电气科学与工程的发展简史

电气科学与工程的发展简史

一、电气科学的萌芽与理论形成

人类最初是从自然界的雷电现象和天然磁石中开始注意电磁现象的士希腊和中国的古代文献都记载了琥珀摩擦后吸引细微物体和天然磁石吸铁的现象。公元前 1100—前771 年，中国的青铜器上就出现了篆文的"电"字。战国时期，出现了用磁石指示方向的仪器——司南，成为中国古代四大发明之一。公元1世纪王充所著《论衡》一书中，记载了"顿牟授芥，磁石引针"的现象（顿牟∶琥珀，摄∶吸引，芥∶很轻的植物籽），最早把静电现象和磁现象相并列。《论衡》中还对司南的形状和用法做了明确的记录，图1-1是后人根据书中的描述复制的司南模型。到了宋代，用磁铁制成的指南针已经得到广泛应用。

司南

近代电磁学的研究，可以认为开始于英国的W.吉尔伯特（William Gilbert 1544—1603）。1600年，他用拉丁文发表了《论磁石》（De Magnete，英语译为 On the Magnet）一书（如图1-2 所示），系统地讨论了地球的磁性，认为地球是个大磁石，还提出可以用磁倾角判断地球上各处的纬度。现代英语中 Electricity（电）这个字就是他根据"琥珀"的希腊文字（ηλekrpop）和拉丁文字（electrum）创造的。

吉尔伯特的实验和研究发展了有关电的知识。在他之前，人们对电的认识基本上停留在希腊哲学家泰勒斯所描述的琥珀经座擦会产生电的水平上。吉尔伯特设计制作了一台验电器，由一个尖顶支撑一根能够灵活转动的指针。他把钻石、宝石、玻璃、水晶、硫黄、树脂等各种物体摩擦后靠近指针，看指针是否被吸引向这些物体。通过这样的实验，他得出结论;琥珀的性质是许多其他物质共有的。他把这些物质称为"带电体"，而血把金属物质列为"非带电体。他当时还没有认识到，金属在摩擦时也会产生电荷，只不过因为是导体，静电荷会瞬间流失。

在吉尔伯特之后，奥托·冯·库克于1660年发明了摩擦起电机;斯带芬·格雷于1729年发现了导体;杜斐于1733年描述了点的两种力——吸引力和排斥力。1745年荷兰莱顿大学的克里斯特与莫什布鲁克发现电可以存储在装有铜丝或水银的玻璃瓶里，格鲁斯拉根据这一发现制成莱顿瓶，也就是电容器的前身。

1752年，美国人本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin，1706—1790）通过著名的风筝实验得出闪电等同于电的结论，并首次将正、负号用于电学中。随后，普里斯特里、泊松、库伦、卡文迪许等一批杰出的科学家对电学的理论做出了重要贡献;普里斯特里发现了电荷间的平方反比律;泊松把数学理论应用于电场计算;库伦（CharlesAugustin de Coulomb.1736—1806）在1777年发明了能够测量电荷量的扭力天平，利用扭力天平，库仑发现电荷引力或斥力的大小与两个小球所带电荷电量的乘积成正比，而与两小球球心之间的距离平方成反比的规律，这就是著名的库仑定律。

1800年，意大利科学家伏特（Alessandro Volta.1745—1827.也译为伏打）发明了伏打电池，也译为伏打电堆，从而使化学能可以转化为源源不断输出的电能。这一装置使电不再是微弱的或转瞬即逝的现象.从而让电学终于迈出了静电学的狭小范围，极大地推动了电学的研究与应用。因此，伏打电池被称为电学的一个重要里程碑。

1820年，丹麦科学家奥斯特（Hans Christian Oersted，1777—1851）在实验中发现了电可以转化为磁的现象;同年，法国科学家安培（Andre Marie Ampere.1775—1836）发现了两根通电导线之间会发生吸引或排斥（如图1-6所示）。安培在此基础上提出的载流导线之间的相互作用力定律后来被称为安培定律，成为电动力学的基础。1827年，德国科学家欧姆（Georg Simon Ohm，1789—1854）用公式描述了电流、电压、电阻之间的关系，创立了电学中最基本的定律——欧姆定律。

1831年8月29日，英国科学家法拉第（Michael Faraday，1791—1867）成功地进行了"电磁感应"实验，发现了磁可以转化为电的现象。在此基础上，法拉第创立了电磁感应定律。电磁感应定律是研究暂态电路的基本定律。至此，电与磁之间的统一关系终于被人类所认识，并从此诞生了电磁学。法拉第是一位杰出的实验物理学家，他还发现了载流体的自感与互感现象，并提出电力线与磁力线概念。1831年10月，法拉第创制了世界上第一部感应发电机模型——法拉第盘。

19世纪初提出的电磁理论，导致了物理学的一次革命。从奥斯特、安培发现电流的磁效应开始，到法拉第对电磁学进行实验研究和完善，直至电磁学理论的建立，经历了半个世纪的历程。19世纪中期，有一大批科学家为电气科学与电气工程做出了杰出贡献。

他们中间有韦伯（Wilhelm Eduard Weber，1804—1891）、亨利（Andrew Henry，1797—1878）、赫尔姆霍兹（Hermann Ladwig Ferdinand von Helmholtz.1821—1894）、基尔霍夫（Gustav Kirchhoff，1824—1887）等。而最终用数理科学方法使电磁学理论体系建立起来的，是英国物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879）。

1864年，他在《电磁场的动力学理论》中，利用数学进行分析与综合，在前人的研究成果基础上进一步把光与电磁的关系统一起来，建立了麦克斯韦方程。

1873年他完成了划时代的科学理论著作——《电磁通论》（如图 1-9 所示）。麦克斯韦方程是现代电磁学最重要的理论基础，成为20世纪科学技术迅猛发展最主要的动力之一。

在 1881年巴黎博览会上，电气科学家与工程师统一了电学单位，一致同意采用早期为电气科学与工程做出觉献的科学家的姓作为电学单位名称.从而使申气工程成为在全世界范围内传播的一门新兴学科。

二、电气科学进入实用阶段

在生产需要的直接推动下，具有实用价值的发电机和电动机相继问世，并在应用中不断得到改进和完善。发电机的发明和电动机的发明是交叉进行的。早期的用电设备只能由伏打电池供电，不仅成本非常高，功率也不大.因此人们开始研究实用的发电机。初始阶段的发电机是永磁式发电机，即用永久磁铁作为场磁铁。

1832年，法国科学家皮克斯（Hippolyte Pixi.1808—1835）在法拉第的影响下发明了世界上第一台实用的直流发电机，这台发电机能够发出直流电的关键部件——-换向器参考了安培的建议。

1845年，英国物理学家惠斯通（Charles Wheatstone，1802—1875）通过外加伏打电池电源给线圈励磁，用电磁铁取代永久磁铁，取得了成功，随后又改进了电枢绕组，从而制成了第一台电磁铁发电机。

1866年德国科学家西门子（Ernst Werner von Siemens，1816—1892）制成第一台自激式发电机（如图1-11所示）。西门子发电机的成功标志着制造大容量发电机技术的突破，因此，西门子发电机在电学发展史上具有划时代的意义

德籍俄国物理学家雅可 比（Moritz Hermann von Jacobi，1801—1874）在 1834年发明的功率为15W的棒状铁心电动机被公认为是世界上第一台实用的电动机。

1839年雅可比在涅瓦河上做了用电动机驱动船舶的实验。美国的一位机械工程师达文波特（1802—1851）在1836年用电动机驱动木工车床，1840年又用电动机驱动印报机。

1885年意大利物理学家加利莱奥·费拉里斯（1841—1897）提出了旋转磁场原理，并研制出两相异步电动机模型。

1886年美国的尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）也独立地研制出两相异步电动机1888年，俄国工程师多利沃—多勃罗沃利斯基（Mikhail OsipovichDolivo Dobrovoliski，1861—1919）研制成功第一台实用的三相交流单笼型异步电动机。

到了19世纪后期，电动机的使用已经相当普遍。电锯、车床、起重机、压缩机、磨面机、凿岩钻等都已由电动机驱动，牙钻、吸尘器等也都用上了电动机。电动机驱动的申力机车、有轨电车、电动汽车也在这一时期得到了快速发展。

1873年，英国人罗伯特·戴维森研制成第一辆用蓄电池驱动的电动汽车。

1879年5月，发明了自激发电机的德国科学家西门子设计制造了—台能乘坐 18 人的三节敞开式车厢小型电力驱动列车，这是世界上电力驱动列车首次成功的试验。世界上最早的申气化铁路是在4年后的1883年在英国开始营业的。

三、电气科学走进人类日常生活

当电能在世界上刚刚开始应用的时候，它的主要作用就是照明。

1809年，英国著名化学家戴维（Humphry Dav）用2000个伏打电池供电.通过调整木炭电极间的距离使之产生放电而发出强光，这就是电用于照明的开始。

1862年，电弧灯首次用于英国肯特郡海岸的灯塔.后来很快用于街道照明。这些电弧灯是用两根有间隙的炭精棒通电产生电弧发光，光线既不稳定又刺眼，还需要不断调整放电间隙，而且电弧燃烧时会产生呛人的烟气，不适合室内照明。因此，当时有很多科学家致力于研制利用电流热效应发光的电灯。

1840年，英国科学家格罗夫（William Robert Grove，1811—1896）对密封玻璃罩内的铂丝通以电流，达到炽热而发光.但由于寿命短、代价太大不切实用。

英国的斯万（Joseph Swan.1828—1914）1879年2月发明了真空玻璃泡碳丝的电灯，但是由于碳的电阻率很低，要求电流非常大或碳丝极细才能发光.制造上困难很大，所以仅仅停留在实验室阶段。

八个月之后（1879年 10月），美国发明家爱迪生经过不懈努力，终于试验成功了真空玻璃泡中碳化竹丝通电发光的灯泡（直到1910年才由W，D. 库里奇改用钨丝）。

其实，爱迪生的电灯与斯万的电灯几乎完全相同，区别仅仅是灯丝的材料，但爱迪生在研究上前进的这一小步却使人类在电能利用上迈进了一大步;他的电灯不仅能长时间稳定发光，而且工艺简单、制造成本低廉，使得这种电灯立刻转化为商品，在世界上得到了广泛应用。这一发明被认为是电能进入人类日常生活的转折点。

四、电力工业的蓬勃发展

19 世纪后期，由于电机制造技术的发展和电能应用范围的扩大以及生产对电能需要的迅速增长，都对能够大规模供电的发电厂建设提出迫切需求。

1875年，法国巴黎火车站建立了世界上最早的一座火力发电厂。1882年、"爱迪生电气照明公司"在纽约建成了商业化的电厂和直流电力网系统，发电功率660 kW，供7 200个白炽灯用电。

1883年.美国细约和英国伦敦等大城市先后律成中心发电厂。1882年，美国兴建了第一座水力发电站.之后水力发电逐步发展起来。到1898年，纽约又建立了容量为3万千瓦的火力发电站，用87台锅炉推动12台大型蒸汽机为发电机提供动力。

最早的发电厂都采用直流发电机。把电发出来再把它输送给用户，当然输送的距离越远，经济价值越大。在远距离输电方面，很自然地首先用直流电进行了尝试。第一条直流输电线路在1873年出现，长度仅有2km。而世界上第—条远距离直流输油试验线路是中法国人建立的。

1882年法国物理学家和电气工程师德普勒（1843—1918）由德国葛依吉工厂资助，在慕尼黑国际博览会上展出了一条实验高压直流输电线路，把一台容量为3马力（1马力=735.498 75 W）的水轮发电机发出的电能，从米斯巴赫输送到相距57 km 的慕尼黑，驱动博览会上的一台水泵造成了一个人工喷泉。这一成功实验表现出电力的巨大潜力，证明了远距离输电的可能性。

在这次实验中，线路始端电压为1313V，末端降至850 V，输送功率不到 200 W，输电损耗也比较大。在直流输电的发展过程中.经过技术改进曾一度达到甚为可观的水平。直流发电机能发出的电压高达57.6 kV，功率达到4 650 kW，输送距离达到180 km。但这种势头很快就遇到了技术上的极限，难以再取得新的进展。从焦耳-楞次定律可知，输送相同容量的电能，电压愈高热损耗就愈小，所以要加大输电距离与输电容量，而又保持较低的输电损失，最有效的办法就是提高输电电压。但是.由于当时要使直流电大幅度地升压或降压是无法做到的，所以直流输电只能直接把发电机端口的高电压输送给用户，而用户直接使用高压既不安全也不经济。

1882年法国人高兰德和英国人约翰·吉布斯研制成功了第一台具有实用价值的变压器。并获得了"照明和动力用电分配办法"的专利。在这种情况下，能够升压与降压的交流电显示了其仿越性，因此导致了高压交流输电方式的发展。于是代之而起的是交流由站的建立与此同时，大型交流发电机与电动机的研制和发展.特别是三相交流电机的研制成功也为远距离交流输电铺平了道路。而斯坦迈等科学家对交流电路理论的研究成果，特别是符号法的建立，简化了交流电路的计算，也为交流输电的应用提供了理论基础。

1888年由英国工程师费朗蒂（Sebastian Ferranti，1864—1930）设计，建设在泰晤士河畔的伦敦大型交流发电站开始输电，其输出电压高达10 000V，经两级变压输送到用户。1892 年法国建成了第一座三相交流发电站，把交流电站的发展向前推进了一步。1894年俄罗斯建成了当时最大的单相交流发电站，其功率为800kW，由四台蒸汽机提供动力发电。

在电力系统采用直流输电还是交流输电的问题上曾产生过一场争论。当时在美国由气界最负盛名的发明家爱迪生和对电气化做出了重要贡献的著名英国物理学家威廉·汤姻生以及罗克斯·克峰普响等人都极力反对使用交流输电.主张发展了百流输电方式∶而英国的费朗蒂、高登等人和美国的威斯汀豪斯、特斯拉、斯普拉戈等人则力主采用交流输电。随着输电技术的发展，交流电很快取代了直流电。这场关于交、直流输电方式的争论，最终以交流输电派的取胜而告结束。这场论战史称"电流战争"（War of Currents）。

远距离输电问题的根本解决是三相交流电理论的形成与技术发明的结果。1887—1891 年德国电机制造公司取得了三相交流电技术的成功。1891年，在德国法兰克福的电气技术博览会上.成功地进行了远距离三相交流输电实验，将 18 km 外三相交流发电机发出的电能用8500 V的高压送电.输电效率达到75%，而在当时的条件下，如此高的传输效率是直流输电根本达不到的。

从此，高压交流输电的有效性和优越性得到了公认。由于交流输电的发展与成功，美国当时正在准备建设的尼亚加拉水电站最终决定采用三相交流输电系统。威斯江豪斯为其公司争得了这座水电站的承建合同。该电站总容量近 10万千瓦.从1891年开始建设，1895年建成，1896年投入运行。它将发出的5 000V电压用变压器升至11000 V，输送到 40 km 外的布法罗市。此时，电力的作用已经不仅仅限于照明，而开始成为新兴工业的动力和能源。

电力的应用和输电技术的发展，促使一大批新的工业部门相继产生。首先是与电力生产有关的行业，如电机、变压器、绝缘材料、电线电缆、电气仪表等电力设备的制造厂和电力安装、维修和运行等部门;其次是以电作为动力和能源的行业，如照明、电镀、电解，电车，电报等企业和部门，而新的日用电器生产部门也应运而生。这种发展的结果，又反过来促进了发电和高压输电技术的提高。1903年输电电压达到60kV，第一次世界大战前夕，输电电压达到150kV。

五、电气化时代的到来

1870—1913年，以电气化为主要特征的第二次工业革命，彻底改变了世界的经济格局。在这一时期，发电、输电、配电已经形成了以汽轮机、水轮机等为原动机.以交流发电机为核心.以变压器与输都电线路等组成的输配电系统为"动脉"的输电网。使由力的生产 应用达到较高的水平，并具有相当大的规模。

在工业生产、交通运输中，电力拖动、电力牵引、电动工具、电加工、电加热等得到普遍应用;到 1930年前后，吸尘器、电动洗衣机、家用电冰箱、电灶、空调器、全自动洗衣机等各种家用电器也相继问世。英国于1926年成立中央由气委品会，1933年建成全国电网。美国工业企业中以电动机为动力的比重，从1914年的 30%上升到 1929年的 70%。前苏联在十月革命后不久也提出了全俄电气化计划。20世纪 30年代欧美发达国家都先后完成了电气化。从此，电力取代了蒸汽，使人类迈进了电气化时代，也使20世纪成为"电气化世纪"。

第二次世界大战以后，科学技术的发展更加迅猛，并使很多传统学科发生了分化。从电气工程中也逐渐分化出了电子技术和计算机技术等新兴学科，这些技术在电气工程领域的应用又使电气工程得到了迅速、长足的发展，登上了一个个新台阶。例如;电磁场和电网络的数字计算机分析使一些过去依赖于复杂分析与精密实验解决的难题迎刃而解;电工装备的计算机辅助设计（CAD）使整个电工制造业的设计翻开新的一页;微型计算机控制技术的发展使申力系统和各种申气设备的自动控制实现了全面的变革，成为工业的强劲动力;电力电子的迅速发展使大功率整流、逆变、变频设备得以问世，，进一步拓宽了电能的应用，提高了用电效率，创造了巨大的效益。而一些计算机和微电子专用设备的研制也成为电工新技术发展的重要分支。

今天，电能的应用已经渗透到人类社会生产.生活的各个领域.它不仅创造了极大的生产力，而且促进了人类文明的巨大进步，彻底改变了人类的社会生活方式，电气工程也因此被人们誉为"现代文明之轮"。

六、电气工程的发展前景

进入 21世纪以后，科学技术的发展可以用日新月异来形容，各种新发明、新发现向生产力转化的速度越来越快，学科之间的交叉和融合成为新世纪科技发展的特点。对于以应用性基础研究为主的电气工程学科来说，如何发展学科，扩大领域，增强活力.开拓新局面.在学术上有高水平的建树，从国情出发，为经济建设特别是电力建设和高新技术的发展做出更大的贡献成为亟待解决的战略问题。

21世纪的电气工程学科将在与信息科学、材料科学、生命科学以及环境科学等学科的交义和融合中取得进一一步发展。创新和飞跃往往发生在学科的交叉点上。所以.在21世纪，电工领域的基础研究和应用基础研究仍会是一个百花齐放、蓬勃发展的局面，而与其他学科的融合交叉是它的显著特点。

超导材料、半导体材料与水磷材料的最新发展对干电工领域有着特别重大的意义从20 世纪60年代开始，实用超导体的研制成功地开创了超导电工的新时代。目前恒定与脉冲超导磁体技术已经达到了成熟阶段，得到了多方面的应用，显示了其优越性与现实性。超导加速器与超导核聚变装置的建成与运行成为 20世纪下半叶人类科技史中辉煌的成就;超导核磁共振谱仪与磁成像装置已实现了商品化。20世纪 80年代制成了高临界温度超导体，为21世纪电气工程的发展展示了更加美好的前景。

半导体的发展为电工领域提供了多种电力电子器件与光电器件。电力电子器件为电机调速、直流输电、电气化铁路、各种节能电源和自动控制技术的发展做出了重大贡献。光电池效率的提高及成本的降低为光电技术的应用与发展提供了良好的基础，使太阳能光伏发电已在边远。缺电地区得到了实用.并有可能在未来电力供应中占有一定份额。半导体照明是节能的照明，它能大大降低能耗，减少环境污染的压力，是更可靠、更安全的照明。

新型永磁材料，特别是钕铁硼材料的发明与迅速发展使永磁电机、永磁磁体技术在深入研究的基础上登上了新台阶，应用领域不断扩大。

由于微型计算机、电力电子和电磁执行器件的发展，使得电气控制响应快、灵活性高、可靠性强的优点越来越突出，因此电气工程正在使一些传统产业发生变革。例如，传统的机械系统与设备在更多或全面地使用电气驱动与控制后.大大改善了性能。"线控"汽车 全由舰船、多电/全电飞机等研究就是其中最典型的例子。

传统的内燃机汽车的驱动、导向、制动等都依靠机械（齿轮与液压）系统，体积大、响应慢、故障率高。现代汽车提出了"线控"（Wire Control），即通过导线控制的概念，使过去以齿轮、液压为主导的控制让位干关软的导线控制。

线控不仅节省家空间，而且大大提高了车辆的性能例如，采用智能化的有源减震系统和电控制动，改善了车辆的可靠性和舒适性;机电一体化平衡系统 EML（Electromechanical Leveling Svstem）可以减小车辆的摇摆和俯仰。除此之外，汽车的电气设备也比过去大大增加∶20世纪80年代初，国内轿车的发电机功率一般是500W以下，而现在轿车发电机功率达到1000 W 已经很普遍。

由于车上自动控制与执行动作所必需的微型电动机数目不断增加，消耗的电能也越来越大。据美国麻省理工学院研究人员预测，2005—2015年，豪华轿车的电气负荷平均将达到1760 W（冬季）至2120 W（夏季）。目前汽车的标准电压有两种∶12 V和24V，前者主要用于汽油车，后者主要用于柴油车。因为汽车使用的电气设备与导线长度大大增加，为了减少设备与线路的电阻损耗，汽车行业已经准备将 12 V标准电压提高到 42V。

全电舰船取消了普通舰船的机械传动机构，不仅节约了能源，还可以节省出大量空间。特别是吊舱式（Azipod）全电力推进系统的采用.取消了过去舰船不可缺少的螺旋桨大轴.最

大限度地发挥了全申力排进的优越性——商船可以多载运货物.军般口可【以代备事多的武器装备。传统军舰螺旋桨工作时噪音很大，对方的声呐等探测系统可以很快探出位置和距离;而全电军舰采用电推进后，由于噪音低。具有很强的隐形作战能力.可以发动突然袭击.大大增强了作战能力。同时，整合动力系统节省下来的能源可用于支援作战，比如可支持一些高能耗武器（如激光武器、电磁炮）声呐，雷达等。图1-18 所示为兰ABB公司 1998年下水的全电旅游轮船的电气设备分布图。我国江南造船公司在国内最大海洋监测船"中国海监83"号上也成功安装了吊舱式全电力推进系统。

多电飞机（More Electric Aircraft）主要是用电磁悬浮轴承取代发动机的机械轴承、用电磁执行器代替液压和气动执行器并且采用更多的电力电子装置。由于最大限度地减少了油润滑和油/气控制系统，使多电飞机的效率与可靠性、易维护性、保障性和运行/保障费用都得到了明显的改善，并使飞机重量减轻、可用空间增加。

其中，固定在发动机轴上的整体起动-发电机是集起动机和发电机功能于一体的电机，它利用电机可逆原理在发动机稳定工作前作为起动机工作，带动发动机转子到一定转速后喷油点火，使发动机进入自行稳定工作状态;此后，发动机反过来带动电机，使其成为发电机，向飞机用电设备供电。多电飞机用全电气化传动附件取代机械液压式传动附件，实现了发动机和飞机的全电气化传动。此外，飞机发电机发出的强大电力还生成激光或微波束，作为机载高能束武器的能源。

目前国外已经制造出采用电驱动的战车，其混合电力驱动系统包括柴油发电机、驱动电动机和蓄电池组，在车辆需要大功率驱动时，由电池组补充能量，以使发动机系统变得更小. 运行效率更高，而且在关闭发动机仅使用电池提供动力的情况下，能够短距离寂静行驶，利于突袭。全电战车也正在研发中。一种全电战车的设计方案是∶由燃料电池供电，用飞轮储能系统储能，采用轮毂安装的永磁电动机驱动，用主动有源）控制的电气悬挂系统减轻颠簸，用大功率脉冲电源供电的45 mm 电磁炮，其杀伤力相当于普通的115 mm火炮。

近年来，在建筑中综合计算机技术、自动控制技术、通信技术和电气工程技术，构成了楼宇自动化技术（智能楼宇技术）。建设智能楼宇的目标主要体现在∶提供安全、舒适、快捷的优质服务;建立先进的管理机制;节省能耗与降低人工成本等三个方面。

智能楼宇中涉及的电气工程内容主要有∶智能建筑的供配电、电驱动与自动控制、智能建筑的电气照明、智能建筑的通信技术、有线电视系统。广播音响系统，办公自动化系统，建筑物自动化系统 智能建筑的防火智能建筑的防盗，综合布线系统。智能建筑的系统集成智能建筑的电气安全和智能建筑的节能等。

目前，智能楼宇正在蓬勃发展，以美国和日本兴建的最多。此外，在法国、瑞典、英国、新加坡、马来西亚等国家和我国香港地区的智能建筑也方兴未艾。我国近几年来在北京、上海、广州等大城市，相继建起了若于具有相当水平的智能建筑。

电磁技术在生物医学中的广泛应用促进了生物医学电磁技术的发展。试验证明，从单细胞到动物的肌肉、神经等组织中，都有电流或电压的产生及传播等生物电现象。人的大脑和心肌的生物电活动可以通过置于头皮表面和肢体表面的电位来研究，从而检查内部脑和心脏的功能。这种生物电的源，可视为人体内部的偶极子型电流源。寻找它的分布降时间变化的规律是生物医学电磁技术研究的基本课题。

外界电磁场与生物相互作用的机理，也是生物医学工程的热点课题。随着磁共振技术的发展，利用电磁波研究物质结构，已成为化学分析、原子物理和生物学领域的一种重要研究手段.其中，磁共振成像已成为医疗诊断的常见技术;X射线成像实际上也是电磁波成像;场热疗技术.特别是场热疗治癌，已成为常规疗法的有力辅助疗法。

随着电气工程新原理、新技术与新材料的发展，出现了一些新兴的电工高新技术领域，包括超导电工技术、受控核聚变技术、可再生能源发电技术、磁悬浮技术、磁流体发电技术、磁流体排进技术等。电工高新技术的发展有着重大的国民经济发展和科技进步的意义。一些重要技术从其出现到成熟，形成产业，常常需要半个多世纪，几代人的持续努力，需要有稳定的支持和重大国家项目的带动。

21世纪电气工程学科的发展趋势是∶将电气科学与工程和近代数学、物理学、化学、生命科学、材料科学以及系统科学、信息科学等的前沿融合，加强从整体上对大型复杂系统的研究，加深对微观现象及过程规律性的认识，同时利用信息科学的成就改造与提升本学科并开创新的研究方向。

近年来的研究热点有∶电力系统、电力传动系统及电力电子变流系统中的各类问题，包括非线性、复杂性等；生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术；气体放电及多相混合体放电问题；基于新材料、新原理或为开拓新应用领域的电机、电器；反映各类电气设备电气或绝缘性能演变的多因子规律及其观察和测量技术；电能质量的理论及其测量、控制；可再生能源发电、电能存储和电力变换技术；现代测量原理及传感技术；脉冲功率技术与低温等离子体应用基础；电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、控制及规划的理论及其应用等。