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[答疑,备课,坍缩] 正弦量合情合理地变成相对静止的矢量,一点也不奇怪

已有 3495 次阅读 2022-10-12 16:27 |个人分类:科学 - 艺术 - 本质|系统分类:教学心得

汉语是联合国官方正式使用的 6种同等有效语言之一。请不要歧视汉语!

Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations.

Not to discriminate against Chinese, please!

                                                  

一切真理开始时总是在少数人手里,总是受到多数人的压力。这是一个规律。

一万年以后,先进的东西开始也还是要挨骂的。

不是由于有意压抑,只是由于鉴别不清,也会妨碍新生事物的成长。

“而我们自己则往往是幼稚可笑的,不了解这一点,就不能得到起码的知识。”

学习,学习,再学习。用人类创造的全部知识财富来丰富自己的头脑。

客观规律是客观的;独立于人而客观存在。

我所追求的东西非常简单,我要以我微弱的力量,冒着不讨任何人喜欢的危险, 服务于真理和正义。

追求科学,需要有特殊的勇气。

                           

[答疑,备课,坍缩正弦量合情合理地变成相对静止的矢量,一点也不奇怪

                           

   主要用于本科生《电工学》课程。

                           

一、《电工学》里有至少两处:相量法、三相异步电动机

   (1) 1893年施泰因梅茨发明“相量法”:从参考相量看,同频正弦量都变成了“相对静止”的矢量。

Charles Proteus Steinmetz   The Brilliant Hunchback from Breslau_副本.jpg

图1  施泰因梅茨,Charles Proteus Steinmetz, 1865-04-09 ~ 1923-10-26

https://s.inyourpocket.com/gallery/wroclaw/2020/04/C.P.-Steinmetz-LCCN2014714114.jpg

https://www.inyourpocket.com/wroclaw/charles-proteus-steinmetz-the-brilliant-hunchback_70375f

            

   (2) 使用“三相正弦交流电”的三相异步电动机,转子机械转速与定子旋转磁场同步时,转子里的感生正弦电流消失。当转子机械转速低于定子旋转磁场转速(同步转速)时,转子里的导线切割定子线圈激发的磁力线(定子的旋转磁场),在转子回路里形成感生电流,进而推动转子做机械旋转运动。

   一般认为,特斯拉(Nikola Tesla)在1888年发明了异步电动机,美国专利编号381968 (US patent, number 381,968)。

britannica-Nikola-Tesla_副本.jpg

图2  特斯拉,Nikola Tesla, 1856-07-09/10 ~ 1943-01-07

https://cdn.britannica.com/49/4649-050-BB5F0463/Nikola-Tesla.jpg

https://www.britannica.com/biography/Nikola-Tesla

   

   1895年的追光少年。

            

二、没吓着您吧?

   (1) 大概 1882年之前,特斯拉研制了旋转磁场的原理,并制定了感应电机的计划(Later, at Budapest, he visualized the principle of the rotating magnetic field and developed plans for an induction motor that would become his first step toward the successful utilization of alternating current. )。

   1888年5月,匹兹堡的威斯汀豪斯电气公司负责人乔治·威斯汀豪斯(George Westinghouse)购买了特斯拉多相交流发电机、变压器和电机系统的专利权。(In May 1888 George Westinghouse, head of the Westinghouse Electric Company in Pittsburgh, bought the patent rights to Tesla’s polyphase system of alternating-current dynamos, transformers, and motors. )

https://www.britannica.com/biography/Nikola-Tesla

                   

   (2) That's largely why many of the electric motors that drive the appliances in our homes, factories, and offices are AC induction motors, powered by rotating magnetic fields, which Nikola Tesla designed in the 1880s (his patent, illustrated here, was granted in May 1888). An Italian physicist named Galileo Ferraris independently came up with the same idea at around the same time, but history has treated him even more cruelly than Tesla and his name is now all but forgotten.

   这就是为什么我们家、工厂和办公室里驱动电器的许多电机都是交流感应电机,由旋转磁场驱动,尼古拉·特斯拉在19世纪80年代设计了这种电机(如图所示,他的专利于1888年5月获得)。一位名叫伽利略·费拉里斯的意大利物理学家大约在同一时间独立提出了同样的想法,但历史对他的对待甚至比特斯拉还要残酷,他的名字现在几乎被遗忘了

https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html

                   

   (3) In 1887 and 1888 Tesla had an experimental shop at 89 Liberty Street, New York, and there he invented the induction motor. He sold the invention to Westinghouse in July 1888 and spent a year in Pittsburgh instructing Westinghouse engineers.

   1887年和1888年,特斯拉在纽约自由街89号有一家实验店,在那里他发明了感应电动机。1888年7月,他将这项发明卖给了威斯汀豪斯公司,并在匹兹堡花了一年时间指导威斯汀豪斯公司的工程师。

https://www.teslasociety.com/hall_of_fame.htm#:~:text=Nikola%20Tesla%20invented%20the%20induction%20motor%20with%20rotating,York%2C%20and%20there%20he%20invented%20the%20induction%20motor.

                   

三、特斯拉的电动机图片

https://www.teslasociety.com/hall_of_fame.htm#:~:text=Nikola%20Tesla%20invented%20the%20induction%20motor%20with%20rotating,York%2C%20and%20there%20he%20invented%20the%20induction%20motor

                           

One of the original AC Tesla Induction Motors on display in the British Science .jpg

图3  伦敦大英科学博物馆展出的原装交流特斯拉感应电动机之一。

Above: One of the original AC Tesla Induction Motors on display in the British Science Museum in London. This motor was referenced in T.C. Martin's book as loaned by Tesla to Prof. Ayrton in England. In 1892, Tesla delivered his famous lecture before the Institution of Electrical Engineers and the Royal Institution of Great Britain, in London, where he gave his original induction motor to Prof. Ayrton. Photo from Jim Morford. Tesla Memorial Society of New York is grateful for Mr. Morford's educational photographs and texts.

https://www.teslasociety.com/pictures/ac/TeslaMotorBritishMuseum.JPG

                                        

One of the original Tesla Electric Motors from 1888 which.jpg

图4  1888年最初的特斯拉电动机之一

Above: One of the original Tesla Electric Motors from 1888 which is today the main power of for industry and household appliances.  Tesla's Electric Motor is one of the ten greatest inventions of all times.

https://www.teslasociety.com/pictures/pic3.jpg

                                          

Tesla's Alternating Current Motor found at the Smithsonian.jpg

图5  华盛顿史密森协会(Smithsonian Institute)的特斯拉的交流电动机

Above: Tesla's Alternating Current Motor found at the Smithsonian Institution in Washington D.C.  (For more information go to: Smithsonian Institution  (Museum) in Washington D.C. pays tribute to Nikola Tesla)

https://www.teslasociety.com/dc/s12.jpg

                                    

参考资料:

[1] 施泰因梅茨,C.P./Charles Proteus Steinmetz/陈佳圭,中国大百科全书,第三版网络版[ED/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=115926&Type=bkzyb&SubID=161979

   1892年1月,提出了计算交流电机的磁滞损耗的公式,为当时在交流电研究方面的第一流成果。1893年他又创立了计算交流电路的实用方法——相量法。

[2] 特斯拉,N./Nikola Tesla/瞿文安,中国大百科全书,第三版网络版[ED/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=126651&Type=bkzyb&SubID=98343

   1883年在斯特拉斯堡工作时,以业余时间制成第一台感应电动机。

[3] 尼古拉·特斯拉,塞尔维亚裔美籍科学家,百度百科

https://baike.baidu.com/item/%E5%B0%BC%E5%8F%A4%E6%8B%89%C2%B7%E7%89%B9%E6%96%AF%E6%8B%89/4481228?fromModule=lemma_search-box

[4] Nikola Tesla, Serbian-American inventor, britannica

https://www.britannica.com/biography/Nikola-Tesla

[5] Tesla's AC Induction Motor is one of the 10 greatest discoveries of all time

https://www.teslasociety.com/hall_of_fame.htm#:~:text=Nikola%20Tesla%20invented%20the%20induction%20motor%20with%20rotating,York%2C%20and%20there%20he%20invented%20the%20induction%20motor.

[6] explainthatstuff, Chris Woodford, 2021-06-28, Induction motors

https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html

[7] 南开新闻网,2008-11-11,科学素质教育课程骨干教师高级研修班在南开举行

http://news.nankai.edu.cn/zhxw/system/2008/11/10/000019982.shtml

   这些公共课的教学实践为科学素质教育提供了经验,一些课程的魅力已辐射到全国乃至海外,许多高校希望开设类似的科学素质教育课程。此次高级研修班正是为了通过专家学者及一线教师间的交流,深化对大学生文化素质教育工作的理解,探讨科学素质教育课程建设的基本思路,促进和落实科学素质教育与人文素质教育的融合。

   在4天的研修时间中,安排了7场大会报告、15次大会发言、两次分组讨论及7次听课活动,周远清、王义遒在研修班上分别作了题为“大力推进科学教育与人文教育的融合”、“文化素质教育中的科学素质教育”的报告。这次研修活动里,一些新鲜的教学理念及思想引起与会代表的热烈反响,一位来自河南的教师表示,研修班的内容太丰富了,短短4天令人意犹未尽,希望明年能够继续举办更长时间的研修活动。

   科学素质教育课程骨干教师高级研修班于11月12日圆满闭幕。据悉,研修班结束后,各门科学素质教育课程还将酝酿成立校际教学研修小组,定期召开研讨会,讨论这类课程的教学改革及可持续发展。

相关链接(一):

[1] 2022-09-28,历史上经典科学实验的现代再检验:“硬凑”的逻辑

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1357231.html

[2] 2022-09-29,统一场:爱因斯坦是“超级冤大头”吗?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1357360.html

[3] 2022-08-02,[求助] 希尔伯特“物理对于物理学家来说实在是太难了!”的出处

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1349735.html

[4] 2022-03-03,[求助] 普朗克 Planck “取决于人类认识能力的局限性”的出处

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1327900.html

   1933年2月17日,普朗克在柏林为德国工程师协会所做演讲中说:

   “科学是内在的整体,被分解为单独的部门不是取决于事物的本质,而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在着由物理学到化学、通过生物学和人类学到社会科学的链条,这是一个任何一处都不能被打断的链条。”

[5] 2022-06-02,[讨论] 从孟德尔“豌豆实验”到流体力学 Navier–Stokes 方程

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341284.html

[6] 2021-01-13,[建议] 广泛重复自然科学各个学科中100多年前的那些经典实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1267037.html

[7] 2021-10-04,[请教] “0到1”:密立根油滴实验时,知道电子电荷的估计值吗?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1306722.html

[8] 2020-12-01,[建议] 重复孟德尔的生物学豌豆实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1260648.html

[9] 2019-04-06,[呼吁] 经典电磁学实验的现代高精度、高稳定性再检验!

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1171840.html

[10] 2017-07-07,脱离数量级谈物理效应,就是耍流氓?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1065164.html

[11] 2022-06-14,[小结] 近期关于引力、电磁力统一的思考

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342966.html

[12] 2019-07-02,记忆:南开大学2008年《科学素质教育课程骨干教师高级研修班》

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187783.html

相关链接(二):

[1] 2022-10-11,[答疑,备课,讨论] 结点电压法的直观解释:填写规则,基尔霍夫定律,电压源的符号

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1359017.html

[2] 2022-09-25,[答疑,备课,讨论] 结点电压法的直观解释:填写规则,电压源的符号 2022-10-11 22

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1356777.html

[3] 2022-09-16,[讨论,思考,备课,答疑,争鸣] 电路里电压和电流之间的“关联参考方向”与“无源元件”、“有源元件”

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1355603.html

[4] 2022-09-08,[思考,备课,答疑] “薄雕虫”、一题多解与通用的机械化方法

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1354534.html

[5] 2022-09-06,[求助,备课,答疑] 关于“能源”的一些名词

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1354217.html

[6] 2022-05-20,[备课,求助,资料] 《电路( 电工原理Ⅰ)》教学三大历史难题

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1339440.html

[7] 2022-05-19,[备课,求助,资料] 《电子学(电子技术基础)》教学三大历史难题

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1339284.html

[8] 2022-05-03,[备课+小资料] 盘点全球历次大停电事故

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1336802.html

[9] 2022-04-29,[备课或答疑] 谐振、三相交流电:不讲也会的内容

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1336231.html

[10] 2022-03-01,[科普 + 备课] Chaitin定理(1966年)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1327564.html

[11] 2022-02-19,[科普 + 备课] 哥德尔不完全性定理(1931年)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1326086.html

[12] 2021-12-07,[备课?答疑?笔记?] 结点电压法里的电压和电流方向

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1315545.html

[13] 2021-11-22,[备课?讨论?] 异步电动机定子的旋转磁场:想象力与逻辑

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1313473.html

[14] 2021-11-21,[备课?讨论?] 三个重复使用的术语或符号

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1313339.html

[15] 2021-11-17,[备课?“被”答疑?讨论?] 换路定律,换路定则?还是“换路约定”?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1312800.html

[16] 2021-10-27,[备课?答疑?笔记?] 顺时针方向

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1309690.html

[17] 2021-10-24,[备课?答疑?笔记?] 恒流源、恒压源,理想电源

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1309254.html

[18] 2021-10-16,[备课?答疑?笔记?] 网孔电流法、结点电压法;等效电源适用于哪些电路?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1308184.html

[19] 2021-10-15,[备课?答疑?笔记?] 戴维宁定理和诺顿定理要点

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[20] 2021-10-13,[备课?答疑?笔记?] 电路分析整体方法的做题基本要点

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1307811.html

[21] 2021-09-28,[算是备课吧?] 超导体发展大事小记

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[22] 2021-08-07,[备课或答疑] 为什么90+的实力,期末考试却只有70+分?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1298778.html

[23] 2021-08-05,[备课] 电容、电感、电阻的电路模型(“场”是“路”的基础)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1298456.html

[24] 2021-07-20,[备课] 《电工学》教学和考试改革建议(from 外国留学生)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1296255.html

[25] 2021-06-29,[备课] 磁滞回线的方向,磁化曲线

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1293370.html

[26] 2021-06-02,[备课] 一阶低通滤波器的相频特性波特图,折线还是弯线?

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[27] 2021-06-01,[备课] PLC外部接线为什么常用采用动合按钮?

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[28] 2021-03-07,[备课征集] 自动化、自动控制、智能控制的未来发展方向有哪些?

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[29] 2021-03-05,[备课的随想] 模糊控制为什么成功?

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[30] 2020-11-11,[备课] 手机充电器里的铁损与铜损:正常充电时,哪个更大?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1257958.html

[31] 2020-10-11,[备课] 狄里赫利条件 Dirichlet conditions 汇集

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1253975.html

[32] 2020-04-08,[抗疫备课日记] 10 50Hz正弦交流电:电磁学历史系列考证(雷银照等老师)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1227401.html

[33] 2020-04-07,[抗疫备课日记] 09 手机通话时,KCL、KVL成立吗?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1227254.html

[34] 2020-04-06,[抗疫备课日记] 08 为什么我国采用 50 Hz 的正弦交流电?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1227133.html

[35] 2020-03-31,[抗疫备课日记] 07 拉普拉斯变换小议

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1226144.html

[36] 2020-03-03,[抗疫备课日记] 06 同学们网上注册名称的建议

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1221577.html

[37] 2020-02-17,[抗疫备课日记] 05 不同的书籍写作风格

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1218990.html

[38] 2020-02-15,[抗疫备课日记] 04 学什么都不易(网上在线课程,下大雪)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1218642.html

[39] 2020-02-14,[抗疫备课日记] 03 OBE(基于学习产出的教育模式)有没有弊端?

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[40] 2020-02-13,[抗疫备课日记] 02 今年会是科技“奇迹年”吗?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1218321.html

[41] 2020-02-12,[抗疫备课日记] 01 遇上好人了!

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1218179.html

                                        

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