为什么学习电气发展史

2011-04-26雷银照

电气电子教学学报 2011年1期

雷银照

(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京 100191)

0 引言

电气发展史是一个以电气科学与技术的演进、发展为研究对象的交叉学科,是电工学科的一个组成部分。从2005年5月起,我开始学习电气发展史,既满足了求知欲,也体会到了乐趣。在学习过程中,一旦知道了一些重要事件的来龙去脉,了解了历史怎样发展到现在,满足和快乐就会油然而生。

1 学习电气发展史的意义

1.1 有助于汲取历史经验和教训

例如1957年开工、1960年建成大坝的三门峡黄河水利枢纽,后经1964-1978年间两次改建,才解决了泥沙处理问题,实现了防洪、发电等效益,但仍与最初的设计思想差别甚大。1994年12月开工建设的长江三峡工程在论证期间争论激烈,主要原因就是专家们基于三门峡工程的经验和教训的一些思考,可以说这些经验和教训是三峡工程建设的宝贵财富。

1.2 有助于澄清疑问,更正史书之误

例①,我国电力工业的先驱之一恽震(1901-1994)在《中国大百科全书·电工》卷中有词条介绍,1930年前后他任职于国民政府建设委员会电气处,为我国电力工业标准制订、技术引进以及人才培养都做出了重要贡献。《中国科技史料》杂志2000年第3期刊登有长文“电力电工专家恽震自述(一)”,其中涉及我国电力系统工频50Hz制订经过。后来我在调查我国供用电标准频率制订情况时,见到了国民政府“行政院指令”原件,再对照“电力电工专家恽震自述(一)”的内容,发现制订经过、颁布时间、标准名称等均有误差。

例②,我国一些学者曾认为汉语“电气”来自日本,因而不大愿意使用“电气”一词,后来经过考证,知道“电气”是一个中西文化合璧的术语,首先产生于汉语,然后传至日本被广泛使用,之后又返回中国[1]。

例③,《中国大百科全书·电工》卷中有些词条涉及中国电气发展史,对照原始资料,发现有的词条严谨,有的词条有误差。这说明研究历史、叙述历史必须“亲眼”看到“原始”史料,二手资料要存疑,特别是多次转述的文献更要小心,即使是亲历者的叙述也会有差错。

1.3 有助于从历史中获得启发

例如,通过调查我国工频50Hz的起源可知,我国最早使用的电气设备来自国外,当初规定50Hz是因为当时来源地的负载主要是白炽灯,频率低于50Hz会使眼睛感到光线闪烁,而频率高(例如133Hz)又会导致电力传输效率下降,所以权衡各种因素,频率选在50-80Hz之间是必然选择,而具体是选50Hz还是60Hz,或者其它数值(例如65Hz)则有一定的人为偶然性。由此可知,今天我们选择独立电力系统(飞机、舰船等)的频率时,也可以根据今天的技术条件和现状来选择,而不必一定选择50Hz(例如飞机交流电力系统频率就是400Hz),从而开阔了我们的思路[3]。

1.4 有助于完整认识历史

例如,以往我只知道特斯拉(N.Tesla,1856-1943)是旋转磁场和感应电动机的发明者,近几年才知道他的贡献是多方面的,特别突出的有:电力系统中多相电流的创造性应用,电磁波的开创性研究,高电压实验、无线电力传输等。在他诞辰150周年时,IEEE授予他“IEEE重大事件纪念计划特别奖”,以纪念他在电工领域的开创性工作[4]。

1.5 有助于增强学科的文化底蕴

我平时在备课、授课过程中,经常有一些疑问,有些经过调查找到了答案,有些目前还不知道。例如电气中为什么有“气”;相量法在我国是如何传播的;为什么我国供用电频率是50Hz而不是其他数值;为什么我国民用电电压是220V;我国电工高等教育的历史如何,早期开设什么课程,有多少学生,这些学生对中国电工学科有哪些贡献;我国电工高等教育先是学习西方、后来学习前苏联、最近30年又学习欧美,学科调整变化频繁,在这个变化过程中有哪些值得汲取的经验和教训。回答这些问题是电工学科的重要研究内容之一。

1.6 有助于学习电气科技知识

例如,我以前在学习电磁场课程中的波导传播理论时,由于两根导线传输电磁能的观念根深蒂固,总觉得一根空心的金属管不能传输电磁波(图1是矩形金属波导的示意图)。读了《中国大百科全书·电子学与计算机》卷中的词条“波导”后,知道因发现电离层和电报方程而闻名的英国物理学家亥维赛(O.Heaviside,1850-1925)当年也有同样疑问,进一步调查了解到波导理论的建立经历了一段曲折的过程。1897年,英国物理学家瑞利(J.W.S.Rayleigh,1842-1919)最早完成了空心金属圆柱形波导内电磁波传播模式的数学分析。但此后35年中,因在产生高频电磁波方面所遇到的困难,瑞利的理论并没有多少人知道,在实践方面也未获得实质性进展。直到1932年3月,美国贝尔实验室的索思沃思(G.C.Southworth,1890-1972)观察到充水的铜管可以传输电磁波,1933年他又发现20英尺长的空心铜管也可以传输电磁波[5]。由于这与常识相背离,贝尔实验室的一位主要数学家总结性地写下了不同的计算结论:提出的系统是不可能实现传输的。1936年4月30日索思沃思向美国物理学会提交了一份学术报告,波导管被“再次发现”。此后,波导的理论、实验和应用才有了重大发展。

图1 矩形金属波导

再例如,笔者以往对照相机的成像原理难以理解,后来读了克拉尔等人编撰的《世界科学史》后才终于明白,原来照相机的原理就是“暗室”的小孔成像。暗室是一面墙上开有一个小孔的密闭房间。当光线进入小孔后,外面景物就投影到对面的墙壁上,形成上下颠倒的影像。如果将某些遇到光线能变暗的银盐(含银化合物)涂覆在墙上,景物的影像就会被保存在暗室内的墙壁上。

由此可见,学习电气发展史可以增强学习信心、化解学习难点。