|
|
|
'Electrotehnica' are ca obiect aplicatiile in tehnica ale fenomenelor electrice si magnetice, iar 'Bazele teoretice ale electrotehnicii' (numita, mai scurt, si 'Bazele electrotehnicii') se ocupa cu studiul (cu 'teoria') fenomenelor electrice si magnetice din punctul de vedere al aplicatiilor pe care aceste fenomene naturale le au -sau le pot avea- in tehnica, prin 'reproducerea' lor constienta (intentionata) cu diverse echipamente, aparate si instalatii, in scopul obtinerii unor efecte utile intr-o anumita activitate.
Aplicatiile tehnice cu un anumit scop practic -aplicativ, ingineresc, cu un anumit specific industrial, sunt studiate- sub multiple aspecte (didactic-teoretic, cercetare-proiectare, productie/constructie si exploatare) de diversele ramuri ale electrotehnicii (ale ingineriei electrice-electronice sau ale industriei electrotehnice si electronice), in prezent foarte numeroase si adanc specializate, dintre care amintim numai cateva: masini si aparate electrice (de fapt electromagnetice), actionari electrice, masurari electrice si magnetice, tehnica tensiunilor inalte, retele electrice de distributie a energiei electrice (de fapt electromagnetice), linii de transport a energiei electrice (electromagnetice), electroenergetica, iluminatul electric, electroacustica, electrotermia, electroliza, electrometalurgia etc.etc., sau aplicatiile ingineresti ale electronicii (ce se ocupa -in esenta- cu procesarea semnalelor, care sunt electromagnetice) si ale telecomunicatiilor. Toate aceste ramuri ale industriei electrotehnice sunt exemple concrete ale modului in care teoria generala a fenomenelor electromagnetice (dezvoltata si sistematizata de 'Bazele electrotehnicii'), conduce la diverse aplicatii practice ingineresti.
Spre deosebire de 'Fizica' (care este o stiinta fundamentala din ciclul stiintelor naturii) ce se ocupa cu studiul si stabilirea proprietatilor si structurii materiei, cu fenomenele naturii anorganice (printre care si fenomenele electromagnetice), 'Bazele electrotehnicii' este o disciplina (cu pronuntat caracter didactic) care se ocupa cu teoria generala a fenomenelor electrice si magnetice, mai precis cu prezentarea sistematica a conceptelor, a legilor si a teoremelor 'Electromagnetismului' sub forma cea mai 'avantajoasa' pentru utilizarea lor in practica inginereasca (in tehnica).
Metodele teoretice si modelele (v. subcap. 9.2) specifice 'Bazelor electrotehnicii' se folosesc in teoria circuitelor si a retelelor electrice (v. subcap. 8.1) cu parametri concentrati (localizati) si/sau distribuiti (repartizati), teoria conductiei electrice in conductoare masive, teoria undelor electromagnetice (v. cap. 7) si teoria circuitelor electronice (formate din dispozitive neliniare, cu vid, cu gaze si semiconductori).
'Bazele electrotehnicii', ca disciplina didactica, se bazeaza pe 'Fizica' (pe care o consideram cunoscuta cititorului - conform programelor analitice ale specializarilor 'Electronica aplicata' si 'Electromecanica'), pe metodele 'Matematicii' (pentru capitolele care inca nu au fost studiate la 'Matematica', s-a introdus un compendiu matematic prin subcapitolul 9.1) si -mai recent (dar de destula vreme)- pe metodele de simulare numerica din 'Informatica' (v. subcapitolele 9.2 si 9.3).
In linii mari, problemele 'Bazelor electrotehnicii' se impart in doua categorii (Timotin, A. s.a., 1962): probleme de electromagnetica/electromecanica (de 'curenti tari'), care se refera la producerea, transmiterea si utilizarea energiei electromagnetice; probleme de electrocomunicatii (de 'curenti slabi'), care se refera la producerea, transmiterea, refacerea/reproducerea si inregistrarea semnalelor electromagnetice purtatoare de date. De cele mai multe ori, aceste doua categorii de probleme intervin impreuna in aplicatiile tehnice de azi (cand metodele de automatizare si informatizare s-au generalizat).
Speram ca -prin cele aratate la inceputul acestei introduceri- sa fi reusit sa explicam cititorului (si mai ales studentilor carora li se adreseaza acest manual, de la specializarile 'Electromecanica' si 'Electronica aplicata'), care este rolul si pozitia cursului 'Bazele electrotehnicii' in pregatirea si formarea specialistilor in profilul electric.
Dintre numeroasele teorii elaborate pana acum pentru studiul fenomenelor electrice si magnetice, am folosit in acest manual teoria macroscopica clasica (teoria lui Maxwell si Hertz), din cel putin trei motive:
- pentru inginerul cu profil electric (mai ales cu specializarile electromecanica si electronica aplicata - nu si electronica fizica, pe care nu o avem in vedere) consideram ca teoria macroscopica clasica asigura cunostintele necesare acestui profil si are o eficienta mai mare in procesul de abordare si insusire a disciplinelor de specialitate si de corelare cu alte discipline fundamentale;
- ne aliniem traditiei din invatamantul cu profil electric din Romania si ne incadram in reputata scoala de bazele electrotehnicii creata in tara noastra de ilustri profesori ca: D. Hurmuzescu, St. Procopiu, Vasilescu-Karpen, C. Budeanu si P. Andronescu, consolidata prin contributii insemnate la teoria macroscopica si modelarea (matematica) a fenomenelor electromagnetice si a regimului tranzitoriu al circuitelor electrice de catre academicianul profesor Remus Radulet si continuata in mod stralucit de discipolii sai - profesorii A. Timotin, A. Tugulea, Viorica Hortopan, C. Mocanu, M. Preda, P. Cristea si multi altii;
- ecuatiile lui Maxwell ofera modele ce permit o usoara dar eficienta simulare numerica prin utilizarea sistemelor de calcul automat (foarte raspandite astazi), atat in domeniul undelor electromagnetice (ale caror modele formate din sisteme de ecuatii cu derivate partiale spatio-temporale pot fi rezolvate, pentru orice probleme practice prin metoda elementului finit - v.§ 9.3.2) cat si in cazul circuitelor electrice (cu modele formate din ecuatii matriceale, foarte comod si precis de rezolvat prin utilizarea produsului informatic MATLAB - v.§ 9.3.1).
In contextul teoriei actiunii din aproape in aproape, al descoperirii fenomenului inductiei electromagnetice (in fapt efectul electric al fenomenelor magnetice) si al introducerii conceptului de camp electromagnetic unitar (ambele datorate lui Michael Faraday), al studiilor de electrocinetica ale lui G.S. Ohm si R. Kirchhoff, ale descoperirilor lui H.C. Oersted (care dezvaluiau efectul magnetic al fenomenelor electrice) si al altor experimente, la mijlocul secolului al XIX-lea (mai precis in anul 1873, cand Mawell, J.C. a publicat lucrarea 'Tratat despre electricitate si magnetism' in care corpurile au fost considerate ca medii continue), a fost elaborata si conturata teoria macroscopica (zisa si clasica) a electricitatii si magnetismului, numita teoria lui Maxwell - care se aplica numai corpurilor in miscare.
Aceasta teorie este o teorie fenomenologica, bazata pe relatia univoca dintre cauza si efect, foarte potrivita pentru pregatirea fundamentala in domeniul electromagnetismului a inginerului electrician, care in profesia sa va trebui sa conceapa (sa creeze si sa proiecteze) noi aplicatii tehnice ale fenomenelor electrice si magnetice si sa le exploateze tocmai bazat pe latura fenomenologica.
Poate inconsecventi, insa din dorinta de a face mai clare unele notiuni si fenomene (cum ar fi momentul electric, momentul magnetic, polarizarea electrica, magnetizatia, fenomenele electrocinetice in vid si in electroliti, notiunea de camp electric imprimat s.a.), in unele situatii vom face apel si la teoria microscopica clasica a fenomenelor electromagnetice (adica la teoria electronica elaborata de Hendrik Antoon Lorentz si definitivata prin lucrarea sa 'Teoria electronilor' aparuta la Leyda in anul 1909).
Alte teorii consacrate, cu privire la fenomenele electrice si magnetice, cum sunt acelea ale relativitatii restranse (a lui Albert Einstein) si teoria cuantica (electrodinamica cuantica a lui A.M. Dirac) vor fi numai arareori citate in acest manual.
Plecand de la conceptiile fecunde ale academicianului si profesorului Remu Radulet -primul care a aratat ca predarea electrotehnicii trebuie sa aiba ca suport teoria unitara a campului electromagnetic- vom folosi in acest manual (v. cap.1) teoria potrivit careia marimile si legile fizicii sunt independente, ca marimile necesare studierii fenomenelor electrice si magnetice au un caracter conventional care, intr-o teorie data, se introduc in urma unui proces inductiv, plecand de la experiment (ce poate fi si teoretic !), adica de la senzorial la rational si ca teoria marimilor poate fi constituita inaintea teoriei legilor.
In sfarsit, avand in vedere progresele de astazi ale informaticii si eficienta aplicarii ei in toate domeniile activitatii umane, vom prezenta analiza fenomenelor electrice si magnetice efectuata pe baza teoriei macroscopice clasice in conceptia academicianului Radulet, prin utilizarea consecventa a teoriei modelarii si simularii (v. subcap. 9.2), precum si a produselor CAD/CAE (v. subcap. 9.3) in toate aplicatiile (zicem noi numerice) introduse in acest manual spre exemplificare si ca exercitii de insusire si consolidare a teoriei.
Avand in vedere si dotarile informatice de care dispune catedra 'Electrotehnica - Electronica' din U.P.G. (retea de calculatoare proprie, un laborator de tehnologia predarii, numeroase produse informatice de tip CAD/CAE, un 'site' pe pagina web a U.P.G. din Ploiesti, pe care se gaseste si prezentul manual), precum si tendintele actuale de pregatire universitara (asistata de calculator, cu procedee interactive, cu implicarea ca prim personaj a studentului, cu numeroase teste si cu invatamantul la distanta), acest curs de 'Bazele electrotehnicii', tiparit aici ca versiune 0 (ce va fi perfectionata pe 'site'-ul Internet dupa fiecare an universitar, in procesul predarii), va fi prezentat in consonanta cu dotarile informatice de care dispunem si cu cerintele pedagogice actuale.
