Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.А. Большаков, т.В. Векшина
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА В ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ
Часть I. Цепи и приборы
Учебное пособие
Направления подготовки
05.03.05 – Прикладная гидрометеорология
05.03.04 – Гидрометеорология
Курс II—III
РГГМУ
Санкт-Петербург
2019
УДК 621.3
ББК 32.85я73
Б 79
Рецензент: Ю.В. Сентябрев, канд. техн. наук, доцент, декан факультета
Электротехники и автоматики СПб ГЭТУ «ЛЭТИ»
Утверждено на заседании кафедры Морских информационных систем.
Протокол № 5 от 15.05.2019 г.
Рекомендовано к печати учебно-методической комиссией Института
информационных систем и геотехнологий. Протокол № 5 от 15.05.2019 г.
Большаков В.А., Векшина Т.В.
Б79 Электротехника и электроника в гидрометеорологии. Часть I. Цепи и приборы: Учебное
пособие. Направления подготовки: 05.03.05 — Прикладная гидрометеорология; 05.03.04
– Гидрометеорология. Квалификация (степень) — Бакалавр. Курс II–III. – СПб: РГГМУ,
2019. – с.
В пособии изложен материал, изучаемый в разделах дисциплины «Электротехника и электроника», студентами гидрометеорологических специальностей высших учебных заведений. В первой части пособия рассмотрены элементы, законы и методы анализа электрических и магнитных цепей и электронные приборы. Приводятся теоретические сведения и примеры решения задач по разделам курса. Пособие предназначено в помощь студентам очной и заочной форм обучения.
.
УДК 621.3
ББК 32.85я73
Большаков В.А., 2019
Векшина Т.В., 2019
Российский государственный гидрометео-
рологический университет (РГГМУ), 2019
Введение
Электротехника и электроника — важнейшие области современной науки и техники, связанные с изучением физических явлений, разработкой и использованием устройств, основанных на протекании электрического тока в твердых, жидких и газообразных средах и взаимодействии его с силовыми полями окружающей среды. Электротехнические и электронные устройства применяются во всех отраслях хозяйства. Без них невозможно представить себе производственную и бытовую сферы жизнедеятельности человека, развитие науки и информатизации современного общества.
Развитие электротехники началась в 18 веке. На протяжении 18 и 19 столетий был сделан ряд крупных научных открытий и изобретений, ставших фундаментом современных знаний в области электромагнетизма. Эти открытия связаны с именами таких, гениальных ученых – основателей электрофизики, как: Ш. Кулон (Charles-Augustin de Coulomb), А. Ампер (André-Marie Ampère), А. Вольта (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Gerolamo Umberto Volta), М. Фарадей (MichaelFaraday), Д. Генри (JosephHenry), Г. Эрстед (Hans Christian Ørsted), именами которых названы единицы измерения физических величин; Г. Кирхгофа (Gustav Robert Kirchhoff), сформулировавшего правила теоретического расчета электрических цепей; Д. Максвелла (JamesClerkMaxwell), создавшего теорию электромагнитного поля.
Большой вклад внесли и выдающиеся российские ученые: Э.Х. Ленц (Heinrich Friedrich Emil Lenz), обосновавший теоретически существование электромагнитных волн; изобретатель первого электродвигателя постоянного тока Б.С. Якоби; В.В. Петров, открывший электрическую дугу, примененную затем Н.Н. Яблочковым для освещения, а позднее Н.Н. Бернардосом и Н.Г. Славяновым для сварки и резания металлов; А.Н. Лодыгин, создавший первую в мире лампу накаливания; М.О. Доливо-Добровольский, создавший трехфазную электрическую машину переменного тока и разработавший такие элементы электрических цепей переменного тока, как трансформаторы, измерительные приборы и пусковые реостаты; А.Г. Столетов, создавший первый фотоэлемент; изобретатель радио А.С. Попов.
В начале 20 века появились электронные лампы и полупроводниковые диоды, была сконструирована электронно-лучевая трубка. Началось бурное развитие электроники и радиотехники. В 1948 г. американские ученые Д. Бардин (JohnBardeen), У. Браттейн (WalterHouserBrattain) изобрели германиевый транзистор, а следующим этапом стало появление в 60-х годах интегральных микросхем, обеспечившее новый качественный скачок в развитии электроники, определяющий ее современный уровень. В России развитие теории полупроводников и полупроводниковой техники связано с именами выдающихся советских ученых А.Ф. Иоффе, Я.И. Френкеля, Д.Н. Наследова, Ж.И. Алферова.
Быстрое развитие электроники способствовало созданию эффективных систем электросвязи и радиосвязи, промышленной автоматики, радиолокации и радионавигации. В 1931 г. эмигрировавший из России в США В.К. Зворыкин изобрел телевидение. В 1964 г российские ученые А.М. Прохоров и Н.Г. Басов стали лауреатами Нобелевской премии за изобретение лазера. В 1932 г. В.А. Котельников сформулировал теорему отсчетов, на выводах которой основана работа современных систем дискретной передачи информации.
Дальнейшие перспективы электротехники и электроники связаны с созданием и применением новых материалов, внедрением нанотехнологий и наноэлектроники, развитием научной базы электротехники и электроники.
Эти перспективы имеют непосредственное отношение и к гидрометеорологии. В современной метеорологии, гидрологии и океанологии широко применяются информационно-измерительные устройства и системы, обеспечивающие автоматический сбор, передачу, хранение, обработку и отображение гидрометеорологической информации, основанные на использовании средств электротехники, автоматики, электроники и вычислительной техники.