Dodaj tę stronę do książki
Pokaż książkę (0 stron)
Proponowane strony
 |
Treść tego hasła może nie być zgodna z zasadami neutralnego punktu widzenia. Zajrzyj na stronę dyskusji i pomóż go poprawić. |
Elektrotechnika - dział nauki zajmujący się podstawami teoretycznymi i zastosowaniem zjawisk fizycznych z dziedziny elektryczności i magnetyzmu w różnych gałęziach gospodarki i przemysłu.
Do zagadnień wchodzących w zakres elektrotechniki należą: wytwarzanie energii elektrycznej, jej przesyłanie i rozdzielanie; przetwarzanie w inne rodzaje energii, np.: mechaniczną, cieplną, chemiczną, świetlną; oraz przenoszenie za pośrednictwem fal elektromagnetycznych sygnałów elektrycznych, dla których formą wyjściową są:
Elektrotechnika obejmuje między innymi takie dziedziny jak:
Spis treści |
Zagadnienia dotyczące elektryczności są szerokim działem fizyki oraz techniki i z tego powodu są one dzielone na kilka dziedzin.
Inżynierzy elektrycy zwykle otrzymują stopień akademicki specjalizując się w elektrotechnice. Czas trwania studiów dla takiego stopnia to zwykle cztery lub pięć lat i ukończony stopień naukowy może być tytułowany jako licencjat w dziedzinie inżynierii, licencjat w dziedzinie nauki, licencjat w dziedzinie technologii lub licencjat w dziedzinie nauk stosowanych w zależności od uniwersytetu. Stopień naukowy zazwyczaj obejmuje części zawierające fizykę, matematykę, informatykę, zarządzanie projektami i konkretnymi tematami w elektrotechnice. Początkowo takie tematy obejmują w większości, jeśli nie całkowicie, poddziedziny elektrotechniki. Następnie studenci wybierają specjalizację w jednej lub większej liczbie dziedzin do uzyskania stopnia naukowego.
Niektórzy elektrotechnicy postanawiają zrealizować tytuł magistra takiego jak magister inżynier/magister nauk ścisłych (MEng/MSc), magister inżynier zarządzania i marketingu, doktor w zakresie inżynierii (PhD), doktorat inżynierii lub stopień inżyniera. Stopień magistra inżyniera może zawierać prace naukowe, prace okresowe lub mieszankę obu. Doktor i stopnie doktoratu inżynierii składają się ze znaczących części prac badawczych i są często przedstawiane jako początek świata akademickiego. W Wielkiej Brytanii i wielu innych europejskich krajach, magister inżynierii jest często uważany za stopień studencki trwający nieznacznie dłużej niż stopień inżynierski.
W większości państw, licencjat z inżynierii oznacza pierwszy krok w kierunku świadectwa zawodowego i sam stopień programu jest uznawany przez organizacje zawodowe. Po ukończeniu uznawanego stopnia programu inżynier musi spełnić grupę wymagań (włączając wymagania doświadczenia zawodowego) przed uzyskaniem uprawnienia (certyfikacja). Po uzyskaniu uprawnienia, inżynier jest określony tytułem zawodowego inżyniera (w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie i Republice Południowej Afryki), dyplomowanego inżyniera (w Indiach, Anglii, Irlandii i Zimbabwe), dyplomowanego zawodowego inżyniera (w Australii i Nowej Zelandii) lub inżyniera europejskiego (w większej części Unii Europejskiej, także w Polsce).
Zalety uprawnienia różnią się w zależności od miejsca. Na przykład, w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie „tylko licencjonowany inżynier może pieczętować pracę inżynierską dla publicznych i prywatnych klientów”. To wymaganie jest narzucone przez stan i regionalne ustawodawstwo takie jak ustawa inżynieryjna z Quebecu. W innych krajach, takich jak Australia, nie istnieje taka ustawa. W praktyce wszystkie organizacje certyfikujące zachowują kodeks etyczny, którego oczekują od wszystkich członków by go dotrzymywać lub narazić się na wykluczenie. W ten sposób te organizacje odgrywają ważną rolę w zachowaniu standardów etycznych dla zawodu. Nawet w kompetencjach gdzie upoważnienie ma niewiele wspólnego lub nie ma żadnych prawnych związków z pracą, inżynierzy podlegają prawu o umownych zobowiązaniach. W przypadkach gdzie praca inżyniera zawodzi, może on podlegać deliktowi zaniedbania i w skrajnych przypadkach, zarzutowi zaniedbania karanego sądownie. Praca inżyniera musi również stosować się do innych licznych zasad i reguł takich jak kodeks budowlany i prawodawstwa odnoszącego się do prawa środowiskowego.
Organizacje zawodowe dla inżynierów elektryków obejmują Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (ang. IEEE) i Instytut Inżynierii i Technologii (ang. IET), który został utworzony przez scalenie Instytutu Inżynierów Elektryków (ang. IEE) i Instytutu Zrzeszenia Inżynierów (ang. IIE). Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników daje 30% światowej literatury elektrotechniki, posiada ponad 360 tysięcy członków na całym świecie i organizuje ponad 3 tysiące konferencji rocznie. Instytut Inżynierii i Technologii wydaje 21 czasopism, posiada na całym świecie powyżej 150 tysięcy członków i utrzymuje, że jest największym zawodowym, inżynierskim stowarzyszeniem w Europie. Zanikanie umiejętności technicznych jest poważnym problemem dla inżynierów elektryków. Członkostwo i uczestnictwo w technicznych stowarzyszeniach, regularne przeglądy czasopism w dziedzinie i zwyczaj ciągłej nauki są więc niezbędne, aby zachować fachowość.
W państwach jak Australia, Kanada i Stany Zjednoczone inżynierzy elektrycy tworzą około 0,25% siły roboczej. Poza tymi krajami trudno oszacować demografię zawodu z powodu mniejszej dokładności sprawozdań o statystykach zatrudnienia. Jednakże, biorąc pod uwagę absolwentów elektrotechniki przypadających na jedną osobę, absolwenci elektrotechniki mogą prawdopodobnie być najbardziej licznymi w państwach takich jak Tajwan, Japonia, Indie i Korea Południowa.
Zaczynając od globalnego systemu określania położenia (GPS) do wytwarzania energii elektrycznej, inżynierzy elektrycy przyczyniają się do rozwoju szerokiego zakresu technologii. Projektują, rozwijają, testują i nadzorują rozwój instalacji elektrycznych i urządzeń elektronicznych. Na przykład, mogą pracować nad projektem systemów telekomunikacyjnych, obsługą elektrowni, oświetleniem i instalacją elektryczną budynków, projektowaniem urządzeń gospodarstwa domowego lub nadzorem elektrycznym maszyn przemysłowych[1].
Fizyka i matematyka są podstawą dla elektrotechniki, ponieważ pomagają osiągnąć zarówno jakościowy jak i ilościowy opis w jaki sposób takie systemy będą pracowały. Dziś większość pracy inżynierskiej wymaga użycia komputerów, a zwłaszcza przy projektowaniu instalacji elektrycznych, gdzie zastosowanie oprogramowania komputerowego jest powszechne. Mimo to, zdolność przedstawienia zarysu pomysłu jest stale bezcenna dla szybkiej komunikacji z innymi.
Chociaż większość elektrotechników zrozumie podstawową teorię obwodów (tak jest z wzajemnym oddziaływaniem takich elementów jak oporniki, kondensatory, diody, tranzystory i cewki w obwodzie), teorie stosowane przez inżynierów najczęściej zależne są od pracy, którą wykonują. Na przykład mechanika kwantowa i fizyka ciała stałego mogą być związane z inżynierami pracującymi z VLSI (projektowanie układów scalonych), ale są bardzo nieodpowiednie dla inżynierów pracujących z makroskopowymi systemami elektrycznymi. Nawet teoria obwodów może nie dotyczyć osoby projektującej systemy telekomunikacyjne, które używają gotowe komponenty. Być może najważniejsze umiejętności techniczne dla elektrotechników są odzwierciedlane w uniwersyteckich programach, które kładą silny nacisk na umiejętności numeryczne, znajomość obsługi komputera i umiejętność rozumienia języka technicznego i pojęcia, które odnoszą się do elektrotechniki.
Dla wielu inżynierów, techniczna praca ogranicza się tylko do części pracy, którą wykonują. Dużo czasu może być spędzone na zajęciach takich jak dyskusja propozycji z klientami, przygotowanie zbiorów i określeniu planu projektu. Wielu starszych inżynierów zarządza zespołem techników lub innych inżynierów i dlatego umiejętności zarządzania są ważne. Większość projektów inżynierskich wymaga pewnych form dokumentacji i dlatego uwydatnione umiejętności komunikacyjne są bardzo ważne.
Miejsca pracy elektrotechników są po prostu tak różnorodne jak praca, którą wykonują. Elektrotechnicy mogą się znaleźć w środowisku nieskazitelnie czystego laboratorium zakładu przemysłowego, biurach firmy konsultingowej lub na terenie kopalni. Podczas swojego okresu pracy zawodowej, elektrotechnicy mogą się odnaleźć nadzorując szeroki zakres jednostek zawierający naukowców, elektryków, programistów komputerowych i innych inżynierów.
Elektrotechnika posiada wiele poddziedzin, z których najpopularniejsze zostały zestawione poniżej. Jakkolwiek są tam elektrotechnicy skupiający się wyłącznie na jednej z tych poddziedzin, to wiele z nich ma duży związek z ich kombinacją. Czasami pewne obszary, takie jak elektronika i informatyka, są brane pod uwagę, jako osobne dziedziny na własnych zasadach.
Energetyka zajmuje się wytwarzaniem, przesyłaniem i rozdziałem energii elektrycznej jak również projektowaniem grupy urządzeń z nią związanych. Te obejmują transformatory, prądnice, silniki elektryczne, technologię wysokonapięciową i energoelektronikę. W wielu regionach świata, rządy popierają sieć elektryczną nazywaną siecią energetyczną, która łączy różnorodne źródła razem z użytkownikiem ich energii. Użytkownicy pobierają energię elektryczną z sieci, unikając kosztownego posiadania własnego źródła energii. Energetycy mogą pracować nad projektem i utrzymaniem w dobrym stanie sieci elektrycznej jak również nad systemami energetycznymi podłączonymi do niej. Nazywamy je systemami sieciowymi i mogą zaopatrywać sieć w dodatkową energię, pobierać energię z sieci lub wykonywać obie rzeczy naraz. Energetycy mogą również pracować na systemach, które nie są podłączone do sieci, nazywane systemami bezsieciowymi, które w niektórych przypadkach są bardziej pożądane niż systemy sieciowe. Wliczane w przyszłość są satelitarne sterowane systemy energetyczne ze sprzężeniem zwrotnym w czasie rzeczywistym by zapobiec nagłym wzrostom mocy i przerwom w dostawie energii elektrycznej.
Automatyka skupia się na modelowaniu zmiennych zakresów systemów dynamicznych i projektowaniem sterowników, które spowodują, że te systemy zachowają się w pożądany sposób. By wdrożyć takie sterowniki elektronicy mogą użyć obwodów elektrycznych, cyfrowych procesorów sygnałowych, mikrokontrolerów i sterowników PLC (Programowalne sterowniki logiczne). Automatyka ma szeroki zakres zastosowania od lotu i układów napędowych samolotów pasażerskich linii lotniczych do ogranicznika prędkości czasu rzeczywistego w wielu nowoczesnych samochodach. Spełnia to również istotną rolę w automatyzacji przemysłowej.
Automatycy często wykorzystują sprzężenie zwrotne projektując układy automatyczne. Na przykład w samochodzie z ogranicznikiem prędkości, prędkość pojazdu jest ciągle kontrolowana i sprzężona zwrotnie do systemu, który dostosowuje wyjściową moc silnika zgodnie z systemem. Tam gdzie jest prawidłowe sprzężenie zwrotne, teoria automatyki może być użyta by określić jak system odpowie na takie sprzężenie zwrotne.
Inżynieria elektroniczna obejmuje projektowanie i testowanie obwodów elektronicznych które wykorzystują właściwości części takich jak rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne, diody i tranzystory by osiągnąć konkretną funkcjonalność. Układ rezonansowy, który pozwala użytkownikowi radia przefiltrować wszystko ale jednej stacji, jest tylko jednym z przykładów takich obwodów. Innym przykładem (pneumatyczny sygnałowy klimatyzator) jest pokazany obok na fotografii.
Najważniejsze podczas drugiej wojny światowej, temat powszechnie znany jako „radiotechnika” i zasadniczo był ograniczony do postaci łączności i radaru, komercyjnego radio i wczesnych telewizorów. Później, po latach wojny, jako urządzenia konsumenckie zaczęły się rozwijać, pole powiększało się do nowoczesnej telewizji, systemów audio, komputerów i mikroprocesorów. Od połowy do późnych lat pięćdziesiątych XX wieku pojęcie inżynierii radiowej stopniowo ustępowało nazwie elektroniki.
Przed wynalezieniem w roku 1959 układów scalonych, obwody elektroniczne były budowane z części dyskretnych, które były montowane ręcznie. Obwody dyskretne zajmowały dużo miejsca, wymagały do zasilania sporej mocy i pracowały ze stosunkowo niskimi częstotliwościami. Mimo to w niektórych zastosowaniach są one nadal powszechnie stosowane. Natomiast układy scalone mimo, że są złożone z dużej liczby - często przekraczającej miliony – tranzystorów, diod, rezystorów i kondensatorów wielkością nie przekraczają rozmiaru monety. Pozwala to na budowę mocnych komputerów i innych elektronicznych urządzeń, które dziś obserwujemy.
Inżynieria mikroelektroniczna dotyczy projektowania bardzo małych elementów obwodów elektronicznych używanych w układach scalonych. Najpowszechniejszymi elementami mikroelektronicznymi są tranzystory, chociaż wszystkie główne części elektroniczne (diody, rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne) mogą być tworzone na mikroskopijnym poziomie.
Części mikroelektroniczne wytwarzane są przy wykorzystaniu procesów fizycznych i chemicznych na powierzchni krzemowychmonokrystalicznych płytek półprzewodnikowych . Przy wyższych częstotliwościach wykorzystywane są złożone półprzewodniki o szerszej przerwie energetycznej takie jak arsenek galu i fosforek indu. Mikroelektronika jest dziedziną interdyscyplinarną wykorzystuje wiedzę z zakresu fizyki, chemii i materiałoznawstwa. Wymaga także od inżynierów elektroników pracujących w tej dziedzinie posiadania dużej wiedzy na temat mechaniki kwantowej.
Przetwarzanie sygnałów dotyczy analizy i manipulacji na sygnałach. Sygnały mogą być analogowe, gdzie sygnał stale ulega zmianom zgodnie z informacją, lub cyfrowe, gdzie sygnał zmienia się zgodnie z grupą wartości dyskretnych odpowiadających informacji. Dla sygnałów analogowych, przetwarzanie sygnałów wymaga wzmocnienia i filtracji sygnałów dźwiękowych dla sprzętu audio lub modulacji i demodulacji sygnałów dla telekomunikacji. Dla sygnałów cyfrowych, przetwarzanie sygnałów wymaga kompresji, wykrycia błędów i poprawy błędów cyfrowego próbkowania sygnałów.
Telekomunikacja skupia się na przesyle informacji przez kanały takie jak kabel symetryczny, kabel koncentryczny (współosiowy), światłowód lub bezprzewodowo. Przesył bezprzewodowy oraz wielokrotne wykorzystanie kabli wymaga kodowania informacji w fali nośnej, aby nałożyć informację na częstotliwość nośną odpowiednią dla przesyłu, co jest określane mianem modulacji. Powszechne techniki modulacji analogowej obejmują modulację amplitudową i modulację częstotliwościową. Obecnie dominują cyfrowe techniki telekomunikacyjne. Wybór medium transmisyjnego i metody modulacji wpływa na koszty i wydajność i dlatego te dwa czynniki muszą być starannie dobrane przez inżyniera.
Gdy charakterystyki przesyłu sieci są już raz określone, inżynierzy telekomunikacji projektują nadajniki i odbiorniki potrzebne dla takich systemów. Czasami łączy się te dwa rodzaje otrzymując urządzenie dwustronnej komunikacji znane jako aparat nadawczo-odbiorczy. Kluczowym rozważaniem w projekcie nadajników jest ich pobór mocy, jako że jest ściśle powiązany ze swoją mocą sygnału. Gdy moc sygnału nadajnika jest niedostateczna informacja sygnału będzie zniekształcona przez szum.
Inżynieria oprzyrządowania pracuje z modelami urządzeń do pomiarów wielkości fizycznych takich jak ciśnienie, strumień i temperatura. Model takiego oprzyrządowania wymaga dobrego rozumienia fizyki, która często wykracza poza teorię elektromagnetyczną. Na przykład, radary pistoletowe działają na zasadzie efektu Dopplera by mierzyć prędkość nadchodzącego samochodu. Podobnie termopara działa na zasadzie zjawiska Peltiera-Seebecka by mierzyć różnicę temperatur pomiędzy dwoma punktami. Często oprzyrządowanie nie jest używane jako samo urządzenie, ale zamiast tego jako czujniki większej instalacji elektrycznej. Na przykład termopara może być użyta do zapewnienia stałej temperatury pieca. Przez to inżynieria oprzyrządowania jest często rozpatrywana jako odpowiednik kontroli inżynierskiej.
Inżynieria informatyczna zajmuje się projektowaniem komputerów i systemów komputerowych. Może to dotyczyć projektu nowego sprzętu komputerowego, projektu komputerów kieszonkowych (palmtop) lub zastosowania komputerów do kontroli zakładu przemysłowego. Informatycy mogą też pracować nad oprogramowaniem systemowym. W każdym razie, projekt złożonego oprogramowania systemowego jest często dziedziną inżynierii oprogramowania, która jest zwykle uważana za osobną dziedzinę. Komputer biurowy reprezentuje drobną część urządzeń, na których może pracować informatyk, jako że architektury przypominające architektury komputerowe są obecne w dziedzinie urządzeń zawierających konsole gier komputerowych i odtwarzacze DVD.
