電氣工程是電子學、電磁學物理學分支基礎,涵蓋電子學、電子計算機、電力工程、電信、控制工程、訊號處理、機械電子學等子領域工程學。
十九世紀後半期以來,隨著電報、電話、電能供應使用方面商業化,該學科發展獨立專業領域。
電機工程廣義上涵蓋該領域分支,但有些地方,「電氣工程」(英語:Electrical Engineering)一詞意義有時包括「電子工程學」(英語:Electronic Engineering)。
這個情況下,「電氣工程」是指涉及到能量電力系統(如電能傳輸、重型電機機械及電動機),而「電子工程」是指處理小信號電子系統(如計算機和積體電路)。
[1]
十七世紀初期,關於電現象成為一門科學探索論題。
威廉·吉爾伯特是幾位電機工程師之一,他設計出用於偵測靜電荷存在靜電驗電器,地分辨與指出磁電,並且術語「電」命名[2]。
1775年,亞歷山德羅·伏打做科學實驗改良完善了可用於製造靜電荷起電盤(electrophorus)。
1800年,他開發出能夠持續產生電流伏打堆,是出現化學電池。
[3]然而,相關研究直到19世紀正式展開。
1827年,格奧爾格·歐姆提出歐姆定律表明電流、電壓及電阻之間電路裏定量關係。
1831年,麥可·法拉第發現電磁感應作用。
1873年,詹姆斯·麥克斯韋著作《電磁通論》裏整合前人工作,提出麥克斯韋方程組,從此開啟古典電動力學紀元[4]。
1934年,哈利·温佩利斯(Harry Wimperis)指導下,英國陸軍開始利用微波科技來開發雷達,鮑德希(Bawdsey)成立第一座雷達站,並於1936年8月開始運作[20]。
19世紀落幕時,於陸線(land-line)、海底電纜及1890年無線電報術(wireless telegraphy)出現,通訊終於得以實現,整個世界通訊建構因此澈底改變。
確保當表述應用電磁學理論時,度量衡方面會遭遇困難誤解,擬定一套度量衡標準單位顯得。
於這方面研究促使國際標準單位設定採用,如伏特、安培、庫侖、法拉與亨利。
這一國際標準制度於1893年芝加哥達成共識,[5]從而奠定了各種工業於標準單位制度未來基礎。
很多國家承認這些國際標準單位。
[6]
這幾十年裏,電機工程學籠統地被歸類物理學一個分支領域。
1882年,德國達姆施塔特工業大學置立世界第一個電機工程學教授席位。
同年,麻省理工學院物理系開始推出電機工程學方向學士學位課程。
[7][8]1883年,達姆施塔特工業大學建立電機系,成為全世界創建電機系大學。
[9]1885年,康乃爾大學成為美國建立電機系大學。
[10]1885年,倫敦大學學院創立了英國首所「電機技術系」,第一任系主任約翰·弗萊明,幾年後系名改為電機工程系。
[11]1886年,密蘇裏學建立了電機工程系,據一些文獻所述,密蘇裏學建立電機工程系美國大學[12]地,包括喬治亞理工學院內許多大學仿效設立電機工程系。
1880年代後期,見證了兩種顯著電能傳輸方式文明抗。
原本直流電方式使用直流電來傳輸電能,新近出現交流電方式使用交流電來傳輸電能,這引發一場所謂「電流戰爭」。
[13]交流電方式發電技術電能傳輸技術,是交流電允許使用變壓器來提升或降低電壓(這是直流電方式缺乏)。
另外,使用壓交流電大大地擴展了電能傳輸範圍,使用變壓器提升電能傳輸安全性和效率。
於上述這些優勢,交流供電方式取代直流供電方式。
無線電技術發展期間,許多科學家和發明家無線電和電子學做出了貢獻。
於1888年做經典實驗中,海因裏希·赫茲使用電機設備傳輸並接收到無線波段無線電波,以此證實無線電波存在。
1895年時,尼古拉·特斯拉他紐約實驗室發射出無線電訊號,距離50公里紐約西點可以接收得到[14]。
1897年時,卡爾·布勞恩開始極射線管裝配於示波器中,後陰極射線管成電視機關鍵零組件[15]。
1904年時,約翰·弗萊明發明二極管,兩年後,羅伯特·凡李本(Robert von Lieben)和李·德富雷斯特獨立發明出一種能夠放大電流真空管——三極體(稱「放大管」)[16]。
1895年,古列爾莫·馬可尼進一步改良了赫茲無線電傳送方法,無線電訊號傳送距離延長到1.5英里(2.4公里)。
1901年12月,要證實他掌握到傳送無線電波科技,能夠完全受到地球曲度影響,他英國康沃爾郡發射站發射出無線電訊號,穿越大西洋上空,大西洋另,加拿大紐芬蘭聖約翰斯,收到了訊號,兩處之間離為2,100英里(3,400公里)![17]1920年時,阿爾伯特·赫耳(Albert Hull)發明瞭可生成微波真空管——磁控管(magnetron)。
1945年波西·斯本色(Percy Spencer)進而以此開發出微波爐[18][19]。
如今,大多數工程學科涉及計算機使用,計算機輔助設計電系統設計和測試中十分普遍。
1941年,德國科學家康拉德·楚澤展示了用機電元件製成全世界第一部全功能可程式化電腦,即Z3系統。
1943年,湯米·傅勞斯(Tommy Flowers)設計製成巨像電腦,這是一部前所未有、完全電子元件製成程序、可程式化數位電腦。
[21][22]1946年2月15日,美軍第二次世界大戰中美國陸軍投資研製電子數值積分計算器(ENIAC),先驅約翰·莫克利(John Mauchly)、約翰·伊克特(John Eckert)督導下,誕生於美國賓夕法尼亞大學。
ENIAC認為是世上第一部「用途」電子計算機,它發明是現代計算機發展史上里程碑[23]。
1947年,貝爾實驗室工作威廉·肖克利、約翰·巴丁和沃爾特·布喇頓發明瞭固態電晶體。
這是二十世紀發明之一。
電晶體具有可量產、可小型化、低成本優點,所有現代電子產品需要用到電晶體。
因為「半導體研究和發現電晶體效應」,肖克利、巴丁和布喇頓榮獲1956年諾貝爾物理學獎。
1958年傑克·基爾比和1959年羅伯特·諾伊斯獨立發明積體電路[24]。
應用積體電路技術,可以大量微電晶體整合到一個小晶片上,理器出現提供了可能性。
英特爾公司1971年推出Intel 4004理器是全球第一款理器,是馬辛·霍弗(Marcian Hoff)他團隊設計實現而成,能執行4位元運算。
1973年,英特爾公司設計八位元微處理器Intel 8080,第一部個人電腦Altair 8800內部配置了一顆Intel 8080。
[25]目前單個超大規模集成電路芯片能夠集成超過1,000,000個晶體管。
[26]
電機工程師會「電機工程學」、「電子工程」或「電力電子工程」等名目的學位教育。
儘管各種學位側重有所不同,但是它們大都要求學生學習一系列基礎課程。
完成學業需要四年或五年時間。
於學校性質,學生完成學業後可能會授予工學學士、理學學士、技術學士(Bachelor of Technology)、應用科學學士(Bachelor of Applied Science)中一種學位。
電機工程學學士學位大多要求學生學習物理學、數學、計算機科學必修課程、完成一個或多個專業知識應用有關項目設計,並選修一系列電機工程學有關其他課程。
這些準備課程會讓學生學習到電機工程學基本原理和基本實踐技能。
隨後,學生可以自己專注興趣選擇一個或多個子學科修讀,直到畢業。
許多學校,電子工程包含電機工程學之中,另一些學校認為二者各自治理學術知識夠複雜,可以分頭發展。
[27]
有電機工程師選擇畢業後繼續進行研究生階段學習,爭取獲得研究生學位,例如工程碩士(Master of Engineering)、理學碩士,或攻讀哲學博士、工程博士(Engineering Doctorate)學位。
電機工程學碩士課程課程作業、研究二者或二者之一構成。
而博士課程側專題研究,視為是電機工程師學術生涯起點。
英國和一些歐洲國家,工程碩士學習認為是本科學位一個延伸,而不是嚴格意義上研究生學習。
[28][29]
許多國家,獲得工程學科學士學位代表着專業認證第一步,而學士課程本身需要專業機構進行認證。
延伸閱讀…
完成認證課程後,工程師滿足一系列要求(包括工作經驗方面要求)才能獲得對應專業認證。
工程師可以獲得註冊工程師或其他類證書(執照)。
例如,美國、加拿大、南非,這些工程師可以正式成為「職業工程師」(professional engineer),歐洲聯盟稱為「歐洲工程師」(European engineer)。
地區,專業認證會工程師帶來程度處。
例如,美國和加拿大,只有認證工程師可以簽發公共或私人工程項目。
[30]很多國家,政府機構州、省法律中作出這一規定,例如《魁北克工程師法案》(Quebec’s Engineers Act)。
[31]其他一些國家,則可能並沒有這樣強制規定。
不過大多數專業認證機構設置了一系列規章制度約束工程師,若違反有可能開除。
[32]這樣,行業組織工程師專業領域規範化、標準化方面扮演了角色。
但是,即使專業認證管轄範圍之外工作部分,工程師遵守工作。
有些情況裏,工程師工作失敗可能會視失翫職守。
他們工作時考慮工程環境保護方面影響,並遵從現有法律法規。
電氣電子工程師學會是電機工程學領域權威專業機構之一,該協會宣稱三成電機工程學相關學術文獻出自其成員。
它世界範圍內擁有430000位成員,每年舉辦超過300場學術研討會。
[33][34]另一組織英國工程技術協會(Institution of Engineering and Technology, IET)則出版了21種學術期刊,全球範圍擁有超過150000名會員,自稱是歐洲專業工程組織。
[35][36]電機工程學領域,專業知識換代十分。
保持工作效率,工程師會選擇參加各種職業組織,定期關注業界新動向,並參加繼續教育——這該行業裏是。
澳大利亞和美國,電機工程師佔總勞動力0.25%。
截至2006年,美國電機工程學相關領域業人員300000人,這個數字澳大利亞17000(2008年),佔勞動力0.2%。
澳大利亞報道稱其國內男性電機工程師比例96%。
[37][38]
電機工程師許多現代科學技術產品做出了貢獻,電機工程學結晶全球定位系統到發電系統現代科技產物中可見。
工程師設計、開發、測試和監視電機系統、電子設備安裝和部署。
例如,他們參與電信系統設計、發電廠運維、建築物照明和供電系統審查、家用電器和工業機器電能控制。
[39]
電機工程學基礎是物理學和數學,這兩個基礎學科幫助工程師獲得電系統工作情況定量、定性描述。
如今,大多數工程學科涉及計算機使用,計算機輔助設計電系統設計和測試中十分普遍。
延伸閱讀…
儘管如此,於工程師來説,擬定最初想法是關。
雖然大多數電機工程師能夠理解基本電路分析知識(如有關電阻器、電容器、二極管、晶體管和電感元件知識),但於工作來説,應用理論有所差異。
例如,量子力學和物理學於那些事超大規模集成電路設計工程師,而通信工程設計方向業人士來説,側於信號處理及其相關數學知識(如離散傅裏葉變換)以及基礎電路分析知識。
分支學科側重專業知識有所區分,不過總來説,數學計算能力、基本計算機技術以及於行業術語理解還是各個分支學科看重。
於許多電機工程師,技術工作只是他們工作一部分,他們會客户進行討論,規劃項目預算和項目。
[39]而許多高級工程師會負責管理一個技術團隊,於他們來説,項目管理能力。
許多工廠技術項目會涉及到多種文檔記錄和編寫,因而寫作、交流能力不可忽視。
電機工程師工作環境他們專業側重而有所區別。
電機工程學擁有許多分支學科,以下列出幾種人知學科。
很多電機工程師工作專注其中某一個分支,有些會涉及到多個分支學科交疊。
有領域,例如電子工程和計算機工程,認為是獨立學科。
控制工程主要聚焦於建模複雜動態系統可能行為和設計控制器來促使動態系統理想方式演進。
控制工程應用,例如民航飛機飛行系統推進系統,汽車巡航系統。
發展出優良控制理論是提升工業自動化前提之一。
工程師會利用電子電路、數字信號處理器、微控制器以及可編程邏輯控制器來實現嵌入式系統。
科技發展,控制系統本身,功率損耗,但是功能卻反而提升。
[42]
控制工程師設計控制系統(control system)時會使用到反饋這個概念。
例如,具有巡航功能汽車會持續監視汽車速度,並報告控制系統,然後控制系統當前汽車速度調整內燃機輸出功率。
假若控制系統能夠得到反饋,可控制理論做出反應。
第二次世界大戰之前,電子工程研究範圍只是侷限於各種通信技術、雷達、商用無線電以及早期電視機技術。
戰後,消費性電子器件開始發展,這一領域擴展到現代電視機、無線電系統、計算機和理器。
1950年代下半葉,「電子工程」這個術語取代了「無線電工程」。
1959年集成電路發明之前,電子電路是分立電子元件手工安裝組成。
這些分立電子電路缺點是佔用空間大、電能效率、速度,但在某些特應用區域使用。
集成電路可以大量微電子元件(主要是電晶體)整合到硬幣尺寸一個小晶片上。
這製造今到處可見功能計算機和其它電子器件提供了可能性。
微電子學主要研究集成電路中極小尺寸電路設計和微加工(microfabrication)。
這尺寸電路可以製普通電子器件。
見電子器件包括半導體晶體管、電阻器、電容器和電感器,它們可以加工到尺寸。
納電子學進,研究範圍轉向特徵尺寸達到納米級別器件。
現代電子器件達納米級別,100納米工藝技術2002年已成業界標準。
為配合取得建築及智慧建築標章,全區綜合佈線、資訊通信、系統整合機電工程上,會達成高度門檻要求。
施工方式採用以Web方式監控整合全區建築各項電力、排水、保全系統,達成建築物安全、、節能環保使用效益,兼具人性化管理。
請選單>支援>下載專區>型錄。
或使用搜尋方式,搜尋您需產品,瀏覽技術文件。
請「服務點」查詢您需地區購買地點,進行洽購。
或至聯絡我們聯絡方式諮詢表單,填寫您購買需求,洽詢購買事宜。

