История электротехники - Коллектив авторов

Следует заметить, что вопросам поведения ферромагнетиков в электротехнических устройствах посвящено много исследований именно на кафедрах теоретических основ электротехники. Помимо кафедры ТОЭ в Московском энергетическом институте такие работы проводились на кафедре ТОЭ Ленинградского политехнического института под руководством Л.Р. Неймана (проникновение ЭМП в среды с ферромагнитными свойствами), П.Л. Калантарова (открытие и исследование феррорезонансных явлений в электрических цепях).

С начала 60-х годов явление сверхпроводимости, открытое в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннесом, нашло техническое применение в области создания сверхпроводящих электрических машин и трансформаторов, кабельных линий передач энергии, индуктивных накопителей энергии, магнитной сепарации и томографии. Перспективы уменьшения габаритов этих устройств и потерь энергии в них стимулировали проведение научных исследований. В этой связи с точки зрения ТЭ важной стала проблема описания электрических свойств сверхпроводящих материалов и токоведущих частей этих устройств. Особенность существования магнитного поля в сверхпроводнике, а также тепловая неустойчивость таких систем весьма остро поставили задачу введения в систему уравнений Д.К. Максвелла их вещественных характеристик. Успешному решению этой задачи способствовали успехи отечественной школы физики в области феноменологической теории сверхпроводимости (Л.Д. Ландау, В.Л. Гинзбург, Л.П. Горькое, А.А. Абрикосов). Большую роль в создании технических устройств сыграли работы В.Б. Зенкевича по методам расчета электрических параметров композитных сверхпроводников с учетом реальных особенностей конструкции; В.А. Альтова, В.В. Сычева по термостабилизации и опыт создания сверхпроводящих катушек для термоядерных устройств, выполненных в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова под руководством Н.А. Черноплекова.

4.12. ДИНАМИКА СВОБОДНЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И ТЕЛ В ЭМП

Длительный период исследования взаимодействия заряженных частиц и ЭМП носили академический характер и представляли интерес только с точки зрения дополнительного развития теории ЭМП. Однако для ТЭ даже эти разработки имели большое значение. Характерна в этом отношении наиболее простая задача определения ЭМП движущегося электрона. В 1888 г. О. Хевисайд решил эту задачу без введения ограничения на скорость движения электрона (в отличие от Д.Д. Томсона). В этой работе, намного опередившей работы Г. Лоренца, показана зависимость энергии ЭМП движущегося заряда от скорости и изменения картины распределения напряженности электрического поля электрона в пространстве. Если скорость движения электрона составляет 0,99 от скорости света, то напряженность поля по окружности меридионального разреза некоторой сферы оказывается в 100 раз больше таковой на сфере по линии движения электрона. При скорости движения v, равной скорости света с, все поле собирается в плоскости, перпендикулярной линии движения, на которой находится электрон (меридиональная плоскость), «образуя плоскую электромагнитную волну». В этой же работе О. Хевисайд вычислил полную энергию заряда в предположении конечного значения радиуса электрона и показал, что энергии электрического и магнитного полей растут пропорционально величине 1/(1 — v2/с2)0,5, позже связанной с именем Г. Лоренца. Прикладные задачи, возникшие в связи с созданием ускорителей заряженных частиц, электронных приборов, различных технологических установок с использованием возможности управления движением материальных тел при помощи ЭМП привели к разработке методов расчета сил и траекторий движения заряженных тел в ЭМП. Появились также монографии и учебные пособия, посвященные именно этому разделу ТЭ. Среди них следует отметить монографии К.М. Поливанов «Электродинамика движущихся тел», Э.А. Мееровича «Методы релятивистской электродинамики и электротехники», Г.Я. Сермонса «Динамика твердых тел в электромагнитном поле», в которых изложены основные методические подходы к прикладным проблемам взаимодействия заряженных тел и ЭМП.

Большое значение имеют исследования коронного разряда и создание его математической модели (В.И. Попков, Н.Н. Тиходеев, Г.Н. Александров, В.В. Щербачев, В.И. Левитов и др.). В последние годы велись интенсивные исследования возможности передачи энергии при помощи потока электронов — создания электрокинетических линий электропередачи. Поток электронов, ускоренных в электрическом поле до энергии 1 МэВ, в трубе с разреженным до уровня технического вакуума газом способен передавать электроэнергию на дальние расстояния и служить в качестве ЛЭП (Е.А. Абрамян). Особенности взаимодействия ЭМП с потоком заряженных частиц связаны с созданием оригинальных методов реализации двоичных кодов путем переключения струи заряженного газа при помощи электрического поля (А.А. Денисов). Такая система логических элементов была создана и носит название «эоника».

4.13. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ГЕНЕРАЦИЯ ЭМП В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ

Развитие промышленности и ее электротехнической отрасли, а также необходимость создания новых изделий с повышенными качественными показателями и эффективностью способствовали созданию новых технологий на основе открытия и использования различных эффектов, связанных с электромагнитными явлениями. Создание технологий, особенно основанных на новых физических эффектах, требует прежде всего понимания физической картины явлений и умения исследовать, рассчитывать влияние множества факторов на технологический процесс. Подготовка вузами страны инженеров-электриков, изначально была направлена на понимание законов физики, происходящих в реальных устройствах электромагнитных явлений, позволяла им успешно решать задачи создания новых технологий. Именно благодаря этим обстоятельствам успешно развилась техника высокочастотного нагрева, впервые предложенная В.П. Вологдиным в начале XX в. и получившая широкое распространение благодаря развитию техники высокой частоты, связанной с созданием новых отраслей производства аппаратуры для связи и радиотехники. Технология высокочастотного нагрева диэлектриков и полупроводников была предложена Б. Р. Лазаренко, и на ее основе развито производство полупроводниковых материалов.

В промышленности широко внедрялись электрические методы очистки выбрасываемых тепловыми электростанциями отходящих газов и сепарация руды при помощи ЭМП. В связи с повышением требований к охране окружающей среды проблема улучшения эффективности работы электрофильтров на электростанциях потребовала разработки новых методов расчета и использования эффектов взаимодействия газов и ЭМП (И.П. Верещагин). В связи с обеднением руды требуется повышение эффективности сепарации, для чего нужно было достичь более высоких значений градиентов магнитного или электрического полей (Н.А. Черноплеков).

Важное направление в ТЭ связано с изучением и прикладными сторонами использования явления электризации при трении, контакте и деформации (статическое электричество, или трибоэлектричество). Такая электризация во многих случаях нежелательна и подчас представляет опасность. Так, например, в процессе изготовления и эксплуатации современных интегральных схем, которые могут быть выведены из строя электрическим полем относительно низкой напряженности, необходимо исключить возможность влияния такого явления. Появление трибоэлектричества при пуске космических кораблей может (и были случаи) привести к аварии, и это обстоятельство потребовало разработки специальных мер защиты (К.С. Демирчян). Новое направление технологического характера было разработано на основе эффекта, связанного с возникновением гидравлических волн высокого давления в жидкости, возникающих вследствие электрического разряда в жидкой среде, открытого Л.А. Юткиным в Высоковольтной лаборатории им. А.А. Горева в Ленинградском политехническом институте.

Существование связей между электрическими и неэлектрическими явлениями позволило создать специальную область в измерительной технике — электрические измерения неэлектрических величин, на основе использования влияния неэлектрических воздействий (например, давления, температуры, деформации, влажности и др.) на электрические параметры (сопротивление, индуктивность, емкость) и процессы (возникновение ЭДС в термопарах, появление заряда на пьезокристаллах). Сфера применения этого метода измерения настолько обширна, что было создано новое направление производства — выпуск первичных преобразователей. Важное значение приобрела разработка теории и способов создания устройств непосредственно преобразующих химическую и тепловую энергию в электрическую (Н.С. Лидоренко, Л.М. Биберман, В.И. Пищиков и др.).