生命力。因而，对于许多有关的学科来说，电路理论是一门非常重要的基础理论课。 一般来说，电路理论的教学是从微观出发，对各种电气技术及其理论进行深入细致地分析和探讨，其教学目的是让学习者从微观上对电路理论融汇贯通，以求能够解决实际的电路问题。然而，在这种微观教学中进行一定的宏观引导却是非常重要的，因为当今的电路理论已从一门较单纯的学科演变成了许多学科所共有的基础理论，这个演变的过程充满了人类智慧的结晶，充满了科学思想甚至哲学概念上的进化，因此若能将电路理论的起源、演变过程及发展趋势充实于教学内容中，从宏观上让学习者对电路理论有一个较全面的认识，则不仅对学习者学习本课程以及其它有关的专业技术课程有一定的帮助，同时也会对学习者未来的工作和研究产生非常好的综合启发作用。 1. 历史的回顾 电，这个词来源于古希腊语“琥珀(elektron)”，琥珀是一种树脂化石。大约在公元前600年,古希腊人第一次产生了电场，其方法是用一块丝绸或毛皮与琥珀棒摩擦。后来，科学家们指出，其它一些材料例如玻璃、橡胶等也具有类似琥珀的特性。人们注意到有一些带电的材料被带电的玻璃片所吸引，而另一些却被排斥，这说明存在两种不同的电。本杰明.富兰克林称这两种电(或电荷)为正电和负电（正电荷或负电荷）。法国科学家查利·奥古斯丁·库仑（Charlse-Augustin de Coulomb ）和英国科学家卡文迪什(Cavendish)在十八世纪研究了这种靠摩擦产生的静电，发现了这种电所遵循的规律，这个规律被称为库仑定律(178年)。然而对这种静电所进行的研究及其成果并未能使人类在电科学领域中取得任何重大的进展，原因是这种静电场极难维持连续不断的电流。真正的突破是从1800年伏打(Alessandro Voltar)发明化学电池后开始的。意大利物理学家伏打发现：当把两个不同的电极(例如锌和铜)浸入电解液中，就会产生电位差，这就是电池的原理。后人采用伏特作为电压的单位，以纪念科学家伏打。由于伏打电池使电流连续成为可能，因而使很多电的实验变得简单可行，于是在短期内就有了一系列重要的发现。比如，1820年奥斯特(H.C.Oersted)发现，罗盘指针在载流导体旁会发生偏转，于是他断定：电荷的流动产生了磁。这一发现揭开了电学理论的新的一页。1825年安培(A.M.Ampere)提出了描述电流与磁之间关系的安培定律，同时毕奥和沙伐尔也用实验表明了电流与磁场强度的关系。后人为纪念安培，取其名作为电流的单位。1827年德国物理学家欧姆(G.S.Ohm) 在他的论文“用数学研究电路”中创立了欧姆定律。这个定律现在看来很简单，但在当时欧姆将电在导体中运动的现象进行简化分析的观点却受到同时代科学家的嘲笑和非难，周折近三十年后才被肯定，这时欧姆也才获得教授职位。英国科学家法拉第(M.Faraday)在认识到电流能产生磁之后，花了十年功夫，企图证明磁场能产生电流。他致力于互感的研究，1831年他终于成功地证明了：如果贯穿线圈的磁链随时间发生变化，则在线圈中将感应出电流。这个结论被称为法拉第电磁感应定律。同时他还发现，电路中感应电动势的特性决定于①与电路交链的磁通的大小和②与电路交链的磁通的变化率。在电磁现象的理论与实用问题的研究上，德国物理学家海因里希·楞次（Heinrich Friedrich Lenz）作出了巨大的贡献。1833年他建立了确定感应电流方向的定则(楞次定则)，其后，他致力于电机理论的研究，并提出了电机可逆性原理。1844 年，楞次与英国物理学家焦耳(J.P.Joule)分别独立地确定了电流热效应定律(焦耳—楞次定律)。1834年，与楞次一道从事电磁现象研究工作的雅可比制造出世界上第一台电动机。然而，真正使电机工程得以飞跃发展的是三相系统的创始者俄罗斯工程师多里沃—多勃罗沃尔斯基，他不仅发明和制造了三相异步电动机和三相变压器，还首先采用了三相输电线。当法拉第发现电磁感应现象后，就提出了“场”的一些初步但极为重要的概念来解释他的发现，但令人遗憾的是，由于法拉第不精通数学，因而未能从他的发现中再前进一步去建立电磁场理论，但自