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Engenharia elétrica

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Engenheiros Elétricos projetar sistemas de energia complexos ...
... E circuitos eletrônicos complexos.

Engenharia elétrica, por vezes referido como engenharia elétrica e eletrônica, é um campo de engenharia que lida com o estudo ea aplicação de eletricidade , eletrônica e eletromagnetismo . O campo tornou-se primeiro uma profissão identificável no final do século XIX, após a comercialização da eletricidade telégrafo e fornecimento de energia elétrica. Actualmente, abrange uma gama de subtemas, incluindo poder, eletrônica , sistemas de controlo, processamento de sinal e de telecomunicações .

Engenharia elétrica pode ou não pode abranger Engenharia Eletrônica. Sempre que se faça uma distinção, geralmente fora dos Estados Unidos, engenharia elétrica é considerada como lidar com os problemas associados com sistemas elétricos de grande escala, tais como transmissão de energia e controle motor, enquanto electrónicos engenharia lida com o estudo de sistemas electrónicos de pequena escala, incluindo computadores e circuitos integrados . Alternativamente, engenheiros elétricos são geralmente preocupados com o uso de eletricidade para transmitir energia, enquanto os engenheiros eletrônicos estão preocupados com o uso de eletricidade para transmitir informações.

História

Eletricidade tem sido um assunto de interesse científico desde pelo menos o início do século 17. O primeiro engenheiro elétrico foi, provavelmente, William Gilbert que projetou o versório: um dispositivo que detectou a presença de objectos estaticamente carregadas. Ele também foi o primeiro a estabelecer uma distinção clara entre o magnetismo ea eletricidade estática e é creditado com que institui a prazo de electricidade. Em 1775 Experimentações científicas de Alessandro Volta inventou o eletróforo, um dispositivo que produzia eletricidade estática, e em 1800 Volta desenvolveu a pilha voltaica, um precursor da bateria elétrica.

No entanto, não foi até o século 19 que a investigação sobre o assunto começou a se intensificar. Desenvolvimentos notáveis neste século incluem o trabalho de Georg Ohm, que, em 1827, quantificou a relação entre a corrente eléctrica e diferença de potencial em um condutor, Michael Faraday , o descobridor da indução eletromagnética em 1831, e James Clerk Maxwell , que em 1873 publicou um unificada teoria da eletricidade e magnetismo em seu tratado Eletricidade e Magnetismo.

Thomas Edison construiu a primeira rede de alimentação elétrica em grande escala do mundo

Durante estes anos, o estudo da eletricidade foi amplamente considerado como um subcampo da física . Não foi até o final do século 19 que as universidades começaram a oferecer graus em engenharia elétrica. O Darmstadt University of Technology fundou a primeira cadeira ea primeira faculdade de engenharia elétrica em todo o mundo em 1882. Em 1883, Darmstadt University of Technology e Cornell University introduziu primeiros cursos mundiais de estudo em engenharia elétrica, e em 1885 o University College London fundou a primeira cadeira de engenharia elétrica no Reino Unido . O Universidade de Missouri, posteriormente, estabeleceu o primeiro departamento de engenharia elétrica nos Estados Unidos em 1886.

Nikola Tesla fez redes de transmissão elétrica de longa distância possível.

Durante este período, o trabalho relativo à engenharia elétrica aumentou dramaticamente. Em 1882, Edison ligado primeira rede de abastecimento do mundo em larga escala elétrica que forneceu 110 volts corrente contínua de cinquenta e nove clientes na baixa de Manhattan. Em 1887, Nikola Tesla entrou com um número de patentes relacionadas com uma forma concorrente de distribuição de energia conhecida como corrente alternada . Nos anos seguintes, uma amarga rivalidade entre Tesla e Edison, conhecido como o " Guerra das correntes ", teve lugar sobre o método preferido de distribuição. AC eventualmente substituído DC para geração e distribuição de energia, enormemente estender o alcance e melhorar a segurança e eficiência da distribuição de energia.

Os esforços dos dois fez muito a mais-engenharia elétrica da Tesla trabalho em motores de indução e sistemas polifásicos influenciou o campo para os próximos anos, enquanto o trabalho de Edison em telegrafia e seu desenvolvimento do estoque ticker provou lucrativo para sua empresa, que em última análise se tornou General Electric. No entanto, até o final do século 19, outras figuras-chave no progresso da engenharia elétrica estavam começando a surgir.


Desenvolvimentos modernos

Surgimento de rádio e eletrônica

Durante o desenvolvimento de rádio, muitos cientistas e inventores contribuiu para a tecnologia de rádio e eletrônica. Em seu clássico Experimentos UHF de 1888, Heinrich Hertz transmitido (por meio de um transmissor spark-gap) e detectado ondas de rádio que utilizam equipamentos elétricos. Em 1895, Nikola Tesla foi capaz de detectar sinais das transmissões de seu laboratório de Nova York, em West Point (uma distância de 80,4 km / 49,95 milhas). Em 1897, Karl Ferdinand Braun introduziu o tubo de raios catódicos como parte de um osciloscópio, uma tecnologia fundamental propício para televisão eletrônica . John Fleming inventou o primeiro tubo de rádio, o diodo, em 1904. Dois anos mais tarde, Robert von Lieben e Lee De Forest desenvolvido independentemente do tubo amplificador, chamado de triodo. Em 1895, Guglielmo Marconi promoveu a arte de métodos sem fio hertzianas. Logo no início, ele enviou sinais sem fio a uma distância de uma milha e meia. Em dezembro de 1901, ele enviou ondas sem fio que não foram afetados pela curvatura da Terra. Marconi posteriormente transmitidos os sinais sem fio através do Atlântico entre Poldhu, Cornwall, e St. John, Terra Nova, uma distância de 2.100 milhas. Em 1920 Albert casco desenvolveu o magnetrão que, eventualmente, conduzir ao desenvolvimento da forno de microondas em 1946 por Percy Spencer. Em 1934, os militares britânicos começaram a dar passos no sentido de radar (que também usa o magnetron), sob a direção do Dr. Wimperis, culminando com a operação da primeira estação de radar na Bawdsey em agosto de 1936.

Em 1941 Konrad Zuse apresentou o Z3, primeiro computador totalmente funcional e programável do mundo. Em 1946, a ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) de John Presper Eckert e John Mauchly seguida, começando a era da computação. O desempenho aritmética dessas máquinas permitiu aos engenheiros para desenvolver completamente novas tecnologias e alcançar novos objectivos, incluindo a Missões Apollo e do pouso na Lua NASA .

A invenção do transistor em 1947 pela William B. Shockley, John Bardeen e Walter Brattain abriu a porta para dispositivos mais compactos e levou ao desenvolvimento do circuito integrado em 1958 pela Jack Kilby e de forma independente em 1959 por Robert Noyce. Em 1968 Marcian Hoff inventou o primeiro no microprocessador Intel e assim inflamado o desenvolvimento do computador pessoal . A primeira realização do microprocessador foi o Intel 4004, um processador de 4 bits desenvolvido em 1971, mas apenas em 1973 o fez Intel 8080, um processador de 8-bit, faça a construção do primeiro computador pessoal, o Altair 8800, possível.

Educação

Engenheiros elétricos normalmente possuem um grau académico, com especialização em engenharia elétrica. O comprimento de estudo para um tal grau é geralmente quatro ou cinco anos, e o grau de conclusão podem ser designados como um Bacharel em Engenharia, Bachelor of Science, Bacharel em Tecnologia ou Bacharel em Ciências Aplicadas, dependendo da universidade. O grau geralmente inclui unidades de cobertura física , matemática , ciência da computação , gerenciamento de projetos e temas específicos em engenharia elétrica. Inicialmente esses tópicos cobrem a maioria, se não todos, dos sub-disciplinas de engenharia elétrica. Os alunos, em seguida, optar por se especializar em uma ou mais sub-disciplinas no final do curso.

Alguns engenheiros elétricos também optar por prosseguir uma pós-graduação, como um Mestrado em Engenharia / Master of Science (MEng / MSc), um Master of Gestão de Engenharia, um Doctor of Philosophy (PhD) em Engenharia, uma Engenharia Doutorado (EngD), ou um Formado em Engenharia. O grau de mestre e engenheiro de pode ser constituído investigação, cursos ou uma mistura dos dois. O Doutor em Filosofia e Engenharia Doutoramento consistirá de um componente significativa de investigação e são vistos frequentemente como o ponto de entrada para academia. No Reino Unido e vários outros países europeus, o Mestrado em Engenharia é muitas vezes considerado um curso de graduação de um pouco mais tempo do que o Bacharel em Engenharia.

A prática de engenheiros

Na maioria dos países, um diploma de bacharelado em engenharia representa o primeiro passo para certificação profissional e do programa de graduação em si é certificado por uma corpo profissional. Depois de completar um programa de graduação certificada o engenheiro deve satisfazer um conjunto de requisitos (incluindo os requisitos de experiência de trabalho) antes de ser certificada. Uma vez certificado o engenheiro é designada a título de Engenheiro profissional (nos Estados Unidos, Canadá e ?frica do Sul ), Chartered Engineer (em ?ndia , o Reino Unido , Irlanda e Zimbabwe ), Engenheiro Professional Chartered (em Austrália e Nova Zelândia ) ou Engenheiro Europeu (em grande parte da União Europeia ).

As vantagens da certificação variam dependendo do local. Por exemplo, nos Estados Unidos e Canadá "apenas um engenheiro licenciado pode selar o trabalho de engenharia para clientes públicos e privados". Esta exigência é imposta pela legislação estadual e provincial, como Engenheiros Lei de Quebec. Em outros países, como a Austrália, não existe tal legislação. Praticamente todos os organismos de certificação manter um código de ética que eles esperam todos os membros a respeitar ou expulsão de risco. Desta forma, estas organizações desempenham um papel importante na manutenção de padrões éticos para a profissão. Mesmo em jurisdições onde a certificação tem pouca ou nenhuma influência jurídica sobre o trabalho, os engenheiros estão sujeitos a direito dos contratos. Nos casos em que o trabalho de um engenheiro não ele ou ela pode estar sujeito à delito de negligência e, em casos extremos, a acusação de negligência criminosa. O trabalho de um engenheiro também devem cumprir com inúmeras outras regras e regulamentos, tais como códigos e legislação relativa à construção direito ambiental.

Os organismos profissionais de nota para engenheiros elétricos incluem o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) ea Instituto de Engenharia e Tecnologia (IET) (que foi formada pela fusão da Institution of Electrical Engineers (IEE) ea Instituição de Engenheiros Incorporated (IIE). O IEEE afirma produzir 30% da literatura mundial em engenharia elétrica, tem mais de 360.000 membros em todo o mundo e possui mais de 3.000 conferências anuais. O IET publica 21 revistas, tem uma associação mundial de mais de 150.000, e afirma ser a maior sociedade profissional de engenharia na Europa. Obsolescência de competências técnicas é uma preocupação séria para engenheiros elétricos. Filiação e participação em sociedades técnicas, revisões regulares de periódicos da área e um hábito de aprendizagem contínua são, portanto, essenciais para manter a proficiência.

Em países como a Austrália , o Canadá e os Estados Unidos engenheiros elétricos representam cerca de 0,25% da força de trabalho (ver nota). Fora desses países, é difícil avaliar os dados demográficos da profissão devido a relatórios menos meticulosa sobre estatísticas do trabalho. No entanto, em termos de licenciados em engenharia elétrica per capita, os graduados de engenharia elétrica seria provavelmente mais numerosos em países como Taiwan , Japão , ?ndia e Coréia do Sul .

Ferramentas e trabalho

Do Sistema de Posicionamento Global para geração de energia eléctrica, por engenheiros têm contribuído para o desenvolvimento de uma ampla variedade de tecnologias. Eles projetar, desenvolver, testar e supervisionar a implantação de sistemas elétricos e dispositivos eletrônicos. Por exemplo, eles podem trabalhar no design de sistemas de telecomunicações , a operação de estações de energia elétrica, a e iluminação fiação de edifícios, a concepção de eletrodomésticos ou a elétrica controle de máquinas industriais.

As comunicações por satélite é um dos muitos projetos de um engenheiro elétrico pode trabalhar em

Fundamental para a disciplina são as ciências da física e da matemática como estas ajudam a obter tanto um e qualitativa descrição quantitativa de como tais sistemas irão funcionar. Hoje a maioria engenharia trabalho envolve o uso de computadores e é comum usar computer-aided programas de design na concepção de sistemas elétricos. No entanto, a capacidade de esboçar idéias ainda é de valor inestimável para a rápida comunicação com os outros.

Embora a maioria dos engenheiros elétricos vai entender básica teoria do circuito (ou seja, as interações de elementos, tais como resistores, condensadores, diodos, transistores e indutores em um circuito), as teorias empregadas por engenheiros geralmente dependerá do trabalho que fazem. Por exemplo, a mecânica quântica e física do estado sólido pode ser relevante para um engenheiro que trabalhava em VLSI (o design de circuitos integrados), mas são em grande parte irrelevantes para os engenheiros que trabalham com sistemas elétricos macroscópicos. Mesmo teoria de circuitos podem não ser relevantes para uma pessoa projetar sistemas de telecomunicação que utilizam componentes off-the-shelf. Talvez as habilidades técnicas mais importantes para engenheiros elétricos são refletidos em programas universitários, que enfatizam fortes habilidades numéricas , literacia informática ea capacidade de compreender a linguagem técnica e conceitos que se relacionam com engenharia elétrica.

Para muitos engenheiros, trabalho técnico representa apenas uma fração do trabalho que fazem. Um monte de tempo também pode ser gasto em tarefas como discutir propostas com os clientes, preparando- orçamentos e determinação cronogramas de projetos. Muitos engenheiros seniores gerir uma equipa de técnicos ou outros engenheiros e, por essa razão habilidades de gerenciamento de projetos são importantes. A maioria dos projetos de engenharia envolvem alguma forma de documentação e capacidade de comunicação escrita fortes são, portanto, muito importante.

O locais de trabalho de engenheiros elétricos são tão variadas quanto os tipos de trabalho que eles fazem. Os engenheiros electrotécnicos podem ser encontradas no ambiente de laboratório intocada de um planta de fabricação, os escritórios de uma empresa de consultoria ou no local em uma mina . Durante a sua vida profissional, engenheiros elétricos podem encontrar-se supervisionar uma vasta gama de pessoas, incluindo cientistas, eletricistas, programadores de computador e outros engenheiros.

Sub-disciplinas

Engenharia elétrica tem muitas sub-disciplinas, o mais popular dos quais estão listados abaixo. Embora existam engenheiros elétricos que se concentram exclusivamente em uma dessas sub-disciplinas, muitos lidar com uma combinação deles. Às vezes, certos campos, como engenharia eletrônica e engenharia de computação, são consideradas disciplinas separadas em seu próprio direito.

Poder

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Energia trata da geração, e transmissão distribuição de energia eléctrica , bem como a criação de uma gama de dispositivos relacionados. Estes incluem transformadores, geradores elétricos, motores elétricos, engenharia de alta tensão e eletrônica de potência. Em muitas regiões do mundo, os governos mantêm uma rede elétrica chamada de rede de energia que se conecta uma variedade de geradores em conjunto com os usuários de sua energia. Usuários compra de energia elétrica da rede, evitando o exercício dispendioso de ter que gerar sua própria. Engenheiros de energia pode trabalhar no desenho e manutenção da rede de energia, bem como os sistemas de energia que ligam a ele. Tais sistemas são chamados sistemas de energia on-grade e podem suprir a rede com energia adicional, chamar a energia da rede ou fazer as duas coisas. Engenheiros de energia também pode trabalhar em sistemas que não se conectam à rede, chamadas de sistemas off-grid de energia, que em alguns casos são preferíveis aos sistemas on-grid. O futuro inclui sistemas de energia controlada por Satélite, com feedback em tempo real para evitar picos de energia e evitar apagões.

Controle

Os sistemas de controle desempenhar um papel crítico na vôo espacial

Engenharia de controle concentra-se na modelagem de uma gama diversificada de sistemas dinâmicos e design de controladores que fará com que esses sistemas se comportar da maneira desejada. Para implementar tais controladores engenheiros elétricos podem usar circuitos elétricos processadores de sinais digitais, microcontroladores e PLCs (Controladores Lógicos Programáveis). Engenharia de controle tem uma vasta gama de aplicações, desde os sistemas de vôo e de propulsão de aviões comerciais para o controle presente em muitos modernos de cruzeiro automóveis . Também desempenha um papel importante na automação industrial.

Engenheiros de controle muitas vezes utilizam o feedback ao projetar sistemas de controlo. Por exemplo, num automóvel com controle de cruzeiro do veículo de velocidade é continuamente monitorada e alimentado de volta para o sistema que ajusta o do motor de potência de saída em conformidade. Onde há feedback regular, teoria de controle pode ser usado para determinar como o sistema responde a tais comentários.


Eletrônica

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Engenharia eletrônica envolve a concepção e ensaio de circuitos eletrônicos que usam as propriedades de componentes tais como resistores, condensadores, indutores, diodos e transistores para atingir uma funcionalidade particular. O circuito sintonizado, que permite ao utilizador de um rádio para filtrar todos mas uma única estação, é apenas um exemplo de um tal circuito. Outro exemplo (de um condicionador de sinal pneumático) é mostrado na fotografia adjacente.

Antes da segunda guerra mundial, o assunto era comumente conhecida como engenharia de rádio e, basicamente, era restrita a aspectos de comunicação e radar , rádio comercial e televisão cedo . Mais tarde, nos anos pós-guerra, como dispositivos de consumo começou a ser desenvolvido, o campo cresceu para incluir televisão moderna, sistemas de áudio, computadores e microprocessadores. Em meados da década de 1950 em atraso, a engenharia de rádio termo gradualmente deu lugar à engenharia eletrônica nome.

Antes da invenção do circuito integrado , em 1959, os circuitos electrónicos foram construídas a partir de componentes discretos que podem ser manipulados pelo ser humano. Estes circuitos discretos consumido muito espaço e potência e foram limitadas na velocidade, embora eles ainda são comuns em algumas aplicações. Por outro lado, circuitos integrados embalado um grande número, muitas vezes milhões, de componentes elétricos minúsculos, principalmente transistores, em torno de um pequeno chip do tamanho de uma moeda . Isto permitiu que os poderosos computadores e outros dispositivos eletrônicos que vemos hoje.

Microelectronics

Microprocessador

Microelectronics promoções de engenharia com o desenho de componentes muito pequenos circuitos electrónicos para uso em um circuito integrado ou, por vezes, para uso em seu próprio como um componente eletrônico em geral. Os componentes microeletrônicos mais comuns são de semicondutores transistores, embora todos os principais componentes eletrônicos ( resistores, condensadores, indutores) pode ser criado a um nível microscópico.

Componentes microeletrônicos são criados por fabricar quimicamente wafers de semicondutores, como o silício (em freqüências mais altas, compostos semicondutores, como arsenieto de gálio e fosfeto de índio) para se obter o desejado transporte de carga electrónica e controlo de corrente. O campo da microeletrônica envolve uma quantidade significativa de material de química e ciência e exige que o engenheiro eletrônico que trabalha no campo para ter um muito bom conhecimento dos efeitos da mecânica quântica .


Processamento de sinal

A Bayer filtro numa CCD requer processamento de sinal para obter um valor de vermelho, verde e azul em cada pixel

Processamento de sinal trata da análise e manipulações de sinais. Os sinais podem ser tanto analógico, caso em que o sinal varia continuamente de acordo com a informação, ou digitais, no caso em que o sinal varia de acordo com uma série de valores discretos que representam as informações. Para sinais analógicos, de processamento de sinal pode envolver a amplificação e filtragem de sinais de áudio para equipamentos de áudio ou o modulação e desmodulação de sinais para telecomunicações . Para sinais digitais, de processamento de sinal pode envolver a compressão, e detecção de erros correção de erro de sinais digitalmente amostrados.

Telecomunicações

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Engenharia de telecomunicações centra-se na transmissão de informações através de uma canal tal como um cabo coaxial, fibra óptica ou espaço livre. As transmissões através do espaço livre exigir informações a ser codificado em um onda portadora, a fim de transferir a informação para uma frequência de portadora adequada para a transmissão, isto é conhecido como modulação. Técnicas de modulação analógica populares incluem e modulação de amplitude modulação de frequência. A escolha da modulação afecta o custo e o desempenho de um sistema e estes dois factores devem ser cuidadosamente equilibrado pelo engenheiro.

Uma vez que as características de transmissão de um sistema são determinadas, os engenheiros de telecomunicações conceber o transmissores e receptores necessários para tais sistemas. Estes dois são por vezes combinados para formar um dispositivo de comunicação de duas vias conhecido como um transceptor. Uma consideração importante no projeto de transmissores é a sua consumo de energia, pois isso está intimamente relacionado com a sua sinal de força. Se a intensidade do sinal de um transmissor é insuficiente a informação do sinal será corrompido por ruído.

Engenharia de instrumentação

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Instrumentação engenharia lida com a concepção de dispositivos para medir quantidades físicas tais como a pressão, fluxo e temperatura . O projeto de tal instrumentação requer uma boa compreensão da física que muitas vezes se estende para além da teoria eletromagnética . Por exemplo, radares usar o Efeito Doppler para medir a velocidade dos veículos que se aproximam. Da mesma forma, termopares usar o Efeito Peltier-Seebeck para medir a diferença de temperatura entre dois pontos.

Muitas vezes instrumentação não é usado por si só, mas em vez disso, como o sensores de sistemas elétricos maiores. Por exemplo, um termopar pode ser utilizada para ajudar a assegurar uma temperatura de forno mantém-se constante. Por esta razão, a instrumentação de engenharia é muitas vezes visto como a contrapartida de engenharia de controle.

Informática

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Engenharia da Computação lida com a concepção de computadores e sistemas de computador . Isto pode envolver a criação de novo hardware, o desenho de PDAs ou o uso de computadores para controlar uma planta industrial . Engenheiros de computação também podem trabalhar em um sistema de software. No entanto, a concepção de sistemas de software complexos é frequentemente o domínio de engenharia de software, que é geralmente considerada uma disciplina separada. Os computadores de mesa representam uma pequena fração dos dispositivos de um engenheiro de computação pode trabalhar, como arquiteturas de computadores semelhantes são encontrados em uma variedade de dispositivos, incluindo consoles de videogame e DVD players.

Disciplinas relacionadas

Mecatrônica é uma disciplina da engenharia que trata da convergência de energia eléctrica e sistemas mecânicos. Tais sistemas são conhecidos como combinados sistemas e eletromecânicos têm ampla adoção. Exemplos incluem sistemas de produção automatizados, aquecimento, ventilação e sistemas de ar condicionado e vários subsistemas de aeronaves e automóveis .

Os mechatronics duração é tipicamente utilizado para referir sistemas macroscópicos, mas futuristas previram o surgimento de pequenos dispositivos eletromecânicos. Já tais dispositivos pequenos, conhecidos como micro sistemas electromecânicos (MEMS), são utilizados em automóveis para contar Airbag quando implantar, em projetores digitais para criar imagens mais nítidas e em impressoras jato de tinta para criar bocais para a impressão de alta definição. No futuro, espera-se os dispositivos vão ajudar a construir dispositivos médicos implantáveis minúsculos e melhorar comunicação óptica.

Engenharia biomédica é outra disciplina relacionada, preocupado com a concepção de equipamento médico. Isso inclui equipamentos fixos, tais como ventiladores, Scanners MRI e monitores eletrocardiograma, bem como de equipamentos móveis como implantes cocleares, marcapasso artificial e corações artificiais.

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