Составители:
Рубрика:
4
5
ВВЕДЕНИЕ
Вся современная жизнь как общества в целом, так и отдельной лич-
ности, протекает в бесконечном мире различных электро- и радиотехни-
ческих устройств, создающих, накапливающих, обрабатывающих, пере-
дающих и использующих энергию и информацию. Это и гигантские элек-
трические турбины, и микродвигатели, используемые, например,
в медицинских целях и современной автоматике, и сложнейшие
вычис-
лительные системы, работающие со скоростью в десятки миллиардов
операций в секунду, и микрокалькуляторы – повседневный рабочий ин-
струмент студентов. Это, наконец, сложнейшие системы связи, радар-
ные установки и простейшие любительские приемники, бытовая техни-
ка. Несмотря на колоссальное разнообразие названных устройств, у них
есть одно общее – все они являются электромагнитными устройствами,
в которых
происходят электромагнитные процессы. По существу имеют
место взаимные преобразования двух сторон единого электромагнитно-
го поля: электрической и магнитной, а также преобразование электро-
магнитной формы энергии в другие виды (тепловую, механическую, хи-
мическую и т. п.).
Точный анализ этих процессов на макроскопическом уровне про-
изводится с помощью системы дифференциальных уравнений К. Макс
-
велла, решение которых определяется граничными условиями и являет-
ся функцией координат и времени. Как правило, точное (аналитическое)
решение затруднено из-за сложностей математического порядка, поэто-
му широко используются так называемые численные методы (расчет
с помощью ЭВМ). Однако будущим инженерам нужно не только уметь
производить анализ этих процессов, но и создавать новые
системы и ус-
тройства, т. е. решать так называемые проблемы синтеза, превосходя-
щие по сложности первые во много раз.
Предметом электротехники является изучение с количественной
и качественной сторон электромагнитных процессов, проходящих в на-
званных выше устройствах.
Законы общей электротехники базируются на математике и физике
и являются основой всех без исключения частных электротехнических
дисциплин. Однако этот курс (как и курсы математики и физики) являет-
ся одновременно и самостоятельной дисциплиной, имеющей свой пред-
мет и методы исследований.
Курс электротехники состоит из двух основных разделов, нераз-
рывно связанных друг с другом и являющихся базой для описания всех
электромагнитных процессов:
1. Электрические цепи (ЭЦ).
2. Электромагнитное поле (ЭМП).
Второй раздел содержит полный анализ электромагнитных процес-
сов на основе уравнений К. Максвелла, а также устанавливает границы
применимости методов ЭЦ. В свою очередь, раздел ЭЦ дает методы при-
ближенного количественного и качественного анализов этих явлений,
а также, что наиболее ценно для прикладных областей, – возможность
синтеза самих устройств. Эта теория вместо векторных величин
ЭМП
(
PDBHE ,-,-,-,-
-напряженностей электрического и магнитного полей,
магнитной индукции, электрического смещения, поляризации) и других
дифференциальных характеристик оперирует интегральными скалярны-
ми величинами токов и напряжений. Она приложима к большому числу
устройств, где процессы интересны лишь в каких-либо дискретных точ-
ках, узлах, зажимах или выводах. В последнее время более интенсивное
развитие получила область ЭЦ по
созданию новых устройств ЭМП (ре-
шение проблемы синтеза непосредственно в ЭМП в настоящее время
еще плохо разработано и, как правило, значительно сложнее). Таким об-
разом, эти два раздела электротехники представляют собой диалекти-
ческое единство.
Введение скалярных величин напряжения и тока предполагает учет
следующих ограничений, имеющих не абсолютный, а относительный
характер:
а) две
стороны единого электромагнитного поля – электрическая
и магнитная – могут в известной степени рассматриваться раздельно, не-
зависимо одна от другой;
б) не анализируется излучение электромагнитной энергии в устрой-
ствах;
в) физические размеры исследуемых устройств намного меньше
наименьшей длины волны процессов, в них происходящих; процесс счи-
тается распространяющимся «мгновенно»; при этом не учитывается за-
паздывание распространения энергии.
Перейдем к рассмотрению раздела электрических цепей.
