Ingenieria Eléctrica
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Ingeniería eléctrica, a veces conocido como la ingeniería eléctrica y electrónica, es un campo de la ingeniería que se ocupa del estudio y aplicación de la electricidad , la electrónica y el electromagnetismo . El primer campo se convirtió en una ocupación que puede ser identificada a finales del siglo XIX después de la comercialización de la electricidad telégrafo y el suministro de energía eléctrica. Ahora abarca una serie de subtemas incluidos el poder, la electrónica , sistemas de control, procesamiento de señales y de telecomunicaciones .
Ingeniería eléctrica puede o no puede abarcar ingeniería electrónica. Cuando se haga una distinción, por lo general fuera de los Estados Unidos, se considera la ingeniería eléctrica para hacer frente a los problemas asociados con los sistemas eléctricos a gran escala, tales como transmisión de energía y control del motor, mientras que ofertas de ingeniería electrónica con el estudio de los sistemas electrónicos de pequeña escala, incluidos ordenadores y circuitos integrados . Alternativamente, los ingenieros eléctricos se encuentran preocupados con el uso de la electricidad para transmitir energía, mientras que los ingenieros electrónicos tienen que ver con el uso de la electricidad para transmitir información.
Historia
La electricidad ha sido un tema de interés científico por lo menos desde principios del siglo 17. El primer ingeniero eléctrico fue probablemente William Gilbert, quien diseñó el versorium: un dispositivo que detecta la presencia de objetos carga estática. También fue el primero en establecer una clara distinción entre el magnetismo y la electricidad estática y se acredita con el establecimiento del plazo de la electricidad. En 1775 Experimentaciones científicas de Alessandro Volta idearon el electrophorus, un dispositivo que produce una carga eléctrica estática, y por 1800 Volta desarrollaron la pila voltaica, un precursor de la batería eléctrica.
Sin embargo, no fue hasta el siglo 19 que la investigación sobre el tema comenzó a intensificarse. Avances notables en este siglo incluyen el trabajo de Georg Ohm, que en 1827 cuantifica la relación entre el la corriente eléctrica y diferencia de potencial en un conductor, Michael Faraday , el descubridor de inducción electromagnética en 1831, y James Clerk Maxwell , quien en 1873 publicó un unificado teoría de la electricidad y el magnetismo en su tratado Electricidad y Magnetismo.
Durante estos años, el estudio de la electricidad se considera en gran parte a ser un subcampo de la física . No fue hasta finales del siglo 19 que las universidades comenzaron a ofrecer grados en ingeniería eléctrica. La Universidad Tecnológica de Darmstadt fundó la primera silla y la primera facultad de ingeniería eléctrica en todo el mundo en 1882. En 1883, Universidad Tecnológica de Darmstadt y Universidad Cornell presentó primero de golf del mundo de estudios en ingeniería eléctrica, y en 1885 la University College de Londres fundó la primera cátedra de ingeniería eléctrica en el Reino Unido . La Universidad de Missouri, posteriormente, estableció el primer departamento de ingeniería eléctrica en los Estados Unidos en 1886.
Durante este período, los trabajos relativos a la ingeniería eléctrica aumentó dramáticamente. En 1882, Edison encendió la primera red de suministro mundial a gran escala eléctrica que proporcionó 110 voltios corriente continua a cincuenta y nueve clientes en el bajo Manhattan. En 1887, Nikola Tesla presentó una serie de patentes relacionadas con una forma de competir de distribución de energía conocida como corriente alterna . En los años siguientes una amarga rivalidad entre Tesla y Edison, conocido como el " Guerra de corrientes ", se llevó a cabo sobre el método preferido de distribución. AC eventualmente reemplazado DC para la generación y distribución de energía, ampliando enormemente el rango y la mejora de la seguridad y la eficiencia de la distribución de energía.
Los esfuerzos de los dos hicieron mucho más ingeniería-Tesla trabajo eléctrico de sobre motores de inducción y sistemas polifásicos influyeron en el campo en los próximos años, mientras que el trabajo de Edison en la telegrafía y su desarrollo de la ticker resultó lucrativo para su compañía, que se convirtió en última instancia Energia General. Sin embargo, a finales del siglo 19, otras figuras clave en el progreso de la ingeniería eléctrica estaban empezando a emerger.
Los avances modernos
- La aparición de la radio y la electrónica
Durante el desarrollo de la radio, muchos científicos y inventores contribuyeron a la tecnología de la radio y de la electrónica. En su clásico Experimentos UHF de 1888, Heinrich Hertz transmite (a través de una transmisor chispero) y detectado ondas de radio que utilizan equipos eléctricos. En 1895, Nikola Tesla fue capaz de detectar señales de las transmisiones de su laboratorio de Nueva York en West Point (una distancia de 80,4 kilometros / 49,95 millas). En 1897, Karl Ferdinand Braun introdujo el tubo de rayos catódicos como parte de una osciloscopio, una tecnología que permite crucial para la televisión electrónica . John Fleming inventó el primer tubo de radio, la diodo, en 1904. Dos años más tarde, Robert von Lieben y Lee De Forest desarrolló independientemente del tubo amplificador, llamado el triodo. En 1895, Guglielmo Marconi fomentó el arte de métodos inalámbricos hertzianas. Desde el principio, envió señales inalámbricas a una distancia de una milla y media. En diciembre de 1901, envió ondas inalámbricas que no fueron afectadas por la curvatura de la Tierra. Marconi transmite después las señales inalámbricas a través del Atlántico entre Poldhu, Cornualles, y San Juan de Terranova, una distancia de 2100 millas. En 1920 Albert casco desarrolló el magnetrón que eventualmente conducir al desarrollo de la horno de microondas en 1946 por Percy Spencer. En 1934 el ejército británico comenzó a dar pasos hacia el radar (que también utiliza el magnetrón) bajo la dirección del Dr. Wimperis, culminando en la operación de la primera estación de radar en Bawdsey en agosto de 1936.
En 1941 Konrad Zuse presentó el Z3, primer ordenador totalmente funcional y programable del mundo. En 1946, el ENIAC (Electronic Numerical Integrator y ordenador) de John Presper Eckert y John Mauchly siguió, comenzando la era de la computación. El rendimiento de la aritmética de estas máquinas permitió a los ingenieros a desarrollar completamente nuevas tecnologías y alcanzar nuevos objetivos, incluyendo la Misiones Apolo y la llegada a la luna de la NASA .
La invención del transistor en 1947 por William B. Shockley, John Bardeen y Walter Brattain abrió la puerta para que los dispositivos más compactos y condujo al desarrollo del circuito integrado en 1958 por Jack Kilby y de forma independiente en 1959 por Robert Noyce. En 1968 Marciano Hoff inventó la primera microprocesador a Intel y así inició la elaboración de la computadora personal . La primera realización del microprocesador fue el Intel 4004, un procesador de 4 bits se desarrolló en 1971, pero sólo en 1973 hizo la Intel 8080, un procesador de 8 bits, hacen que el edificio de la primera computadora personal, el Altair 8800, posible.
Educación
Los ingenieros eléctricos típicamente poseen una grado académico con una especialización en ingeniería eléctrica. La duración de los estudios para obtener un título de este tipo es por lo general cuatro o cinco años y el grado completado puede ser designado como un Licenciado en Ingeniería, Licenciado en Ciencias, Licenciado en Tecnología o Licenciado en Ciencias Aplicadas en función de la universidad. El grado generalmente incluye las unidades que cubren la física , las matemáticas , la informática , gestión de proyectos y temas específicos en ingeniería eléctrica. Inicialmente estos temas más cubren, si no todos, de los sub-disciplinas de la ingeniería eléctrica. Luego, los estudiantes eligen especializarse en una o más subdisciplinas hacia el final de la carrera.
Algunos ingenieros eléctricos también optan por obtener un título de postgrado, como un Master de Ingeniería / Master of Science (MEng / MSc), una Maestría Gestión de Ingeniería, un Doctor en Filosofía (PhD) en Ingeniería, un Ingeniería Doctorado (EngD), o un Un título de Ingeniero. El título de Máster y el Ingeniero de puede consistir en cualquiera investigación, cursos o una mezcla de los dos. El Doctor en Filosofía e Ingeniería Doctorado grados consiste en un componente importante de investigación y se ve a menudo como el punto de entrada a academia. En el Reino Unido y otros países europeos, la Master de Ingeniería a menudo se considera un título universitario de duración ligeramente más largo que el Licenciatura en Ingeniería.
La práctica de los ingenieros
En la mayoría de los países, el grado de licenciatura en ingeniería representa el primer paso hacia certificación profesional y la carrera en sí está certificada por un organismo profesional. Después de completar un programa de grado certificado el ingeniero debe satisfacer una serie de requisitos (incluyendo requisitos de experiencia laboral) antes de ser certificada. Una vez certificado el ingeniero se designa el título de Ingeniero Profesional (en los Estados Unidos, Canadá y Sudáfrica ), Chartered Engineer (en la India , el Reino Unido , Irlanda y Zimbabwe ), Chartered Ingeniero Profesional (en Australia y Nueva Zelanda ) o Ingeniero Europeo (en gran parte de la Unión Europea ).
Las ventajas de la certificación varían según el lugar. Por ejemplo, en los Estados Unidos y Canadá "sólo un ingeniero con licencia puede sellar el trabajo de ingeniería para clientes públicos y privados". Este requisito se aplica la legislación estatal y provincial como Ley de Ingenieros de Quebec. En otros países, como Australia, no existe tal legislación. Prácticamente todos los organismos de certificación mantienen una código de ética que esperan que todos los miembros a que cumplan o expulsión riesgo. De esta manera, estas organizaciones desempeñan un papel importante en el mantenimiento de las normas éticas de la profesión. Incluso en las jurisdicciones donde la certificación tiene poca o ninguna relación jurídica en el trabajo, los ingenieros están sujetos a derecho contractual. En los casos en que el trabajo de un ingeniero no él o ella puede estar sujeto a la delito de negligencia y, en casos extremos, la carga de negligencia criminal. El trabajo de un ingeniero también debe cumplir con otras numerosas reglas y regulaciones como códigos de construcción y la legislación relativa a derecho ambiental.
Los organismos profesionales de nota para los ingenieros eléctricos incluyen la Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y el Instituto de Ingeniería y Tecnología (IET) (que se formó por la fusión de la Institución de Ingenieros Eléctricos (IEE) y la Institución de Ingenieros Incorporated (IIE). El IEEE reclama para producir el 30% de la literatura mundial en ingeniería eléctrica, cuenta con más de 360.000 miembros en todo el mundo y cuenta con más de 3.000 conferencias anuales. El IET publica 21 revistas, tiene una membresía mundial de más de 150.000, y dice ser la mayor sociedad profesional de ingeniería en Europa. La obsolescencia de los conocimientos técnicos es una grave preocupación para los ingenieros eléctricos. La membresía y participación en sociedades técnicas, revisiones periódicas de las publicaciones periódicas en el campo y un hábito de aprendizaje continuo son, por tanto, esencial para mantener la competencia.
En países como Australia , Canadá y los Estados Unidos ingenieros eléctricos constituyen alrededor del 0,25% de la población activa (ver nota). Fuera de estos países, es difícil medir la demografía de la profesión debido a la información menos meticuloso en las estadísticas laborales. Sin embargo, en términos de graduados en ingeniería eléctrica per cápita, los graduados de ingeniería eléctrica probablemente serían más numerosos en países como Taiwán , Japón , India y Corea del Sur .
Herramientas y trabajo
Desde el Sistema de Posicionamiento Global para la generación de energía eléctrica, los ingenieros eléctricos han contribuido al desarrollo de una amplia gama de tecnologías. Ellos diseñan, desarrollan, prueban y supervisan la implementación de los sistemas eléctricos y dispositivos electrónicos. Por ejemplo, pueden trabajar en el diseño de sistemas de telecomunicaciones , el funcionamiento de estaciones de energía eléctrica, la iluminación y cableado de edificios, el diseño de electrodomésticos o el eléctrico de control de maquinaria industrial.
Es fundamental para la disciplina son las ciencias de la física y las matemáticas como estos ayudan a obtener tanto una cualitativa y descripción cuantitativa de cómo funcionarán dichos sistemas. Hoy en día la mayoría de ingeniería trabajo implica el uso de computadoras y es común utilizar asistido por ordenador los programas de diseño en el diseño de sistemas eléctricos. Sin embargo, la capacidad de boceto ideas es todavía muy valiosa para comunicar rápidamente con otros.
Aunque la mayoría de los ingenieros eléctricos comprenderán básica la teoría de circuitos (es decir las interacciones de elementos tales como resistencias, condensadores, diodos, transistores y inductores en un circuito), las teorías empleadas por los ingenieros generalmente dependen del trabajo que realizan. Por ejemplo, la mecánica cuántica y la física del estado sólido puede ser relevante para un ingeniero que trabaja en VLSI (el diseño de circuitos integrados), pero son en gran parte irrelevantes para los ingenieros que trabajan con los sistemas eléctricos macroscópicos. Incluso teoría de circuitos puede no ser relevante para una persona el diseño de sistemas de telecomunicación que utilizan off-the-shelf componentes. Tal vez las habilidades técnicas más importantes para los ingenieros eléctricos se reflejan en los programas universitarios, que enfatizan fuertes habilidades numéricas , la alfabetización informática y la capacidad de comprender el lenguaje técnico y los conceptos que se relacionan con la ingeniería eléctrica.
Para muchos ingenieros, trabajos técnicos representa sólo una fracción del trabajo que realizan. Una gran cantidad de tiempo también puede ser gastado en tareas tales como discutir las propuestas con los clientes, la preparación presupuestos y determinar programas de proyectos. Muchos ingenieros superiores gestionar un equipo de técnicos u otros ingenieros y por esta razón habilidades de gestión de proyectos son importantes. La mayoría de los proyectos de ingeniería implican algún tipo de documentación y por lo tanto, fuertes habilidades de comunicación escrita son muy importantes.
La lugares de trabajo de los ingenieros eléctricos son tan variadas como los tipos de trabajo que realizan. Los ingenieros eléctricos se pueden encontrar en el entorno de laboratorio prístina de una planta de fabricación, las oficinas de una la firma de consultoría o en el lugar en un mina . Durante su vida laboral, los ingenieros eléctricos pueden encontrarse supervisión de una amplia gama de individuos incluidos científicos, electricistas, programadores informáticos y otros ingenieros.
Subdisciplinas
Ingeniería eléctrica tiene muchas subdisciplinas, el más popular de los cuales se enumeran a continuación. Aunque hay ingenieros eléctricos que se centran exclusivamente en uno de estos sub-disciplinas, muchos trato con una combinación de ellos. A veces ciertos campos, como la ingeniería electrónica e ingeniería informática, se consideran disciplinas separadas por derecho propio.
Energía
Ofertas Energética con el generación, transmisión y distribución de electricidad , así como el diseño de una variedad de dispositivos relacionados. Éstos incluyen transformadores, generadores eléctricos, motores eléctricos, ingeniería de alta tensión y electrónica de potencia. En muchas regiones del mundo, los gobiernos mantienen una red eléctrica llama red eléctrica que conecta una variedad de generadores junto con los usuarios de su energía. Los usuarios compran la energía eléctrica de la red, evitando el ejercicio costoso de tener que generar su propia. Ingenieros de alimentación pueden trabajar en el diseño y mantenimiento de la red eléctrica, así como los sistemas de energía que se conectan a ella. Estos sistemas se denominan sistemas de alimentación conectados a la red y pueden suministrar la red con una potencia adicional, llamar la energía de la red o hacer ambas cosas. Ingenieros de poder también pueden funcionar en sistemas que no se conectan a la red, llamados sistemas de energía fuera de la red, que en algunos casos son preferibles a los sistemas conectados a la red. El futuro incluye los sistemas de energía satélite controlado, con retroalimentación en tiempo real para evitar sobrecargas de energía y evitar apagones.
Control
Ingeniería de control se centra en la modelado de una amplia gama de sistemas dinámicos y el diseño de controladores que causarán estos sistemas se comporten de la manera deseada. Para poner en práctica este tipo de controladores de ingenieros eléctricos pueden usar circuitos eléctricos, procesadores de señales digitales, microcontroladores y PLCs (Controladores Lógicos Programables). Ingeniería de control cuenta con una amplia gama de aplicaciones de los sistemas de vuelo y de propulsión de aviones comerciales a la control de crucero presente en muchos modernos automóviles . También juega un papel importante en automatización industrial.
Los ingenieros de control a menudo utilizan retroalimentación en el diseño sistemas de control. Por ejemplo, en un automóvil con control de crucero del vehículo de la velocidad se controla continuamente y se alimenta de nuevo al sistema que ajusta la motor de salida de potencia en consecuencia. Donde hay retroalimentación regular, la teoría de control se puede utilizar para determinar cómo responde el sistema a dicha retroalimentación.
Electrónica
Ingeniería electrónica consiste en el diseño y prueba de circuitos electrónicos que utilizan las propiedades de componentes tales como resistencias, condensadores, inductores, diodos y transistores para lograr una funcionalidad particular. La circuito sintonizado, que permite al usuario de un radio de a filtrar todo, pero una sola estación, es sólo un ejemplo de un circuito de este tipo. Otro ejemplo (de un acondicionador de señal neumática) se muestra en la fotografía adyacente.
Antes de la segunda guerra mundial, el tema se conoce comúnmente como la ingeniería de radio y básicamente se limitaba a aspectos de las comunicaciones y de radar , la radio comercial y la televisión temprana . Más tarde, en enviar años de la guerra, como los dispositivos de consumo comenzó a ser desarrollado, el campo creció para incluir la televisión moderna, sistemas de audio, computadoras y microprocesadores. En la segunda mitad de finales de 1950, la ingeniería de radio término fue dando paso a la ingeniería electrónica nombre.
Antes de la invención del circuito integrado en 1959, los circuitos electrónicos se construyen a partir de componentes discretos que pueden ser manipulados por seres humanos. Estos circuitos discretos consumen mucho espacio y poder y se limita en velocidad, a pesar de que todavía son comunes en algunas aplicaciones. Por el contrario, los circuitos integrados prepararon un gran número, a menudo millones de pequeños componentes eléctricos, principalmente transistores, en un pequeño chip de alrededor del tamaño de una moneda . Esto permitió que las poderosas computadoras y otros dispositivos electrónicos que vemos hoy.
Microelectrónica
Microelectrónica ofertas de ingeniería con el diseño de componentes muy pequeños circuitos electrónicos para su uso en un circuito integrado o, a veces para su uso en su propia como un componente electrónico en general. Los componentes microelectrónicos más comunes son semiconductor transistores, aunque todos los principales componentes electrónicos ( resistencias, condensadores, inductores) se pueden crear a un nivel microscópico.
Componentes microelectrónicos se crean mediante la fabricación químicamente obleas de semiconductores como el silicio (a frecuencias más altas, semiconductores compuestos como arseniuro de galio y fosfuro de indio) para obtener el transporte de carga deseado y el control de corriente electrónica. El campo de la microelectrónica implica una cantidad significativa de la química y la ciencia de los materiales y requiere que el ingeniero electrónico que trabaja en el campo para tener un muy buen conocimiento de los efectos de la mecánica cuántica .
Procesamiento de la señal
Procesamiento de señales ofertas con el análisis y las manipulaciones de señales. Las señales pueden ser tanto analógico, en cuyo caso la señal varía continuamente de acuerdo con la información, o digital, en cuyo caso la señal varía en función de una serie de valores discretos que representan la información. Para señales analógicas, procesamiento de señales puede implicar la amplificación y filtrado de señales de audio para el equipo de audio o el modulación y la demodulación de las señales de telecomunicaciones . Para las señales digitales, procesamiento de señales puede implicar la compresión, detección de errores y corrección de errores de señales muestreadas digitalmente.
Telecomunicaciones
Ingeniería de Telecomunicaciones se centra en la transmisión de información a través de una canal tal como una cable coaxial, fibra óptica o espacio libre. Las transmisiones a través del espacio libre requieren información a codificar en un onda portadora con el fin de cambiar la información a una frecuencia portadora adecuada para la transmisión, esto se conoce como modulación. Técnicas de modulación analógica populares incluyen modulación de amplitud y modulación de frecuencia. La elección de la modulación afecta el coste y el rendimiento de un sistema y estos dos factores deben sopesarse con cuidado por el ingeniero.
Una vez que se determinan las características de transmisión de un sistema, los ingenieros de telecomunicaciones diseñar el transmisores y receptores necesarios para tales sistemas. Estos dos se combinan a veces para formar un dispositivo de comunicación de dos vías conocido como transceptor. Una consideración clave en el diseño de los transmisores es su el consumo de energía, ya que está estrechamente relacionada con su intensidad de señal. Si la intensidad de la señal de un transmisor es insuficiente la información de la señal se deteriorará por ruido.
Ingeniería de Instrumentación
Instrumentación de ingeniería trata con el diseño de dispositivos para medir cantidades físicas tales como presión, el flujo y la temperatura . El diseño de tales instrumentos requiere una buena comprensión de la física que a menudo se extiende más allá de la teoría electromagnética . Por ejemplo, pistolas de radar utilizan el Efecto Doppler para medir la velocidad de los vehículos que vienen de frente. Del mismo modo, termopares utilizan el Efecto Peltier-Seebeck para medir la diferencia de temperatura entre dos puntos.
A menudo instrumentación no se utiliza por sí mismo, sino como la sensores de los sistemas eléctricos de mayor tamaño. Por ejemplo, un termopar puede ser utilizado para ayudar a asegurar la temperatura de un horno se mantiene constante. Por esta razón, la ingeniería de instrumentación es a menudo visto como la contraparte de la ingeniería de control.
Computadoras
Ingeniería informática se ocupa del diseño de los equipos y sistemas informáticos . Esto puede implicar el diseño de nuevo hardware, el diseño de PDAs o el uso de computadoras para controlar una planta industrial . Los ingenieros informáticos también pueden trabajar en un sistema de software. Sin embargo, el diseño de sistemas de software complejos es a menudo el dominio de la ingeniería de software, que se considera generalmente una disciplina separada. Las computadoras de escritorio representan una pequeña fracción de los dispositivos de un ingeniero informático podría trabajar, como las arquitecturas informáticas como se encuentran ahora en una gama de dispositivos, incluyendo consolas de videojuegos y Reproductores de DVD.
Disciplinas relacionadas
Mecatrónica es una disciplina de la ingeniería que se ocupa de la convergencia de los eléctricos y sistemas mecánicos. Tales sistemas combinados se conocen como sistemas electromecánicos y tienen amplia adopción. Los ejemplos incluyen sistemas de fabricación automatizados, calefacción, ventilación y sistemas de aire acondicionado y diversos subsistemas de aviones y automóviles .
Los mecatrónica plazo se suele utilizar para referirse a sistemas macroscópicos, pero futurólogos predicen la aparición de muy pequeños dispositivos electromecánicos. Ya tales dispositivos pequeños, conocidos como sistemas electromecánicos micro (MEMS), se utilizan en los automóviles para contar airbags cuándo desplegar, en proyectores digitales para crear imágenes más nítidas y en impresoras de inyección de tinta para crear boquillas para la impresión de alta definición. En el futuro se espera que los dispositivos ayudará a construir diminutos dispositivos médicos implantables y mejorar la comunicación óptica.
Ingeniería biomédica es otra disciplina relacionada, preocupado por el diseño de equipo médico. Esto incluye equipos fijos como ventiladores, Escáneres de resonancia magnética y monitores electrocardiógrafo así como el equipo móvil tal como implantes cocleares, marcapasos artificiales y corazones artificiales.
