История кафедры теоретических основ электротехники

Учебный план Технического училища Почтово-телеграфного ведомства с момента его открытия в 1886 году включал курсы физики, химии и математики. Основателем физической школы будущего Санкт-Петербургского электротехнического университета «ЛЭТИ» по праву признан О. Д. Хвольсон, автор классического курса физики, изданного в России, Франции и Германии. Два тома из пяти этого труда посвящены электротехнике.

Первый профессор по кафедре химии А. А. Кракау с 1886 года впервые в России читал курс электрохимии, позднее издал первый в России учебник по теоретической электрохимии. На Первом всероссийском электротехническом съезде А. А. Кракау был официальным представителем Электротехнического института (ЭТИ) вместе с П. Д. Войнаровским. После такого начала образование кафедры электротехники было вопросом недолгого времени.

1891 г. – 1920 г.

Становление курса электротехники

Профессоры кафедры: И. И. Боргман, М. А. Шателен, П. Д. Войнаровский, А. А. Петровский, А. А. Кузнецов.

Впервые курс электротехники появляется в учебном плане электротехнического института (ЭТИ) в 1891 году, когда вводится четырехлетнее обучение (решение принято на заседании Государственного совета Российской империи). Собственно, Г. К. Мерчинг (1860–1916) с 1888 года в рамках курса физики уже преподавал электротехнику и телеграфию, продолжая, таким образом, традиции Почтово-телеграфного ведомства. Целью нового учебного плана было не только дать более полное образование по телеграфной специальности, но также сообщить будущим техникам и инженерам обстоятельные сведения из области применения сильных токов. Г. К. Мерчинг организовал в ЭТИ первый электротехнический кабинет. По результатам конкурса (1891) новый курс начинает читать профессор М. А. Шателен (1866–1957). Курс носил энциклопедический характер. Он включал вопросы теоретической электротехники, электрических измерений, электрических машин и был тесно связан с научными вопросами телефонии и телеграфии. Уже через два года стало ясно, что объединение в одном курсе столь разнообразных вопросов сильно затрудняет преподавание.

В 1893 году курс был реорганизован, а именно, выделены: теоретическая электротехника, для преподавания которой приглашен профессор университета И. И. Боргман (1849–1914); практическая электротехника, читаемая  М. А. Шателеном; электрические измерения и телефония, преподаваемые профессором П. Д. Войнаровским (1866–1913). С 1893 по 1896 год первый профессор первой в России кафедры электротехники М. А. Шателен превращает небольшой электротехнический кабинет в крупную электротехническую лабораторию с отделениями электротехнических измерений и электромагнитного поля. Он же составил ряд учебных пособий по общей электротехнике, переменным токам, электрическим измерениям. Богатое по тому времени оборудование лаборатории было получено еще в 1894 году по завещанию П. Н. Яблочкова, известного, в частности, как создателя «русского света» в Париже, который был не только выдающимся электротехником, но и успешным предпринимателем. В качестве учебника используется «Курс электричества» Э. Жерара (1856–1916), переведенный на русский язык М. А. Шателеном [1]. Профессор физики Э. Жерар основал в 1883 г. Электротехнический институт Монтефиори при университете в Льеже (Бельгия). Он же стал директором этого учебного заведения – одного из первых в мире мест, где давали высшее электротехническое образование. В институт принимали только дипломированных инженеров. Курс был рассчитан на два года. Институт в Льеже с отличием окончил П. Д. Войнаровский в 1893 году. Он же перевел в 1898 году на русский язык другой учебник Э. Жерара «Электрические измерения» [2]. Электротехнические лаборатории института Монтефиори стали образцом при формировании лабораторий кафедры электрических измерений и кафедры электротехники ЭТИ.


И. И. Боргман


М. А. Шателен


П. Д. Войнаровский

С 1898 года в учебный план института включены самостоятельные курсы: «Теория электричества и магнетизма», «Теория переменных токов». Систематическое изложение основных вопросов теории переменных токов было сделано впервые в 1897–1899 годах, когда профессор П. Д. Войнаровский написал и издал «Теоретический и практический курс электротехники». Позднее, с 1906 по 1912 год П. Д. Войнаровский исполнял должность выборного ректора ЭТИ.

В развитии теоретической электротехники большую роль сыграл выдающийся российский ученый И. И. Боргман, работавший в институте и на кафедре с 1893 по 1914 год. Написанный им для Санкт-петербургского университета фундаментальный двухтомный курс «Основания учения об электрических и магнитных явлениях» включал разделы, посвященные электростатике, постоянному току, магнетизму, электромагнетизму и электродинамике. Книга являлась основным учебником и для студентов ЭТИ. Научное содержание книги И. И. Боргмана было значительно выше практической электротехники того времени, отмечал в своих воспоминаниях М. А. Шателен.

Следует напомнить о невозможном в последующее время авторитете ученых-электротехников. И. И. Боргман, первый заведующий кафедрой, статский генерал, не изображен на знаменитой картине И. Е Репина «Заседание Государственного Совета …» просто потому, что его не было в тот день на заседании. Прямым свидетельством высокой оценки педагогической успешности стало приглашение И. И. Боргмана к преподаванию физики и электротехники в разные годы трем наследникам российского престола Николаю, Георгию и Михаилу Александровичам и другим членам императорской фамилии. И. И. Боргман возглавлял петербургскую научную школу; среди его учеников всемирно известные выпускники и преподаватели ЭТИ: изобретатель радио А. С. Попов, изобретатель телевидения Б. Л. Розинг, осуществивший первую в мире телевизионную передачу, М. М. Глаголев, В. К. Лебединский, В. Ф. Миткевич, Л. В. Мысовский, Д. А. Рожанский, Д. В. Скобельцын, будущий директор Санкт-Петербургского Политехнического института. В. Ф. Миткевич преподавал электротехнику на кафедре (1895–1899), будущий первый лауреат Ленинской премии среди физиков и электротехников (1927), академик АН СССР с 1929 года, один из разработчиков плана ГОЭЛРО. В рассматриваемый период им написаны «Курс переменных токов», «Магнетизм и электричество». При разработке плана электрификации он активно сотрудничал с уполномоченным ГОЭЛРО по Петрограду и Северной области профессором М. А. Шателеном, впоследствии награжденным тремя орденами Ленина, медалью «За оборону Ленинграда».

Кафедрой И. И. Боргмана, получившей название «Теория электричества и магнетизма», с 1914 по 1921 год руководил ученик и сподвижник А. С. Попова профессор А. А. Петровский (1873–1942), учебник которого «Электромагнитные колебания и волны» издан в 1917 году.

Анализ учебных планов кафедры конца ХIХ – начала ХХ века показывает какую, в сущности, малую роль играли в те времена собственно электротехнические дисциплины. Действительно, для получения диплома инженер-электрик должен был уметь не только спроектировать электростанцию, но и построить здание для этой станции, рассчитать и построить электрическую сеть и даже освещение отдельных зданий. Тем не менее, глубокое рассмотрение электромагнитных явлений в книгах И. И. Боргмана, П. Д. Войнаровского, М. А. Шателена, В. Ф. Миткевича способствовали развитию теоретических вопросов в прикладной электротехнике. Результаты не заставили себя ждать. Первые тридцать лет практической и научно-исследовательской работы кафедры характеризуют ее как наследницу Почтово-телеграфного ведомства.

В 1895 году преподавателем кафедры «телеграфным инженером» П. Д. Войнаровским составлен проект междугородной телефонной линии между Санкт-Петербургом и Москвой. В рамках проекта создан макет линии связи в виде «значительных размеров ящика», содержащего «длинную линию». После демонстрации на кафедре проекта и действующего макета в присутствии брата императора, будущего наследника–цесаревича Великого князя Михаила Александровича работа получила Высочайшее одобрение. Воздушная телефонная линия вдоль железнодорожного пути, самая протяженная в Европе, была сдана в эксплуатацию 30 декабря 1898 года. Для внутригородской телефонной связи, профессор кафедры с 1898, впоследствии заведующий, П. Д. Войнаровский рекомендовал использовать исключительно кабельные сети [3]. В 1901 году он подготовил расчеты температурного режима работы проводов и кабелей, в 1903 составил атлас чертежей и рисунков, отражающих различные способы укладки кабелей, в 1912 впервые изложил теорию электрического кабеля [4].

В музее артиллерии, инженерных войск и войск связи долгое время экспонировалась радиостанция, изготовленная под руководством А. А. Кузнецова в 1919 для Красной армии в электротехнической лаборатории бывшего Электротехнического института императора Александра III. Профессор по кафедре электротехники А. А. Кузнецов (1875–1919) преподавал в ЭТИ с 1898 по 1918 год, заведовал электротехнической лабораторией с 1914 по 1919 год. Он принимал деятельное участие в оборудовании первой в России высоковольтной лаборатории под руководством П. Д. Войнаровского, организовывал фотометрическую лабораторию совместно М. А. Шателеном. А. А. Кузнецов построил в мастерской института прибор для измерения частоты переменных токов и прибор для измерения разности фаз (фазометр). С 1910 до 1948 год в одной из аудиторий первого корпуса института работала значительных размеров одна из первых в России газоразрядная лампа. Работа проводилась в рамках исследований электрических колебаний и разрядов в газах, начатых еще первым заведующим кафедрой И. И. Боргманом. Проводились работы по уменьшению сопротивления углей при увеличении температуры, что было важным для инженерных работ в области прожекторостроения. Профессор И. И. Боргман создал также конденсатор оригинальной конструкции, отмеченный наградой на Всемирной электротехнической выставке в Париже.

1920 г. – начало 40-х годов

Заведующие кафедрой: С. И. Покровский, П. А. Щуркевич.

После смерти И. И. Боргмана с 1914 года в преподавании курса «Теоретическая электротехника», наряду с профессором А. А. Петровским, участвует ученик И. И. Боргмана профессор (с 1921 года) С. И. Покровский (1872–1939). Он возглавлял кафедру с 1921 по 1939 год.

С именем С. И. Покровского, проработавшего в институте 39 лет, связано дальнейшее плодотворное развитие теоретической электротехники. С течением времени содержание курса все больше приближалось к потребностям инженерных электротехнических дисциплин. Лекции по курсу «Электричество и магнетизм», читавшиеся С. И. Покровским, дважды издавались литографским способом. В 1931 году, а затем в 1935 году под тем же названием лекции изданы в виде учебника. Профессором С. И. Покровским при участии доцентов Д. В. Афанасьева и К. И. Крылова создана учебная лаборатория. Содержание части лабораторных работ отражало физические основы электротехники, другие лабораторные работы явились базой для создания лаборатории электромагнитного поля. Учениками С. И. Покровского составлен и издан задачник по курсу «Электричество и магнетизм». С 1924 года С. И. Покровский работал по заданиям возглавляемой профессором ЭТИ И. Г. Фрейдзоном секции связи научно-технического комитета РККФ (Рабоче-Крестьянского Красного Флота) в области телеграфирования и пеленгации. С. И. Покровский исследовал возможность обнаружения надводных объектов в ночное время по сравнению интенсивностей излучения в инфракрасном диапазоне от двух соседних или случайно выбранных секторов. Прибор проектировали раньше, чем появился первый работоспособный отечественный радиолокатор. Эта работа получила продолжение на кафедре в 1970–80-е годы но уже в другом диапазоне частот при разработке связи с подводными лодками в подводном положении.

До середины 1920 годов в институте развивались два направления: связь (телефония и телеграфия) и электрохимия. Затем усиливается энергетическое направление. К 1930 году ЛЭТИ становится не только основным учебным центром по электроэнергетике, но и мощным научно-исследовательским центром по всем разделам. В середине 1930 годов в институте открываются новые специальности: радиотехника, приборостроение, автоматика.

Развитие курса «Теория переменных токов» связано с именем профессора (с 1918) П. А. Щуркевича (1873–1942), работавшего в институте с 1902 по 1942 год и руководившим кафедрой Теории переменных токов ЭТИ – ЛЭТИ с 1918 по 1942 год. Он опубликовал ряд учебников и учебных пособий. Учебное пособие «Переменные электрические токи и теория круговых диаграмм» [5] включало весь курс теории переменных токов и являлось основным учебным пособием для студентов. В 1933 году издан и в 1940 году переиздан учебник П. А. Щуркевича «Теория переменных токов» в двух томах с атласом круговых диаграмм [6]. Под его руководством создана лаборатория и написано руководство по переменным токам, содержавшая 12 лабораторных работ по однофазным и 17 работ по трехфазным переменным токам [7]. Профессор П. А. Щуркевич эвакуирован из блокадного Ленинграда по льду Ладожского озера весной 1942 года. По воспоминаниям сотрудников, умер в поезде 8 марта, тело вынесено в Рязани на платформу. Место захоронения неизвестно.

Послевоенные годы – 1959 г.

Заведующие кафедрой: Л. Р. Нейман, К. И. Крылов, А. В. Берендеев, С. И. Куренев.

В 1944 году для заведования кафедрой «Теоретическая электротехника», в которую объединились кафедры «Теория переменного тока» и «Теория электричества и магнетизма», приглашен заведующий кафедрой ТОЭ Ленинградского Политехнического Института, профессор Л. Р. Нейман (1902–1975). Под его руководством восстановлены, модернизированы и поставлены новые работы в лабораториях переменного тока, физических основ электротехники и электромагнитного поля. Ряд полезных идей, внесенных профессором Л. Г. Нейманом (академик АН СССР с 1970), обогатил содержание курса ТОЭ нашего института.

В 1945 году после ухода Л. Р. Неймана кафедра «Теоретическая электротехника» разделилась, образовав кафедры: «Физические основы электротехники», которую возглавил К. И. Крылов (1907–1992), и «Теория электромагнитных цепей» во главе с А. В. Берендеевым.

На кафедре «Физические основы электротехники» получил развитие курс теории электромагнитного поля (ТЭМП). Специализация института порождала необходимость исследования электрических полей в присутствии диэлектриков и магнитных полей в присутствии магнетиков. Значительное развитие получили вопросы квазистационарных и волновых полей. На электрофизическом факультете был поставлен курс электродинамики, по которому написан и издан конспект лекций. Получила развитие лаборатория ТЭМП. Выполнены научные работы по исследованию и моделированию электромагнитных полей в проводящих средах. Проводилась работа по электромагнитным методам измерения толщины плавающих льдов, включая горные ледники Кавказа и льды Антарктиды. Эта работа продолжалась до конца 1970 годов на кафедре и далее в институте Арктики и Антарктики.

Курс теории электрических цепей развивался на кафедре «Теория электромагнитных цепей», возглавляемой профессором А. В. Берендеевым (1902–1955), окончившим институт и работавшим в нем с 1922 по 1955 год. В 1934–1935 годах на кафедре велась работа по исследованию и созданию методов расчета электрических цепей с переменными параметрами. Основные выводы, полученные в результате теоретических разработок, нашли свое отражение в известном фундаментальном учебнике по курсу переменных токов, написанном профессором П. А. Щуркевичем при ближайшем участии А. В. Берендеева [6]. Под руководством А. В. Берендеева учебный курс «Теория переменных токов» преобразован в курс «Теория электромагнитных цепей» (ТЭМЦ). В новом курсе получили развитие методы расчета переходных процессов в линейных электрических цепях, а также исследование нелинейных элементов и цепей. Модернизированы и поставлены оригинальные лабораторные работы, отражающие новые разделы курса. Изданы пособия к лабораторным работам и сборник задач по разделу ТЭМЦ. Для более глубокого понимания ТОЭ и повышения квалификации преподавателей профессором А. В. Берендеевым был организован научно-методический семинар по теории электромагнитного поля. Этот семинар создал почву для последующего объединения кафедр «Физические основы электротехники» и «Теория электромагнитных цепей».

К изучению электрических цепей с переменными параметрами А. В. Берендеев возвращается в послевоенные годы. Известным завершением этих работ явилась докторская диссертация «Применение тензорного исчисления в прикладной электротехнике» (предельно лаконичная, объемом 20–25 листов). Глубокое знание тензорного исчисления позволило А. В. Берендееву внести ясность в идеи «тензорного исчисления Г. Крона» и показать, что методы тензорного исчисления применимы к задачам электротехники.

После смерти заведующего кафедрой «Теория электромагнитных цепей» А. В. Берендеева временно исполняющим обязанности заведующего (по совместительству) в декабре 1955 года назначен доцент С. И. Куренев (1901–1972). В это время С. И. Куренев служил в рядах Вооруженных Сил и преподавал в Военно-морской академии. Он окончил ЛЭТИ в 1931 году, защитил кандидатскую диссертацию в 1936 году, преподавал на кафедре ТЭМЦ до января 1942 года. Его служба в кадрах Военно-морских сил с 1942, кроме преподавания в Академии, была связана с размагничиванием кораблей. Следует заметить, что к решению этой проблемы во время войны были привлечены и другие сотрудники кафедры. В послевоенное время параллельно с основной работой в Академии С. И. Куренев преподавал на кафедре ТЭМЦ.

С. И. Куренев, сохраняя сложившиеся традиции преподавательского состава, осуществил в 1956 году важный шаг – объединил кафедры «Теория электромагнитных цепей» и «Физические основы электротехники» в кафедру «Теоретические основы электротехники». В 1956 году С. И. Куренев защитил докторскую диссертацию, а в 1957 году его утвердили в звании профессора. Судя по воспоминаниям, кроме высоких профессиональных качеств, его отличали большое внимание к людям.

В должности заведующего кафедрой С. И. Куренев находился до конца 1959 года, когда его сменил П. Н. Матханов. Выйдя в это же время в отставку в звании капитана I ранга, С. И. Куренев перешел полностью на работу в ЛЭТИ и до октября 1972 был профессором кафедры ТОЭ.

1959 г. – настоящее время

Заведующие кафедрой: П. Н. Матханов, Ю. А. Бычков, Е. Б. Соловьева.

В 1959–1984 кафедрой заведовал профессор П. Н. Матханов [8], который полностью переработал курс теории электрических цепей с учетом достижений в электро-, радио- и вычислительной технике, в теории управления и фактически создал современную электротехническую школу в СПбГЭТУ. П. Н. Матхановым написаны три уникальных учебника, в которых заложены основы переработанного курса теории электрических цепей [9]–[11].

С 1984 года по 2008 год кафедру ТОЭ возглавлял профессор Ю. А. Бычков, при котором методически завершилось новое прочтение курса теории цепей, сочетающее физичность, доступность и высокий математический уровень; произошло четкое деление дисциплины на вводный и фундаментальные разделы, на классические и современные приложения [12]–[15].

С 2008 года кафедрой руководит профессор Е. Б. Соловьева, при которой завершено создание многофункционального учебно-лабораторного комплекса, где объединены методы реального исследования электрических цепей в классической лаборатории с современными методами компьютерного моделирования, анализа, расчета и синтеза аналоговых и дискретных, линейных и нелинейных цепей.

Список литературы

  1. Жерар Э. Курс электричества. Перевод М. А. Шателена. Под ред. А. И. Садовского, 2 тома. – СПб.: Изд. Ф. В Щепанского, 1893–1894.
  2. Жерар Э. Электрические измерения. Перевел и дополнил П. Д. Войнаровский, инженер-электрик. – СПб.: Изд. Ф. В. Щепанского, 1898, ХI, 406 с.
  3. Войнаровский П. Д. Элементарная теория телефонной передачи. – СПб, 1901, 16 с.
  4. Войнаровский П. Д. Теория электрического кабеля. – СПб, 1912, 200 с.
  5. Щуркевич П. А. Переменные электрические токи и теория круговых диаграмм. Ч.1. Однофазный ток. – Л.: Кубуч, 1931, 363 с.
  6. Щуркевич П. А. Теория переменных токов. – Л.: Судпромгиз, 1941, 652 с.
  7. Щуркевич П. А. Переменный ток. Пособие к лабораторным занятиям. – Л.: Кубуч, 1928, 181 с.
  8. Выдающиеся выпускники и деятели Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова (Ленина). 1886–2006: биографический справочник/ под ред. Д. В. Пузанкова. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «»ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), 2006. – 350с.
  9. Матханов П. Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. – Л.: Высшая школа, 1990.
  10. Матханов П. Н. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи. – Л., 1977.
  11. Данилов Л. В., Матханов П. Н., Филиппов Е. С. Теория нелинейных электрических цепей. – Л., 1990.
  12. Основы теоретический электротехники / Ю. А. Бычков, В. М. Золотницкий, Э. П. Чернышев, А. Н. Белянин– СПб: Издательство «Лань», 2009. 592 с.
  13. Сборник задач по основам теоретической электротехники / Под ред. Ю. А. Бычкова, В. М.Золотницкого, Э. П. Чернышева, А. Н. Белянина, Е. Б. Соловьевой. – СПб.: Издательство «Лань», 2011. 400с.
  14. Справочник по основам теоретической электротехники: Учебное пособие / Под ред. Ю.А. Бычкова, В.М.Золотницкого, Е.Б. Соловьевой, Э.П. Чернышева. – СПб.: Издательство «Лань», 2012. 368с.
  15. Введение в теоретическую электротехнику. Курс подготовки бакалавров: Учебное пособие / Ю. А. Бычков, В. М. Золотницкий, Е. Б. Соловьева, Э. П. Чернышев. – СПб.: Издательство «Лань», 2016. 288 с.