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機(jī)械社區(qū)

為什么電氣工程專業(yè)要叫做電氣呢？我學(xué)了這么多年的電氣專業(yè)了，還從未思考過這個(gè)問題呢~今天被鄰居家的高中生給難住了，仔細(xì)一想，覺得這個(gè)話題挺有意義的，希望有朋友能一起討論一下。6 l; d" u; c7 }5 _7 ~
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電氣的概念
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8 Y( W/ M0 T: F& b" G5 G! K; b]電氣（electrical，electrical power and equipment）/ H, |9 W5 k$ w; J
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• 是電能的生產(chǎn)、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學(xué)科或工程領(lǐng)域的統(tǒng)稱。9 T2 w/ m) J. e. t; b5 j( l5 x
  
• 是以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學(xué)。
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• 涵蓋電能的轉(zhuǎn)換、利用和研究三方面，包括基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)、設(shè)施設(shè)備等。4 \& ?6 U; T+ m1 X2 U
  
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• 泛指所有用電的器具。
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• 專業(yè)的說：用于對(duì)電路進(jìn)行接通、分?jǐn)�，�?duì)電路參數(shù)進(jìn)行變換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或用電設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)、切換、檢測(cè)和保護(hù)等作用的電工裝置、設(shè)備和元件。
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• 通俗的說：家庭常用的一些為生活提供便利的用電設(shè)備，如電視機(jī)、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、各種小家電等等。
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接下來，讓我們一起走進(jìn)“電氣”、認(rèn)識(shí)“電氣”。
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5 ]' f2 N# Q' U- N電氣的出處8 I" d2 F; ~+ b1 q- s8 B

+ @# ?9 A& j+ V1 S& r! E. L8 p6 F觀點(diǎn)一：
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“電氣”一詞應(yīng)是清末外國(guó)傳教士對(duì)electric fluid的翻譯，具體可參見雷銀照《“電氣”詞源考》一文，這里我就簡(jiǎn)單的說明一下。
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“電氣”最早可能源于美國(guó)傳教士瑪高溫(D. J. Macgowan)所譯《博物通書》(Philosophical Almanac, 1851)一書，這本書也是目前已知最早的中文電磁學(xué)著作。; [4 g& Q3 ~; s* a; z; J& c4 U
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那時(shí)法拉第才剛發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象沒多久，電子更是要到幾十年后才由湯姆孫發(fā)現(xiàn)，在那時(shí)，科學(xué)界關(guān)于電的主流理論是電流體理論(fluid theory of electricity)，把電現(xiàn)象解釋為電流體的運(yùn)動(dòng)。其中包括杜費(fèi)(Charles du Fay)提出的二流體假說與本杰明·富蘭克林(Benjamin Franklin)提出的單流體假說（按今天的觀點(diǎn)看，兩者的實(shí)質(zhì)都是正電荷與負(fù)電荷）。9 f& h7 e, z- |" b# }5 b! L: b

' e" R/ s2 P/ _! t$ ~* K( Z! V- B“電氣”便是瑪高溫在譯介當(dāng)時(shí)西方主流電學(xué)知識(shí)時(shí)對(duì)電流體(electric fluid)的翻譯�，敻邷赜谩皻狻眮矸�譯fluid，或許不止考慮到氣的流動(dòng)特性，也考慮到在當(dāng)時(shí)看來電和中國(guó)古代哲學(xué)中所說的“氣”一樣都是萬物皆有的神秘現(xiàn)象。4 N" T, k5 Q( F! @; l
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具體怎么解釋還要看大家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠懻摵脱芯俊?br />   p! h/ C/ e- X2 ~$ f. K2 Q' M% v7 C: [! w
觀點(diǎn)二：
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蓋西方工業(yè)之初,動(dòng)力機(jī)械均由蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng),后來則有了電,故"電氣"者,開始泛指工業(yè)動(dòng)力者也,然現(xiàn)在也無蒸汽輪機(jī)了,故干脆以電氣泛指電了。“電氣”這個(gè)名詞已經(jīng)用習(xí)慣了，所以沿用下來！
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電氣中的氣，當(dāng)指“壓縮空氣”。工業(yè)自動(dòng)化中，需要?jiǎng)悠饋淼脑O(shè)備，有電動(dòng)，氣壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)等三種。電動(dòng)和氣動(dòng)是最廣泛運(yùn)用的動(dòng)力源，兩者結(jié)合使用，完成自動(dòng)化。故稱：電氣自動(dòng)化。
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觀點(diǎn)三：
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關(guān)于電氣名稱的起源，我聽說過的比較可靠的解釋有兩種：
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9 i) |! i' w" N* [/ K, @: @0 Z解釋1：中國(guó)古代認(rèn)識(shí)
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4 b4 G: P. Y% W( B0 n. |2 [電是自然現(xiàn)象，在古代人們是通過閃電發(fā)現(xiàn)它的存在的。在古代中國(guó),古人認(rèn)為電的現(xiàn)象是陰氣與陽(yáng)氣相激而生成的,《說文解字》有“電，陰陽(yáng)激耀也，從雨從申”�！蹲謪R》有“雷從回，電從申。陰陽(yáng)以回薄而成雷，以申泄而為電”。古人對(duì)電的解釋（或者稱為學(xué)說）是通過“氣”來解釋的，是為電氣。
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  Q+ V9 E0 z  b6 z0 C, e' P, T中國(guó)最早用氣學(xué)說來解釋電的吸引現(xiàn)象，出現(xiàn)在東漢王充撰寫的《論衡》。
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解釋2：現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)
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+ p6 t/ V- S$ U8 z現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為：物質(zhì)是由原子組成，原子由原子核和核外電子組成。原子核帶正電，電子帶負(fù)電，原子顯電中性。但在一些物理作用下（主要有3類途徑：摩擦起電、接觸帶電，感應(yīng)帶電），部分原子會(huì)失掉一些核外電子，從而顯正電性；部分原子會(huì)得到一些電子，從而顯負(fù)電性。: i7 G5 s* U2 o3 Z( B# R" O
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電子是帶有最小電荷的粒子，物理學(xué)家把最小電荷叫做元電荷，用符號(hào)e表示（e=1.6x10⁻19）。任何帶電體所帶電荷量都是e的整數(shù)倍。電荷的流動(dòng)就產(chǎn)生了電流。這幾乎是現(xiàn)代物理學(xué)對(duì)電的最準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)了。# E) M6 E& s+ K' H3 n4 U5 R
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基于這一邏輯，我們知道，電的本質(zhì)是電子的運(yùn)動(dòng)，而電子是一種微觀粒子，在原子如此小的空間（直徑約10⁻1⁰m）內(nèi)作高速（接近光速3×10⁸m·s⁻1）運(yùn)動(dòng)，核外電子的運(yùn)動(dòng)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)不同，沒有確定的方向和軌跡，只能用電子云描述它在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)（幾率）的大小。
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根據(jù)量子力學(xué)中的測(cè)不準(zhǔn)原理，我們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定出電子在某一時(shí)刻所處的位置和運(yùn)動(dòng)速度，也不能描畫出它的運(yùn)動(dòng)軌跡。因此，人們常用一種能夠表示電子在一定時(shí)間內(nèi)在核外空間各處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的模型來描述電子在核外的的運(yùn)動(dòng)。
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3 [+ G3 F- i. d2 E9 u這種模型的三維圖像結(jié)果看上去，就像是在原子核周圍的空間，由于電子的運(yùn)動(dòng)而形成了陰電氣氛。描述電子在原子核周圍各區(qū)域出現(xiàn)的幾率�？梢栽趫D像中用電子云密度(陰電氣氛的濃厚程度)來表示，以不同的濃淡點(diǎn)代表幾率的大小，其結(jié)果像電子在原子核周圍形成的霧氣，所以也叫作電子氣體，即電氣。/ q! n) c6 C) u. S0 [$ B
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由此可知，電氣是囊落了所有電子運(yùn)動(dòng)相關(guān)的物理現(xiàn)象，既包括強(qiáng)電、也包括弱電，電氣泛指一切電，因此在國(guó)外的大學(xué)電氣工程electrical engineering涵蓋了power engineering（強(qiáng)電）、electronic engineering（弱電）、information engineering（弱電）。但在中國(guó)，電氣就特指強(qiáng)電了（power engineering）。
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因?yàn)殡姎獾钠鹪淳褪茄芯块W電等強(qiáng)電現(xiàn)象開始的，以功率為主，到后來才開始利用電來表示信號(hào)，從而產(chǎn)生了信息學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)等等這些以信號(hào)為主的技術(shù)門類，即電氣應(yīng)該包括功率、信號(hào)兩個(gè)層面。我想這是電氣最科學(xué)靠譜的解釋了吧。
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觀點(diǎn)四：% }( P- H" X0 ]+ D5 p7 ~

4 @( P$ Z- \8 Q! N& g- m& R氣不可見器可見。只是感覺電氣看來含義更廣，既包含有形的也包含無形的，因?yàn)殡姎馑坪蹙褪请姷倪\(yùn)動(dòng)，具體化后有了電力電機(jī)電器電子等。6 P8 h7 P2 N1 o
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電子、電器和電力都屬于電氣工程，它是一個(gè)抽象的概念，不是具體指某個(gè)設(shè)備或器件、而是指整個(gè)系統(tǒng)和電子、電器和電力的范疇。
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電氣是一個(gè)工程詞匯電氣基本翻譯英文：electric日文：電気（でんき）電氣就是以電能、電氣設(shè)備和電氣技術(shù)為手段來創(chuàng)造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門科學(xué),涵蓋電能的轉(zhuǎn)換、利用和研究三方面,包括基礎(chǔ)理論,應(yīng)用技術(shù),設(shè)施設(shè)備等。
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平常概念里的氣流的意思，現(xiàn)代工業(yè)中經(jīng)常會(huì)用電信號(hào)來控制輸入輸出，用氣流來控制機(jī)械部分的工作，舉個(gè)最簡(jiǎn)單的：氣缸，就是用電來控制閥的通斷，然后決定是否供氣來操縱機(jī)械部分的，所以電和氣會(huì)常常在一起稱為電氣。
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電氣工程呢其實(shí)可以這樣理解，電流，電壓，潮流等等這些物理量在輸電線路中流通，就相當(dāng)于氣游走在人體當(dāng)中一樣。一個(gè)電路，乃至一個(gè)電網(wǎng)可以看成一個(gè)人體，而里面的元素也就是電流，電壓，潮流就可以看成氣，與外界交換能量！！我們說的電氣工程也就是個(gè)造人工程，控制這個(gè)人的骨骼框架，控制其氣的流動(dòng)與變換！！
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- B8 K0 @/ R0 P7 b7 n6 S觀點(diǎn)五：/ k7 @! g" p; l: W% U. i* f
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對(duì)于“氣”的理解，我認(rèn)為就是氣體。本科學(xué)的電力電子，對(duì)這個(gè)沒概念，讀了研究生之后轉(zhuǎn)為高電壓與絕緣技術(shù)才會(huì)發(fā)現(xiàn)，氣體在電氣中的巨大作用。舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子就是，空氣開關(guān)，它之所以能起作用是因?yàn)樗�在空氣�?dāng)中，空氣作為一種絕緣介質(zhì)，是決定它能否起作用的決定因素。; W0 i( p8 G0 w

; I4 @& @& H: }: u: w在研究絕緣的過程中，包括氣體絕緣、固體絕緣和液體絕緣。氣體絕緣是自恢復(fù)性最好，最廉價(jià)的一種絕緣介質(zhì)就是空氣。空氣開關(guān)就是這么產(chǎn)生的。除了空氣之外的，像六氟化硫氣體，也是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)問題，絕緣強(qiáng)度是空氣的2.5倍，滅弧能力是空氣的100倍.所以在高電壓領(lǐng)域的入門知識(shí)里面。- S# U" V. g2 R8 e; ^
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關(guān)于氣體的放電理論都是作為第一章來講的，最經(jīng)典的湯森理論和流注理論也是關(guān)于氣體絕緣的�？梢哉f研究氣體絕緣是研究高壓的半壁江山，進(jìn)而沒有高壓就沒電能的輸送和變配，整個(gè)供電系統(tǒng)也就不存在了�，F(xiàn)在可以理解到“氣”的重要了嗎，半壁江山。