Bazele electrotehnicii. Elemente de teoria campului electromagnetic. Intrebari si raspunsuri

Motto:
„Nu invatam nimic decat daca plecam de la cunoscut spre necunoscut.”
Dr. Claude Bernard

PREFATA

Disciplina Bazele electrotehnicii cuprinde trei parti mari si anume: Teoria circuitelor electrice, Teoria campului electromagnetic si Teoria microscopica a fenomenelor electromagnetice (Teoria electronilor).

Cunostintele despre fenomenele electrice si magnetice s-au cristalizat in teorii macroscopice sau microscopice, clasice sau cuantice, relativiste sau nerelativiste. Intrucat, in cele mai multe aplicatii din tehnica intervin viteze mici in raport cu viteza luminii in vid si fiindca prezentarea fenomenologica este indispensabila, primele doua parti ale Bazelor electrotehnicii au la baza o teorie macroscopica si nerelativista, pe baza conceptelor si sistematizarii facute de fondatorul scolii romanesti de electrotehnica Acad. Remus Radulet.

Dupa prima parte, privitoare la Teoria circuitelor electrice, aparuta recent [25], prezenta lucrare se refera la Teoria campului electromagnetic. Cele doua parti ale disciplinei Bazele electrotehnicii asigura pregatirea fundamentala de specialitate si se adreseaza studentilor de la facultatile de electrotehnica, electronica, energetica si automatica.

Teoria circuitelor electrice si Teoria campului electromagnetic, pe care autorul le-a „predat“ incepand din anul 1980 pana in prezent, s-au prezentat distinct studentilor din anii 1 si 2 din Academia Tehnica Militara.

S-a folosit exprimarea la timpul trecut, intrucat reorganizarea invatamantului politehnic romanesc, conform Procesului de la Bologna a condus la reducerea la patru ani a studiilor pentru ingineri si, implicit la reducerea numarului de ore alocate disciplinei Bazele electrotehnicii. Ca urmare, astazi nu se mai pot prezenta decat elementele de baza din lucrarile anterioare ale autorului [15], [16], [17], [18], [19], [22], [23].

De altfel, si lucrarea de fata are ca subtitlu: „Elemente de Teoria campului electromagnetic“.

S-a considerat si se considera ca la Masterat se completeaza cunostintele necesare. Am ceva indoieli, pentru ca asa cum spune neamtul: „Was Hanschen nicht lernt, lernt Hans nimmermehr“ („Ceea ce nu a invatat Ionica, nu mai invata niciodata Ion”).

Si din punctul de vedere al studentilor apare o problema. Acestia sunt nevoiti sa acumuleze pe „repede-inainte“ multe cunostinte necesare intelegerii altor discipline, cum ar fi: Antene si propagarea undelor electromagnetice, Teoria microundelor, Compatibilitate electromagnetica s.a.

Lucrarea de fata mai are inca un subtitlu: „Intrebari si raspunsuri”. Experienta avuta cu prilejul publicarii unei Culegeri de probleme, referitoare la Teoria circuitelor electrice [21], care mi s-a parut benefica, am adoptat-o si aici. Adica, la inceputul lucrarii s-au formulat intrebarile (problemele), asa incat studentii sa incerce sa le rezolve singuri, iar la final sa verifice rezultatele cu acelea de la Raspunsuri. Mai mult, cand au dificultati pot sa apeleze la capitolele de teorie expuse in lucrarile [15]...[23].

Lucrarea contine 250 de enunturi (probleme) si tot atatea raspunsuri, si este organizata pe patru capitole: 1. Elemente de Electrostatica; 2. Elemente de Electrocinetica; 3. Elemente de Electrodinamica; 4. Elemente de Unde electromagnetice.

La consideratiile de mai sus, mai adaug ceva.

Iata ce spune Acad. A. Tugulea despre frumusetea, dificultatea si necesitatea cunoasterii campului electromagnetic [64]:

„Campul este realitatea fizica cu care suntem in contact permanent si nemijlocit, desi nu avem simturi pentru a o percepe. In odaia in care stam, in parcurile in care ne plimbam, in noi insine, totul e plin de camp electromagnetic, in fiecare moment, datorita campului electromagnetic, fiecare cuta a fiintei noastre este patrunsa de toate melodiile care se canta pe Pamant, ba si de soapte din afara lui, rostite poate cu miliarde de ani in urma. Apoi s-a implinit un veac de la descoperirea undelor electromagnetice, forma cea mai pura de manifestare a campului electromagnetic. In ultimul rand, progresele electrotehnicii, electronicii, automaticii, informaticii etc. nu se pot concepe fara camp electromagnetic. In fine, ajungerea la conceptul de camp constituie una dintre cele mai minunate realizari ale spiritului uman, poate unul dintre cele mai grandioase momente de triumf ale rationalului asupra irationalului. Istoria acestui triumf se confunda cu viata unora dintre cele mai luminate minti ale umanitatii. Ea este povestea unei batalii continue a stiintei asupra nestiintei, lipsita de orori si varsari de sange, dar plina de exemple de curaj, perseverenta, pasiune, modestie si dragoste de munca, adevar si frumos. Este, fara indoiala, una dintre cele mai duioase si optimiste povesti despre umanitate capabila sa ne intareasca increderea in noi insine, chiar si in cele mai deznadajduite clipe ale existentei”.

Mai trebuie reliefat si un alt aspect. Ca si in cazul Mecanicii lui Issac Newton, dupa teoria lui Maxwell a inceput o perioada de prelucrare matematica a acesteia. Pentru reprezentarea campurilor magnetice conductoarelor parcurse de curenti electrici stationari, se introdusese anterior notiunea de potential magnetic vector. Lienard si Wiechert, in 1900 au opus acestuia si potentialul scalar al electrostaticii si potentialele retardate (intarziate), in care viteza de propagare finita a actiunilor electromagnetice isi gaseste expresia pregnanta. In context, este surprinzatoare poezia lui Mihai Eminescu „La steaua”, aparuta in anul 1886. Primele doua strofe:

„La steaua care-a rasarit
E-o cale-atat de lunga,
Ca mii de ani i-au trebuit
Luminii sa ne-ajunga.

Poate de mult s-a stins in drum
In departari albastre,
Iar raza ei abia acum
Luci vederii noastre.“

sugereaza ca marele poet avea cunostinte privitoare la potentialele electromagnetice (electrodinamice) retardate, respectiv, de propagare. Este un mister care-si asteapta deslusirea...

Asa cum am mai mentionat, lucrarea de fata se adreseaza studentilor de la facultatile de profil electric si electronic, dar poate fi utila si masteranzilor, doctoranzilor, precum si inginerilor si tinerelor cadre didactice din domeniu sau din domenii conexe.

Lucrarea de fata a fost redactata folosind cele patru principii fundamentale enuntate de Descartes:

- Va accepta ca adevarat doar ceea ce nu poate fi pus la indoiala.
- Va imparti fiecare problema in atatea parti cate vor fi necesare pentru a o rezolva in mod corect.
- Isi va prezenta ideile de la cele mai simple la cele mai complicate.
- Va enumera toate conceptele, astfel incat nimic pertinent sa nu fie omis.

Autorul multumeste doamnelor Camelia Coman (tehnoredactare si grafica) si ing. Magdalena Mazilu pentru corectura.

Multumiri speciale Editurii AGIR si domnului ing. Dan Bogdan pentru disponibilitatea aparitiei acestei lucrari.

Astept cu recunostinta sugestii si observatii de natura sa aduca imbunatatiri continutului si formei de prezentare a lucrarii.

Autorul
Bucuresti
05.05.2025

DESPRE AUTOR

Prof. univ. dr. ing. profesor emerit Gheorghe GAVRILA s-a nascut pe 26.09.1946 in comuna Isalnita, judetul Dolj. Absolvent al Universitatii Politehnica Bucuresti, Facultatea de Electrotehnica, in anul 1969. In perioada 1969-1978 a lucrat la ICENERG (ICEMENERG) in calitate de cercetator stiintific principal. Intre 1972 si 1974 a fost asistent asociat la Universitatea Politehnica Bucuresti, Facultatea de Electrotehnica, la Catedra Bazele electrotehnicii. Din anul 1979 isi desfasoara activitatea in Academia Tehnica Militara.

Intre 1979 si 1990 a ocupat functia de lector universitar, intre 1990-1992, pe cea de conferentiar universitar, iar din 1992 este profesor universitar atestat. Toate functiile le-a ocupat prin concurs.

Din anul 1985 este doctor inginer in specialitatea Electrotehnica, sustinand la Universitatea Politehnica Bucuresti teza cu titlul „Contributii la studiul fenomenelor electromagnetice tranzitorii in bobine si transformatoare electrice”, avandu-l conducator stiintific pe acad. Andrei Tugulea.

A elaborat 190 de lucrari stiintifice, dintre care: 42 lucrari de cercetare stiintifica (granturi), 74 comunicari stiintifice, multe publicate in volumele editate de Sesiunile de comunicari stiintifice, 49 articole publicate in reviste de specialitate, 20 de carti si manuale universitare (16 ca autor unic), 6 brevete de inventator. A obtinut premiul „Constantin Budeanu” acordat de Academia Romana in anul 2005.

Este conducator la doctorat in domeniul inginerie electrica din 2001. Este profesor emerit din anul 2014.

I s-a conferit, de catre Presedintele Romaniei, medalia nationala „Serviciul Credincios”, in anul 2000.