何谓“电气”？
2023-03-13
百战团队
图为麦克斯韦中年肖像20世纪之前的时期，研究电的人普遍是物理学家和数学家。到了19世纪末20世纪初，随着人们对于电作为能源和作为信息载体的理论的完善，发电机、电动机开始被广泛使用，电的优良性质被人们发现，其应用的范围和领域不断增加，此时才产生专门从事电学的研究的人，从而也就产生了一门当时的新兴学科——电气学科。电是一种能源在电被实际应用之前，人类对于能源的界定仅仅停留在化石能源，这些化石能源可以提供光、热和动力，随着麦克斯韦等伟大先哲揭开电与磁的神秘面纱以后，人们发现了电同样可以提供动力，而随着对电的研究的深入，电可以转化为光、热等许多其它形式的能量使得电开始被广泛应用。正因为电可以较为容易地通过煤炭石油等一次能源转化而来，又可以相对容易地转化为其它人们更方便使用的能量，而且转换效率比较高，电才得到了最广泛的使用，成为当今应用最广泛的能源。今天的人们放眼望去，周围到处都是用电设备，而电作为能源被使用，无非以下几种形式：电转化为光，电转化为热，电转化为动能。电灯、霓虹灯等通过发光材料将电转化为光能，电梯、高铁和大型机械通过电动机将电能转化为动能，电热壶、电暖器、电磁炉等消耗电能产生热。正因为电更加清洁、适用范围更加广泛、应用更加方便和安全，使火把照明、烧柴炊饭、蒸汽机火车成为历史。在可预知的未来，电作为一种能源的存在方式不会改变，即便是核能也要转化为电能才能够更可靠更方便地被应用。电是一种信息电的存在，使烽火戏诸侯、飞鸽传书成为历史。电和磁是一体两面的存在，变化的磁可以产生电，变化的电也可以产生磁。电磁波是可以在空间传播的，而人们通过电磁波的传播，可以传递想要传达的信息，手机就是电磁波传递信息的一个最典型的应用，这是电作为信息载体的第一个方面。我们都知道，在今天这个数字时代，图像、视频、音频可以被方便地存储、编辑和传播，而所有这些信息的传播，都是通过传输数据来进行的，而这些数据本质上讲就是0和1组成的二进制代码。而我们的图像和视频音频播放设备就是将这些0和1构成的数据信息进行编译显示出来，包括我们的电脑、手机、计算器等等电子设备的编译和计算过程，都是在通过0和1来进行计算的。但这种计算是通过什么来进行的呢？通过大规模集成电路的高低电平，高电位代表1，低电位代表0。这就是为什么所有电子设备和数据服务器内部都含有模拟电路和数字电路构成的大规模集成电路——芯片，而且都需要电来供应能量，在某种意义上讲，我们所传递的所有数据，都是由无数个高低电平以极高的频率计算得到的。计算机、通信网、无线电无不以电作为信息载体。这是电作为信息载体的第二个方面。综上所述，电能是最清洁的能源，是能量转换的枢纽和信息的载体，也是最便于远距离传输、分配和控制，最易于与其它能量相互转换，最便于进行能量时空分布变换的一种能量。所以电能已经成为人类现代社会最主要的能源形式。何谓“电气”了解了上面的事实再来了解电气就相对容易了。为了达到电作为能源和信息载体的应用目标而进行的发电、输电、变电、配电、用电各个环节的科学和技术，就构成电气学科的主要内容，而当今社会随着用电形式的多样，在用电领域又分化出很多的相对独立的学科如通信和电子等。发电的过程，是将化石燃料的能量、水的势能、风能、太阳能、核能、潮汐能、地热能等各种形式的能量转化为电能的过程。除了太阳能转化为电能以外，其余几种能量都需要通过发电机来产生电能，而发电机产生电能又包括了电生磁的励磁环节和磁生电的导体在磁场中运动环节等复杂的电磁变换过程。因此，发电是电气的一个重要领域，涵盖的技术非常广泛。
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