為什么學(xué)習(xí)電氣發(fā)展史

雷銀照

(北京航空航天大學(xué)自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院,北京 100191)

0 引言

電氣發(fā)展史是一個以電氣科學(xué)與技術(shù)的演進(jìn)、發(fā)展為研究對象的交叉學(xué)科,是電工學(xué)科的一個組成部分。從2005年5月起,我開始學(xué)習(xí)電氣發(fā)展史,既滿足了求知欲,也體會到了樂趣。在學(xué)習(xí)過程中,一旦知道了一些重要事件的來龍去脈,了解了歷史怎樣發(fā)展到現(xiàn)在,滿足和快樂就會油然而生。

1 學(xué)習(xí)電氣發(fā)展史的意義

1.1 有助于汲取歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

例如1957年開工、1960年建成大壩的三門峽黃河水利樞紐,后經(jīng)1964-1978年間兩次改建,才解決了泥沙處理問題,實(shí)現(xiàn)了防洪、發(fā)電等效益,但仍與最初的設(shè)計(jì)思想差別甚大。1994年12月開工建設(shè)的長江三峽工程在論證期間爭論激烈,主要原因就是專家們基于三門峽工程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的一些思考,可以說這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)是三峽工程建設(shè)的寶貴財(cái)富。

1.2 有助于澄清疑問,更正史書之誤

例①,我國電力工業(yè)的先驅(qū)之一惲震(1901-1994)在《中國大百科全書·電工》卷中有詞條介紹,1930年前后他任職于國民政府建設(shè)委員會電氣處,為我國電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂、技術(shù)引進(jìn)以及人才培養(yǎng)都做出了重要貢獻(xiàn)。《中國科技史料》雜志2000年第3期刊登有長文“電力電工專家惲震自述(一)”,其中涉及我國電力系統(tǒng)工頻50Hz制訂經(jīng)過。后來我在調(diào)查我國供用電標(biāo)準(zhǔn)頻率制訂情況時,見到了國民政府“行政院指令”原件,再對照“電力電工專家惲震自述(一)”的內(nèi)容,發(fā)現(xiàn)制訂經(jīng)過、頒布時間、標(biāo)準(zhǔn)名稱等均有誤差。

例②,我國一些學(xué)者曾認(rèn)為漢語“電氣”來自日本,因而不大愿意使用“電氣”一詞,后來經(jīng)過考證,知道“電氣”是一個中西文化合璧的術(shù)語,首先產(chǎn)生于漢語,然后傳至日本被廣泛使用,之后又返回中國[1]。

例③,《中國大百科全書·電工》卷中有些詞條涉及中國電氣發(fā)展史,對照原始資料,發(fā)現(xiàn)有的詞條嚴(yán)謹(jǐn),有的詞條有誤差。這說明研究歷史、敘述歷史必須“親眼”看到“原始”史料,二手資料要存疑,特別是多次轉(zhuǎn)述的文獻(xiàn)更要小心,即使是親歷者的敘述也會有差錯。

1.3 有助于從歷史中獲得啟發(fā)

例如,通過調(diào)查我國工頻50Hz的起源可知,我國最早使用的電氣設(shè)備來自國外,當(dāng)初規(guī)定50Hz是因?yàn)楫?dāng)時來源地的負(fù)載主要是白熾燈,頻率低于50Hz會使眼睛感到光線閃爍,而頻率高(例如133Hz)又會導(dǎo)致電力傳輸效率下降,所以權(quán)衡各種因素,頻率選在50-80Hz之間是必然選擇,而具體是選50Hz還是60Hz,或者其它數(shù)值(例如65Hz)則有一定的人為偶然性。由此可知,今天我們選擇獨(dú)立電力系統(tǒng)(飛機(jī)、艦船等)的頻率時,也可以根據(jù)今天的技術(shù)條件和現(xiàn)狀來選擇,而不必一定選擇50Hz(例如飛機(jī)交流電力系統(tǒng)頻率就是400Hz),從而開闊了我們的思路[3]。

1.4 有助于完整認(rèn)識歷史

例如,以往我只知道特斯拉(N.Tesla,1856-1943)是旋轉(zhuǎn)磁場和感應(yīng)電動機(jī)的發(fā)明者,近幾年才知道他的貢獻(xiàn)是多方面的,特別突出的有:電力系統(tǒng)中多相電流的創(chuàng)造性應(yīng)用,電磁波的開創(chuàng)性研究,高電壓實(shí)驗(yàn)、無線電力傳輸?shù)?。在他誕辰150周年時,IEEE授予他“IEEE重大事件紀(jì)念計(jì)劃特別獎”,以紀(jì)念他在電工領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作[4]。

1.5 有助于增強(qiáng)學(xué)科的文化底蘊(yùn)

我平時在備課、授課過程中,經(jīng)常有一些疑問,有些經(jīng)過調(diào)查找到了答案,有些目前還不知道。例如電氣中為什么有“氣”;相量法在我國是如何傳播的;為什么我國供用電頻率是50Hz而不是其他數(shù)值;為什么我國民用電電壓是220V;我國電工高等教育的歷史如何,早期開設(shè)什么課程,有多少學(xué)生,這些學(xué)生對中國電工學(xué)科有哪些貢獻(xiàn);我國電工高等教育先是學(xué)習(xí)西方、后來學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)、最近30年又學(xué)習(xí)歐美,學(xué)科調(diào)整變化頻繁,在這個變化過程中有哪些值得汲取的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)?；卮疬@些問題是電工學(xué)科的重要研究內(nèi)容之一。

1.6 有助于學(xué)習(xí)電氣科技知識

例如,我以前在學(xué)習(xí)電磁場課程中的波導(dǎo)傳播理論時,由于兩根導(dǎo)線傳輸電磁能的觀念根深蒂固,總覺得一根空心的金屬管不能傳輸電磁波(圖1是矩形金屬波導(dǎo)的示意圖)。讀了《中國大百科全書·電子學(xué)與計(jì)算機(jī)》卷中的詞條“波導(dǎo)”后,知道因發(fā)現(xiàn)電離層和電報方程而聞名的英國物理學(xué)家亥維賽(O.Heaviside,1850-1925)當(dāng)年也有同樣疑問,進(jìn)一步調(diào)查了解到波導(dǎo)理論的建立經(jīng)歷了一段曲折的過程。1897年,英國物理學(xué)家瑞利(J.W.S.Rayleigh,1842-1919)最早完成了空心金屬圓柱形波導(dǎo)內(nèi)電磁波傳播模式的數(shù)學(xué)分析。但此后35年中,因在產(chǎn)生高頻電磁波方面所遇到的困難,瑞利的理論并沒有多少人知道,在實(shí)踐方面也未獲得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。直到1932年3月,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的索思沃思(G.C.Southworth,1890-1972)觀察到充水的銅管可以傳輸電磁波,1933年他又發(fā)現(xiàn)20英尺長的空心銅管也可以傳輸電磁波[5]。由于這與常識相背離,貝爾實(shí)驗(yàn)室的一位主要數(shù)學(xué)家總結(jié)性地寫下了不同的計(jì)算結(jié)論:提出的系統(tǒng)是不可能實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)摹?936年4月30日索思沃思向美國物理學(xué)會提交了一份學(xué)術(shù)報告,波導(dǎo)管被“再次發(fā)現(xiàn)”。此后,波導(dǎo)的理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用才有了重大發(fā)展。

圖1 矩形金屬波導(dǎo)

再例如,筆者以往對照相機(jī)的成像原理難以理解,后來讀了克拉爾等人編撰的《世界科學(xué)史》后才終于明白,原來照相機(jī)的原理就是“暗室”的小孔成像。暗室是一面墻上開有一個小孔的密閉房間。當(dāng)光線進(jìn)入小孔后,外面景物就投影到對面的墻壁上,形成上下顛倒的影像。如果將某些遇到光線能變暗的銀鹽(含銀化合物)涂覆在墻上,景物的影像就會被保存在暗室內(nèi)的墻壁上。

由此可見,學(xué)習(xí)電氣發(fā)展史可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心、化解學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

2 結(jié)語

學(xué)習(xí)電氣發(fā)展史有助于汲取歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),有助于澄清疑問、更正史書之誤,有助于從歷史中獲得啟發(fā),有助于完整認(rèn)識歷史,有助于增強(qiáng)學(xué)科的文化底蘊(yùn),有助于學(xué)習(xí)電氣科技知識。

[1]雷銀照.電氣詞源考[J].電工技術(shù)學(xué)報,2007,22(4):1-7

[2]中國大百科全書總編輯委員會電工編輯委員會.中國大百科全書·電工[M].電氣發(fā)展史分支.中國大百科全書出版社,1992

[3]雷銀照.我國供用電頻率50Hz的起源[J].電工技術(shù)學(xué)報,2010,25(3):20-26

[4]http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Milestones:Special Citations Guidelines(IEEE重大事件紀(jì)念計(jì)劃特別獎—電氣工程及其計(jì)算獎—尼古拉.特斯拉),2010-03-01

[5]Wikipedia.George Clark Southworth[EB/OL].http://en.wikipedia.org/wiki/George Clark Southworth,2009-12-20