Формирование классических технических наук: науки механического цикла, теплотехнические и электротехнические дисциплины. Становление ра

Доклад 

Формирование  классических технических наук: науки механического цикла, теплотехнические  и электротехнические дисциплины. Становление радиотехники и радиоэлектроники.

          Технические науки  возникли на определенных этапах  развития научно-технического знания  и технического прогресса, они  имеют как теоретические, так  и практические предпосылки своего  происхождения.

          Практическими предпосылками  формирования технических наук  является появление крупного  машинного производства которое  требовало для своего развития  и функционирования сознательного  применения научных знаний. Исторические  факты показывают, что технические  науки сформировались в связи  с усложнением технических средств  производства в период становления  машин и явились своего рода  инструментом, существенным образом  изменившим способ конструирования  машин.

          Теоретическими же  предпосылками формирования технических  наук являются как развитие  научно-технического знания, так  и развитие естественных наук  и математики в 19 веке, особено  механики И.Ньютона.  

          Вплоть до второй  половины XVIII века люди использовали  для нужд производства в основном  водяные двигатели. Так как передавать  механическое движение от водяного  колеса на большие расстояния  невозможно, все фабрики приходилось  строить на берегах рек, что  не всегда было удобно. Кроме  того, для эффективной работы  такого двигателя часто требовались  дорогостоящие подготовительные  работы (устройство, прудов, строительство  плотин и тому подобное). Были  у водяных колес и другие  недостатки: они имели малую мощность, работа их зависела от времени  года и с трудом подавалась  регулировке. Постепенно стала остро  ощущаться нужда в принципиально  новом двигателе: мощном, дешевом, автономном  и легкоуправляемом. Именно таким  двигателем на целое столетие  стала для человека паровая  машина. Идея парового двигателя  была отчасти подсказана его  изобретателям конструкцией поршневого  водяного насоса, который был  известен еще во времена античности. 

          Несомненная заслуга  в становлении технических наук  принадлежит Сади Карно - создателю  термодинамики, который абстрагировался  от конкретных конструкций паровых  двигателей, создал идеальную паровую  машину или теоретическую модель  этой машины и рассмотрел принцип  получения движения из тепла. Реальные паровые машины сводились  к системе физических величин, взаимодействие узлов и деталей  машин - к протекающим в них  физическим процессам. Эти физические  величины и процессы мог использовать  инженер в своей конструкторской  и технологической деятельности, что дало огромный толчок развитию  крупного машинного производства  в горниле которого выкристаллизовалась  новая система научно-технического  знания - технические науки, включающие  ряд наук механического цикла, теоретические основы конструирования. Возникает технология как научно-техническая  дисциплина и ряд отраслевых  технологических дисциплин.

          Начало изложения технических  наук и их преподавания в  высших технических учебных заведениях  относится к 18 веку. В 1777 году И. Бекман  опубликовал работу "Введение  в технологию". Знания, заимствованные  И.Бекманом из французских и  английских источников и использованные  им в работе свидетельствуют  о притягательной силе автора  к новым отношениям между теорией  и практикой. Его "научная" технология  многое объясняет путем классификации, хотя классическая система машин, порожденная промышленной революцией, находится еще вне поля его  зрения. Бекмановское понимание  технологии предполагало необходимость  кооперирования и комбинирования  специальных знаний и умений  как более высокой ступени  развития производительных сил. Технология определялась как  наука обучающая переработке  природных веществ или знанию  ремесел. Бекман писал, что если  в мастерских только указывают  что для изготовления товара  нужно сделать, то технология  в систематизированном виде дает  основательное руководство как  достичь этой конечной цели  исходя из определенных принципов  и опыта, как находить средства, объяснять и использовать их  при работе с теми или иными  предметами.

           Если в машиностроении научные знания дополняли практические, то электротехника явилась одной из первых научных дисциплин, образовавшихся на теоретической основе. Электротехническая наука и смежные с ней дисциплины формировались во время широкого технологического применения физики и химии. Вместе с тем электротехнические науки возникали и под воздействием производственных запросов: переход от паровых машин к электрическим совершался в тесной связи с научными данными об электричестве и магнетизме. Конечно, какое-то знание в этой области было накоплено еще в 17 веке, однако вследствие перехода физики к электромагнитной картине мира применение этих данных, включая накопленный при этом практический опыт, привело к созданию электротехники как первой технической науки, основанной преимущественно на теоретических положениях. Выделение электротехники как относительно независимой от физики науки характеризуется тем, что она обладает собственным объектом и собственным предметом изучения, собственными целями и особыми методами. Первоначально она была ориентирована на изучение машин и создала их теорию: теорию трансформаторов, изоляторов, генераторов, токов, источников тока и т.д.

          В период становления  электротехники выделялись работы  по созданию электрического двигателя.

          Цикл электротехнических  наук оказал огромное влияние  как на производство, так и  на дальнейшее развитие всех  технических наук. В середине 20 века  возникают качественно новые  технические проблемы, стимулирующие  совершенно новый этап в развитии  науки. Этот этап приходится уже  на научно-техническую революцию, которая обусловила переход к  теоретическому исследованию автоматических  технических систем, появление новых  областей техники и технических  теорий, основанных на теоретических  открытиях в естественных науках. Так, с открытием лазера связано  появление лазерной техники, с  делением атома - ядерной техники. В принципе совершенно аналогично  идет развитие космонавтики и  технической кибернетики. Правда, теоретические  основы кибернетики позволили  создать информационные системы. Изучением и совершенствованием  этих систем заняты такие технические  науки как техническая кибернетика, информатика и др.

          Начиная с 70-х гг. 19 в. наступает «классический» этап  развития технических наук. Одной  из характеристик зрелости технических  наук является применение научного  знания при создании новой  техники. Техническая дисциплина  — электротехника — появилась  с развитием конструкций электродвигателя, электромашинного генератора, электрического  телеграфа, электрического освещения, электроавтоматики и т.д.

          Развитие электротехнической  теории отставало от объективных  практических потребностей (не было  разработок по теории переменного  тока). Становление электротехники  как самостоятельной технической  науки произошло до начала 20 в. она имеет свои объекты исследования, свои цели и собственные методы.

          На рубеже 19 — 20 вв. наука  перешла от познания явлений  макроскопического масштаба к  познанию микропроцессов.

          Новый импульс развития  теоретической физики дает М. Планк, который в 1900 г. выдвинул теорию  квантов энергии. Развитие квантовой  физики привело в начале 20 в. к  созданию новых областей: электроники, радиотехники, рентгенотехники и  т.д. (т.е к тому моменту произошло  опережение весьма скромных потребностей).

          Развивалась радиотелеграфия  и разрабатывались научные основы  радиотехники. С целью упрощения  устройства радиоприёмника и  повышения его чувствительности  в разных странах велись интенсивные  разработки и исследования различных  типов простых и надёжных обнаружителей  высокочастотных колебаний - детекторов. 

          В 1904 г. была построена  первая двухэлектродная лампа (диод), которая до сих пор используется  в качестве детектора высокочастотных  колебаний и выпрямителя токов  технической частоты.

          Трёхэлектродная лампа (триод) была предложена в 1907 г. В 1913 г. была разработана схема лампового  регенеративного приёмника и  с помощью триода были получены  незатухающие электрические колебания. Новые электронные генераторы  позволили заменить искровые  и дуговые радиостанции ламповыми, что практически решило проблему  радиотелефонии. Внедрению электронных  ламп в радиотехнику способствовала  первая мировая война. С 1913 г. по 1920 г. радиотехника становится ламповой.

          Первые радиолампы  в России были изготовлены  Н.Д. Папалекси в 1914 г. в Петербурге. Из-за отсутствия совершенной  откачки они были не вакуумными, а газонаполненными ( с ртутью ). Первые  вакуумные приёмно - усилительные  лампы были изготовлены в 1916 г. М.А. Бонч-Бруевичем.

          В марте 1919 г. начался  серийный выпуск электронной  лампы РП-1. В 1920 г. Бонч-Бруевич закончил  разработку первых в мире генераторных  ламп с медным анодом и водяным  охлаждением мощностью до 1 кВт, а в 1923 г. - мощностью до 25 кВт. В Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосевым в 1922 г. была открыта возможность генерировать и усиливать радиосигналы с помощью полупроводниковых приборов. Им был создан безламповый приёмник - кристадин. Однако в те годы не были разработаны способы получения полупроводниковых материалов, и его изобретение не получило распространения.

          Одновременно широкое  развитие и применение получили  радиотелефонирование и радиовещание, были созданы радионавигация  и радиолокация. Переход от радиотелефонирования  к другим областям применения  электромагнитных волн стал возможен  благодаря достижениям электровакуумной  техники, которая освоила выпуск  различных электронных и ионных  приборов.

          Одновременно шло развитие  ионных приборов, в которых используется  электронный разряд в газе. Был  значительно усовершенствован изобретённый  ещё в 1908 г. ртутный вентиль. Появились  газотрон ( 1928-1929 г.г. ), тиратрон (1931 г.), стабилитрон, неоновые лампы и  т.д.  

          В эти годы радиотехника  превратилась в самостоятельную  инженерную науку. Интенсивно развивались  электровакуумная промышленность  и радиопромышленность. Были разработаны  инженерные методы расчёта радиотехнических  схем, проведены широчайшие научные  исследования, теоретические и экспериментальные  работы.

          Последний период ( 60-е-70-е  годы ) составляет эпоху полупроводниковой  техники и собственно электроники. Электроника внедряется во все  отрасли науки, техники и народного  хозяйства. Являясь комплексом наук, электроника тесно связана с  радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией, радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электронной  вычислительной и управляющей  техникой, радиоуправлением на расстоянии, телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой  и т.д.

          Продолжались интенсивные  работы в области физики твёрдого  тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения  монокристаллов полупроводников, методы  их очистки и введения примесей. Большой вклад в развитие физики  полупроводников внесла советская  школа академика А.Ф.Иоффе.

          Перед проектировщиками  сложных электронных систем, насчитывающих  десятки тысяч активных и пассивных  компонентов, стоят задачи уменьшения  габаритов, веса, потребляемой мощности  и стоимости электронных устройств, улучшения их рабочих характеристик  и, что самое главное, достижения  высокой надёжности работы. Эти  задачи успешно решает микроэлектроника - направление электроники, охватывающее  широкий комплекс проблем и  методов, связанных с проектированием  и изготовлением электронной  аппаратуры в микроминиатюрном  исполнении за счёт полного  или частичного исключения дискретных  компонентов.