4.11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВЕЩЕСТВЕННЫХ СРЕДАХ

4.11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВЕЩЕСТВЕННЫХ СРЕДАХ

Расчеты ЭМП потребовали более точного описания свойств среды. Потребовалось привлечение и освоение разделов физики диэлектриков, металлов, полупроводящих материалов и ферромагнетизма. Проблема промышленного изготовления изоляторов и изолирующих материалов, а также их применения привела к необходимости не только постановки исследований в области технологии, но и к разработке теории физических процессов в диэлектриках. Серии обширных работ по теории электрического пробоя и свойствам диэлектриков были проведены в ВЭИ (П.А. Флоренский), в созданном почти одновременно с ВЭИ Ленинградском физико-техническом институте, руководимым А.Ф. Иоффе (В.А. Фок, Н.Н. Семенов), и организованном Г.М. Кржижановским в 1930 г. Энергетическом институте (B.C. Комельков, Ю.Н. Вершинин). Исследовались природа потерь в диэлектриках (А.П. Александров, И.В. Курчатов, Я.И. Френкель и др.) и физические процессы в диэлектриках, полупроводниках и многофазных средах (А.Ф. Иоффе, И.В. Курчатов, Я.И. Френкель, А.П. Александров, Н.С. Лидоренко и др.), что привело к открытию многочисленных новых материалов с исключительными диэлектрическими (сегнетоэлектрики, материалы высокой проницаемости) и электрическими свойствами. В связи с разработкой и производством новых изоляционных материалов важными стали методы теоретического расчета их диэлектрической проницаемости, синтеза таких материалов с заданными электрическими и магнитными свойствами (А.Н. Лагарьков, Г.С. Кучинский, М.А. Карапетян и др.).

Исключительное место в практических приложениях заняли полупроводники. Особые свойства полупроводников, заключающиеся в зависимости электрического сопротивления контактного слоя между металлами и некоторыми полупроводниками от направления тока, температуры, освещения и электрического поля, созданного другим электродом (транзисторы и тиристоры), привели к созданию многих новых отраслей науки и техники. Вся современная дискретная и вычислительная техника в основе своей имеет дело с полупроводниковыми приборами различного размера и степени интеграции в одном кристалле. В энергетических отраслях важное место занимает свойство полупроводников преобразовывать тепловую и солнечную энергию непосредственно в электрическую.

На основе использования мощных полупроводниковых приборов (тиристоров) стало возможным преобразовывать переменный ток в постоянный и управлять этим процессом. Эта возможность широко используется в многочисленных промышленных установках преобразования частоты в технологических целях и для передачи энергии постоянным током, при освоении которой в СССР были достигнуты выдающиеся результаты.

В ТЭ особое место занимают устройства с ферромагнитными сердечниками, и по этой причине исследование ферромагнитных свойств материалов занимает большое место в научных разработках. Непосредственное отношение к ТЭ имеют исследования, связанные с теорией поведения ферромагнитных тел в ЭМП и теорией электрических цепей, содержащих индуктивные катушки с ферромагнитными сердечниками. Выдающаяся роль в этой области принадлежит В.К. Аркадьеву. Он еще в 1913 г. произвел важные исследования железа и никеля в области сверхвысоких частот и наблюдал исчезновение ферромагнитных свойств при электромагнитных волнах длиной 1 и 3 см. В дальнейших своих исследованиях В.К. Аркадьев показал возможность существования релаксационных и резонансных явлений в ферромагнетиках. Эти исследования применительно к современным задачам электротехники, радиотехники и элементов магнитной памяти в вычислительной технике продолжались К.М. Поливановым и его научной школой на кафедре ТОЭ в МЭИ.

Следует заметить, что вопросам поведения ферромагнетиков в электротехнических устройствах посвящено много исследований именно на кафедрах теоретических основ электротехники. Помимо кафедры ТОЭ в Московском энергетическом институте такие работы проводились на кафедре ТОЭ Ленинградского политехнического института под руководством Л.Р. Неймана (проникновение ЭМП в среды с ферромагнитными свойствами), П.Л. Калантарова (открытие и исследование феррорезонансных явлений в электрических цепях).

С начала 60-х годов явление сверхпроводимости, открытое в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннесом, нашло техническое применение в области создания сверхпроводящих электрических машин и трансформаторов, кабельных линий передач энергии, индуктивных накопителей энергии, магнитной сепарации и томографии. Перспективы уменьшения габаритов этих устройств и потерь энергии в них стимулировали проведение научных исследований. В этой связи с точки зрения ТЭ важной стала проблема описания электрических свойств сверхпроводящих материалов и токоведущих частей этих устройств. Особенность существования магнитного поля в сверхпроводнике, а также тепловая неустойчивость таких систем весьма остро поставили задачу введения в систему уравнений Д.К. Максвелла их вещественных характеристик. Успешному решению этой задачи способствовали успехи отечественной школы физики в области феноменологической теории сверхпроводимости (Л.Д. Ландау, В.Л. Гинзбург, Л.П. Горькое, А.А. Абрикосов). Большую роль в создании технических устройств сыграли работы В.Б. Зенкевича по методам расчета электрических параметров композитных сверхпроводников с учетом реальных особенностей конструкции; В.А. Альтова, В.В. Сычева по термостабилизации и опыт создания сверхпроводящих катушек для термоядерных устройств, выполненных в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова под руководством Н.А. Черноплекова.