电气学科的由来及发展
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摘要：电气学科从最基本的电磁学发展而来，经过一代代的科学家的不懈努力，为人类掌握电气工程技术打下了理论基础。
中图分类号：F407 文献标识码： A
一、电气学科的由来
所谓电气是指电能的生产、传输、分配、使用和电工装备制造学科或工程领域性质，是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学，涵盖电能的转换、利用和研究三方面，包括基础理论、应用技术、设施设备等。
学科，是对知识的划分，它常与专业结合在一起使用，对研究生的教学用学科，对本科以下用专业。
1、电磁学理论的建立及通讯技术的发展
自然界中的雷电现象是人类对电有了最早、最朴素的认识，而吸铁石是人类对磁现象的最早观察。人类对电磁现象的研究开始于16世纪的英国，1663年德国科学家盖利克发明了摩擦起电的仪器，1729年英国科学家发现电荷可以通过金属传导等等，这些都是人类对电的早期实验，这之后出现了一系列具有里程碑意义的发明或发现。
⑴库仑定律。1785年法国科学家库仑通过扭秤测量静电力和电磁力总结出两个电荷之间的作用力与它们间距离的平方成反比，与它们所带电荷量的乘积成正比，这就是著名的库仑定律。这一发现的现实意义在于它标志着人类对电磁现象的研究从定性到定量阶段。
⑵伏打电池。1799年，意大利物理学家伏特经过反复实验发现把任何潮湿的金属物体间都会产生电流，一年后伏特发明了世界上第一个电池，人类对电的研究由静电扩大到动电，开辟电学研究的新领域。
⑶奥斯特发现电流的磁效应和安培右手定则。1820年奥斯特偶然发现通电的铂丝周围的小磁针发生轻微晃动，之后他经过反复实验证实了这一点。其后安培进行了更加深入的研究，提出了右手定则，发现了电流方向与磁针转动方向之间的关系。安培通过实验发现了2个通电导体和2个通电线圈之间相互作用的规律，从而奠定了电动力学的基础。
⑷法拉弟电磁感应。英国科学家法拉弟是第一个完成磁生电实验的人，并且归纳出产生感应电流的5种情况。法拉弟把这一现象叫做电磁感应。电磁感应的发现使生产电成为可能，至今，发电机、变压器都是运用电磁感应原理工作的。
⑸麦克斯韦的电磁场理论。英国数学家、物理学家麦克斯韦总结了前人的一系列成果，用数学方程式表示电磁场，建立了完整的电磁理论体系，揭示了光、电、磁本质的统一，并预言了电磁波的存在。
电磁理论的建立为无线电通信奠定了基础，先后发明了有线电报、有线电话和无线通信。
2、电工技术的初期发展
人类社会历程中经历了三次工业革命，对人类的进步起到了巨大的作用，第一次工业革命从18世纪中叶到19世纪中叶，以瓦特发明的蒸汽机为标志，以机械化为特征，中心在英国；第二次工业革命从19世纪后半期到20世纪中叶，以工业生产电气化为主要标志，其成果是电力、钢铁、化工“三大技术”和汽车、飞机、无线电“三大文明”为标志，中心在美国和德国。第三次工业革命从20世纪中叶到21世纪初，以社会生产、生活信息化为特点。
⑴直流发电机的诞生。1831年英国企业家研制出历史上第一台发电机，蒸汽动力永磁发电机，1832年法国科学家发明了世界上第一台直流发动机，1866年西门子发明了自激式直流发电机，1870年格拉姆发明了实用自激直流发电机，它结构简单，输出电流稳定。
⑵远距离输电。1875年法国建成世界上最早的火力发电厂，爱迪生不仅发明了灯泡，还建立了美国第一家直流发电工厂，通过电缆输送照明用电，不过当时最远的输送距离只有1.6公里。之后，爱迪生还建立了一座水电站，形成了电力工业体系的雏形。
⑶交流发电机的诞生。1878年俄国人亚布洛切科夫成功试验了单相交流输电技术，1885年，英国工程师菲尔安设计的第一座交流单相发电站建成，同年美国人威斯汀豪团队完成了交流发电、供电系统，并创建了交流配电网。1883年美籍工程师特斯拉发明了世界上第一台感应电动机。5年后他又发明了两相异步电动机和交流电传输系统。1888年，俄国工程师德布罗夫斯基和德尔伏发明了三相交流电，1891年德国安装了世界上第一台三相交流发电机，并建成了第一条三相交流输电线路，从此，三相电交流电得到了广泛的应用，电能逐步取代蒸汽机成为动力源，电力工业得到迅速发展。
3、电工理论的建立
⑴电路理论的建立。电路理论的建立是一个过程，1778年伏特提出了电容的概念，给出了导体上储存电荷的计算方法Q=CU，1831年法拉第提出了电磁感应定律，1832年亨利提出了磁通量的计算公式。1845年德国物理学家基尔霍夫提出了关于任意电路中电流和电压关系的基本定律：电流定律（任意时刻电路中任何一个节点的各支路电流的代数和为0）；电压定律（任意时刻电路中任意一个闭合回路的各元件电压的代数和为0）。这两个定律奠定了电路理论系统分析的基础。
⑵电网络理论的建立。通信技术的兴起推动了电网络理论的发展。1924年福斯特给出了电容、电感二端网络的电抗定理，建立了由给定频率特性设计电路的电网络理论。1945年美国科学家伯德总结分析了线性电路和控制系统的频域分析方法，1953年梅森创建了采用信号流图分析复杂回馈系统的方法，并被广泛的应用。20世纪中期计算机的出现使电网络的计算机辅助的分析和设计成为电路理论研究中的基本手段。
二、电气学科的发展
按照我国高等教育学科的划分，电气信息学科属于工学门类，其下设五个一级学科：电气工程、电子科学与技术、信息通信工程、控制科学与工程、计算机科学与技术 。这五个学科有着相同的学科基础，都是研究电磁现象及应用的基础学科与技术工程的综合学科。电子科学与技术、信息通信工程和计算机科学与技术是从电类专业派生出来的弱电学科，在19世纪末电气科学技术已经形成了电力与电信两大分支。
电气工程一级学科下设五个二级学科：电机与电器、电力系统及其自动化、高压电与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术。电气工程包含的专业基础理论有电路原理、模拟电子、数字电子、微机原理与接口技术、单片机原理、自动控制原理、电磁理论、MATLAB仿真等。专业理论有电力系统及其动态分析、电力电子、电机学、高压电与绝缘、电力拖动、输配电、工厂企业供电、电力市场等。
我国的电气工程开始于1908年上海南洋公学的电机电工学科，就是上海交大的前身，距今有100多年的历史，1917年上海交大的电机专科设立了电讯门，既我国最早的无线电专业，如今的电子信息及计算机专业都是由此发展演化而来，1932年清华大学设置了电机系，建国后，建立了一大批以工科为主的大学，其中大多设立了电机工程系，1977年以后，大部分高校的“电机工程系”更名为“电气工程系”，近几年来，部分高校又把“电气工程系”发展成为“电气工程学院”。大学一般都是把强弱电分开，即电气类与电信类，它们分别设在不同的学院。
电气学科的发展历史证明了这样两个道理：一是任何理论的创立和技术的发展都是众多科学家一代代不懈努力的结果来完成的，特别是在学科相互融合交叉的今天更是如此；二是科学技术的每次重大突破都会导致生产力的跨越式发展和人类社会的进步，科技是第一生产力，创新是社会发展的推动力。
参考文献：
（1）范瑜. 电气工程概论（M）. 北京：高等教育出版社.2006
（2）黄其励. 21世纪的电力新技术（J） . 东北电力技术.1998（6）
北京：高等教育出版社. 2006