談電氣工程的發展與未來

趙爽 韓斯丞

摘 要 電氣工程作為21世紀推動科學技術迅猛發展的核心和關鍵學科， 歷經了百余年的發展與檢驗， 如今在工程領域中仍然具有舉足輕重的地位。放眼未來， 在以后甚至相當長的時間里， 人類最易于利用的優質能源仍是電能， 所以電氣工程的發展是與人類的未來相濟的， 我們仍會利用甚至是依賴電能。本文著重于探討電氣工程學科的發展史與未來發展的方向。

關鍵詞 電氣工程； 發展歷程； 發展方向； 未來預測

1電氣工程的發展歷史

1.1 電和磁階段

16世紀末期，英國醫生、物理學家吉爾伯特首先研究了摩擦起電的原因，并將其與磁的作用區分開來，稱作“電的作用”，發表的著作《論磁》詳細地概括了他對電和磁現象進行觀察和實驗的結果，他是第一個從理論上開始研究電和磁的人。1660年，德國工程師格里凱發明了最早期的摩擦起電機，使得人類增加了對電荷的認識。1733年，法國人杜菲對格里凱的實驗非常感興趣，隨后他也做了不少實驗，他通過實驗發現即使是絕緣處理后的金屬也可以通過摩擦起電，從而他推翻了格里凱等人的把物體分為“電的”和“非電”的結論。1746年，萊頓大學的慕欣勃羅克教授發現電能可以儲存在裝滿水的玻璃瓶中，由此發明了萊頓瓶。1785年，法國科學家庫侖通過扭秤實驗得出了庫侖定律，這是電和磁發展歷程上第一個定量提出電荷之間的作用力與距離、電荷量之間的關系的定律，為今后電和磁的發展奠定了堅實的基礎。1800年，意大利物理學家伏打制作完成了世界上第一個電池組，即“伏打電堆”，伏打電堆可以和萊頓瓶一樣儲存電能，甚至其性能還優于萊頓瓶。1820年，J.B.畢奧和F.薩伐爾在奧斯特發現的電流磁效應的基礎上深入研究了通過電流的導線對磁針的力的作用，并由此得出了畢奧-薩法爾定律。1826年，德國物理學家歐姆將“電傳導”類比“熱傳導”發現了電流強度與電動勢和電阻分別成正比和反比的關系。第二年他出版的著作《伽伐尼電路的數學論述》中從理論上明確了電路中電流、電阻和電動勢這三者的關系，這在電學歷史上是一部具有里程碑意義的著作。1831年，法拉第從奧斯特發現的電流磁效應出發，在線圈實驗中他發現了線圈在接通和斷開的時候，相鄰線圈周圍的磁針受到了力的作用。經過紐曼和韋伯的歸納整理，得出了法拉第電磁感應定律。1873年，英國數學家、物理學家麥克斯韋出版了自然科學理論巨著《電磁學通論》，歸納總結了庫侖、安培、法拉第等前輩們的探索和研究成果，建立起了完整的電磁學理論，揭示了光、電、磁本質上的統一，這是19世紀物理學發展歷程中最重要的成果，是科學史上最偉大的總結之一。所有偉大的成果都來自于一代又一代偉大科學家的不懈努力，正如牛頓所說“如果說我看得比別人更遠些，那是因為我站在巨人的肩膀上”。為電磁理論做出卓越貢獻的科學家還有很多，如德國工程學家西門子、美國發明家愛迪生、英國物理學家亨利·卡文迪什、德國物理學家海因里希·魯道夫·赫茲等，本文不再一一列舉。

1.2 電氣工程的發展階段

1882年，德國頂尖理工大學之一的達姆施塔特工業大學設置了世界上第一個電氣工程學教授席位并在次年建立了電機系。同年，美國麻省理工學院推出了電氣工程方向的大學課程。1885年，倫敦大學學院創立了電機技術系，后改名為電子電氣工程系。1886年，美國密蘇里大學、康奈爾大學等都陸陸續續建立了電氣工程系。在中國，電氣工程是屬于電氣信息學科類下的5個一級學科之一。我國電氣工程教育始于南洋公學，1908年，我國設立了第一個電機專修科，授電學、電機、電器等14門課程，是中國近代電氣工程教育的啟蒙。1932年，清華學堂（清華大學前身）設置了電機系。建國后，我國建立了許多以工科為主的大學，其大多數都設立了電機工程系。改革開放后，許多高校的“電機工程系”更名為“電氣工程系”，后又改名為“電氣工程學院”，呈現高職、專科、本科、研究生等多層次人才培養模式，由此我國的電氣工程教學與研究飛速發展，為國家輸送了一代又一代的優秀人才，以高校為基礎陣地展開的理論研究為電氣工程學科和我國電力行業的發展做出了巨大的貢獻。

2 電氣工程的未來發展方向

2.1 電氣工程未來的預測

電力作為國民經濟中的一項基礎性產業，對社會進步和科學發展可謂貢獻巨大。電能是一種經濟環保且易于控制和獲得的二次能源，與其密切相關的電氣工程的發展水平可以反映一個國家的工業發達程度。我國在電氣工程方面的教育和研究已經達到了相對較高的水平， 并在實際生產生活中取得了一定的成績。但以發展的眼光來看， 我們目前所達到的高度不能很好地滿足未來的形勢要求。只有立足于國內電氣工程發展現狀，著眼于創新和發展的大趨勢，向著高質量、高標準、高要求的建設目標努力，電氣工程才能更好的為國民服務，為新時代中國建設偉大工程添磚加瓦。

2.2 電氣工程的發展方向

2.2.1 智能電網

智能電網，是由信息化、自動化、互動化的輸配電體系構成的智慧電力系統，運用了先進的傳感和測量技術、設備技術、控制方法和決策支持系統技術，具有堅強、自愈、可兼容性強、互動性、經濟節能等特點，能在推動國民經濟發展、資源有效利用等發面發揮巨大作用，是下一代電網的發展方向。

2.2.2 可再生能源的充分整合

據統計，2018年風能（564GW）和太陽能（480GW）的發電裝機容量占全球電力總裝機量的14.8%，成為繼火、水后的第三大電能生產形式。但風能、太陽能發電具有的間歇性、波動性等特點，所得到的電能具有不確定性，而且產生的直流電在并網過程中會產生諧波，造成電能質量的不穩定性，所以如何更好的利用可再生能源是我們亟待解決的問題。

2.2.3 人工智能在電氣工程中的充分應用

隨著電氣工程的發展，計算機和人工智能技術也被逐漸應用到電氣工程領域。運用人工智能，可以在電氣工程生產和實踐中實現模擬人類收集數據，進行智能分析、處理和反饋的功能，能夠實現精確化、智能化的生產，同時可以解放人力、降低成本、提高生產效率。

2.2.4 電能質量不斷提高

隨著社會經濟的高速發展，智能手機和電腦等對電能質量敏感的設備不斷普及，電力系統諧波污染也愈加嚴重。因此對電能質量的要求也上升到了一個新的高度，電能質量的提升是持續推動社會經濟發展的必然需求，如何有效地解決電能質量問題對于家庭、企業、社會都非常重要。