|
Реферат: Лауреаты нобелевской премий по физике (Физика)
НОБЕЛЕВСКИЕ ПРЕМИИ
НОБЕЛЕВСКИЕ ПРЕМИИ, международные премии, названные по имени их
учредителя шведского инженера-химика А. Б. Нобеля. Присуждаются ежегодно (с
1901) за выдающиеся работы в области физики, химии, медицины и физиологии,
экономики (с 1969), за литературные произведения, за деятельность по
укреплению мира. Присуждение Нобелевских премий поручено Королевской АН в
Стокгольме (по физике, химии, экономике), Королевскому Каролинскому медико-
хирургическому институту в Стокгольме (по физиологии и медицине) и Шведской
академии в Стокгольме (по литературе); в Норвегии Нобелевский комитет
парламента присуждает Нобелевские премии мира. Нобелевские премии не
присуждаются дважды и посмертно.
ЧЕРЕНКОВ Павел Алексеевич
ЧЕРЕНКОВ Павел Алексеевич (1904-90), российский физик, академик АН СССР
(1970), Герой Социалистического Труда (1984). Экспериментально обнаружил
новое оптическое явление (излучение Черенкова — Вавилова). Труды по
космическим лучам, ускорителям. Государственная премия СССР (1946, 1952,
1977), Нобелевская премия (1958, совместно с И. Е. Таммом и И. М. Франком).
ФРАНК Илья Михайлович
ФРАНК Илья Михайлович [10 (23) октября 1908, Петербург — 1990],
российский физик, академик АН СССР (1968). Окончил Московский университет
(1930). Ученик С. И. Вавилова, в лаборатории которого начал работать еще
будучи студентом, исследуя тушение люминесценции в жидкостях.
После окончания университета работал в Государственном оптическом
институте (1930-34), в лаборатории А. Н. Теренина, изучая фотохимические
реакции оптическими методами. В 1934 перешел по приглашению С. И. Вавилова
в Физический институт им. П. Н. Лебедева АН СССР (ФИАН), где он работал до
1978 (с 1941 заведующий отделом, с 1947 — лабораторией). В начале 30-х гг.
по инициативе С. И. Вавилова начал заниматься изучением физики атомного
ядра и элементарных частиц, в частности, открытого незадолго до этого
явления рождения гамма-квантами электронно-позитронных пар. В 1937 выполнил
совместно с И. Е. Таммом классическую работу по объяснению эффекта Вавилова
— Черенкова. В военные годы, когда ФИАН был эвакуирован в Казань, И. М.
Франк занимался исследованиями прикладного значения этого явления, а в
середине сороковых годов интенсивно включился в работу, связанную с
необходимостью решения в кратчайший срок атомной проблемы. В 1946
организовал лабораторию атомного ядра ФИАН. В это время Франк является
организатором и директором Лаборатории нейтронной физики Объединенного
института ядерных исследований в Дубне (с 1947), заведующим Лабораторией
Института ядерных исследований АН СССР, профессором Московского
университета (с 1940) и зав. лабораторией радиоактивных излучений Научно-
исследовательского физического института МГУ (1946-1956).
Основные работы в области оптики, нейтронной и ядерной физики низких
энергий. Разработал теорию излучения Черенкова — Вавилова на основе
классической электродинамики, показав, что источником этого излучения
являются электроны, движущиеся с скоростью, большей фазовой скорости света
(1937, совместно с И. Е. Таммом). Исследовал особенности этого излучения.
Построил теорию эффекта Доплера в среде с учетом ее преломляющих
свойств и дисперсии (1942). Построил теорию аномального эффекта Доплера в
случае сверхсветовой скорости источника (1947, совместно с В. Л.
Гинзбургом). Предсказал переходное излучение, возникающие при переходе
движущимся зарядом плоской границы раздела двух сред (1946, совместно с В.
Л. Гинзбургом). Исследовал образование пар гамма-квантами в криптоне и
азоте, получил наиболее полное и корректное сравнение теории и эксперимента
(1938, совместно с Л. В. Грошевым). В середине 40-х гг. осуществлял широкие
теоретические и экспериментальные исследования размножения нейтронов в
гетерогенных уран-графитовых системах. Разработал импульсный метод изучения
диффузии тепловых нейтронов.
Обнаружил зависимость среднего коэффициента диффузии от геометрического
параметра (эффект диффузионного охлаждения) (1954). Разработал новый метод
спектроскопии нейтронов.
Явился инициатором исследования короткоживущих квазистационарных
состояний и деления ядер под действием мезонов и частиц высоких энергий.
Выполнил ряд экспериментов по исследованию реакций на легких ядрах, в
которых испускаются нейтроны, взаимодействия быстрых нейтронов с ядрами
трития, лития и урана, процесса деления. Принял участие в строительстве и
запуске импульсных реакторов на быстрых нейтронах ИБР-1 (1960) и ИБР-2
(1981). Создал школу физиков. Нобелевская премия (1958). Государственные
премии СССР (1946, 1954,1971). Золотая медаль С. И. Вавилова (1980).
ТАММ Игорь Евгеньевич
ТАММ Игорь Евгеньевич (1895-1971), российский физик-теоретик,
основатель научной школы, академик АН СССР (1953), Герой Социалистического
Труда (1953). Труды по квантовой теории, ядерной физике (теория обменных
взаимодействий), теории излучения, физике твердого тела, физике
элементарных частиц. Один из авторов теории излучения Черенкова — Вавилова.
В 1950 предложил (совместно с А. Д. Сахаровым) применять нагретую плазму,
помещенную в магнитном поле, для получения управляемой термоядерной
реакции. Автор учебника «Основы теории электричества». Государственная
премия СССР (1946, 1953). Нобелевская премия (1958, совместно с И. М.
Франком и П. А. Черенковым). Золотая медаль им. Ломоносова АН СССР (1968).
Семья. Годы учения
Отец, Евгений Федорович, инженер, работал в разных городах России — во
Владивостоке, где участвовал в строительстве Транссибирской магистрали (до
сих пор под Владивостоком есть названная в его честь станция «Евгеньевка»),
Одессе, Елизаветграде (ныне Кировоград, Украина), Киеве. Мать, Ольга
Михайловна, урожденная Давыдова, происходила из семьи военного. В 1913
Тамм, после окончания в Елизаветграде гимназии, поступил в Эдинбургский
университет. Родители, опасаясь чрезмерного увлечения сына политикой и
«революционными идеями», хотели, чтобы он учился за границей. Однако в 1914
Тамм перевелся на физико-математический факультет МГУ, который закончил в
1918. Учеба прерывалась добровольной поездкой на фронт в качестве «брата
милосердия» (март-сентябрь 1915) и участием в работе Первого Всероссийского
съезда Советов в июне 1917 (делегат от партии меньшевиков).
В 1917 Тамм женился на Наталье Васильевне Шуйской.
Этапы научной карьеры
По окончании МГУ Тамм преподавал физику в Таврическом университете
(Симферополь), а затем в Одесском политехническом институте (1919-22).
Здесь, под руководством Л. И. Мандельштама, которого Тамм всю жизнь считал
своим учителем, он выполнил первые научные исследования. В 1922 Тамм
переехал в Москву и в 1924 был приглашен заведующим кафедрой теоретической
физики в МГУ (преподавал до 1941 и в 1954-57). В 1929 он издает учебник
«Основы теории электричества» (10 издание в 1989), получивший широкую
известность и переведенный на многие языки.
С 1934, после переезда Академии наук в Москву, Тамм работает в
Физическом институте АН СССР. В 1935 он организовал в Институте
Теоретический отдел, которым руководил до конца жизни (с 1971 отдел носит
имя Тамма).
В 1933 Тамм избирается членом-корреспондентом АН СССР, в 1953 —
академиком. В 1946 и 1953 награждается Государственной премией, в 1953
получает звание Героя Социалистического Труда, в 1958 — Нобелевскую премию.
Вклад в физику
Основные направления научного творчества Тамма относятся к квантовой
механике, физике твердого тела, теории излучения, ядерной физике, физике
элементарных частиц, а также к решению ряда прикладных задач.
В 1930 Тамм создал квантовую теорию рассеяния света на кристаллах и
теорию рассеяния света электронами. В 1931 он (совместно с С. П. Шубиным)
разработал квантовую теорию фотоэффекта в металлах. К этому направлению
относятся и работы, в которых была показана возможность особых состояний
электронов на поверхности кристаллического тела (так называемые уровни
Тамма, 1932). Эти работы впоследствии приобрели важное значение в связи с
развитием физики повехностных явлений и микроэлектроники.
В 1937 совместно с И. М. Франком Тамм создал теорию Черенкова-Вавилова
излучения (Нобелевская премия).
В 1934 и 1936 Тамм публикует работы о природе ядерных сил, оказавшие
влияние на решение проблемы сильных взаимодействий. В области ядерной
физики широкую известность получил также метод трактовки взаимодействия
ядерных элементарных частиц (метод Тамма-Данкова, 1945). В прикладной
физике наибольшую известность получили выполненные в 1950-53 совместно с А.
Д. Сахаровым работы по удержанию и термоизоляции плазмы с помощью магнитных
полей (см. Управляемый термоядерный синтез).
В 1948 Тамм, несмотря на сомнительные по меркам того времени анкетные
данные (его брат, Л. Е. Тамм, инженер-химик, в 1937 был расстрелян как
«враг народа»), а также ряд его сотрудников были привлечены к созданию
ядерного оружия (в 1950-53 Тамм жил и работал в закрытом городе Арзамас-
16). Это было следствием как непосредственно его высокой научной репутации,
так и репутации школы Тамма.
Среди его учеников — С. П. Шубин, В. Л. Гинзбург, Л. В. Келдыш, М. А.
Марков, А. Д. Сахаров.
Характерная черта Тамма-ученого — стремление заниматься наиболее
актуальными проблемами физики. Это стремление было связано с присущей ему
смелостью — как в научной работе (выбор тематики, подход к решению проблемы
и т. д.), так и в жизни. Работа захватывала Тамма целиком. В любых условиях
— на заседаниях, дома, в транспорте, в туристических походах — он обдумывал
волнующие его проблемы, занимался расчетами. При такой поглощенности наукой
он не слишком остро переживал неудачи и быстро переключался на поиск новых
подходов к решению проблемы.
Общественный темперамент и принципиальность Тамма ярко проявились в
1950-60-е гг., когда он принял живое участие в борьбе с «лысенковщиной» в
биологии. В 1956 по его настоянию на физическом факультете МГУ была создана
кафедра биофизики; проблемы преследуемой генетики часто обсуждались на
руководимом Таммом общемосковском семинаре в Физическом институте. В эти
годы Тамм неоднократно и открыто выступал с докладами и заявлениями о
пагубной роли Т. Д. Лысенко в биологии, о псевдонаучности его теорий. В
связи с этой деятельностью Н. В. Тимофеев-Ресовский писал: «... И. Е. был
не только обаятельным человеком, но и полновесной личностью, внушавшей
каждому абсолютное доверие. ... И. Е. в моей памяти сохранился в числе
личностей необычайно одаренных разнообразными способностями и
темпераментом, но в равной степени больших ученых, таких, как Эйнштейн,
Бор, Резерфорд, Дирак, Шредингер.»
Значение личности Тамма для российских физиков определил А. Д. Сахаров:
«Люди моего поколения впервые узнали имя И. Е. Тамма как автора
замечательного курса теории электричества — для многих он был
откровением... Одновременно до нас доходили раскаты баталий за теорию
относительности, за квантовую теорию, доходили пленительные слухи об
альпинистских и туристских увлечениях И. Е. К этому времени И. Е. уже был
автором многих выдающихся оригинальных работ... Уже к концу 30-х годов имя
И. Е. (даже для тех, кто не знал его лично) было окружено ореолом — не в
сверхъестественном, а в просто высоком человеческом смысле. В нем, наряду с
Ландау, советские физики-теоретики видели своего заслуженного и признанного
главу...»
Последние годы
В конце 1968 Тамм серьезно заболел (атрофия участков спинного мозга,
ответственных за мышечную деятельность диафрагмы). Была сделана операция
для подключения организма к аппарату искусственного дыхания. Первые полтора-
два года Тамм еще активно работал: оставаясь «подключенным» к аппарату,
садился за письменный стол и занимался по 5-6 часов в день. В это время он
был увлечен проблемами теории поля, постоянно общался с сотрудниками своего
отдела, интересовался новостями физики, биологии, политики. В 1968 Тамму
была присуждена высшая награда АН СССР — золотая медаль имени М. В.
Ломоносова. Полагающийся для лауреата доклад на общем собрании Академии,
написанный Таммом, по его просьбе прочитал А. Д. Сахаров. В последний год
жизни Тамм уже не мог работать за письменным столом, но, оставаясь в
постели, до конца занимался наукой, проводил вычисления.
КАПИЦА Петр Леонидович
КАПИЦА Петр Леонидович (1894-1984), российский физик, один из
основателей физики низких температур и физики сильных магнитных полей,
академик АН СССР (1939), дважды Герой Социалистического Труда (1945, 1974).
В 1921-34 в научной командировке в Великобритании. Организатор и первый
директор (1935-46 и с 1955) Института физических проблем АН СССР. Открыл
сверхтекучесть жидкого гелия (1938). Разработал способ сжижения воздуха с
помощью турбодетандера, новый тип мощного сверхвысокочастотного генератора.
Обнаружил, что при высокочастотном разряде в плотных газах образуется
стабильный плазменный шнур с температурой электронов 105—106 К.
Государственная премия СССР (1941, 1943), Нобелевская премия (1978).
Золотая медаль имени Ломоносова АН СССР (1959).
БАСОВ Николай Геннадиевич
БАСОВ Николай Геннадиевич (р. 1922), российский физик, один из
основоположников квантовой электроники, академик РАН (1991; академик АН
СССР с 1966), дважды Герой Социалистического Труда (1969, 1982). Окончил
Московский инженерно-физический институт (1950). Труды по полупроводниковым
лазерам, теории мощных импульсов твердотельных лазеров, квантовым
стандартам частоты, взаимодействию мощного лазерного излучения с веществом.
Открыл принцип генерации и усиления излучения квантовыми системами.
Разработал физические основы стандартов частоты. Автор ряда идей в области
полупроводниковых квантовых генераторов. Исследовал формирование и усиление
мощных импульсов света, взаимодействие мощного светового излучения с
веществом. Изобрел лазерный метод нагрева плазмы для термоядерного синтеза.
Автор цикла исследований мощных газовых квантовых генераторов. Предложил
ряд идей по использованию лазеров в оптоэлектронике. Создал (совместно с А.
М. Прохоровым) первый квантовый генератор на пучке молекул аммиака — мазер
(1954). Предложил метод создания трехуровневых неравновесных квантовых
систем (1955), а также использование лазера в термоядерном синтезе (1961).
Председатель правления Всесоюзного общества «Знание» в 1978-90. Ленинская
премия (1959), Государственная премия СССР (1989), Нобелевская премия
(1964, совместно с Прохоровым и Ч. Таунсом). Золотая медаль им. М. В.
Ломоносова (1990). Золотая медаль им. А. Вольты (1977).
ЛАНДАУ Лев Давидович
ЛАНДАУ Лев Давидович (1908-68), российский физик-теоретик, основатель
научной школы, академик АН СССР (1946), Герой Социалистического Труда
(1954). Труды во многих областях физики: магнетизм; сверхтекучесть и
сверхпроводимость; физика твердого тела, атомного ядра и элементарных
частиц, физика плазмы; квантовая электродинамика; астрофизика и др. Автор
классического курса теоретической физики (совместно с Е. М. Лифшицем).
Ленинская премия (1962), Государственная премия СССР (1946, 1949, 1953),
Нобелевская премия (1962).
ЛАУРЕАТЫ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ
ПО ФИЗИКЕ
1901 Рентген В. К. (Германия) Открытие “x”-лучей (рентгеновских
лучей)
1902 Зееман П., Лоренц Х. А. (Нидерланды) Исследование расщепления
спектральных линий излучения атомов при помещении источника излучения в
магнитное поле
1903 Беккерель А. А. (Франция) Открытие естественной
радиоактивности
1903 Кюри П., Склодовская-Кюри М. (Франция) Исследование явления
радиоактивности, открытого А. А. Беккерелем
1904 Стретт [лорд Рэлей (Рейли)] Дж. У. (Великобритания) Открытие
аргона
1905 Ленард Ф. Э. А. (Германия) Исследование катодных лучей
1906 Томсон Дж. Дж. (Великобритания) Исследование
электропроводимости газов
1907 Майкельсон А. А. (США) Создание высокоточных оптических
приборов; спектроскопические и метрологические исследования
1908 Липман Г. (Франция) Открытие способа цветной фотографии
1909 Браун К. Ф. (Германия), Маркони Г. (Италия) Работы в области
беспроволочного телеграфа
1910 Ваальс (ван-дер-Ваальс) Я. Д. (Нидерланды) Исследования
уравнения состояния газов и жидкостей
1911 Вин В. (Германия) Открытия в области теплового излучения
1912 Дален Н. Г. (Швеция) Изобретение устройства для автоматического
зажигания и гашения маяков и светящихся буев
1913 Камерлинг-Оннес Х. (Нидерланды) Исследование свойств вещества
при низких температурах и получение жидкого гелия
1914 Лауэ М. фон (Германия) Открытие дифрации рентгеновских
лучей на кристаллах
1915 Брэгг У. Г., Брегг У. Л. (Великобритания) Исследование
структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей
1916 Не присуждалась
1917 Баркла Ч. (Великобритания) Открытие характеристического
рентгеновского излучения элементов
1918 Планк М. К. (Германия) Заслуги в области развития физики и
открытие дискретности энергии излучения (кванта действия)
1919 Штарк Й. (Германия) Открытие эффекта Доплера в канальных лучах
и расщепления спектральных линий в электрических полях
1920 Гильом (Гийом) Ш. Э. (Швейцария) Создание железоникелевых
сплавов для метрологических целей
1921 Эйнштейн А. (Германия) Вклад в теоретическую физику, в
частности открытие закона фотоэлектрического эффекта
1922 Бор Н. Х. Д. (Дания) Заслуги в области изучения строения атома
и испускаемого им излучения
1923 Милликен Р. Э. (США) Работы по определению элементарного
электрического заряда и фотоэлектическому эффекту
1924 Сигбан К. М. (Швеция) Вклад в развитие электронной спектроскопии
высокого разрешения
1925 Герц Г., Франк Дж. (Германия) Открытие законов соударения
электрона с атомом
1926 Перрен Ж. Б. (Франция) Работы по дискретной природе
материи, в частности за открытие седиментационного равновесия
1927 Вильсон Ч. Т. Р. (Великобритания) Метод визуального наблюдения
траекторий электрически заряженных частиц с помощью конденсации пара
1927 Комптон А. Х. (США) Открытие изменения длины волны
рентгеновских лучей, рассеяния на свободных электронах (эффект Комптона)
1928 Ричардсон О. У. (Великобритания) Исследование термоэлектронной
эмиссии (зависимость эмиссионного тока от температуры — формула Ричардсона)
1929 Бройль Л. де (Франция) Открытие волновой природы электрона
1930 Раман Ч. В. (Индия) Работы по рассеянию света и открытие
комбинационного рассеяния света (эффект Рамана)
1931 Не присуждалась
1932 Гейзенберг В. К. (Германия) Участие в создании квантовой
механики и применение ее к предсказанию двух состояний молекулы водорода
(орто- и параводород)
1933 Дирак П. А. М. (Великобритания), Шредингер Э. (Австрия) Открытие
новых продуктивных форм атомной теории, то есть создание уравнений
квантовой механики
1934 Не присуждалась
1935 Чедвик Дж. (Великобритания) Открытие нейтрона
1936 Андерсон К. Д. (США) Открытие позитрона в космических лучах
1936 Гесс В. Ф. (Австрия) Открытие космических лучей
1937 Дэвиссон К. Дж. (США), Томсон Дж. П. (Великобритания)
Экспериментальное открытие дифракции электронов в кристаллах
1938 Ферми Э. (Италия) Доказательства существования новых
радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с
этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами
1939 Лоуренс Э. О. (США) Изобретение и создание циклотрона
1940-42 Не присуждалась
1943 Штерн О. (США) Вклад в развитие метода молекулярных пучков и
открытие и измерение магнитного момента протона
1944 Раби И. А. (США) Резонансный метод измерения магнитных свойств
атомных ядер
1945 Паули В. (Швейцария) Открытие принципа запрета (принцип Паули)
1946 Бриджмен П. У. (США) Открытия в области физики высоких давлений
1947 Эплтон Э. В. (Великобритания) Исследование физики верхних
слоев атмосферы, открытие слоя атмосферы, отражающего радиоволны (слой
Эплтона)
1948 Блэкетт П. М. С. (Великобритания) Усовершенствование метода
камеры Вильсона и сделанные в связи с этим открытия в области ядерной
физики и физики космических лучей
1949 Юкава Х. (Япония) Предсказание существования мезонов на
основе теоретической работы по ядерным силам
1950 Пауэлл С. Ф. (Великобритания) Разработка фотографического
метода исследования ядерных процессов и открытие -мезонов на основе этого
метода
1951 Кокрофт Дж. Д., Уолтон Э. Т. С. (Великобритания) Исследования
превращений атомных ядер с помощью искусственно разогнанных частиц
1952 Блох Ф., Перселл Э. М. (США) Развитие новых методов точного
измерения магнитных моментов атомных ядер и связанные с этим открытия
1953 Цернике Ф. (Нидерланды) Создание фазово-контрастного метода,
изобретение фазово-контрастного микроскопа
1954 Борн М. (Германия) Фундаментальные исследования по квантовой
механике, статистическая интерпретация волновой функции
1954 Боте В. (Германия) Разработка метода регистрации совпадений
(акта испускания кванта излучения и электрона при рассеянии рентгеновского
кванта на водороде)
1955 Куш П. (США) Точное определение магнитного момента электрона
1955 Лэмб У. Ю. (США) Открытие в области тонкой структуры
спектров водорода
1956 Бардин Дж., Браттейн У., Шокли У. Б. (США) Исследование
полупроводников и открытие транзисторного эффекта
1957 Ли (Ли Цзундао), Янг (Ян Чжэньнин) (США) Исследование так
называемых законов сохранения (открытие несохранения четности при слабых
взаимодействиях), которое привело к важным открытиям в физике элементарных
частиц
1958 Тамм И. Е., Франк И. М., Черенков П. А. (СССР) Открытие и
создание теории эффекта Черенкова
1959 Сегре Э., Чемберлен О. (США) Открытие антипротона
1960 Глазер Д. А. (США) Изобретение пузырьковой камеры
1961 Мессбауэр Р. Л. (Германия) Исследование и открытие резонансного
поглощения гамма-излучения в твердых телах (эффект Мессбауэра)
1961 Хофстедтер Р. (США) Исследования рассеяния электронов на
атомных ядрах и связанные с ними открытия в области структуры нуклонов
1962 Ландау Л. Д. (СССР) Теория конденсированной материи (в
особенности жидкого гелия)
1963 Вигнер Ю. П. (США) Вклад в теорию атомного ядра и
элементарных частиц
1963 Гепперт-Майер М. (США),Йенсен Й. Х. Д. (Германия) Открытие
оболочечной структуры атомного ядра
1964 Басов Н. Г., Прохоров А. М. (СССР), Таунс Ч. Х. (США) Работы в
области квантовой электроники, приведшие к созданию генераторов и
усилителей, основанных на принципе мазера-лазера
1965 Томонага С. (Япония), Фейнман Р. Ф., Швингер Дж. (США)
Фундаментальные работы по созданию квантовой электродинамики (с важными
следствиями для физики элементарных частиц)
1966 Кастлер А. (Франция) Создание оптических методов изучения
резонансов Герца в атомах
1967 Бете Х. А. (США) Вклад в теорию ядерных реакций, особенно за
открытия, касающиеся источников энергии звезд
1968 Альварес Л. У. (США) Вклад в физику элементарных частиц, в том
числе открытие многих резонансов с помощью водородной пузырьковой камеры
1969 Гелл-Ман М. (США) Открытия, связанные с классификацией
элементарных частиц и их взаимодействий (гипотеза кварков)
1970 Альвен Х. (Швеция) Фундаментальные работы и открытия в
магнитогидродинамике и ее приложения в различных областях физики
1970 Неель Л. Э. Ф. (Франция) Фундаментальные работы и открытия в
области антиферромагнетизма и их приложение в физике твердого тела
1971 Габор Д. (Великобритания) Изобретение (1947-48) и развитие
голографии
1972 Бардин Дж., Купер Л., Шриффер Дж. Р. (США) Создание
микроскопической (квантовой) теории сверхпроводимости
1973 Джайевер А. (США),Джозефсон Б. (Великобритания), Эсаки Л. (США)
Исследование и применение туннельного эффекта в полупроводниках и
сверхпроводниках
1974 Райл М., Хьюиш Э. (Великобритания) Новаторские работы по
радиоастрофизике (в частности, апертурный синтез)
1975 Бор О., Моттельсон Б. (Дания), Рейнуотер Дж. (США)
Разработка так называемой обобщенной модели атомного ядра
1976 Рихтер Б., Тинг С. (США) Вклад в открытие тяжелой
элементарной частицы нового типа (джипси-частица)
1977 Андерсон Ф.,Ван Флек Дж. Х. (США),Мотт Н. (Великобритания)
Фундаментальные исследования в области электронной структуры магнитных и
неупорядоченных систем
1978 Вильсон Р. В., Пензиас А. А. (США) Открытие микроволнового
реликтового излучения
1978 Капица П. Л. (СССР) Фундаментальные открытия в области физики
низких температур
1979 Вайнберг (Уэйнберг) С., Глэшоу Ш. (США), Салам А. (Пакистан)
Вклад в теорию слабых и электромагнитных взаимодействий между элементарными
частицами (так называемое электрослабое взаимодействие)
1980 Кронин Дж. У, Фитч В. Л. (США) Открытие нарушения
фундаментальных принципов симметрии в распаде нейтральных К-мезонов
1981 Бломберген Н., Шавлов А. Л. (США) Развитие лазерной
спектроскопии
1982 Вильсон К. (США) Разработка теории критических явлений в связи с
фазовыми переходами
1983 Фаулер У. А., Чандрасекар С. (США) Работы в области строения
и эволюции звезд
1984 Мер (Ван-дер-Мер) С. (Нидерланды), Руббиа К. (Италия) Вклад в
исследования в области физики высоких энергий и в теорию элементарных
частиц [открытие промежуточных векторных бозонов (W, Z0)]
1985 Клитцинг К. (Германия) Открытие “квантового эффекта Холла”
1986 Бинниг Г. (Германия), Рорер Г. (Швейцария), Руска Э. (Германия)
Создание сканирующего туннельного микроскопа
1987 Беднорц Й. Г. (Германия), Мюллер К. А. (Швейцария) Открытие
новых (высокотемпературных) сверхпроводящих материалов
1988 Ледерман Л. М., Стейнбергер Дж., Шварц М. (США) Доказательство
существования двух типов нейтрино
1989 Демелт Х. Дж. (США), Пауль В. (Германия) Развитие метода
удержания одиночного иона в ловушке и прецизионная спектроскопия высокого
разрешения
1990 Кендалл Г. (США), Тейлор Р. (Канада), Фридман Дж. (США)
Основополагающие исследования, имеющие важное значение для развития
кварковой модели
1991 Де Жен П. Ж. (Франция) Достижения в описании молекулярного
упорядочения в сложных конденсированных системах, особенно в жидких
кристаллах и полимерах
1992 Шарпак Ж. (Франция) Вклад в развитие детекторов элементарных
частиц
1993 Тейлор Дж. (младший), Халс Р. (США) За открытие двойных
пульсаров
1994 Брокхауз Б. (Канада), Шалл К. (США) Технология исследования
материалов путем бомбардирования нейтронными пучками
1995 Перл М., Рейнес Ф. (США) За экспериментальный вклад в физику
элементарных частиц
1996 Ли Д., Ошерофф Д., Ричардсон Р. (США) За открытие
сверхтекучести изотопа гелия
1997 Чу С., Филлипс У. (США), Коэн-Тануджи К. (Франция) За
развитие методов охлаждения и захвата атомов с помощью лазерного излучения.
Реферат на тему: Лекции по ТОЭ
Лекции по ТОЭ
Введение
1. Элементы электрических цепей.
2. Топология электрических цепей.
3. Переменный ток. Изображение синусоидальных переменных.
4. Элементы цепи синусоидального тока, векторные диаграммы и комплексные
соотношения для них.
5. Основы символического метода расчета. Методы контурных токов и узловых
потенциалов.
6. Основы матричных методов расчета электрических цепей.
7. Мощность в электрических цепях.
8. Резонансные явления в цепях синусоидального тока.
9. Векторные и топографические диаграммы. Преобразование линейных
электрических цепей.
10. Анализ цепей с индуктивно связанными элементами.
11. Особенности составления матричных уравнений при наличии индуктивных
связей и ветвей с идеальными источниками.
12. Методы расчета, основанные на свойствах линейных цепей.
13. Метод эквивалентного генератора. Теорема вариаций.
14. Пассивные четырехполюсники.
15. Электрические фильтры.
16. Трехфазные электрические цепи: основные понятия и схемы соединения.
17. Расчет трехфазных цепей.
18. Применение векторных диаграмм для анализа несимметричных режимов.
Мощность в трехфазных цепях.
19. Метод симметричных составляющих.
20. Теорема об активном двухполюснике для симметричныхсоставляющих.
21. Вращающееся магнитное поле. Принцип действия асинхронного и
синхронного двигателей.
22. Линейные электрические цепи при несинусоидальных периодических токах.
23. Резонансные явления в цепях несинусоидального тока. Высшие гармоники в
трехфазных цепях.
24. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Классический метод
расчета переходных процессов.
25. Методика и примеры расчета переходных процессов классическим методом.
26. Определение постоянной времени. Переходные процессы в R-L-C-цепи.
27. Операторный метод расчета переходных процессов.
28. Последовательность расчета переходных процессов операторным методом.
Формулы включения. Переходные проводимость и функция по напряжению.
29. Интеграл Дюамеля. Метод переменных состояния.
30. Нелинейные цепи постоянного тока. Графические методы расчета.
31. Расчет нелинейных цепей методом эквивалентного генератора.
Аналитические и итерационные методы расчета цепей постоянного тока.
32. Нелинейные магнитные цепи при постоянных потоках.
33. Общая характеристика задач и методов расчета магнитных цепей.
34. Особенности нелинейных цепей переменного тока. Графический метод
расчета с использованием характеристик для мгновенных значений.
35. Графические методы расчета с использованием характеристик по первым
гармоникам и действующим значениям. Феррорезонанс. Аналитические
методы расчета.
36. Метод кусочно-линейной аппроксимации. Метод гармонического баланса.
37. Понятие об эквивалентном эллипсе, заменяющем петлю гистерезиса. Потери
в стали. Катушка и трансформатор с ферромагнитными сердечниками.
38. Переходные процессы в нелинейных цепях. Аналитические методы расчета.
39. Понятие о графических методах анализа переходных процессов в
нелинейных цепях. Методы переменных состояния и дискретных моделей.
40. Цепи с распределенными параметрами в стационарных режимах: основные
понятия и определения.
41. Линия без искажений. Уравнения линии конечной длины. Определение
параметров длинной линии. Линия без потерь. Стоячие волны.
42. Входное сопротивление длинной линии. Переходные процессы в цепях с
распределенными параметрами.
43. Сведение расчета переходных процессов в цепях с распределенными
параметрами к нулевым начальным условиям. Правило удвоения волны.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
[pic]
Ивановский государственный энергетический университет
Кафедра теоретических основ электротехники и электротехнологии
Доктор техн. наук, профессор А.Н. Голубев
Введение
Теоретические основы электротехники (ТОЭ) являются базовым общетехническим
курсом для электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов.
Курс ТОЭ рассчитан на изучение в течение трех семестров и состоит из двух
основных частей: теории цепей (два семестра) и теории электромагнитного
поля (один семестр). Данный лекционный курс посвящен первой из указанных
частей ТОЭ -теории линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей.
Содержание курса и последовательность изложения материала в нем в целом
соответствуют программе дисциплины ТОЭ для электротехнических и
электроэнергетических специальностей вузов.
Цель данного курса состоит в том, чтобы дать студентам достаточно полное
представление об электрических и магнитных цепях и их составных элементах,
их математических описаниях, основных методах анализа и расчета этих цепей
в статических и динамических режимах работы, т.е. в создании научной базы
для последующего изучения различных специальных электротехнических
дисциплин.
Задачи курса заключаются в освоении теории физических явлений, положенных в
основу создания и функционирования различных электротехнических устройств,
а также в привитии практических навыков использования методов анализа и
расчета электрических и магнитных цепей для решения широкого круга задач.
В результате изучения курса студент должен знать основные методы анализа и
расчета установившихся процессов в линейных и нелинейных цепях с
сосредоточенными параметрами, в линейных цепях несинусоидального тока, в
линейных цепях с распределенными параметрами, основные методы анализа и
расчета переходных процессов в указанных цепях и уметь применять их на
практике.
Знания и навыки, полученные при изучении данного курса, являются базой для
освоения таких дисциплин, как: математические основы теории автоматического
управления, теория автоматического управления, электропривод, промышленная
электроника, электроснабжение промышленных предприятий, переходные процессы
в электрических системах, электрические измерения и т. д.
При изучении дисциплины предполагается, что студент имеет соответствующую
математическую подготовку в области дифференциального и интегрального
исчислений, линейной и нелинейной алгебры, комплексных чисел и
тригонометрических функций, а также знаком с основными понятиями и законами
электричества и магнетизма, рассматриваемыми в курсе физики.
Курс рассчитан на 86 лекционных часов и включает в себя следующие основные
разделы:
-теория линейных цепей синусоидального и, как частный случай, постоянного
тока;
-основы теории пассивных четырехполюсников и фильтров;
-трехфазные электрические цепи;
-линейные цепи при периодических несинусоидальных токах;
-переходные процессы в линейных электрических цепях;
-нелинейные электрические и магнитные цепи при постоянных и переменных
токах и магнитных потоках в стационарных режимах;
-переходные процессы в нелинейных цепях;
-установившиеся и переходные процессы в цепях с распределенными
параметрами.
При подготовке лекционного курса были использованы известные учебники,
сборники и пособия [1…12], а также методические разработки кафедры ТОЭЭ
ИГЭУ.
Рекомендуемая учебно-методическая литература по дисциплине:
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи.
Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и
приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп.
–М.: Высш. шк., 1978. –528с.
2. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин,
А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат,
1989. -528с.
3. Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под
общ. ред. К.М.Поливанова. Т.1. К.М.Поливанов. Линейные электрические
цепи с сосредоточенными постоянными. М.:Энергия, 1972. –240с.
4. Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под
общ. ред. К.М.Поливанова. Т.2. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б.
Линейные электрические цепи (продолжение). Нелинейные цепи. –М.:
Энергия- 1972. –200с.
5. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи: Учеб.
для электротехн. и радиотехн. спец. вузов. –3-е изд., перераб. и доп.
–М.: Высш. шк., 1990. –400 с.
6. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи:
Учеб. для электротехн. спец. вузов. –2-е изд., перераб. и доп. –М.:
Высш. шк., 1986. –352 с.
7. Каплянский А.Е. и др. Теоретические основы электротехники. Изд. 2-е.
Учеб. пособие для электротехнических и энергетических специальностей
вузов. –М.: Высш. шк., 1972. -448 с.
8. Теоретические основы электротехники. Т. 1. Основы теории линейных
цепей. Под ред. П.А. Ионкина. Учебник для электротехн. вузов. Изд. 2-
е, перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1976. –544 с.
9. Теоретические основы электротехники. Т. 2. Нелинейные цепи и основы
теории электромагнитного поля. Под ред. П.А. Ионкина. Учебник для
электротехн. вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1976.
–383 с.
10. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники:
Учеб. пособие для вузов/ Под. ред. проф. П.А.Ионкина. –М.:
Энергоиздат, 1982. –768 с.
11. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники:
Учеб. пособие для вузов/ Под. ред. проф. П.А.Ионкина. –М.:
Энергоиздат, 1982. –768 с.
12. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники:
Учеб. пособие/ Бессонов Л.А., Демидова И.Г., Заруди М.Е. и др.; Под
ред. Бессонова Л.А. . –2-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1980.
–472 с.
13. Основы анализа и расчета линейных электрических цепей: Учеб. пособие/
Н.А.Кромова. –2-е изд., перераб. и доп.; Иван. гос. энерг. ун-т.
–Иваново, 1999. -360 с.
14. Голубев А.Н. Методы расчета нелинейных цепей: Учеб. пособие/ Иван.
гос. энерг. ун-т. –Иваново, 2002. -212 с.
|Теория / ТОЭ / Лекция N 1. Элементы электрических цепей. |
|Электромагнитные процессы, протекающие в электротехнических устройствах, как правило,|
|достаточно сложны. Однако во многих случаях, их основные характеристики можно описать|
|с помощью таких интегральных понятий, как: напряжение, ток, электродвижущая сила |
|(ЭДС). При таком подходе совокупность электротехнических устройств, состоящую из |
|соответствующим образом соединенных источников и приемников электрической энергии, |
|предназначенных для генерации, передачи, распределения и преобразования электрической|
|энергии и (или) информации, рассматривают как электрическую цепь. Электрическая цепь |
|состоит из отдельных частей (объектов), выполняющих определенные функции и называемых|
|элементами цепи. Основными элементами цепи являются источники и приемники |
|электрической энергии (сигналов). Электротехнические устройства, производящие |
|электрическую энергию, называются генераторами или источниками электрической энергии,|
|а устройства, потребляющие ее – приемниками (потребителями) электрической энергии. |
|У каждого элемента цепи можно выделить определенное число зажимов (полюсов), с |
|помощью которых он соединяется с другими элементами. Различают двух –и многополюсные |
|элементы. Двухполюсники имеют два зажима. К ним относятся источники энергии (за |
|исключением управляемых и многофазных), резисторы, катушки индуктивности, |
|конденсаторы. Многополюсные элементы – это, например, триоды, трансформаторы, |
|усилители и т.д. |
|Все элементы электрической цепи условно можно разделить на активные и пассивные. |
|Активным называется элемент, содержащий в своей структуре источник электрической |
|энергии. К пассивным относятся элементы, в которых рассеивается (резисторы) или |
|накапливается (катушка индуктивности и конденсаторы) энергия. К основным |
|характеристикам элементов цепи относятся их вольт-амперные, вебер-амперные и |
|кулон-вольтные характеристики, описываемые дифференциальными или (и) алгебраическими |
|уравнениями. Если элементы описываются линейными дифференциальными или |
|алгебраическими уравнениями, то они называются линейными, в противном случае они |
|относятся к классу нелинейных. Строго говоря, все элементы являются нелинейными. |
|Возможность рассмотрения их как линейных, что существенно упрощает математическое |
|описание и анализ процессов, определяется границами изменения характеризующих их |
|переменных и их частот. Коэффициенты, связывающие переменные, их производные и |
|интегралы в этих уравнениях, называются параметрами элемента. |
|Если параметры элемента не являются функциями пространственных координат, |
|определяющих его геометрические размеры, то он называется элементом с |
|сосредоточенными параметрами. Если элемент описывается уравнениями, в которые входят |
|пространственные переменные, то он относится к классу элементов с распределенными |
|параметрами. Классическим примером последних является линия передачи электроэнергии |
|(длинная линия). |
|Цепи, содержащие только линейные элементы, называются линейными. Наличие в схеме хотя|
|бы одного нелинейного элемента относит ее к классу нелинейных. |
|Рассмотрим пассивные элементы цепи, их основные характеристики и параметры. |
|1. Резистивный элемент (резистор) |
|Условное графическое изображение резистора приведено на рис. 1,а. Резистор – это |
|пассивный элемент, характеризующийся резистивным сопротивлением. Последнее |
|определяется геометрическими размерами тела и свойствами материала: удельным |
|сопротивлением ? (ОмЧ м) или обратной величиной – удельной проводимостью [pic](См/м).|
| |
|В простейшем случае проводника длиной [pic]и сечением S его сопротивление |
|определяется выражением |
|[pic]. |
|В общем случае определение сопротивления связано с расчетом поля в проводящей среде, |
|разделяющей два электрода. |
|Основной характеристикой резистивного элемента является зависимость [pic](или [pic]),|
|называемая вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Если зависимость [pic]представляет |
|собой прямую линию, проходящую через начало координат (см.рис. 1,б), то резистор |
|называется линейным и описывается соотношением |
|[pic] |
|или |
|[pic], |
|где [pic]- проводимость. При этом R=const. |
|Нелинейный резистивный элемент, ВАХ которого нелинейна (рис. 1,б), как будет показано|
|в блоке лекций, посвященных нелинейным цепям, характеризуется несколькими |
|параметрами. В частности безынерционному резистору ставятся в соответствие |
|статическое [pic]и дифференциальное [pic]сопротивления. |
|2. Индуктивный элемент (катушка индуктивности) |
|Условное графическое изображение катушки индуктивности приведено на рис. 2,а. Катушка|
|– это пассивный элемент, характеризующийся индуктивностью. Для расчета индуктивности |
|катушки необходимо рассчитать созданное ею магнитное поле. |
|[pic] |
|Индуктивность определяется отношением потокосцепления к току, протекающему по виткам |
|катушки, |
|[pic]. |
|В свою очередь потокосцепление равно сумме произведений потока, пронизывающего витки,|
|на число этих витков [pic], где [pic]. |
|Основной характеристикой катушки индуктивности является зависимость [pic], называемая|
|вебер-амперной характеристикой. Для линейных катушек индуктивности зависимость |
|[pic]представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см. рис. |
|2,б); при этом |
|[pic]. |
|Нелинейные свойства катушки индуктивности (см. кривую [pic]на рис. 2,б) определяет |
|наличие у нее сердечника из ферромагнитного материала, для которого зависимость |
|[pic]магнитной индукции от напряженности поля нелинейна. Без учета явления магнитного|
|гистерезиса нелинейная катушка характеризуется статической [pic]и дифференциальной |
|[pic]индуктивностями. |
|3. Емкостный элемент (конденсатор) |
|Условное графическое изображение конденсатора приведено на рис. 3,а. |
|[pic] |
|Конденсатор – это пассивный элемент, характеризующийся емкостью. Для расчета |
|последней необходимо рассчитать электрическое поле в конденсаторе. Емкость |
|определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними |
|[pic] |
|и зависит от геометрии обкладок и свойств диэлектрика, находящегося между ними. |
|Большинство диэлектриков, используемых на практике, линейны, т.е. у них относительная|
|диэлектрическая проницаемость[pic] =const. В этом случае зависимость |
|[pic]представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, (см. рис. |
|3,б) и |
|[pic]. |
|У нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) диэлектрическая проницаемость является |
|функцией напряженности поля, что обусловливает нелинейность зависимости [pic](рис. |
|3,б). В этом случае без учета явления электрического гистерезиса нелинейный |
|конденсатор характеризуется статической [pic]и дифференциальной [pic]емкостями. |
| |
|Схемы замещения источников электрической энергии |
|Свойства источника электрической энергии описываются ВАХ [pic], называемой внешней |
|характеристикой источника. Далее в этом разделе для упрощения анализа и |
|математического описания будут рассматриваться источники постоянного напряжения |
|(тока). Однако все полученные при этом закономерности, понятия и эквивалентные схемы |
|в полной мере распространяются на источники переменного тока. ВАХ источника может |
|быть определена экспериментально на основе схемы, представленной на рис. 4,а. Здесь |
|вольтметр V измеряет напряжение на зажимах 1-2 источника И, а амперметр А – |
|потребляемый от него ток I, величина которого может изменяться с помощью переменного |
|нагрузочного резистора (реостата) RН. |
|[pic] |
|В общем случае ВАХ источника является нелинейной (кривая 1 на рис. 4,б). Она имеет |
|две характерные точки, которые соответствуют: |
|а – режиму холостого хода [pic]; |
|б – режиму короткого замыкания [pic]. |
|Для большинства источников режим короткого замыкания (иногда холостого хода) является|
|недопустимым. Токи и напряжения источника обычно могут изменяться в определенных |
|пределах, ограниченных сверху значениями, соответствующими номинальному режиму |
|(режиму, при котором изготовитель гарантирует наилучшие условия его эксплуатации в |
|отношении экономичности и долговечности срока службы). Это позволяет в ряде случаев |
|для упрощения расчетов аппроксимировать нелинейную ВАХ на рабочем участке m-n (см. |
|рис. 4,б) прямой, положение которой определяется рабочими интервалами изменения |
|напряжения и тока. Следует отметить, что многие источники (гальванические элементы, |
|аккумуляторы) имеют линейные ВАХ. |
|Прямая 2 на рис. 4,б описывается линейным уравнением |
|[pic], |
|(1) |
| |
|где [pic]- напряжение на зажимах источника при отключенной нагрузке (разомкнутом |
|ключе К в схеме на рис. 4,а); [pic]- внутреннее сопротивление источника. |
|Уравнение (1) позволяет составить последовательную схему замещения источника (см. |
|рис. 5,а). На этой схеме символом Е обозначен элемент, называемый идеальным |
|источником ЭДС. Напряжение на зажимах этого элемента [pic]не зависит от тока |
|источника, следовательно, ему соответствует ВАХ на рис. 5,б. На основании (1) у |
|такого источника [pic]. Отметим, что направления ЭДС и напряжения на зажимах |
|источника противоположны. |
|[pic] |
|Если ВАХ источника линейна, то для определения параметров его схемы замещения |
|необходимо провести замеры напряжения и тока для двух любых режимов его работы. |
|Существует также параллельная схема замещения источника. Для ее описания разделим |
|левую и правую части соотношения (1) на [pic]. В результате получим |
|[pic] |
|или |
|[pic], |
|(2) |
| |
|где [pic]; [pic]- внутренняя проводимость источника. |
|Уравнению (2) соответствует схема замещения источника на рис. 6,а. |
|[pic] |
|На этой схеме символом J обозначен элемент, называемый идеальным источником тока. Ток|
|в ветви с этим элементом равен [pic]и не зависит от напряжения на зажимах источника, |
|следовательно, ему соответствует ВАХ на рис. 6,б. На этом основании с учетом (2) у |
|такого источника [pic], т.е. его внутреннее сопротивление [pic]. |
|Отметим, что в расчетном плане при выполнении условия [pic]последовательная и |
|параллельная схемы замещения источника являются эквивалентными. Однако в |
|энергетическом отношении они различны, поскольку в режиме холостого хода для |
|последовательной схемы замещения мощность равна нулю, а для параллельной – нет. |
|Кроме отмеченных режимов функционирования источника, на практике важное значение |
|имеет согласованный режим работы, при котором нагрузкой RН от источника потребляется |
|максимальная мощность |
|[pic], |
|(3) |
| |
|Условие такого режима |
|[pic], |
|(4) |
| |
|В заключение отметим, что в соответствии с ВАХ на рис. 5,б и 6,б идеальные источники |
|ЭДС и тока являются источниками бесконечно большой мощности. |
|Литература |
|Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, |
|С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с. |
|Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для |
|студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей |
|вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с. |
|Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. |
|К.М.Поливанова. Т.1. К.М.Поливанов. Линейные электрические цепи с сосредоточенными |
|постоянными. –М.: Энергия, 1972. –240 с. |
|Каплянский А.Е. и др. Теоретические основы электротехники. Изд. 2-е. Учеб. пособие |
|для электротехнических и энергетических специальностей вузов. –М.: Высш. шк., 1972. |
|–448 с. |
|Контрольные вопросы и задачи |
|Может ли внешняя характеристик источника проходить через начало координат? |
|Какой режим (холостой ход или короткое замыкание) является аварийным для источника |
|тока? |
|В чем заключаются эквивалентность и различие последовательной и параллельной схем |
|замещения источника? |
|Определить индуктивность L и энергию магнитного поля WМкатушки, если при токе в ней |
|I=20А потокосцепление ? =2 Вб. |
|Ответ: L=0,1 Гн; WМ=40 Дж. |
|Определить емкость С и энергию электрического поля WЭконденсатора, если при |
|напряжении на его обкладках U=400 В заряд конденсатора q=0,2Ч 10-3 Кл. |
|Ответ: С=0,5 мкФ; WЭ=0,04 Дж. |
|У генератора постоянного тока при токе в нагрузке I1=50Анапряжение на зажимах U1=210 |
|В,а притоке, равном I2=100А, оно снижается до U2=190 В. |
|Определить параметры последовательной схемы замещения источника и ток короткого |
|замыкания. |
|Ответ: [pic] |
|Вывести соотношения (3) и (4) и определить максимальную мощность, отдаваемую |
|нагрузке, по условиям предыдущей задачи. |
|Ответ: [pic] |
|Теория / ТОЭ / Лекция N 2. Топология электрической цепи. |
|Электрическая цепь характеризуется совокупностью элементов, из которых она состоит, и|
|способом их соединения. Соединение элементов электрической цепи наглядно отображается|
|ее схемой. Рассмотрим для примера две электрические схемы (рис. 1, 2), введя понятие |
|ветви и узла. |
|[pic] |
|Рис.1 |
|Рис.2 |
| |
|Ветвью называется участок цепи, обтекаемый одним и тем же током. |
|Узел – место соединения трех и более ветвей. |
|Представленные схемы различны и по форме, и по назначению, но каждая из указанных |
|цепей содержит по 6 ветвей и 4 узла, одинаково соединенных. Таким образом, в смысле |
|геометрии (топологии) соединений ветвей данные схемы идентичны. |
|Топологические (геометрические) свойства электрической цепи не зависят от типа и |
|свойств элементов, из которых состоит ветвь. Поэтому целесообразно каждую ветвь схемы|
|электрической цепи изобразить отрезком линии. Если каждую ветвь схем на рис. 1 и 2 |
|заменить отрезком линии, получается геометрическая фигура, показанная на рис. 3. |
|Условное изображение схемы, в котором каждая ветвь заменяется отрезком линии, |
|называется графом электрической цепи. При этом следует помнить, что ветви могут |
|состоять из каких-либо элементов, в свою очередь соединенных различным образом. |
|Отрезок линии, соответствующий ветви схемы, называется ветвью графа. Граничные точки |
|ветви графа называют узлами графа. Ветвям графа может быть дана определенная |
|ориентация, указанная стрелкой. Граф, у которого все ветви ориентированы, называется |
|ориентированным. |
|Подграфом графа называется часть графа, т.е. это может быть одна ветвь или один |
|изолированный узел графа, а также любое множество ветвей и узлов, содержащихся в |
|графе. |
|В теории электрических цепей важное значение имеют следующие подграфы: |
|1. Путь – это упорядоченная последовательность ветвей, в которой каждые две соседние |
|ветви имеют общий узел, причем любая ветвь и любой узел встречаются на этом пути |
|только один раз. Например, в схеме на рис. 3 ветви 2-6-5; 4-5; 3-6-4; 1 образуют пути|
|между одной и той же парой узлов 1 и 3. Таким образом, путь – это совокупность |
|ветвей, проходимых непрерывно. |
|2. Контур – замкнутый путь, в котором один из узлов является начальным и конечным |
|узлом пути. Например, для графа по рис. 3 можно определить контуры, образованные |
|ветвями 2-4-6; 3-5-6; 2-3-5-4. Если между любой парой узлов графа существует связь, |
|то граф называют связным. |
|3. Дерево – это связный подграф, содержащий все узлы графа, но ни одного контура. |
|Примерами деревьев для графа на рис. 3 могут служить фигуры на рис. 4. |
|[pic] |
|Рис.4 |
|4. Ветви связи (дополнения дерева) – это ветви графа, дополняющие дерево до исходного|
|графа. |
|Если граф содержит m узлов и n ветвей, то число ветвей любого дерева [pic], а числа |
|ветвей связи графа [pic]. |
|5. Сечение графа – множество ветвей, удаление которых делит граф на два изолированных|
|подграфа, один из которых, в частности, может быть отдельным узлом. |
|Сечение можно наглядно изобразить в виде следа некоторой замкнутой поверхности, |
|рассекающей соответствующие ветви. Примерами таких поверхностей являются для нашего |
|графа на рис. 3 S1 иS2 . При этом получаем соответственно сечения, образованные |
|ветвями 6-4-5 и 6-2-1-5. |
|С понятием дерева связаны понятия главных контуров и сечений: |
|главный контур – контур, состоящий из ветвей дерева и только одной ветви связи; |
|главное сечение – сечение, состоящее из ветвей связи и только одной ветви дерева. |
|Топологические матрицы |
|Задать вычислительной машине топологию цепи рисунком затруднительно, так как не |
|существует эффективных программ распознавания образа. Поэтому топологию цепи вводят в|
|ЭВМ в виде матриц, которые называют топологическими матрицами. Выделяют три таких |
|матрицы: узловую матрицу, контурную матрицу и матрицу сечений. |
|1. Узловая матрица (матрица соединений) – это таблица коэффициентов уравнений, |
|составленных по первому закону Кирхгофа. Строки этой матрицы соответствуют узлам, а |
|столбцы – ветвям схемы. |
|Для графа на рис. 3 имеем число узлов m=4 и число ветвей n=6. Тогда запишем матрицу |
|АН , принимая, что элемент матрицы [pic](i –номер строки; j –номер столбца) равен 1, |
|если ветвь j соединена с узлом i и ориентирована от него, -1, если ориентирована к |
|нему, и 0, если ветвь j не соединена с узломi . Сориентировав ветви графа на рис. 3, |
|получим |
| |
| | |
