電路理論及相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史

電路理論是當(dāng)代電氣工程與電子科學(xué)技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)之一酿炸。電路理論與電磁學(xué)糙申、電子科學(xué)與技術(shù)叨叙、通信锭弊、電氣工程、自動(dòng)控制擂错、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)等學(xué)科相互促進(jìn)味滞、相互影響。經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的漫長(zhǎng)道路以后钮呀，電路理論已經(jīng)發(fā)展成一門體系完整桃犬、邏輯嚴(yán)密、具有強(qiáng)大生命力的學(xué)科領(lǐng)域行楞。

人類對(duì)電磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)始于對(duì)靜電攒暇、靜磁現(xiàn)象的觀察。

導(dǎo)體和絕緣體的提出

1729年子房，英國(guó)人S.格雷將材料分為兩類——導(dǎo)體和絕緣體形用。

導(dǎo)體——絕緣體

正電荷和負(fù)電荷概念的提出

1749年就轧，美國(guó)科學(xué)家富蘭克林提出了正電荷和負(fù)電荷的概念。

正負(fù)電荷間的作用

庫侖定律

1785——1789年田度，法國(guó)人庫侖定量地研究了兩個(gè)帶電體間的相互作用妒御，得出了歷史上最早的靜電學(xué)定律——庫侖定律。

庫侖定律（Coulomb's law）是靜止點(diǎn)電荷相互作用力的規(guī)律镇饺。1785年法國(guó)科學(xué)家C,-A.de庫倫由實(shí)驗(yàn)得出乎莉，真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力同它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比奸笤，作用力的方向在它們的連線上惋啃，同名電荷相斥，異名電荷相吸监右。這是人類在電磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)上的一次飛躍边灭。

庫侖定律

伏打電池

19世紀(jì)以前，電與磁的應(yīng)用尚屬鳳毛麟角健盒。1800年绒瘦，意大利物理學(xué)家伏特發(fā)明了伏打電池，它能夠把化學(xué)能不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/b>扣癣，維持單一方向的持續(xù)電流惰帽。這一發(fā)明具有劃時(shí)代的意義，它為人們深入研究電化學(xué)父虑、電磁學(xué)以及它們的應(yīng)用打下了物質(zhì)基礎(chǔ)该酗。以后很快發(fā)現(xiàn)了電流的化學(xué)效應(yīng)、熱效應(yīng)以及利用電來照明等频轿。

電流的磁效應(yīng)

1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)烁焙，在電與磁之間架起了一座橋梁航邢，打開了近代電磁學(xué)的突破口。

電生磁實(shí)驗(yàn)

安培環(huán)路定理

1825年骄蝇，法國(guó)科學(xué)家安培提出了著名的安培環(huán)路定理（在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中膳殷，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合路徑的線積分，等于這閉合路徑所包圍的各個(gè)電流的代數(shù)和乘以磁導(dǎo)率九火。安培環(huán)路定理可以由畢奧－薩伐爾定律導(dǎo)出赚窃。它反映了穩(wěn)恒磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線和載流導(dǎo)線相互套連的性質(zhì)）。他從1820年開始在測(cè)量電流的磁效應(yīng)中岔激，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)載流導(dǎo)線可以互相吸引勒极，又可以互相排斥。這一發(fā)現(xiàn)成為研究電學(xué)的基本定律虑鼎，為電動(dòng)機(jī)的發(fā)明做了理論上的基礎(chǔ)辱匿。

歐姆定律

1826年键痛，德國(guó)人歐姆在多年實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了著名的歐姆定律：在恒定溫度下匾七，導(dǎo)線回路中的電流等于回路中的電動(dòng)勢(shì)與電阻值比絮短。歐姆又將這一定律推廣于任意一段導(dǎo)線上，并得出導(dǎo)線中的電流等于這一段導(dǎo)線上的電壓與電阻之比昨忆。

電磁感應(yīng)現(xiàn)象

1831年丁频，英國(guó)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)他繼續(xù)奧斯特的實(shí)驗(yàn)時(shí)邑贴，他堅(jiān)信既然電能產(chǎn)生磁席里，那么磁也能產(chǎn)生電。他終于發(fā)現(xiàn)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)痢缎，并能在閉合導(dǎo)體回路中產(chǎn)生電流胁勺。這一發(fā)現(xiàn)成為發(fā)電機(jī)和變壓器的基本原理，從而使機(jī)械能變?yōu)殡娔艹蔀榭赡堋?/p>

磁生電實(shí)驗(yàn)

楞次定律

1834年俄國(guó)人楞次提出感應(yīng)電流方向的定律独旷，即著名的楞次定律署穗。

電報(bào)

1838年，畫家出身的美國(guó)人莫爾斯發(fā)明了電報(bào)嵌洼。1844年案疲，他用電報(bào)機(jī)從華盛頓向40英里外的巴爾的摩發(fā)出電文。

電路的兩個(gè)基本定律——基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律

1845年麻养，德國(guó)科學(xué)家基爾霍夫在深入研究了歐姆的工作成果之后褐啡，提出了電路的兩個(gè)基本定律——基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它是集總參數(shù)電路（其特點(diǎn)是電路中任意兩個(gè)端點(diǎn)間的電壓和流入任一器件端鈕的電流完全確定鳖昌，與器件的幾何尺寸和空間位置無關(guān)备畦。與其對(duì)應(yīng)的是分布參數(shù)電路）中電壓、電流必須服從的規(guī)律许昨。

電震蕩的頻率

1853年懂盐，湯姆遜采用電阻、電感和電容的電路模型糕档，分析了萊頓瓶的放電過程莉恼，得出電震蕩的頻率。

等效發(fā)電機(jī)定理

1853年速那，亥姆霍茲提出電路中的等效發(fā)電機(jī)定理(戴維南定理和諾頓定理是最常用的電路簡(jiǎn)化方法俐银。由于戴維南定理和諾頓定理都是將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效為電源支路，所以統(tǒng)稱為等效電源定理或等效發(fā)電機(jī)定理)端仰。由于國(guó)際通信需求的增加捶惜，1850——1855年，歐洲建成了英國(guó)荔烧、法國(guó)售躁、意大利坞淮、土耳其之間的海底電報(bào)電纜。電報(bào)信號(hào)經(jīng)過遠(yuǎn)距離的電纜傳送陪捷，產(chǎn)生了信號(hào)的衰減回窘、延遲、失真等現(xiàn)象市袖。1854年湯姆遜發(fā)表了電纜傳輸理論啡直，分析了這些現(xiàn)象。1857年基爾霍夫考慮到架空傳輸線與電纜不同苍碟，得出了包括自感系數(shù)在內(nèi)的完整的傳輸線上電壓及電流方程式酒觅，稱之為電報(bào)員方程或基爾霍夫方程。至此微峰，包括傳輸線在內(nèi)的電路理論就基本建立起來了舷丹。

麥克斯韋方程組

1864年英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋總結(jié)了當(dāng)時(shí)所發(fā)現(xiàn)的種種電磁現(xiàn)象的規(guī)律，將它表達(dá)為麥克斯韋方程組蜓肆，預(yù)言了電磁波的存在颜凯，為電路理論奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1887年仗扬，德國(guó)物理學(xué)家赫茲經(jīng)過艱苦的反復(fù)實(shí)驗(yàn)症概，證明麥克斯韋所預(yù)言的電磁波確實(shí)存在。

麥克斯韋方程組

電動(dòng)機(jī)原理

1866年早芭，德國(guó)工程師西門子發(fā)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)原理并用在了發(fā)電機(jī)的改進(jìn)上彼城。由于點(diǎn)在各方面的應(yīng)用日益廣泛，如照明退个、電解募壕、電鍍、電力拖動(dòng)等语盈，迫切需要更方便地獲取電能舱馅，以提高效率、降低成本黎烈。1881年习柠，直流高壓輸電試驗(yàn)成功匀谣。但由于直流高壓不便于用戶直接使用照棋，同年在發(fā)明變壓器的基礎(chǔ)上又實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離交流高壓傳輸。從此武翎，電氣化時(shí)代開始了烈炭。

電話

1876年，美國(guó)科學(xué)家貝爾發(fā)明了電話宝恶。當(dāng)時(shí)電報(bào)已經(jīng)很發(fā)達(dá)符隙，貝爾在多路電報(bào)通信實(shí)驗(yàn)中趴捅，萌發(fā)了在電報(bào)線上通話的設(shè)想。在T.A.沃森的協(xié)助下霹疫，經(jīng)過不懈的努力終于試驗(yàn)成功拱绑。經(jīng)過不斷改進(jìn)，到1878年丽蝎，他實(shí)現(xiàn)了從波士頓到紐約之間200英里的首次長(zhǎng)途通話猎拨。

碳絲燈泡

1879年，美國(guó)人愛迪生發(fā)明了碳絲燈泡屠阻。

鎢絲燈泡

1912年美國(guó)人W.D.庫利奇發(fā)明了鎢絲燈泡红省，成為最普及的照明用具。電燈的廣泛使用国觉，是電能應(yīng)用的一次大普及吧恃，并改變了人們的生活。

無線電

1894年麻诀，意大利人馬可尼和俄國(guó)的波波夫分別發(fā)明了無線電痕寓。沒有受過正規(guī)大學(xué)教育的20歲的馬可尼利用赫茲的火花振蕩器作為發(fā)射器，通過電鍵的開针饥、閉產(chǎn)生斷續(xù)的電磁波信號(hào)厂抽。1895年，他發(fā)射的信號(hào)傳送距離為1km以上丁眼，1897年發(fā)射的信號(hào)可在20km之外接收到筷凤，從此開始了無線電通信的時(shí)代。

電視

1825年英國(guó)人貝爾德首先發(fā)明電視苞七。幾乎在同時(shí)藐守，美國(guó)無線電公司的工程師茲沃雷金發(fā)明了電視顯像管。1933年蹂风，他利用真空二極管卢厂、真空三極管和顯像管，最早發(fā)明了電視機(jī)惠啄。1936年慎恒，黑白電視機(jī)正式問世了。

近代電路理論的主要特點(diǎn)之一是吉爾曼將圖論引入電路理論之中撵渡。它為應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電路分析和集成電路布線與板圖設(shè)計(jì)等研究提供了有力的工具融柬。特點(diǎn)之二是出現(xiàn)大量新的電路元件、有源器件趋距，如使用低電壓的MOS電路粒氧，摒棄電感元件的電路，進(jìn)一步摒棄電阻的開關(guān)電容電路等节腐。當(dāng)前外盯，有源電路的綜合設(shè)計(jì)正在迅速發(fā)展之中摘盆。特點(diǎn)之三是在電路分析和設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)后，使得對(duì)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)和故障診斷成為可能饱苟，大大提高了電子產(chǎn)品的質(zhì)量并降低了成本孩擂。