電燈泡讓夜晚變得不再漆黑,電動機讓汽車、高鐵的通行變得可能、讓炎熱的夏天因為有了空調而不再炙熱,試觀察我們的周邊,有90%的物品離開電都不能正常運行。自二十世紀電力化革命以來,電能在我們的生活中無處不在,而電氣工程這個專業又和電有著千絲萬縷的聯繫。
可是為什麼電氣工程專業要叫做電氣而不是其他名字呢?當我剛邁入這專業的學習時也充滿著疑惑,後來隨著專業課程學習的逐漸深入,再加上查看了各類有關電氣的介紹文章之後,仔細一想叫做「電氣」也不是沒有其中的道理。
電氣的概念是什麼?
電氣(Electrical , electrical power and equipment)
是電能的生產、傳輸、分配、使用和電工裝備製造等相關學科或工程領域的統稱。如電力電子技術,計算機技術,電機電器技術,信息與網絡控制技術,機電一體化技術。是以電能、電氣設備和電氣技術手段來創造、維持與改善限定空間和環境的一門學科。涵蓋電能的轉換、利用和研究三方面,其中包括基礎理論、應用技術、設施設備等。電氣的出處來源於哪裡?
早在電氣這門學科從國外引進到國內時,「電氣」一詞是由清末外國傳教士對electric fluid的翻譯,具體可以參見《「電氣」詞源參考》。
「電氣」最早可能源於美國傳教士瑪高溫所譯《博物通書》一書。
1831年法拉第發現電磁感應現象。在當時,科學界關於電的主流理論是電流體理論(fluid theory of electricity),將電現象解釋為電流體的運動。「電氣」便是瑪高溫在翻譯當時西方主流電學知識時對電流體的翻譯,他用氣來解釋fluid,或許不止考慮到氣體的流動特性,也考慮到當時看來電和中國古代哲學中所說的「氣」一樣都是萬物皆有的神秘現象。
還有一種觀點是在西方工業革命之初,動力機械裝置均有蒸汽機驅動,後來電動機誕生,人們按照習慣也將「電氣」用以比擬蒸汽機中的「汽」,後來蒸汽機逐漸被淘汰,這種叫法也就沿用了下來。
電氣中的氣,當指「壓縮空氣」。工業自動化中,需要動起來的設備,有電動、氣壓傳動、液壓傳動三種。電動和啟動是最為廣泛的動力源,兩者結合使用,完成自動化。故稱為:電氣自動化。
基於現代科學認識:物質是由原子組成,而原子由原子核和核外電子組成。原子核帶正電,核外電子帶負電,原子呈電中性。而當外界有摩擦、吸引或其他作用力產生時,就會使原子不再呈電中性而帶正電或負電。在後來科技發展的情況下,人們發現電子在以無規則、高速的圍繞原子核做圓周運動,而它出現在原子核周圍任何一軌道都是不確定的,因而採用電子云來描述它在原子核外空間某處出現的概率。
故而將這個電子云的廣義上稱為電氣。
電氣囊括了電子運動的所有相關物理現象,既包括強電(指工作電壓在220V以上)也包括弱電。國外大學電氣工程electrical engineering涵蓋了強電power engineering、弱電electronic engineering。但在中國的高校,電氣一般多偏向於弱電(電力電子、電機等),而電力則偏向於強電(電壓系統、高電壓傳輸等)。
將電氣分為強電和弱電領域的區分相對來說更容易使初次接觸這個專業的人理解。
傳統的強電領域就好比整個電能的前端,如發電站電力的產生、傳輸途中高電壓以降低電能的損耗、輸送到用戶時分區建立的變壓站及變電箱等,大多處於電能的使用前端。
弱電領域就好比在生活中如何能更好地將電能使用。空調、冰箱中的變頻壓縮電機如何利用電能將空氣中的能量與室內或箱體進行交互;電腦、手機等智能設備的晶片如何利用微小的電流改變來達到某種功能或控制某個物體等,這些當代社會隨意可見的智能且自動化設備的控制都離不開弱電作用。
現在看來將「電氣」類比做「蒸汽」來廣義理解再合適不過了,機械裝置中好比「氣體」一樣促使設備運轉,控制設備時又好像某種神秘的氣體操控著一切。「電氣工程」這個專業對於現代社會就是這麼奇妙且重要,幾乎是所有工科的必備基礎學科。
以我現在一個本科生的經歷,對於這門專業的了解肯定不夠深刻,如果有哪些不當的地方還請各位前輩指正。
希望各位電氣人能夠分享自己在學習、工作中對於這門學科的理解,有哪些更好理解「電氣」的方法。