วิศวกรรมไฟฟ้าเป็นสาขาวิชาที่กว้างขวางมาก ซึ่งรวมถึงทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานไฟฟ้า ซึ่งรวมถึงการพัฒนาวงจร อุปกรณ์ อุปกรณ์และส่วนประกอบ และการศึกษาปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า การใช้งานจริง ขอบเขตของวิศวกรรมไฟฟ้าคือขอบเขตทั้งหมดในชีวิตของเรา
มันเริ่มต้นยังไง
ประวัติศาสตร์การพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้ามีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับมนุษยชาติตลอดประวัติศาสตร์ของการพัฒนา ผู้คนสนใจปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่พวกเขาอธิบายไม่ได้ ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้า - ความพยายามอย่างต่อเนื่องที่จะทำซ้ำสิ่งที่เกิดขึ้นรอบตัว
การศึกษาดำเนินมายาวนานหลายศตวรรษ แต่ในศตวรรษที่สิบเจ็ดเท่านั้นที่ประวัติศาสตร์ของการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าเริ่มนับถอยหลังจากการใช้ความรู้และทักษะที่บุคคลได้รับจริง
ทฤษฎี
นักวิทยาศาสตร์ที่มีส่วนร่วมในการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้ามีชื่อนับพัน เป็นไปไม่ได้ที่จะแสดงรายการทั้งหมดภายในกรอบของบทความนี้ แต่มีบุคคลที่งานวิจัยช่วยทำให้โลกของเราเป็นอย่างทุกวันนี้
ข้อมูลทางประวัติศาสตร์กล่าวว่า: หนึ่งในคนแรกที่หันความสนใจไปที่ข้อเท็จจริงที่ว่าหลังจากที่อำพันถูกับขนแกะ ก็สามารถดึงดูดวัตถุได้ นั่นคือนักปรัชญาชาวกรีก Thales of Miletus เขาทำการทดลองในศตวรรษที่เจ็ดก่อนคริสต์ศักราช น่าเสียดายที่เขาไม่สามารถสรุปผลพื้นฐานใดๆ ได้ แต่เขาบันทึกข้อสังเกตทั้งหมดของเขาอย่างระมัดระวังและส่งต่อไปยังลูกหลาน
ชื่อต่อไปในรายการตามเงื่อนไข "นักวิทยาศาสตร์ไฟฟ้าและสิ่งประดิษฐ์ของพวกเขา" ปรากฏเฉพาะในปี 1663 เมื่อ Otto von Guericke ออกแบบเครื่องจักรในเมือง Magdeburg ซึ่งเป็นลูกบอลที่ไม่เพียงดึงดูดเท่านั้น แต่ยังขับไล่ วัตถุ
นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง
ต่อจากนั้น จุดเริ่มต้นของวิศวกรรมไฟฟ้าก็ถูกวางโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงเช่น:
- สตีเฟน เกรย์ ผู้ทำการทดลองเกี่ยวกับการส่งไฟฟ้าในระยะไกล ผลการวิจัยของเขาได้ข้อสรุปว่าค่าขนส่งวัตถุแตกต่างกัน
- ชาร์ลส์ ดูเฟย์ ผู้เสนอทฤษฎีไฟฟ้าประเภทต่างๆ
- ดัทช์ ปีเตอร์ ฟาน มัสเชนบรูค. เขากลายเป็นที่รู้จักในการประดิษฐ์ตัวเก็บประจุ
- Georg Richmann และ Mikhail Lomonosov ศึกษาปรากฏการณ์นี้อย่างแข็งขัน
- เบนจามิน แฟรงคลิน. ชายผู้นี้ลงไปในประวัติศาสตร์ในฐานะผู้ประดิษฐ์สายล่อฟ้า
- ลุยจิ กัลวานี
- วาซิลี่ เปตรอฟ
- จี้ชาร์ลส์
- ฮานส์ เออร์สเต็ด
- อเลสซานโดร โวลตา
- อังเดรแอมแปร์
- Michael Faraday และอีกมากมาย
พลังงาน
วิศวกรรมไฟฟ้าเป็นวิทยาศาสตร์ที่ประกอบด้วยสี่องค์ประกอบ ส่วนประกอบแรกและส่วนประกอบพื้นฐานคืออุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า เป็นศาสตร์แห่งการสร้าง การถ่ายทอด และการใช้พลังงาน มนุษยชาติสามารถใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อความต้องการของพวกเขาได้สำเร็จในศตวรรษที่ 19 เท่านั้น
แบตเตอรี่ดั้งเดิมอนุญาตให้อุปกรณ์ทำงานได้เพียงชั่วขณะ ซึ่งไม่เป็นไปตามความทะเยอทะยานของนักวิทยาศาสตร์ ผู้ประดิษฐ์เครื่องกำเนิดต้นแบบเครื่องแรกคือฮังการี Anosh Jedlik ในปี พ.ศ. 2370 น่าเสียดายที่นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้จดสิทธิบัตรผลิตผลของเขา และชื่อของเขายังคงอยู่ในตำราประวัติศาสตร์เท่านั้น
ต่อมาไดนาโมถูกดัดแปลงโดย Hippolyte Pixie อุปกรณ์นี้เรียบง่าย: สเตเตอร์ที่สร้างสนามแม่เหล็กคงที่และชุดขดลวด
ประวัติศาสตร์การพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าและพลังงานไม่สามารถทำได้โดยไม่เอ่ยชื่อไมเคิล ฟาราเดย์ เขาเป็นคนคิดค้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกซึ่งทำให้สามารถสร้างแรงดันกระแสและแรงดันคงที่ได้ ต่อมา กลไกได้รับการปรับปรุงโดย Emil Sterer, Henry Wilde, Zenob Gramm
DC
ในปี พ.ศ. 2416 ที่นิทรรศการในกรุงเวียนนา มีการสาธิตการเริ่มปั๊มจากเครื่องจักรที่อยู่ห่างออกไปมากกว่าหนึ่งกิโลเมตรอย่างชัดเจน
ไฟฟ้าครองโลกอย่างมั่นใจ มนุษยชาติสามารถเข้าถึงสิ่งใหม่ๆ ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน เช่น โทรเลข มอเตอร์ไฟฟ้าในรถยนต์และเรือ และแสงสว่างของเมือง ไดนาโมขนาดใหญ่ถูกใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในระดับอุตสาหกรรมมากขึ้นรถรางและรถรางคันแรกเริ่มปรากฏให้เห็นในเมืองต่างๆ แนวคิดของกระแสตรงได้รับการแนะนำอย่างหนาแน่นโดย Thomas Edison นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ก็มีข้อเสียเช่นกัน
วิศวกรรมไฟฟ้าเชิงทฤษฎีในผลงานของนักวิทยาศาสตร์หมายถึงการครอบคลุมการตั้งถิ่นฐานและดินแดนต่างๆ ด้วยไฟฟ้าให้ได้มากที่สุด แต่กระแสตรงมีขอบเขตจำกัดอย่างยิ่ง - ประมาณสองหรือสามกิโลเมตร หลังจากนั้นการสูญเสียครั้งใหญ่ก็เริ่มขึ้น ปัจจัยสำคัญในการเปลี่ยนไปใช้กระแสสลับคือเหล็กและขนาดของเครื่องจักรที่ผลิต ขนาดของโรงงานที่เหมาะสม
นิโคลา เทสลา
นักวิทยาศาสตร์เซอร์เบีย นิโคลา เทสลา ถือเป็นผู้ก่อตั้งเทคโนโลยีใหม่ เขาอุทิศทั้งชีวิตเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ของกระแสสลับโดยถ่ายทอดออกไปในระยะไกล วิศวกรรมไฟฟ้า (สำหรับผู้เริ่มต้นนี่อาจเป็นข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ) สร้างขึ้นจากหลักการพื้นฐาน วันนี้ทุกบ้านมีหนึ่งในผลงานของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่
ผู้ประดิษฐ์มอบเครื่องกำเนิดหลายเฟสให้กับโลก มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส เคาน์เตอร์ และสิ่งประดิษฐ์อื่นๆ อีกมากมาย ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาในโทรเลข บริษัทโทรศัพท์ ห้องปฏิบัติการของ Edison และต่อมาในองค์กรของเขา Tesla ได้รับประสบการณ์มากมายจากการทดลองจำนวนมาก
น่าเสียดายที่มนุษยชาติยังไม่ได้รับการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์แม้แต่หนึ่งในสิบ เจ้าของบ่อน้ำมันต่อต้านการปฏิวัติไฟฟ้าในทุกวิถีทางและพยายามหยุดความคืบหน้าด้วยวิธีการใดๆ ที่มีอยู่
ตามข่าวลือ นิโคลาทำได้สร้างและหยุดพายุเฮอริเคน ส่งกระแสไฟฟ้าโดยไม่ต้องใช้สายไฟทุกที่ในโลก เคลื่อนย้ายเรือรบ และแม้กระทั่งกระตุ้นให้อุกกาบาตตกในไซบีเรีย ผู้ชายคนนี้ไม่ธรรมดามาก
เมื่อมันปรากฏออกมาในภายหลัง นิโคลาก็กำลังเดิมพันกระแสสลับ วิศวกรรมไฟฟ้า (โดยเฉพาะสำหรับผู้เริ่มต้น) ก่อนอื่นกล่าวถึงหลักการของมัน เขาคิดถูกที่ไฟฟ้าสามารถจ่ายได้หลายพันไมล์โดยใช้สายไฟเพียงอย่างเดียว ในกรณีของ "พี่ชาย" ถาวร โรงไฟฟ้าจะต้องตั้งอยู่ทุกสองถึงสามกิโลเมตร นอกจากนี้พวกเขาจะต้องได้รับการบริการอย่างต่อเนื่อง
วันนี้กระแสตรงยังคงมีที่สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า - รถราง, รถเข็น, หัวรถจักรไฟฟ้า, เครื่องยนต์ในสถานประกอบการอุตสาหกรรม, ในแบตเตอรี่, เครื่องชาร์จ อย่างไรก็ตาม จากการพัฒนาของเทคโนโลยี มีแนวโน้มว่า "ถาวร" จะยังคงอยู่ในหน้าประวัติศาสตร์เท่านั้น
ไฟฟ้า
ส่วนที่สองของวิศวกรรมไฟฟ้าซึ่งอธิบายหลักการแปลงพลังงานจากเครื่องกลเป็นไฟฟ้าและในทางกลับกันเรียกว่าเครื่องกลไฟฟ้า
นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่เปิดเผยงานของเขาเกี่ยวกับอิเล็กโทรเมคานิกส์ให้โลกเห็นคือ นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิสเอง เอนเกลเบิร์ต อาร์โนลด์ ซึ่งในปี พ.ศ. 2434 ได้ตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับทฤษฎีและการออกแบบขดลวดสำหรับเครื่องจักร ต่อจากนั้น วิทยาศาสตร์โลกก็เติมเต็มด้วยผลการวิจัยของ Blondel, Vidmar, Kostenko, Dreyfus, Tolvinsky, Krug, Park
ในปี 1942 ชาวฮังการี-อเมริกันในที่สุด Gabriel Kron ก็สามารถกำหนดทฤษฎีทั่วไปสำหรับเครื่องจักรไฟฟ้าทั้งหมดได้ และด้วยเหตุนี้จึงรวมเอาความพยายามของนักวิจัยจำนวนมากในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา
ช่างไฟฟ้าได้รับความสนใจอย่างมั่นคงจากนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก และต่อมาวิทยาศาสตร์เช่น อิเล็กโทรไดนามิกส์ (ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก) กลศาสตร์ (ศึกษาการเคลื่อนที่ของร่างกายและปฏิกิริยาระหว่างกัน) และความร้อน ฟิสิกส์ (พลังงานพื้นฐานทางทฤษฎี อุณหพลศาสตร์ ความร้อนและการถ่ายเทมวล) และอื่นๆ
ปัญหาหลักที่ศึกษาในการวิจัยคือการศึกษาและพัฒนาทรานสดิวเซอร์ สนามแม่เหล็กหมุน โหลดกระแสเชิงเส้น ค่าคงที่ของอาร์โนลด์ หัวข้อหลักคือ เครื่องจักรไฟฟ้าและอะซิงโครนัส หม้อแปลงประเภทต่างๆ
หลักอิเล็กโทรเมคานิกส์
หลักสามประการของระบบไฟฟ้าเครื่องกลคือกฎหมาย:
- การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์
- กระแสไฟเต็มสำหรับวงจรแม่เหล็ก
- แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (กฎของแอมป์)
จากผลการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ด้านไฟฟ้าเครื่องกล พิสูจน์แล้วว่าการเคลื่อนที่ของพลังงานเป็นไปไม่ได้โดยไม่สูญเสีย เครื่องจักรทั้งหมดสามารถทำงานได้ทั้งในฐานะเครื่องยนต์และในฐานะเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และสนามของโรเตอร์และสเตเตอร์นั้น อยู่กับที่เสมอกับเพื่อนคนอื่น
สูตรพื้นฐานคือสมการ:
- เครื่องไฟฟ้า;
- สมดุลแรงดันของขดลวดของเครื่องจักรไฟฟ้า
- แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้า
ระบบควบคุมอัตโนมัติ
ทิศทางที่หลีกเลี่ยงไม่ได้หลังจากเป็นที่ชัดเจนว่าเครื่องจักรสามารถแทนที่แรงงานมนุษย์ได้สำเร็จ
การควบคุมอัตโนมัติ - ความสามารถในการจัดการการทำงานของอุปกรณ์อื่นหรือแม้แต่ทั้งระบบ การควบคุมสามารถทำได้โดยอุณหภูมิ ความเร็ว การเคลื่อนที่ มุม และความเร็วในการเคลื่อนที่ การจัดการสามารถทำได้ทั้งในโหมดอัตโนมัติเต็มรูปแบบและด้วยการมีส่วนร่วมของบุคคล
เครื่องแรกของชนิดนี้ถือได้ว่าเป็นเครื่องที่ออกแบบโดย Charles Babage ด้วยความช่วยเหลือของข้อมูลที่อยู่ในบัตรเจาะ ปั๊มสามารถควบคุมได้โดยใช้เครื่องจักรไอน้ำ
คอมพิวเตอร์เครื่องแรกได้รับการอธิบายในงานเขียนของนักวิทยาศาสตร์ชาวไอริช Percy Ludgate ซึ่งนำเสนอต่อสาธารณชนในปี 1909
อุปกรณ์คอมพิวเตอร์แบบแอนะล็อกปรากฏขึ้นก่อนสงครามโลกครั้งที่สองจะปะทุขึ้น การสู้รบค่อนข้างชะลอการพัฒนาอุตสาหกรรมที่มีแนวโน้มดีนี้
เครื่องต้นแบบคอมพิวเตอร์สมัยใหม่รุ่นแรกถูกสร้างขึ้นโดย Konrad Zuse ชาวเยอรมันในปี 1938
วันนี้ ระบบควบคุมอัตโนมัติตามที่นักประดิษฐ์ตั้งใจไว้ แทนที่คนในการผลิตได้สำเร็จ ปฏิบัติงานที่ซ้ำซากจำเจและอันตรายที่สุด
อิเล็กทรอนิกส์
ขั้นต่อไปในการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำมากกว่าอุปกรณ์อนาล็อกหลายพันล้านเท่า
สิ่งประดิษฐ์ชิ้นแรกที่โด่งดังที่สุดคือเครื่องเข้ารหัส Enigma ของเยอรมัน แล้วก็ชาวอังกฤษเครื่องถอดรหัสอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งพวกเขาพยายามถอดรหัสรหัสที่พันกัน
ถัดมาเป็นเครื่องคิดเลขกับคอมพิวเตอร์
ในช่วงชีวิตปัจจุบัน โทรศัพท์และแท็บเล็ตมีความเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และสิ่งที่จะเป็นการพัฒนาอุปกรณ์ของเราในวันพรุ่งนี้เราสามารถเดาได้เท่านั้น แต่นักวิทยาศาสตร์ทำงานทั้งวันทั้งคืนเพื่อทำให้พวกเราทุกคนประหลาดใจและทำให้ชีวิตน่าสนใจและง่ายขึ้นอีกเล็กน้อย