电气工程技术和学科发展的历史与展望
论文关键词:电气工程技术；电气专业；发展史
一、电气工程技术的发展历史
电气工程是现代科学技术领域的核心学科之一。传统上，电气工程被定义为用于创建和生产电气和电子系统的相关学科的总和。21世纪的电工学概念已经远远超出了这个范畴，现在的电工学几乎涵盖了所有与电子和光子相关的工程行为。电气工程的发展程度直接反映了国家科技进步的水平。因此，电气工程的教育和科研在发达国家的大学中一直占有重要地位。
1.电磁理论的建立与通信技术的发展
自然界的雷电使人类对电有了最早最简单的认识，天然磁铁吸铁是对磁现象最早的观察。然而，人类对电磁现象的研究始于16世纪的英国，德国科学家格利克在1663年发明了摩擦起电的仪器，英国科学家在1729年发现电荷可以通过金属传导，这是人类电的早期实验。
(1)库仑定律。1785年，法国物理学家库仑总结出两个电荷之间的作用力与它们之间距离的平方成反比，与它们所带电荷的乘积成正比，这就是著名的库仑定律。这一发现的历史意义在于，它标志着电磁现象的研究从定性阶段进入了定量阶段。
(2)?伏特电池？。1799年，意大利物理学家伏特通过反复实验发现，把任何潮湿的物体放在两种不同的金属之间都会产生电流。一年后，伏特发明了世界上第一块电池。从此，人类对电的研究从静电扩展到了动电，开辟了电学研究的新领域。
(3)奥斯特发现了电流的磁效应和安培右手定则。1820年，奥斯特偶然发现通电铂丝周围的小磁针有轻微晃动，随后他通过反复实验证实了这一发现。后来安培进一步研究，提出右手定则，发现电流方向与磁针旋转方向的关系。安培还通过实验发现了两个带电导体和两个带电线圈相互作用的规律，从而奠定了电动力学的基础。
(4)法拉第发现了电磁感应。英国科学家法拉第是第一个成功完成磁能发电实验的人，他总结了感应电流的五种情况:一是改变电流；二是变化的磁场；三是运动的稳流；第四是运动磁场；第五是在磁场中运动的导线。法拉第称这种现象为？电磁感应？。电磁感应的发现使发电成为可能。迄今为止，发电机、电动机和变压器都是利用电磁感应原理工作的。
(5)麦克斯韦建立了电磁场理论。英国数学家、物理学家麦克斯韦总结了前人的一系列成果，用数学方程表示电磁场，建立了完整的电磁理论体系，揭示了光、电、磁的本质统一性，预言了电磁波的存在。1873年，他发表了电磁场理论的经典著作《电磁学通论》，这是一部具有里程碑意义的自然科学理论巨著。
任何科学发明和发现都是许多科学家不懈努力的结果。德国物理学家欧姆、高斯、赫兹，美国物理学家亨利，俄罗斯物理学家冷奇等。都有助于电磁理论的形成。这篇文章没有列在一个类别里。
电磁理论的建立为无线电通信的发展奠定了基础。19世纪，通信技术取得突破，有线电报、有线电话、无线通信相继发明。
2.电气技术的最初发展
人类社会的发展经历了三次工业革命，对人类的进步起到了巨大的作用。第一次工业革命，18世纪中叶至19世纪中叶，以瓦特发明的蒸汽机为标志，以机械化为特征，其中心在英国。19世纪下半叶至20世纪中叶，以工业生产电气化为标志的第二次工业革命，成就有电力、钢铁、化工。三项技术？用汽车、飞机和无线电通讯？三大文明？，其中心在美国和德国；20世纪中叶至20世纪初，以社会生产生活信息化为特征的第三次工业革命，也被称为新技术革命。第二次工业革命始于电气技术的启动和应用。
(1) DC生成器的诞生。1831年，英国企业家研制出历史上第一台蒸汽动力永磁发电机；1832法国科学家皮克斯发明了世界上第一台DC发动机；1866年，西门子发明了自励励磁DC发电机；1870年，格拉姆发明了一种结构可靠、电流稳定、输出功率大的实用自激式DC发电机，被各国广泛用作照明电源。
(2)远距离输电和电力工业技术体系的初步建立。1875年，世界上最早的燃煤电厂在法国巴黎建成。爱迪生不仅发明了灯泡，还在1882年建立了美国第一座DC发电厂，配备了6台DC发电机，通过电缆传输照明用电，但当时最大传输距离只有1.6km，爱迪生还修建了水电站，形成了电力工业体系的雏形。
(3)交流发电机充电电机的诞生。1876年至1878年，俄罗斯亚布洛·契诃夫成功实验单相交流输电技术。1885年，由英国工程师菲尔·安吉设计的第一座交流单相电站建成。同年，由美国人西屋公司领导的团队完成了交流发电和供电系统，并创建了交流配电网。1883年，美国电气工程师特斯拉发明了世界上第一台感应电机，5年后他又发明了两相异步电机和交流传动系统。1888年，俄罗斯工科教师布罗夫斯基和德尔沃发明了三相通信系统。1891年，德国安装了世界上第一台三相交流发电机，建成了第一条三相交流输电线路。此后，三相异步电动机得到广泛应用，电能逐渐取代蒸汽作为动力源，电力工业发展迅速。
3.电学理论的建立
(1)回路理论的建立。早期对电路的研究有:1778伏提出了电容的概念，给出了导体上储存电荷Q=CU的计算方法；欧姆在1826年发表欧姆定律；法拉第在1831年提出电磁感应定律；1832年，亨利提出了计算磁通量的公式。
1845年，德国物理学家基尔霍夫提出了关于任意电路中电流与电压关系的基本定律:电流定律(电路中任意节点任意时刻各支路电流的代数和为零)；电压定律(任意闭合电路中任意时刻各元件电压的代数和为零)。这两个定律发展了欧姆定律，为电路系统分析奠定了基础。
1853年，英国物理学家汤姆逊推导出电路振荡方程，得出了莱顿瓶发电过程中电流反复振荡并不断衰减的结论，并计算出振荡频率与R、L、C参数的关系，为动态电路分析奠定了基础。在1855中，汤姆逊还建立了长距离电缆的等效电路模型。
1893年，美国电工斯坦梅茨提出了计算交流电路的方法？相量法？其实很实用，也很容易理解，在正弦交流电路的分析中还是用的。
其间，亥姆霍兹等效发生器原理、基尔霍夫释放长距离架空线路参数的电路模型、赫韦塞德求解电路暂态过程的计算方法、傅立叶用数学方法建立的热传导定律等，都为丰富和完善电工理论发挥了重要作用。
(2)电网络理论的建立。通信技术的兴起促进了电网络理论的发展。1924中，Foster给出了电感电容二端网络的电抗定理，建立了设计给定频率特性电路的电网络理论。
1945年，美国科学家Byrd总结出分析线性电路和控制系统的频域分析法。在1953中，梅森建立了用信号流图分析复杂反馈系统的方法，并得到了广泛的应用。20世纪50年代，美国科学家达默制造了第一批集成电路，从中加入了含源器件的电路分析与综合。20世纪70年代，在L.O.Chua等科学家的努力下，器件建模理论逐渐完善。20世纪中期计算机的出现使计算机辅助分析和设计电网络成为电路理论研究的基本手段。