電気工学

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電気工学
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職業
名前電気技師
活動部門
エレクトロニクス電気回路電磁気学電力工学電気機械、電気通信システム信号処理光学フォトニクス
説明
コンピテンシー技術的知識、管理スキル、設計(電気電子工学の用語集も参照)

雇用分野
技術、科学、探査、軍事、産業

電気工学は、電気電子工学、および電磁気学を使用する機器、デバイス、およびシステムの研究、設計、および適用に関係する工学分野ですそれは、電信、電話、および発電、配電、および使用 の商業化後、19世紀の後半に識別可能な職業として出現しました。

電気工学は現在、コンピュータエンジニアリングシステムエンジニアリング電力工学、電気通信、高周波工学信号処理計装光起電セル電子工学光学およびフォトニクスなど、さまざまな分野に分かれていますこれらの分野の多くは、ハードウェアエンジニアリング、パワーエレクトロニクス、電磁および波動、マイクロ波エンジニアリングナノテクノロジーなど、膨大な数の専門分野にまたがる他のエンジニアリング部門と重複しています。電気化学、再生可能エネルギー、メカトロニクス/制御、および電気材料科学。[a]

電気技師は通常、電気工学または電子工学の学位を取得しています。実務エンジニアは、専門的な資格を持ち、専門機関または国際標準化機構のメンバーである場合があります。これらには、国際電気標準会議(IEC)、電気電子技術者協会(IEEE)、および英国工学技術会(IET)(以前のIEE)が含まれます。

電気技師は非常に幅広い業界で働いており、必要なスキルも同様にさまざまです。これらは、回路理論からプロジェクトマネージャーの管理スキルにまで及びます。個々のエンジニアが必要とする可能性のあるツールや機器も同様に可変であり、単純な電圧計から高度な設計および製造ソフトウェアにまで及びます。

歴史

電気は、少なくとも17世紀初頭以来、科学的な関心の対象となってきました。ウィリアム・ギルバートは著名な初期の電気科学者であり、磁気静電気を明確に区別した最初の人物でした彼は「電気」という用語を確立したと信じられています。[1]彼はまた、静電荷を帯びた物体の存在を検出する装置であるバーソリウムも設計しました。1762年、スウェーデンのヨハンヴィルケ教授は、後に静電荷を生成する電気盆と呼ばれる装置を発明しました。1800年までに、アレッサンドロボルタはボルタ電池を開発しました、電池の前身。

19世紀

マイケルファラデーの発見は、電気モーター技術の基礎を形成しました。

19世紀になると、このテーマに関する研究が活発化し始めました。今世紀の注目すべき発展には、1820年に電流がコンパス針を偏向させる磁場を生成することを発見したハンスクリスチャンオルステド、1825年に電磁石を発明したウィリアムスタージャンジョセフヘンリーエドワードデイビーの研究が含まれます。 1835年のGeorgOhm電気リレー。1827年にMichaelFaraday導体電流電位差の関係を定量化した[2]( 1831年に電磁誘導の発見者)、そして1873年に彼の論文「電気と磁気」で電気と磁気の統一理論を発表したジェームズクラークマクスウェルの。[3]

1782年、ジョルジュ=ルイ・ル・セージは、アルファベットの各文字に1つずつ、24の異なるワイヤーを使用して、おそらく世界初の電信形式をベルリンで開発し、発表しました。この電信は2つの部屋を接続しました。電気伝導によって金箔を動かすのは静電電信でした。

1795年、フランシスコサルバカンピージョは静電電信システムを提案しました。1803年から1804年の間、彼は電信に取り組み、1804年には、バルセロナの王立自然科学芸術アカデミーで報告書を発表しました。サルバの電解質電信システムは非常に革新的でしたが、1800年にヨーロッパで行われた2つの新しい発見、つまり電流を生成するためのアレッサンドロボルタの電池と、ウィリアムニコルソンとアンソニーカーライルの水の電気分解に大きく影響を受けました。[4] 電信は、電気工学の最初の例と見なすことができます。[5]電気工学は、19世紀後半に職業になりました。開業医は世界的な電信を作成しましたネットワーク、および最初の専門の電気工学機関は、新しい分野をサポートするために英国と米国で設立されました。フランシスロナルズは1816年に電信システムを作成し、世界が電気によってどのように変化するかについての彼のビジョンを文書化しました。[6] [7] 50年以上後、彼は新しい電信技術者協会(まもなく電気工学会に改名)に参加し、他のメンバーから最初のコホートと見なされました。[8] 19世紀の終わりまでに、世界は、陸線、海底ケーブルの工学的開発によって可能になった迅速な通信によって、そして1890年頃から、永遠に変化しました。無線電信

このような分野での実用的なアプリケーションと進歩により、標準化された測定単位の必要性が高まっています。それらは、ボルトアンペアクーロンオームファラッド、およびヘンリーの単位の国際標準化につながりましたこれは、1893年にシカゴで開催された国際会議で達成されました。[9]これらの標準の公開は、さまざまな業界での標準化の将来の進歩の基礎を形成し、多くの国で、定義は関連する法律ですぐに認識されました。[10]

初期の電気技術は本質的に電気機械的であると考えられていたため、これらの年の間、電気の研究は主に物理学のサブフィールドであると考えられていました。ダルムシュタット工科大学1882年に世界初の電気工学科を設立し、1883年に電気工学の第1学位コースを導入しました。[11]米国で最初の電気工学学位プログラムは、マサチューセッツ工科大学(MIT)で開始されました。 1885年に世界初の電気工学の卒業生を輩出したのはコーネル大学でしたが、チャールズクロス教授の下の物理学部[12] 。[13]電気工学の最初のコースは、1883年にコーネル大学のシブリー機械工学および機械芸術大学で教えられました。[14]コーネル大学のアンドリュー・ディクソン・ホワイト大統領が米国で最初の電気工学科を設立したのは1885年頃のことでした[15]同じ年に、ユニバーシティカレッジロンドンはイギリスで電気工学の最初の議長を設立しました。[16]ミズーリ大学のメンデル・P・ウェインバッハすぐにそれに続き、1886年に電気工学部を設立した。 [17]その後、大学と技術研究所徐々に世界中の学生に電気工学プログラムを提供し始めました。

これらの数十年の間に、電気工学の使用は劇的に増加しました。1882年、トーマスエジソンは、ニューヨーク市のマンハッタン島の59人の顧客に110ボルト(直流(DC))供給する世界初の大規模電力ネットワークをオンにしました。1884年、チャールズパーソンズ卿は、より効率的な発電を可能にする蒸気タービンを発明しました。交流は、変圧器を使用して長距離にわたってより効率的に電力を伝送する能力を備えており、1880年代と1890年代に、KárolyZipernowskyOttóBláthy、およびMiksaDéri(後にZBDトランスフォーマーと呼ばれる)、Lucien GaulardJohn Dixon GibbsWilliam Stanley、Jr。誘導モーターを含む実用的なACモーターの設計は、 GalileoFerrarisNikolaTeslaによって独自に発明され、 MikhailDolivoによってさらに実用的な三相形式に発展しました。-ドブロボルスキーチャールズオイジーンランスロットブラウン[18]チャールズ・スタインメッツオリバー・ヘヴィサイドは、交流工学の理論的基礎に貢献しました。[19] [20] 米国では、ジョージ・ウェスティングハウスが支援するACシステムとトーマス・エジソンが支援するDC電源システムの間で電流戦争と呼ばれるACの使用が広がり、ACが全体的な標準として採用されました。[21]

20世紀初頭

ラジオの開発中、多くの科学者や発明家がラジオ技術と電子機器に貢献しました。1850年代のジェームズクラークマクスウェルの数学的研究は、目に見えない空中波(後に「電波」と呼ばれる)の可能性を含むさまざまな形態の電磁放射の関係を示していました。1888年の彼の古典的な物理実験で、ハインリヒヘルツは、火花ギャップ送信機で電波を送信することによってマクスウェルの理論を証明し、単純な電気機器を使用してそれらを検出しました。他の物理学者はこれらの新しい波を実験し、その過程でそれらを送信および検出するためのデバイスを開発しました。1895年、グリエルモマルコーニは、これらの「ヘルツ波」を送信および検出する既知の方法を、専用の商用ワイヤレス電信システムに適合させる方法の研究を開始しました。早い段階で、彼は1.5マイルの距離で無線信号を送信しました。1901年12月、彼は地球の湾曲の影響を受けない電波を送りました。マルコーニは後に、コーンウォールのポルドゥーとニューファンドランドのセントジョンズの間の大西洋を越えて、2,100マイル(3,400 km)の距離で無線信号を送信しました。[22]

ミリ波通信は、1894年から1896年にかけて、ジャガディッシュチャンドラボースが実験で最大60 GHzの非常に高い周波数に達したときに、最初に調査されました。[23]彼はまた、1901年に鉱石検波器の特許を取得したときに[24]、電波を検出するための半導体接合の使用を紹介しました。[25] [26] 

1897年、カールフェルディナントブラウンは、電子テレビの重要な実現技術であるオシロスコープの一部としてブラウン管を導入しました[27]ジョン・フレミングは1904年に最初のラジオ管であるダイオードを発明しました。2年後、ロベルト・フォン・リーベンリー・ド・フォレストは独立して三極真空管と呼ばれる増幅管を開発しました。[28]

1920年、アルバートハルはマグネトロンを開発し、最終的にはパーシースペンサーによる1946年の電子レンジの開発につながりました。[29] [30] 1934年、イギリス軍はウィンペリス博士の指揮の下でレーダー(マグネトロンも使用)に向かって前進し始め、 1936年8月にバウジーで最初のレーダー基地を運用した。[31]

1941年、コンラートツーゼは、電気機械部品を使用した世界初の完全に機能し、プログラム可能なコンピューターであるZ3を発表しました。1943年、Tommy Flowersは、世界初の完全に機能する電子、デジタル、およびプログラム可能なコンピューターであるColossusを設計および構築しました。[32] [33] 1946年、ジョン・プレスパー・エッカートジョン・モークリーのENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)が続き、コンピューティングの時代が始まりました。これらの機械の算術性能により、エンジニアはまったく新しい技術を開発し、新しい目的を達成することができました。[34]

1948年、クロードシャノンは、不確実性(電気的ノイズ)を伴う情報の通過を数学的に説明する「通信の数学的理論」を発表しました。

ソリッドステートエレクトロニクス

最初に機能したトランジスタは、1947年ベル研究所(BTL)でウィリアムショックレーの下で働いていたときにジョンバーディーンウォルターハウザーブラッテンによって発明された点接触トランジスタでした。 [35]その後、1948年にバイポーラ接合トランジスタを発明しました。 [36]初期の接合トランジスタは比較的かさばるデバイスであり、大量生産ベースで製造することは困難でしたが[37]、よりコンパクトなデバイスへの扉を開きました。[38]

熱酸化によってシリコン表面を電気的に安定化する表面パッシベーションプロセスは1957年にBTLのMohamed M. Atallaによって開発されました。これにより、モノリシック集積回路チップが開発されました。[39] [40] [ 41]最初の集積回路は、 1958年テキサスインスツルメンツでジャックキルビーによって発明されたハイブリッド集積回路と、 1959年にフェアチャイルドセミコンダクターでロバートノイスによって発明されたモノリシック集積回路チップでした。

MOSFET金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、またはMOSトランジスタ)は、1959年にBTLでMohamedAtallaとDawonKahngによって発明されました。 [43] [44] [45]これは、小型化できる最初の真にコンパクトなトランジスタでした。幅広い用途向けに大量生産されています。[37]それは電子産業に革命をもたらし[46] [47]世界で最も広く使用されている電子デバイスになりました。[44] [48] [49] MOSFETは、ほとんどの最新の電子機器の基本要素であり[50] [51]、電子革命の中心となっています[52]。マイクロエレクトロニクス革命[ 53]デジタル革命[45] [54] [55]このように、MOSFETは現代のエレクトロニクスの誕生として認められており[56] [57]、おそらくエレクトロニクスにおける最も重要な発明である。[58]

MOSFETは高密度集積回路チップの構築を可能にしました。[44] Atalla1960年にMOS集積回路(MOS IC)チップの概念を最初に提案し、1961年にKahngがそれに続いた[60] MOS技術はムーアの法則を可能ました。1965年にゴードン・ムーアによって予測された、2年ごとのICチップ上のトランジスタ倍増です。 [61]シリコンゲートMOS技術はフェデリコ・ファギンによって開発されました。 [62]それ以来、MOSFETは現代の電子機器の基本的な構成要素となっています[45] [63] [50]シリコンMOSFETとMOS集積回路チップの大量生産は、指数関数的なペースでの連続的なMOSFETスケーリングの小型化(ムーアの法則によって予測される)とともに、それ以来、技術、経済に革命的な変化をもたらしました。 、文化と思考。[64]

1969年にアポロ11号で月に宇宙飛行士を着陸させることになったアポロ計画は、惑星間監視プラットフォーム(IMP)[65] [66]のMOSFETやシリコン集積回路などの半導体電子技術の進歩をNASAが採用したことで可能になりました。 Apollo Guidance Computer(AGC)のチップ。[67]

1960年代のMOS集積回路技術の開発により、1970年代初頭にマイクロプロセッサが発明されました。[68] [51]最初のシングルチップマイクロプロセッサは1971年にリリースされたIntel4004でした。 [68] 1968年に嶋正利の3チップCPU設計として「 BusicomProject[69]から始まりました[70] ] [69]シャープ佐々木正がシングルチップCPU設計を考案する前に、彼は1968年にビジコンとインテルと話し合った。 [71]その後、Intel 4004は、IntelのFederico Fagginによって、彼のシリコンゲートMOSテクノロジー[68]とともに、IntelのMarcianHoffStanleyMazor、およびBusicomの嶋正利によって設計および実現されました。[69]マイクロプロセッサは、マイクロコンピュータとパーソナルコンピュータの開発、およびマイクロコンピュータ革命につながりました。

サブフィールド

電気の特性の一つは、情報伝達だけでなくエネルギー伝達にも非常に役立つことです。これらは、電気工学が開発された最初の分野でもありました。今日、電気工学には多くのサブディシプリンがあり、その中で最も一般的なものを以下に示します。これらのサブディシプリンの1つに専念する電気エンジニアがいますが、多くはそれらの組み合わせを扱います。電子工学やコンピュータ工学などの特定の分野は、それ自体が学問分野と見なされる場合があります。

パワーとエネルギー

電柱の上部

Power&Energy Engineeringは、電力の生成伝送配電、および関連するさまざまなデバイスの設計を扱います。[72]これらには、変圧器発電機電気モーター、高電圧工学、およびパワーエレクトロニクスが含まれます。世界の多くの地域で、政府は電力網と呼ばれる電気ネットワークを維持していますさまざまな発電機とそのエネルギーのユーザーを接続します。ユーザーはグリッドから電気エネルギーを購入し、自分で発電しなければならないというコストのかかる作業を回避します。電力エンジニアは、電力網とそれに接続する電力システムの設計と保守に取り組むことができます。[73]このようなシステムはオングリッド電力システムと呼ばれ、グリッドに追加の電力を供給するか、グリッドから電力を引き出すか、またはその両方を行う場合があります。電力エンジニアは、オフグリッド電力システムと呼ばれる、グリッドに接続されていないシステムで作業する場合もあります。これは、オングリッドシステムよりも望ましい場合があります。将来的には、衛星制御の電力システムが含まれ、電力サージを防ぎ、停電を防ぐためにリアルタイムでフィードバックが行われます。

電気通信

衛星放送受信アンテナは、衛星情報の分析において重要な要素です。

電気通信工学は、同軸ケーブル光ファイバー自由空間などの通信チャネルを介した情報の伝送に重点を置いています[74]自由空間を介した送信では、情報を送信に適したキャリア周波数にシフトするために、情報をキャリア信号にエンコードする必要があります。これは変調として知られています。一般的なアナログ変調技術には、振幅変調周波数変調が含まれます。[75]変調の選択はシステムのコストとパフォーマンスに影響を与えるため、エンジニアはこれら2つの要素のバランスを慎重にとる必要があります。

システムの伝送特性が決定されると、電気通信エンジニアはそのようなシステムに必要な送信機受信機を設計します。これら2つを組み合わせて、トランシーバーと呼ばれる双方向通信デバイスを形成することがあります。送信機の設計における重要な考慮事項は、信号強度と密接に関連しているため、消費電力です。[76] [77]通常、信号が受信機のアンテナに到着した後、送信信号の電力が不十分な場合、信号に含まれる情報は、特に静的な ノイズによって破損します。

制御工学

制御システムは、宇宙飛行において重要な役割を果たします。

制御工学は、さまざまな動的システムのモデリングと、これらのシステムを目的の方法で動作させるコントローラーの設計に重点を置いています。[78]このようなコントローラーを実装するために、電子制御エンジニアは、電子回路デジタルシグナルプロセッサーマイクロコントローラー、およびプログラマブルロジックコントローラー(PLC)を使用できます。制御工学には、民間旅客機の飛行および推進システムから、多くの現代の自動車に存在するクルーズコントロールまで、幅広い用途があります。[79]それは産業の自動化においても重要な役割を果たします

制御エンジニアは、制御システムを設計するときにフィードバックを使用することがよくあります。たとえば、クルーズコントロールを備えた自動車では、車両の速度が継続的に監視され、それに応じてモーターの出力を調整するシステムにフィードバックされます。[80]定期的なフィードバックがある場合、制御理論を使用して、システムがそのようなフィードバックにどのように応答するかを決定できます。

制御エンジニアはまた、ロボット工学で働き、感覚フィードバックを解釈する制御アルゴリズムを使用して自律システムを設計し、自律車両、自律ドローンなど、さまざまな業界で使用されるロボットを動かすアクチュエータを制御します。[81]

エレクトロニクス

電子工学には、抵抗コンデンサインダクタダイオードトランジスタなどのコンポーネントの特性を使用して特定の機能を実現する電子回路の設計とテストが含まれます。[73]ラジオのユーザーが単一のステーションを除くすべてをフィルターで除去できるようにする同調回路は、そのような回路の一例にすぎません。研究する別の例は、空気圧信号コンディショナーです。

第二次世界大戦前は、この主題は一般に電波工学として知られており、基本的には通信とレーダー民間ラジオ初期のテレビの側面に限定されていました。[73]その後、戦後、消費者向けデバイスが開発され始めると、この分野は現代のテレビ、オーディオシステム、コンピューター、およびマイクロプロセッサーを含むように成長しました。1950年代半ばから後半にかけて、無線工学という用語は徐々に電子工学という名前に変わりました。

1959年に集積回路が発明される前は、 [82]電子回路は、人間が操作できる個別のコンポーネントから構築されていました。これらのディスクリート回路は多くのスペースと電力を消費し、速度が制限されていましたが、一部のアプリケーションではまだ一般的です。対照的に、集積回路は、コインのサイズの小さなチップに、多数(多くの場合、数百万)の小さな電気部品、主にトランジスタ[83]を詰め込みました。これにより、今日私たちが目にする強力なコンピューターやその他の電子機器が可能になりました。

マイクロエレクトロニクスとナノエレクトロニクス

マイクロエレクトロニクスエンジニアリングは、集積回路で使用するため、または一般的な電子部品として単独で使用するための非常に小さな電子回路部品の設計と微細加工を扱います。[84]最も一般的な超小型電子部品は半導体トランジスタですが、すべての主要な電子部品(抵抗コンデンサなど)は微視的レベルで作成できます。

ナノエレクトロニクスは、デバイスをナノメートルレベルまでさらにスケーリングすることです。最新のデバイスはすでにナノメートル領域にあり、2002年頃から100nm未満の処理が標準となっています。[85]

マイクロエレクトロニクスコンポーネントは、シリコンなどの半導体(より高い周波数では、ガリウムヒ素やリン化インジウムなどの化合物半導体)のウェーハを化学的に製造して、電荷の望ましい輸送と電流の制御を実現することによって作成されます。マイクロエレクトロニクスの分野は、かなりの量の化学と材料科学を含み、その分野で働く電子技術者は、量子力学の効果について非常に優れた実務知識を持っている必要があります。[86]

信号処理

CCDベイヤーフィルターでは、各ピクセルで赤、緑、青の値を取得するための信号処理が必要です。

信号処理は、信号の分析と操作を扱います[87]信号は、情報に応じて信号が連続的に変化するアナログの場合もあれば、情報を表す一連の離散値に応じて信号が変化するデジタルの場合もあります。アナログ信号の場合、信号処理には、オーディオ機器用のオーディオ信号の増幅フィルタリング、または電気通信用の信号の変調復調が含まれる場合があります。デジタル信号の場合、信号処理には、圧縮エラー検出、およびデジタルサンプリングされた信号のエラー訂正。[88]

信号処理は、デジタル信号処理の中核を形成する非常に数学指向の集中的な領域であり、通信、制御、レーダー、オーディオエンジニアリング放送工学、パワーエレクトロニクス、生物医学などの電気工学のあらゆる分野で新しいアプリケーションで急速に拡大しています。多くの既存のアナログシステムが対応するデジタルシステムに置き換えられているため、エンジニアリングが必要です。アナログ信号処理は、多くの制御システムの設計において依然として重要です

DSPプロセッサICは、デジタルテレビ[89]ラジオ、Hi-Fiオーディオ機器、携帯電話、マルチメディアプレーヤー、カムコーダー、デジタルカメラ、自動車制御システム、ノイズキャンセリングヘッドホン、デジタルなど、多くの種類の最新の電子機器に搭載されています。スペクトルアナライザー、ミサイルガイダンスシステム、レーダーシステム、テレマティクスシステム。このような製品では、DSPがノイズリダクション音声認識または合成デジタルメディアのエンコードまたはデコードをワイヤレスで担当する場合があります。データの送受信、 GPSを使用した位置の三角測量、およびその他の種類の画像処理ビデオ処理オーディオ処理、および音声処理[90]

インストルメンテーション

飛行計器は、航空機を分析的に制御するためのツールをパイロットに提供します。

計装工学は、圧力流量、温度などの物理量を測定するためのデバイスの設計を扱います。[91]そのような機器の設計には、電磁気理論を超えて拡張されることが多い物理学の十分な理解が必要です。たとえば、飛行計器は、パイロットが航空機を分析的に制御できるように、風速や高度などの変数を測定します。同様に、熱電対はペルチェ-ゼーベック効果を使用して、2点間の温度差を測定します。[92]

多くの場合、計装はそれ自体ではなく、より大きな電気システムのセンサーとして使用されます。たとえば、熱電対を使用して、炉の温度を一定に保つことができます。[93]このため、計装工学はしばしば制御の対応物と見なされます。

コンピュータ

スーパーコンピューターは、計算生物学地理情報システムなど、さまざまな分野で使用されています

コンピュータ工学は、コンピュータとコンピュータシステムの設計を扱います。これには、新しいハードウェアの設計、PDA、タブレット、スーパーコンピューターの設計、またはコンピューターを使用して産業プラントを制御することが含まれる場合があります。[94]コンピュータエンジニアは、システムのソフトウェアに取り組むこともできます。ただし、複雑なソフトウェアシステムの設計は、多くの場合、ソフトウェアエンジニアリングの領域であり、通常は別の分野と見なされます。[95] デスクトップコンピュータは、コンピュータエンジニアが作業する可能性のあるデバイスのごく一部を表しています。これは、コンピュータのようなアーキテクチャが、ビデオゲームコンソールDVDプレーヤーコンピューターエンジニアは、コンピューティングの多くのハードウェアおよびソフトウェアの側面に関与しています。[96]

光学とフォトニクス

光学およびフォトニクスは、電磁放射の生成、伝送、増幅、変調、検出、および分析を扱います。光学の応用は、レンズ顕微鏡望遠鏡、および電磁放射の特性を使用するその他の機器などの光学機器の設計を扱います光学の他の著名なアプリケーションには、電気光学センサーと測定システム、レーザー光ファイバー通信が含まれますシステム、および光ディスクシステム(CDやDVDなど)。フォトニクスは、オプトエレクトロニクス(主に半導体を含む)、レーザーシステム、光増幅器、新しい材料(メタ材料など)などの最新の開発で補完された、光学技術に大きく基づいています。

関連分野

Bird VIPInfantベンチレーター

メカトロニクスは、電気システムと機械システムの収束を扱う工学分野です。このような複合システムは電気機械システムとして知られており、広く採用されています。例としては、自動製造システム[97] 暖房、換気、空調システム[98]、航空機や自動車のさまざまなサブシステムなどがあります。 [99] 電子システム設計は、複雑な電気および機械システムの学際的な設計問題を扱う電気工学の主題です。[100]

メカトロニクスという用語は通常、巨視的なシステムを指すために使用されますが、未来派は非常に小さな電気機械装置の出現を予測しています。すでに、微小電気機械システム(MEMS)として知られるこのような小型デバイスは、自動車でエアバッグに展開するタイミングを指示するために、[101]デジタルプロジェクターより鮮明な画像を作成するために、インクジェットプリンターで高解像度印刷用のノズルを作成するために使用されています。将来的には、これらのデバイスが小型の埋め込み型医療デバイスの構築と光通信の改善に役立つことが期待されています。[102]

医用生体工学は、医療機器の設計に関係するもう1つの関連分野です。これには、人工内耳人工ペースメーカー人工心臓などの可動機器だけでなく、換気装置MRIスキャナー[103]心電計モニターなどの固定機器も含まれます。

航空宇宙工学ロボット工学の例は、最新の電気推進力とイオン推進力です。

教育

電気技師は通常、電気工学、電子工学電気工学技術[104]または電気電子工学を専攻する学位を持っています。[105] [106]強調はタイトルによって異なる場合がありますが、すべてのプログラムで同じ基本原則が教えられています。このような学位の研究期間は通常4年または5年であり、修了した学位は、電気電子工学技術の理学士、工学士、理学士、技術学士、または応用科学学士に指定される場合があります。、大学によって異なります。学士号には通常、物理学、数学、コンピュータサイエンスプロジェクト管理、および電気工学のさまざまなトピックをカバーするユニットが含まれます[107]当初、そのようなトピックは、電気工学のサブディシプリンのすべてではないにしても、ほとんどをカバーしています。一部の学校では、学生は、学習コースの終わりに向けて1つ以上のサブディシプリンを強調することを選択できます。

回路図の例。これは、回路の設計トラブルシューティングに役立ちます。

多くの学校では、電子工学が電気工学の学士号(電気および電子)のように明示的に電気賞の一部として含まれていますが、他の学校では、電気工学と電子工学の両方が、学位を分けるのに十分に広く複雑であると見なされています提供されています。[108]

一部の電気技師は、工学修士/理学修士(MEng / MSc)、工学管理修士、工学博士(PhD)、工学博士(Eng.D. )などの大学院の学位を取得することを選択します。 )、またはエンジニアの学位修士号と技術者学位は、研究、コースワーク、またはその2つの混合のいずれかで構成されます。哲学博士号と工学博士号は重要な研究要素で構成されており、学界への入り口と見なされることがよくあります。英国およびその他のヨーロッパ諸国では​​、工学修士は、独立した大学院の学位ではなく、工学の学士よりもわずかに長い期間の学士号であると見なされることがよくあります。[109]

専門的実践

ほとんどの国では、工学の学士号は専門家の認定に向けた最初のステップであり、学位プログラム自体は専門機関によって認定されています。[110]認定学位プログラムを完了した後、エンジニアは認定を受ける前にさまざまな要件(実務経験要件を含む)を満たさなければなりません。認定されると、エンジニアは専門エンジニア(米国、カナダ、南アフリカ)、公認技術者または法人エンジニア(インド、パキスタン、英国、アイルランド、ジンバブエ)、公認専門エンジニア(オーストラリア、ニュージーランド)または欧州エンジニア(欧州連合の多くで)。

IEEE本社は、ニューヨーク市の3パークアベニューの17階にあります。

ライセンスの利点は場所によって異なります。たとえば、米国とカナダでは、「公的および私的クライアントのエンジニアリング作業を封印できるのは、資格のあるエンジニアのみです」。[111]この要件は、ケベック州のエンジニア法などの州および地方の法律によって施行されています。[112]他の国では、そのような法律は存在しません。事実上、すべての認証機関は、すべてのメンバーが従うか、追放の危険を冒すことを期待する倫理規定を維持しています。[113]このように、これらの組織は、職業の倫理基準を維持する上で重要な役割を果たしています。認定が仕事にほとんどまたはまったく関係がない法域でも、エンジニアは契約法の対象となりますエンジニアの仕事が失敗した場合、彼または彼女は過失の不法行為の対象となる可能性があり、極端な場合には、過失犯の罪に問われる可能性があります。エンジニアの仕事は、建築基準法や環境法に関連する法律など、他の多くの規則や規制にも準拠する必要があります

電気技術者の専門家には、電気電子技術者協会(IEEE)と工学技術研究所(IET)が含まれます。IEEEは、電気工学の世界の文献の30%を作成し、世界中に360,000を超えるメンバーがおり、毎年3,000を超える会議を開催していると主張しています。[114] IETは21のジャーナルを発行し、15万人以上の世界的な会員を持ち、ヨーロッパで最大の専門工学協会であると主張しています。[115] [116]技術スキルの陳腐化は、電気技師にとって深刻な懸念事項です。したがって、技術学会への参加と参加、この分野の定期刊行物の定期的なレビュー、および継続的な学習の習慣は、習熟度を維持するために不可欠です。MIET(工学技術研究所の会員)は、ヨーロッパで電気およびコンピューター(技術)エンジニアとして認められています。[117]

オーストラリア、カナダ、および米国では、電気技師が労働力の約0.25%を占めています。[b]

ツールと作業

地球測位システムから発電まで、電気技師は幅広い技術の開発に貢献してきました。彼らは、電気システムと電子機器の展開を設計、開発、テスト、および監督します。たとえば、通信システムの設計、発電所の運用、建物照明配線、家電製品の設計、または産業機械の電気制御に取り組むことができます。[121]

衛星通信は、電気技師が取り組んでいる典型的なものです。

この分野の基本は、物理学と数学の科学です。これらは、そのようなシステムがどのように機能するかについての定性的および定量的な説明を取得するのに役立ちます。今日、ほとんどのエンジニアリング作業にはコンピューターの使用が含まれており、電気システムを設計するときにコンピューター支援設計プログラムを使用するのが一般的です。それでも、アイデアをスケッチする能力は、他の人とすばやくコミュニケーションをとるために非常に貴重です。

シャドウロボットハンドシステム

ほとんどの電気エンジニアは基本的な回路理論(つまり、回路内の抵抗コンデンサダイオードトランジスタインダクタなどの要素の相互作用)を理解しますが、エンジニアが採用する理論は、一般に、彼らが行う作業に依存します。たとえば、量子力学固体物理学は、 VLSI (集積回路の設計)に取り組んでいるエンジニアには関係があるかもしれませんが、巨視的な電気システムに取り組んでいるエンジニアにはほとんど関係がありません。回路理論でさえ既製のコンポーネントを使用する通信システムを設計している人には関係がない場合があります。おそらく、電気技師にとって最も重要な技術スキルは、強力な数値スキルコンピューターリテラシー、および電気工学に関連する技術用語と概念を理解する能力を強調する大学のプログラムに反映されています。[122]

マルチモード光ファイバーでの光の全反射を示す、アクリルロッドを跳ね返るレーザー。

電気技師は、さまざまな計装を使用しています。単純な制御回路とアラームの場合、電圧電流、および抵抗を測定する基本的なマルチメータで十分な場合があります。時変信号を研究する必要がある場合、オシロスコープはユビキタス機器でもあります。RFエンジニアリングおよび高周波通信、スペクトラムアナライザおよびネットワークアナライザ使用されています。一部の分野では、安全性が計装に関して特に懸念される場合があります。たとえば、医療用電子機器の設計者は、電極が体内の体液と直接接触している場合、通常よりもはるかに低い電圧が危険である可能性があることを考慮に入れる必要があります。[123]送電工学には、高電圧が使用されるため、安全上の大きな懸念もあります。電圧計は原則として同等の低電圧に似ているかもしれませんが、安全性と校正の問題により、電圧計は大きく異なります[124]電気工学の多くの分野では、その分野に固有のテストが使用されています。オーディオエレクトロニクスエンジニアはオーディオテストセットを使用します信号発生器とメーターで構成され、主にレベルを測定しますが、高調波歪みノイズなどの他のパラメーターも測定します同様に、情報技術には独自のテストセットがあり、多くの場合、特定のデータ形式に固有であり、同じことがテレビ放送にも当てはまります。

多くのエンジニアにとって、技術的な作業は彼らが行う作業のほんの一部にすぎません。クライアントとの提案の話し合い、予算の準備、プロジェクトのスケジュールの決定などのタスクにも多くの時間が費やされる可能性があります[125]多くの上級エンジニアは、技術者または他のエンジニアのチームを管理しているため、プロジェクト管理スキルが重要です。ほとんどのエンジニアリングプロジェクトには何らかの形式の文書が含まれるため、強力な書面によるコミュニケーションスキルが非常に重要です。

エンジニアの職場は、彼らが行う仕事の種類と同じように多様です。電気技師は、製造工場の手付かずの実験室環境、海軍艦艇コンサルティング会社のオフィス、または鉱山の現場で見つけることができます。電気技師は、勤務中に、科学者、電気技師コンピュータープログラマー、その他の技術者を含む幅広い個人を監督していることに気付く場合があります。[126]

電気工学は物理科学と密接な関係があります。たとえば、物理学者のケルビン卿は、最初の大西洋横断電信ケーブルのエンジニアリングで主要な役割を果たしました[127]逆に、エンジニアのオリバー・ヘヴィサイドは、電信ケーブルの伝送の数学に関する主要な研究を行った。[128]電気技師は、主要な科学プロジェクトでしばしば必要とされます。たとえば、CERNなどの大粒子加速器は、電力分配、計装、超電導電磁石の製造と設置など、プロジェクトの多くの側面に対処するために電気技師を必要とします。[129] [130]

も参照してください

メモ

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参考文献

さらに読む

外部リンク