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為什么叫“電氣”工程師，而不是“電器”工程師？

2023-06-27

為什么電氣工程專(zhuān)業(yè)要叫做電氣呢？我學(xué)了這么多年的電氣專(zhuān)業(yè)了，還從未思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題呢~今天被鄰居家的高中生給難住了，仔細一想，覺(jué)得這個(gè)話(huà)題挺有意義的，希望有朋友能一起討論一下。

 

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電氣的概念
 
電氣（electrical，electrical power and equipment）
  • 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)域的統稱(chēng)。
  • 是以電能、電氣設備和電氣技術(shù)為手段來(lái)創(chuàng )造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門(mén)科學(xué)。
  • 涵蓋電能的轉換、利用和研究三方面，包括基礎理論、應用技術(shù)、設施設備等。
 
而經(jīng)常被外行人所混淆的“電器”又是什么呢？
電器（electrical appliance）
  • 泛指所有用電的器具。
  • 專(zhuān)業(yè)的說(shuō)：用于對電路進(jìn)行接通、分斷，對電路參數進(jìn)行變換，以實(shí)現對電路或用電設備的控制、調節、切換、檢測和保護等作用的電工裝置、設備和元件。
  • 通俗的說(shuō)：家庭常用的一些為生活提供便利的用電設備，如電視機、空調、冰箱、洗衣機、各種小家電等等。
     
接下來(lái)，讓我們一起走進(jìn)“電氣”、認識“電氣”。
 
電氣的出處
 
觀(guān)點(diǎn)一：
“電氣”一詞應是清末外國傳教士對electric fluid的翻譯，具體可參見(jiàn)雷銀照《“電氣”詞源考》一文，這里我就簡(jiǎn)單的說(shuō)明一下。
 
“電氣”最早可能源于美國傳教士瑪高溫(D. J. Macgowan)所譯《博物通書(shū)》(Philosophical Almanac, 1851)一書(shū)，這本書(shū)也是目前已知最早的中文電磁學(xué)著(zhù)作。
 
那時(shí)法拉第才剛發(fā)現電磁感應現象沒(méi)多久，電子更是要到幾十年后才由湯姆孫發(fā)現，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)，把電現象解釋為電流體的運動(dòng)。其中包括杜費(Charles du Fay)提出的二流體假說(shuō)與本杰明·富蘭克林(Benjamin Franklin)提出的單流體假說(shuō)（按今天的觀(guān)點(diǎn)看，兩者的實(shí)質(zhì)都是正電荷與負電荷）。
 
“電氣”便是瑪高溫在譯介當時(shí)西方主流電學(xué)知識時(shí)對電流體(electric fluid)的翻譯?，敻邷赜谩皻狻眮?lái)翻譯fluid，或許不止考慮到氣的流動(dòng)特性，也考慮到在當時(shí)看來(lái)電和中國古代哲學(xué)中所說(shuō)的“氣”一樣都是萬(wàn)物皆有的神秘現象。
 
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具體怎么解釋還要看大家嚴謹的討論和研究。
 
觀(guān)點(diǎn)二：
蓋西方工業(yè)之初,動(dòng)力機械均由蒸汽輪機驅動(dòng),后來(lái)則有了電,故"電氣"者,開(kāi)始泛指工業(yè)動(dòng)力者也,然現在也無(wú)蒸汽輪機了,故干脆以電氣泛指電了?！半姎狻边@個(gè)名詞已經(jīng)用習慣了，所以沿用下來(lái)！
 
電氣中的氣，當指“壓縮空氣”。工業(yè)自動(dòng)化中，需要動(dòng)起來(lái)的設備，有電動(dòng)，氣壓傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)等三種。電動(dòng)和氣動(dòng)是最廣泛運用的動(dòng)力源，兩者結合使用，完成自動(dòng)化。故稱(chēng)：電氣自動(dòng)化。
 
觀(guān)點(diǎn)三：
關(guān)于電氣名稱(chēng)的起源，我聽(tīng)說(shuō)過(guò)的比較可靠的解釋有兩種：
 
解釋1：中國古代認識
電是自然現象，在古代人們是通過(guò)閃電發(fā)現它的存在的。在古代中國,古人認為電的現象是陰氣與陽(yáng)氣相激而生成的,《說(shuō)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”。古人對電的解釋?zhuān)ɑ蛘叻Q(chēng)為學(xué)說(shuō)）是通過(guò)“氣”來(lái)解釋的，是為電氣。
 
中國最早用氣學(xué)說(shuō)來(lái)解釋電的吸引現象，出現在東漢王充撰寫(xiě)的《論衡》。
 
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解釋2：現代科學(xué)認識
現代科學(xué)認為：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，電子帶負電，原子顯電中性。但在一些物理作用下（主要有3類(lèi)途徑：摩擦起電、接觸帶電，感應帶電），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，從而顯負電性。
 
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e表示（e=1.6x10?19）。任何帶電體所帶電荷量都是e的整數倍。電荷的流動(dòng)就產(chǎn)生了電流。這幾乎是現代物理學(xué)對電的最準確的認識了。
 
基于這一邏輯，我們知道，電的本質(zhì)是電子的運動(dòng)，而電子是一種微觀(guān)粒子，在原子如此小的空間（直徑約10?1?m）內作高速（接近光速3×10?m·s?1）運動(dòng)，核外電子的運動(dòng)與宏觀(guān)物體運動(dòng)不同，沒(méi)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機會(huì )（幾率）的大小。
 
根據量子力學(xué)中的測不準原理，我們不可能同時(shí)準確地測定出電子在某一時(shí)刻所處的位置和運動(dòng)速度，也不能描畫(huà)出它的運動(dòng)軌跡。因此，人們常用一種能夠表示電子在一定時(shí)間內在核外空間各處出現機會(huì )的模型來(lái)描述電子在核外的的運動(dòng)。
 
這種模型的三維圖像結果看上去，就像是在原子核周?chē)目臻g，由于電子的運動(dòng)而形成了陰電氣氛。描述電子在原子核周?chē)鲄^域出現的幾率?？梢栽趫D像中用電子云密度(陰電氣氛的濃厚程度)來(lái)表示，以不同的濃淡點(diǎn)代表幾率的大小，其結果像電子在原子核周?chē)纬傻撵F氣，所以也叫作電子氣體，即電氣。
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由此可知，電氣是囊落了所有電子運動(dòng)相關(guān)的物理現象，既包括強電、也包括弱電，電氣泛指一切電，因此在國外的大學(xué)電氣工程electrical engineering涵蓋了power engineering（強電）、electronic engineering（弱電）、information engineering（弱電）。但在中國，電氣就特指強電了（power engineering）。
 
因為電氣的起源就是研究閃電等強電現象開(kāi)始的，以功率為主，到后來(lái)才開(kāi)始利用電來(lái)表示信號，從而產(chǎn)生了信息學(xué)、電子學(xué)、計算機等等這些以信號為主的技術(shù)門(mén)類(lèi)，即電氣應該包括功率、信號兩個(gè)層面。我想這是電氣最科學(xué)靠譜的解釋了吧。
 
觀(guān)點(diǎn)四：
氣不可見(jiàn)器可見(jiàn)。只是感覺(jué)電氣看來(lái)含義更廣，既包含有形的也包含無(wú)形的，因為電氣似乎就是電的運動(dòng)，具體化后有了電力電機電器電子等。
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)設備或器件、而是指整個(gè)系統和電子、電器和電力的范疇。
 
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、電氣設備和電氣技術(shù)為手段來(lái)創(chuàng )造、維持與改善限定空間和環(huán)境的一門(mén)科學(xué),涵蓋電能的轉換、利用和研究三方面,包括基礎理論,應用技術(shù),設施設備等。

 

平常概念里的氣流的意思，現代工業(yè)中經(jīng)常會(huì )用電信號來(lái)控制輸入輸出，用氣流來(lái)控制機械部分的工作，舉個(gè)最簡(jiǎn)單的：氣缸，就是用電來(lái)控制閥的通斷，然后決定是否供氣來(lái)操縱機械部分的，所以電和氣會(huì )常常在一起稱(chēng)為電氣。

 

 
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(xiàn)路中流通，就相當于氣游走在人體當中一樣。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(shuō)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??！
 
觀(guān)點(diǎn)五：
對于“氣”的理解，我認為就是氣體。本科學(xué)的電力電子，對這個(gè)沒(méi)概念，讀了研究生之后轉為高電壓與絕緣技術(shù)才會(huì )發(fā)現，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(kāi)關(guān)，它之所以能起作用是因為它在空氣當中，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。
 
在研究絕緣的過(guò)程中，包括氣體絕緣、固體絕緣和液體絕緣。氣體絕緣是自恢復性最好，最廉價(jià)的一種絕緣介質(zhì)就是空氣?？諝忾_(kāi)關(guān)就是這么產(chǎn)生的。除了空氣之外的，像六氟化硫氣體，也是現在研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，絕緣強度是空氣的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(mén)知識里面。
 
關(guān)于氣體的放電理論都是作為第一章來(lái)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(shuō)研究氣體絕緣是研究高壓的半壁江山，進(jìn)而沒(méi)有高壓就沒(méi)電能的輸送和變配，整個(gè)供電系統也就不存在了?，F在可以理解到“氣”的重要了嗎，半壁江山。

2023 /

06-27

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