130 лет развития кафедры теоретических основ электротехники

Электротехнический институт (ЭТИ) — первое высшее электротехническое учебное заведение в России и Европе, и оно ведет свою историю от основанного в 1886 г. Технического училища почтово—телеграфного ведомства Российской империи. В 1891 г. ЭТИ получил в наследство от училища кафедры физики, химии, математики и богословия. Основатель физической школы будущего Санкт—Петербургского электротехнического университета, первый профессор ЭТИ О. Д. Хвольсон из пяти томов своего классического труда, переведенного на основные европейские языки, два посвятил электротехнике. Профессор ЭТИ по кафедре химии А. А. Кракау с 1886 г. первым в России читал курс электрохимии, а позднее издал первый в стране учебник по теоретической электрохимии. Протоиерей К. И. Ветвеницкий продолжал преподавать в ЭТИ богословие. Однако кафедры электротехники в электротехническом вузе не было, как и вообще в России. Да и сам термин «электротехника» появился лишь незадолго до этого, с подачи Вильгельма Сименса (Wilhelm Siemens) — одного из четырех братьев, инженеров—электриков. Зато в России были чисто прикладные всемирно известные образовательные учреждения, куда европейцы присылали на обучение своих морских офицеров, — Минный Офицерский класс и Минная школа для нижних чинов в Кронштадте.

Для решения явно назревшей проблемы отсутствия кафедры электротехники в электротехническом вузе нужны были «деньги, деньги и еще раз деньги». В 1891 г. ассигнования появились: на заседании Государственного Совета Российской империи в связи с переходом на четырехлетний курс обучения по новым учебным планам было принято решение о введении курса электротехники и создании кафедры электротехники. Для выполнения требовались ассигнования, учебные планы, преподавательские кадры и учебные лаборатории.

В статье представлена вековая история преподавательских кадров кафедры — с появления кафедры электротехники ЭТИ до существующей и сейчас кафедры теоретических основ электротехники Санкт—Петербургского электротехнического университета «ЛЭТИ».

Рубеж XIX–XX вв.: формирование отдельного курса

Преподаватель кафедры физики ЭТИ Г. К. Мерчинг в рамках курса физики преподавал электротехнику с 1888 г., однако только в приложении к телеграфии. Целью же нового учебного плана было дать будущим техникам и инженерам более обстоятельные сведения из теории цепей и теории электромагнитного поля (ТЭМП), особенно, как отмечалось в учебных планах, в области применения сильных токов. К этому времени уже был накоплен бесценный опыт практического применения электротехнических устройств, в первую очередь в военно—морском деле.

Так, в 1854–1855 гг. в целях защиты Петербурга от нападения объединенного англо—французского флота на Балтике началась постановка гальванических (конструкции академика Б. С. Якоби и инженер—генерала К. А. Шильдера) и пиротехнических (конструкции и производства Э. Нобеля) мин. Мины были размещены у Кронштадта, Ревеля, Свеаборга, Динамюнде и в других районах. У одного Свеаборга было поставлено более 1000 мин. Система обороны Петербурга включала также электромагнитный телеграф П. Л. Шиллинга, телеграф синхронного индукционного типа братьев Сименсов, а также подводные кабели от Петербурга до Кронштадта и к фортам «Павел I», «Александр I» и «В. Кн. Константин». Для подрыва гальванических мин применялись проволочные изолированные кабели Санкт—Петербургской фабрики «Гумми и гуттаперча» Кирштейна.

Рис. 1. Будущий изобретатель радио среди преподавателей Минного Офицерского класса

Для изучения и обобщения опыта войны на море в Кронштадте в 1874 г. был открыт Минный Офицерский класс (рис. 1). Первые две лекции по электричеству были «прочитаны профессором Ф. Ф. Петрушевским 1 октября с 12 до 3 час. дня в помещении физического кабинета Технического училища морского ведомства», в будущем — Инженерного училища императора Николая I (Михайловский замок императора Павла I). Ф. Ф. Петрушевский (1828–1904 гг., рис. 2) — заслуженный профессор Императорского Санкт—Петербургского университета, ученик и преемник академика Э. Х. Ленца (правило Ленца, закон Джоуля — Ленца). В Офицерском классе в Кронштадте при содействии ректора университета Д. И. Менделеева Петрушевский устроил специальный физический кабинет. Многое сделал Ф. Ф. Петрушевский и для организации физической лаборатории и физического института при университете. Он является автором одного из первых систематических курсов электромагнетизма — «Экспериментального и практического курса электричества, магнетизма и гальванизма» (1876 г.). Петрушевский — учитель многих российских физиков. На посту заведующего кафедрой физики университета он был предшественником и учителем И. И. Боргмана (1849–1914), который потом стал первым заведующим кафедрой электротехники ЭТИ.

Рис. 2. Ф. Ф. Петрушевский

Весной 1891 г. в ЭТИ объявили конкурс, по результатам которого в октябре новый курс начал читать только что ставший профессором М. А. Шателен (1866–1957 гг.). Курс 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.

Рис. 3. М. А. Шателен

В 1893 г. курс был реорганизован, и из него были выделены: теоретическая электротехника, для преподавания которой приглашен уже заслуженный профессор университета И. И. Боргман, практическая электротехника, читаемая М. А. Шателеном, и электрические измерения и телефония, преподаваемые молодым профессором П. Д. Войнаровским (1866–1913 гг.). В 1893–1896 гг. первый профессор первой в России кафедры электротехники М. А. Шателен (рис. 3) превратил небольшой электротехнический кабинет в крупную электротехническую лабораторию с двумя отделениями: электротехнических измерений и ТЭМП. Он же составил ряд учебных пособий по общей электротехнике, переменным токам и электрическим измерениям. Богатое по тому времени оборудование было передано лаборатории в 1894 г. по завещанию П. Н. Яблочкова (рис. 4), известного, в частности, как создатель «русского света» в Париже и бывшего не только выдающимся электротехником, но и успешным предпринимателем—миллионером.

Рис. 4. П. Н. Яблочков

С 1898 г. в учебный план института были включены самостоятельные курсы «Теория электричества и магнетизма» и «Теория переменных токов». Систематическое изложение основных вопросов теории переменных токов было впервые реализовано в 1897–1899 гг., когда профессор П. Д. Войнаровский (рис. 5) написал и издал «Теоретический и практический курс электротехники». Позднее, в 1906–1912 гг., П. Д. Войнаровский занимал должность ректора ЭТИ.

Рис. 5. П. Д. Войнаровский

В развитии теоретической электротехники большую роль сыграл выдающийся российский ученый И. И. Боргман (рис. 6), работавший в институте и на кафедре в 1893–1914 гг. Подготовленный им для Санкт—Петербургского университета фундаментальный двухтомный курс «Основания учения об электрических и магнитных явлениях» являлся основным учебником и для студентов ЭТИ.

Рис. 6. И. И. Боргман

Интересный факт: И. И. Боргман, первый заведующий кафедрой, статский генерал, не изображен на знаменитой картине И. Е. Репина «Торжественное заседание Государственного Совета…» только потому, что его не было на заседании в тот день. Напомним: на первом плане этого гигантского полотна изображен другой великий российский ученый — П. П. Семенов—Тян—Шанский, действительный тайный советник.

Все основатели электротехнического образования в России, упомянутые выше, были удостоены чинов не ниже V класса, то есть статского советника (полковника) и выше, что давало право на получение потомственного дворянства.

Прямым свидетельством высокой оценки педагогической успешности стало приглашение И. И. Боргмана к преподаванию физики и электротехники в разные годы наследникам российского престола и другим членам императорской фамилии. Три последних российских императора прослушали курс физики и электротехники: Александр II — у Э. Х. Ленца, Александр III — у Б. С. Якоби, Николай II — у И. И. Боргмана. Ректор Императорского Санкт—Петербургского университета (с 1905 г.) 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, В. Ф. Миткевич, Д. В. Скобельцын, будущий директор Санкт—Петербургского Политехнического института. Миткевич (1872–1951 гг.) преподавал на кафедре электротехники ЭТИ в 1895–1899 гг., он первый лауреат Ленинской премии среди физиков и электротехников (1927 г.), академик АН СССР с 1929 г., один из разработчиков плана ГОЭЛРО. Среди его учеников — будущий заведующий кафедрой «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ, 1944–1945 гг.) и академик Л. Р. Нейман. При разработке плана электрификации В. Ф. Миткевич активно сотрудничал с уполномоченным ГОЭЛРО по Петрограду и Северной области профессором М. А. Шателеном (три ордена Ленина, медаль «За оборону Ленинграда»). Именем первого профессора нашей кафедры М. А. Шателена в 1964 г. названа улица в Выборгском районе Ленинграда.

Преподавателем кафедры до 1909 г. был также Я. М. Гаккель: его именем названа Гаккелевская улица у Комендантского аэродрома (1988 г.). Он окончил ЭТИ в 1897 г. и преподавал в лаборатории нашей кафедры. Между этими фактами своей биографии в ссылке построил одну из первых в России гидроэлектростанций на Ленском золотом прииске в Якутии. Впоследствии строил первые ветки петербургского трамвая (и сидел рядом с Г. Графтио в кабине водителя первого трамвая). На полученную за эту работу от фирмы Вестингауза крупную денежную премию развернул проектирование, строительство и эксплуатацию первых российских аэропланов. В 1924 г. профессор Я. М. Гаккель спроектировал и построил один из первых в мире магистральных тепловозов. За работы в области самолето-, тепловозо— и тракторостроения награжден орденом Трудового Красного Знамени и медалями. На Гаккелевской улице сейчас живет старейший профессор нашей кафедры В. М. Золотницкий — один из авторов уникального учебного издания ТОЭ, триады из учебника, задачника и справочника. Отметим, что на территории России и Мирового океана имеется пять топонимов, связанных с фамилией Гаккеля: его, его отца — инженера, строителя железных дорог, и сына, известного океанолога—челюскинца. А еще одна улица названа именем его тестя, знаменитого писателя Г. Успенского.

Результатом научных разработок сотрудников кафедры в рассматриваемый период явилось создание в 1898 г. воздушной телефонной линии вдоль железнодорожного пути от Петербурга до Москвы — самой протяженной в Европе. Исследования электрических колебаний и разрядов в газах, начатые И. И. Боргманом, продолжились изобретением одной из первых в России газоразрядных ламп. Таким образом, в начальный период кафедра была причастна к созданию основных типов освещения: дуга (П. Н. Яблочков), нить накаливания (А. Н. Лодыгин), газоразрядный (И. И. Боргман).

1920–1940-е гг.: развитие в сложное время

Кафедрой И. И. Боргмана, получившей название «Теория электричества и магнетизма», в 1914–1921 гг. руководил ученик и сподвижник А. С. Попова профессор А. А. Петровский (1873–1942 гг.), учебник которого «Электромагнитные колебания и волны» был издан в 1917 г. В 1921–1939 гг. кафедру возглавлял ученик И. И. Боргмана профессор С. И. Покровский, проработавший в ЛЭТИ 39 лет. Его учебник «Электричество и магнетизм» в 1920–1930 гг. издавался три раза.

Рис. 7. П. А. Щуркевич

Следует отметить, что на протяжении своей истории кафедра неоднократно разделялась и вновь объединялась. Так, примерно в этот же период (1918–1942 гг.) кафедру «Переменных токов» возглавлял профессор П. А. Щуркевич (рис. 7). До революции 1917 г. он курировал вопросы электрификации города в Петроградской Городской думе. В 1921 г. после Кронштадтского восстания был арестован по делу «Петроградской боевой организации» (ПБО), как сейчас установлено, сфабрикованному. Арестован не как член ПБО, а по «оперативным соображениям», как бывший член кадетской партии, вместе с известными петроградскими учеными. По тому же делу был привлечен и расстрелян поэт Н. Гумилев. После обращения М. Горького и распоряжения В. И. Ленина профессор Щуркевич был освобожден и полностью реабилитирован. Кроме ряда учебных пособий, в 1933 г. им был издан, а в 1940 г. переиздан основной учебник «Теория переменных токов» в двух томах с атласом круговых диаграмм. Весной 1942 г. 69-летний профессор П. А. Щуркевич был эвакуирован из блокадного Ленинграда по льду Ладожского озера. Личное дело профессора в архиве института заканчивается запиской его спутника: «Профессор П. А. Щуркевич умер в поезде 8 марта, тело вынесли на платформу в Рязани». Место захоронения неизвестно.

1944–1959 гг.: от ФОЭ и ТЭМЦ к ТОЭ

В 1944 г. для заведования кафедрой «Теоретическая электротехника», в которую объединились кафедры «Теории переменного тока» и «Теории электричества и магнетизма», был приглашен заведующий кафедрой ТОЭ Политехнического института Л.Р. Нейман (1902–1975 гг.), будущий академик АН СССР (рис. 8). Под его руководством были восстановлены, модернизированы и поставлены новые работы в лабораториях переменного тока, физических основ электротехники и ТЭМП.

Рис. 8. Л. Р. Нейман

В 1945 г. после ухода Л. Р. Неймана кафедра вновь разделилась, образовав кафедры «Физические основы электротехники» (ФОЭ), которую возглавил К. И. Крылов (1907–1992 гг.), и «Теория электромагнитных цепей» (ТЭМЦ) во главе с А. В. Берендеевым (1902–1955 гг.).

На кафедре К. И. Крылова получил развитие курс ТЭМП. Было необходимо исследование электрических полей в присутствии диэлектриков и магнитных полей в присутствии магнетиков. Проводилась работа по электромагнитным методам измерения толщины плавающих льдов, включая горные ледники Кавказа и льды Антарктиды. Эта работа продолжалась до конца 1970-х гг. на кафедре и затем в Институте Арктики и Антарктики.

Курс теории электрических цепей развивался на кафедре ТЭМЦ, которую возглавлял профессор А. В. Берендеев, работавший на кафедре в 1922–1955 гг. Совместно с профессором П. А. Щуркевичем он с 1934 г. вел работы по исследованию и созданию методов расчета электрических цепей с переменными параметрами. Известным завершением этих работ явилась его докторская диссертация «Применение тензорного исчисления в прикладной электротехнике» (предельно лаконичная, объемом 23–25 листов). Берендеев смог внести ясность в идеи «тензорного исчисления Г. Крона» и показать, что методы тензорного исчисления применимы к задачам электротехники.

После смерти А. В. Берендеева исполняющим обязанности заведующего (по совместительству) в декабре 1955 г. был назначен доцент С. И. Куренев (1901–1972 гг.). В это же время он преподавал в Военно—морской академии. Служба С. И. Куренева в кадрах военно—морских сил с 1942 г., помимо преподавания в академии, была связана с размагничиванием кораблей. К решению этой задачи привлекались сотрудники кафедры. С. И. Куренев, сохраняя сложившиеся традиции преподавательского состава, осуществил в 1956 г. важный шаг — объединил кафедры ТЭМЦ и ФОЭ в кафедру ТОЭ. Должность заведующего С. И. Куренев занимал до конца 1959 г., когда его сменил П. Н. Матханов.

С 1960-х гг. по сей день: современная электротехническая школа

В 1959–1984 гг. кафедрой заведовал профессор П. Н. Матханов (рис. 9), который полностью переработал курс теории электрических цепей с учетом достижений в электро-, радио— и вычислительной технике и фактически создал современную электротехническую школу в ЛЭТИ. Матханов написал три учебника, в которых заложены основы переработанного курса теории электрических цепей.

Рис. 9. П. Н. Матханов

Научная работа на кафедре традиционно велась по двум основным направлениям: теория электрических цепей и ТЭМП. Под руководством профессора Л. В. Данилова разрабатывались вопросы теории, методы численного расчета линейных и нелинейных цепей. В рамках международного сотрудничества с Высшей технической школой г. Ильменау (Германия) издавались совместные статьи и монографии. На протяжении семи лет преподаватели кафедры работали в университете Конакри (Гвинея—Бисау). Под руководством профессора В. Н. Рудакова создавались и совершенствовались методы неразрушающего контроля в СВЧ—диапазоне. Были разработаны и применены на практике методы неразрушающего контроля качества керамических пластин тепловой защиты космического корабля «Буран». В эти годы началась и затем продолжалась до конца 1980-х гг. работа с Государственным Русским музеем: «Применение неразрушающих методов контроля в процессе реставрации древнерусской станковой темперной живописи».

В 1984–2008 гг. кафедру ТОЭ возглавлял профессор Ю. А. Бычков, при котором завершилось методическое формирование нового курса теории цепей, сочетающего «физичность», доступность и высокий математический уровень. Также произошло четкое деление дисциплины на вводный и фундаментальные разделы, на классические и современные приложения. В те же годы в издательствах «Питер» и «Лань» опубликована триада (учебник, задачник, справочник) по теоретической электротехнике, которая выдержала несколько изданий.

С 2008 г. по настоящее время кафедрой руководит один из авторов настоящей статьи, профессор Е. Б. Соловьёва. При кафедре создан и развивается многофункциональный учебно—лабораторный комплекс, включающий четыре лаборатории и Центр компьютерных технологий. Оснащение комплекса высококачественным оборудованием и современной вычислительной техникой позволяет изучать методы физического исследования электрических цепей в классической лаборатории, компьютерного моделирования, анализа и синтеза аналоговых и дискретных, линейных и нелинейных цепей, а также методы расчета и моделирования электромагнитных полей элементов технических устройств.

В последние годы контингент обучающихся на кафедре ТОЭ расширяется. Будучи общеобразовательной и фундаментальной, кафедра обеспечивает подготовку по теоретической электротехнике бакалавров 2-го и 3-го курсов дневной, вечерней и заочной форм обучения практически по всем техническим направлениям и специальностям в университете. Кафедра участвует в совместной образовательной программе подготовки бакалавров Технологического университета г. Сючжоу (Китай) и СПбГЭТУ «ЛЭТИ», а также в нескольких англоязычных программах обучения магистров. С 2021 г. кафедра ТОЭ реализует собственную образовательную программу «Энергоэффективные электрические сети и системы с интеллектуальным управлением» подготовки магистров по направлению 13.04.02 — «Электроэнергетика и электротехника».

В продолжение 50-летней традиции преподаватели кафедры ежегодно организовывают и проводят внутривузовскую и региональную студенческие олимпиады по ТОЭ, готовят студенческие команды для участия в открытой Московской олимпиаде, во Всероссийской и Международной олимпиадах по теоретической и общей электротехнике имени М. О. Доливо-Добровольского. Наши студенты неизменно становятся победителями и призерами указанных олимпиад, тем самым подтверждая высокий уровень подготовки по теоретической электротехнике.

Славная история кафедры ТОЭ, ее достижения и развитие в соответствии с приоритетами российской науки и техники подтверждают более чем вековое служение российскому образованию в стенах электротехнического университета.