Краткие исторические сведения

Рис. 1.1. Схема канала связи

Изучением электричества занимались Бенджамин Франклин (1706-1790) – выдающийся американский политический деятель и дипломат, крупный учёный и Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765) – гениальный русский учёный, создавший, в частности, оригинальную теорию атмосферного электричества.

После изобретения в 1800 году итальянским физиком и физиологом Алессандро Вольта (1745-1827) гальванического столба – первого в мире искусственного источника длительного постоянного напряжения – появилась возможность получать электрический ток.

Исследуя процессы в электрической цепи, выдающийся русский физик и электротехник Василий Владимирович Петров (1761-1834) открыл электрическую дугу (1802 г.) и указал на возможность практического применения её как для освещения, так и для плавки и сварки металлов.

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787-1854) в 1826 году установил основной закон электрической цепи, связывающий между собой сопротивление цепи, электродвижущую силу и силу тока.

Очень важную роль в развитии учения об электромагнитных явлениях сыграл английский учёный Майкл Фарадей (1791-1867), который в 1831 году открыл явление и закон электромагнитной индукции.

Первый в мире электромагнитный телеграфный аппарат был построен в 1832 году в России выдающимся русским физиком и востоковедом Павлом Львовичем Шиллингом (1786-1837).

В 1833 году русский академик Эмилий Христианович Ленц (1804-1865) открыл закон, устанавливающий связь между направлениями индукционных токов и их электромагнитными и электродинамическими взаимодействиями. В 1844 году Ленц независимо от английского учёного Джемса Прескотта Джоуля (1818-1889) установил, что количество тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении через него электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника и квадрату величины тока. Этот результат сейчас известен как закон Джоуля-Ленца.

В 1845 г. выдающийся немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф (1824-1887) сформулировал основные законы разветвлённых электрических цепей.

Законы Ома и Кирхгофа являются основными при анализе электрических цепей и, кроме того, имели и имеют огромное значение для развития теоретической и практической радиотехники.

Выдающийся английский физик Джемс Клерк Максвелл (1831-1879) в ставшем теперь классическом труде "Трактат об электричестве и магнетизме" в 1873 году изложил в математической форме основы теории электромагнитного поля, представляющей расширение и дальнейшее развитие идей Фарадея о физической реальности электромагнитного поля.

Основы для вывода уравнений движения электромагнитной энергии заложил выдающийся русский физик Николай Алексеевич Умов (1846-1915) в 1874 году в своей докторской диссертации.

Начало применению переменных электрических токов положил русский военный инженер и изобретатель в области электротехники Павел Николаевич Яблочков (1847-1894) в 1876 году.

Экспериментальное подтверждение и развитие теории поля, разработанной Максвеллом, было выполнено знаменитым немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем (1857-1894) в его опытах (1887-1889 годы) по получению и передаче электромагнитных волн.

Великий русский учёный Александр Степанович Попов (1859-1905) является изобретателем радио. На заседании физического отделения Русского физико-химического общества 7 мая 1895 года он выступил с докладом, продемонстрировал работу приёмника электромагнитных волн и выразил надежду, что его прибор при дальнейшем усовершенствовании может быть применён для передачи сигналов на расстояние. В январе 1896 года в "Журнале Русского физико-химического общества" он опубликовал статью со схемой и подробным описанием принципа действия разработанного им приёмника. То есть фактически А.С. Попов открыл радиосвязь, положив тем самым начало развитию радиотехники.

Итальянский предприниматель Гульельмо Маркони (1874-1937), ознакомившись с работами Герца, занялся опытами в области электромагнитных волн. В 1896 г. он переехал в Англию, где подал заявку, а в 1897 году получил английский патент на применение электромагнитных волн для связи без проводов, воспользовавшись тем, что А.С. Попов своё изобретение не запатентовал.

Поэтому у нас в России изобретателем радио считают Александра Степановича Попова, а на Западе – Маркони.

Выдающийся русский физик Пётр Николаевич Лебедев (1866-1912) в 1899 году доказал наличие давления световых волн.

Курс "Теория электрических и магнитных явлений" впервые в России начал читать профессор В.Ф. Литкевич в Петербургском политехническом институте. Первой книгой в России, охватывающей основные вопросы курса теоретических основ электротехники, явилась вышедшая в 1916 году книга профессора К.А. Круга "Основы электротехники" (Московское высшее техническое училище).

В связи с быстрым развитием радиотехники, радиоэлектроники, технологии производства больших интегральных микросхем роль курса "Основы теории цепей" непрерывно возрастает. Например, задачи анализа схем, содержащих десятки и сотни тысяч компонентов, требуют поиска новых эффективных методов расчёта электрических цепей. Возникают задачи синтеза цепей, обладающих целым рядом таких технико-экономических показателей как низкая чувствительность характеристик к изменению параметров элементов и условий внешней среды, отсутствие элементов настройки, минимальные масса, габариты, потребляемая мощность и, в конечном итоге, возможно меньшая стоимость.

При изучении курса ОТЦ возникают определённые трудности, обусловленные несколькими причинами.

Во-первых, в курсе ОТЦ вводится множество новых понятий и определений, каждое из которых является достаточно простым, но освоение и применение их в совокупности представляет собой сложную задачу.

Во-вторых, при анализе и синтезе схем требуется знание различных разделов высшей математики, например, таких как теория дифференциального и интегрального исчисления, теория функций комплексного переменного, численные методы решения алгебраических и дифференциальных систем уравнений, методы аппроксимации, теория функциональных рядов, матричное исчисление, графы и др. Кроме того, необходимы также глубокие знания по физике в области электричества, колебаний и волн.

В-третьих, анализ и синтез современных радиотехнических устройств немыслимы без применения вычислительной техники.

В-четвёртых, применение абстрактных математических методов к решению конкретных задач практики даже при достаточном уровне подготовки является трудной задачей.

Студенты изучают дисциплину ОТЦ в течение четвёртого семестра, в котором предусмотрено по 4 часа лекций, по одному часу практических и по 2 часа лабораторных занятий в неделю. Кроме того, в течение семестра студенты делают курсовую работу и защищают её. Семестр заканчивается сдачей экзамена.

Рекомендуемая литература:

а) основная

1. Попов В.П. Основы теории цепей: Учебник для вузов. – 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2000. – 575 с. – УДК 621.301, П 58 (38 экз.)

2. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.Е. Основы теории цепей: Учебник для вузов; Под ред. В.П. Бакалова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 2000. – 592 с.: ил. – УДК 621.373(075), Б 19 (28 экз.)

3. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Учебник для электроэнергетических специальностей ВУЗов. 4-е изд. – СПб.: Питер, 2004. – Т.1 – 463 с., ил., Т.2 – 576 с., ил.

4. Бессонов Л.А. Сборник задач по ТОЭ. Учеб. Пособие для энергетических и приборостроительных специальностей. 4 изд. – М.: Высшая школа, 2003. – 528 с., ил.

б) дополнительная

1д. Основы теории цепей: Учебник для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. 5-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.: ил. – УДК 621.301, О-753 (271 экз.)

2д. Фриск В.В. Основы теории цепей: Учеб. пособие. – М.: ИП РадиоСофт, 2002. – 288 с.

3д. Прянишников В.А. Теоретические основы электротехники. Курс лекций. 4-е изд. – СПб.: Корона принт, 2004. – 368 с., ил.

4д. Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей: Учеб. пособие для электротехнич. и радиотехнич. спец. вузов. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 544 с.: ил. – УДК 621.301(076), Ш 363 (217 экз.)

5д. Кудрявцев Е.М. Mathcad 8. – М.: ДМК, 2000. – 320 с. – УДК 681.3, К889 (2 экз.)