Elektrotechnik ist eine Ingenieurdisziplin, die sich mit dem Studium und der Anwendung von Elektrizität und Elektromagnetismus befasst. Seine Praktiker werden Elektroingenieure genannt. Die Elektrotechnik ist ein breites Feld, das viele Teilbereiche umfasst, einschließlich derjenigen, die sich mit Energie, Steuerungssystemen, Elektronik und Telekommunikation befassen.

Geschichte

Elektrizität ist seit mindestens dem 17. Erst im 19.Jahrhundert begann sich die Forschung zu diesem Thema zu intensivieren. Bemerkenswerte Entwicklungen in diesem Jahrhundert sind die Arbeit von Georg Ohm, der 1827 die Beziehung zwischen elektrischem Strom und Potentialdifferenz in einem Leiter quantifizierte, und die Arbeit von Michael Faraday, der 1831 die elektromagnetische Induktion entdeckte.

In diesen Jahren wurde das Studium der Elektrizität jedoch weitgehend als Teilgebiet der Physik und damit als Domäne der Physiker angesehen. Erst im späten 19.Jahrhundert begannen die Universitäten, Abschlüsse in Elektrotechnik anzubieten. Die Technische Universität Darmstadt richtete 1882 den weltweit ersten Lehrstuhl für Elektrotechnik ein und bot 1883 ein vierjähriges Studium der Elektrotechnik an. Im Jahr 1882 bot das MIT den ersten Kurs über Elektrotechnik in den Vereinigten Staaten. Dieser Kurs wurde von Professor Charles Cross organisiert, der Leiter der Physikabteilung war und später Gründer des American Institute of Electrical Engineers (später Institut für Elektro- und Elektronikingenieure) wurde. Das University College London gründete 1885 den ersten Lehrstuhl für Elektrotechnik im Vereinigten Königreich. Im Jahr 1886 gründete die University of Missouri die erste Abteilung für Elektrotechnik in den Vereinigten Staaten.

Während dieser Zeit nahm die Arbeit in der Region dramatisch zu. Besonders hervorzuheben waren die Arbeiten von Nikola Tesla und Thomas Edison. 1882 schaltete Edison das weltweit erste große Stromversorgungsnetz ein, das neunundfünfzig Kunden in Lower Manhattan mit 110 Volt Gleichstrom versorgte. Im Jahr 1887 reichte Tesla Patente ein, die sich auf eine konkurrierende Form der Energieverteilung bezogen, die als Wechselstrom bekannt ist. In den folgenden Jahren kam es zu einer erbitterten Rivalität zwischen den beiden, bekannt als “Krieg der Strömungen”, fand über die bevorzugte Verteilungsmethode statt.

Teslas Arbeit an Induktionsmotoren und Mehrphasensystemen würde die Elektrotechnik auf Jahre hinaus beeinflussen. Edisons Arbeit an der Telegraphie und seine Entwicklung des Börsentickers würden sich für sein Unternehmen als lukrativ erweisen (das schließlich zu einem der größten Unternehmen der Welt, General Electric, werden würde). Neben den Beiträgen von Edison und Tesla würden zu dieser Zeit eine Reihe anderer Persönlichkeiten eine ebenso wichtige Rolle für den Fortschritt der Elektrotechnik spielen. Alexander Bell beeinflusste die Elektrotechnik mit seiner Arbeit in der Telekommunikation, Lee de Forest mit seiner Arbeit am Audion (einem Vorgänger des Transistors) und Guglielmo Marconi mit seiner Popularisierung des Radios.

Über diesen Zeitraum hinaus würde die wichtigste Erfindung in der Elektrotechnik wahrscheinlich von John Bardeen, William Shockley und Walter Brattain stammen, die 1947 den Transistor erfanden. Dieses Gerät würde die Elektrotechnik revolutionieren, indem es den Weg für leistungsstarke integrierte Schaltkreise ebnet. Heute ist ein Großteil des Wunders der elektronischen Welt heute auf die Fähigkeiten dieser Schaltungen zurückzuführen.

Ausbildung und Zertifizierung

Elektroingenieure besitzen in der Regel einen akademischen Abschluss mit Schwerpunkt Elektrotechnik. Die Studiendauer für einen solchen Abschluss beträgt in der Regel drei oder vier Jahre und der abgeschlossene Abschluss kann je nach Universität als Bachelor of Engineering, Bachelor of Science oder Bachelor of Applied Science bezeichnet werden.

Das Studium umfasst in der Regel Einheiten, die Physik, Mathematik, Projektmanagement und spezifische Themen der Elektrotechnik abdecken. Anfänglich decken solche Themen die meisten, wenn nicht alle Teilbereiche der Elektrotechnik ab. Die Studierenden spezialisieren sich dann gegen Ende des Studiums auf ein oder mehrere Teilbereiche.

Einige Elektroingenieure entscheiden sich auch für einen Aufbaustudiengang wie einen Master of Engineering, einen Doktor der Philosophie in Ingenieurwissenschaften oder einen Ingenieurabschluss. Der Master- und Ingenieurabschluss kann aus Forschung oder Kursarbeit oder einer Mischung aus beidem bestehen. Der Doktor der Philosophie besteht aus einer bedeutenden Forschungskomponente und wird oft als Einstiegspunkt in die Wissenschaft angesehen. Im Vereinigten Königreich wird der Master of Engineering oft als ein nicht degradierter Abschluss von etwas längerer Dauer als der Bachelor of Engineering angesehen.

In den meisten Ländern stellt ein Bachelor-Abschluss in Ingenieurwissenschaften den ersten Schritt zur Zertifizierung dar und der Studiengang selbst wird von einer Berufsgenossenschaft zertifiziert. Nach Abschluss eines zertifizierten Studiengangs muss der Ingenieur eine Reihe von Anforderungen (einschließlich Berufserfahrungsanforderungen) erfüllen, bevor er zertifiziert wird. Nach der Zertifizierung wird der Ingenieur zum Professional Engineer (in den USA und Kanada), Chartered Engineer (in Großbritannien, Irland, Indien, Südafrika und Simbabwe), Chartered Professional Engineer (in Australien) oder European Engineer (in weiten Teilen der Europäischen Union) ernannt.

Die Vorteile einer Zertifizierung variieren je nach Standort. Beispielsweise, in den Vereinigten Staaten und Kanada “nur ein lizenzierter Ingenieur kann…seal Engineering Arbeit für öffentliche und private Kunden”. Diese Anforderung wird durch staatliche und provinzielle Gesetze wie Quebecs Engineers Act durchgesetzt. In anderen Ländern, wie Australien, gibt es keine solche Gesetzgebung. Praktisch alle Zertifizierungsstellen halten einen Ethikkodex ein, den sie von allen Mitgliedern erwarten oder deren Ausschluss riskieren. Auf diese Weise spielen diese Organisationen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung ethischer Standards für den Beruf. Selbst in Gerichtsbarkeiten, in denen die Zertifizierung wenig oder gar keinen rechtlichen Einfluss auf die Arbeit hat, unterliegen Ingenieure dem Gesetz. Zum Beispiel werden viele Ingenieurarbeiten vertraglich erledigt und sind daher vertragsrechtlich abgedeckt. In Fällen, in denen die Arbeit eines Ingenieurs fehlschlägt, kann er oder sie der unerlaubten Handlung der Fahrlässigkeit und in extremen Fällen der Anklage der kriminellen Fahrlässigkeit unterliegen. Die Arbeit eines Ingenieurs muss auch zahlreichen anderen Regeln und Vorschriften wie Bauvorschriften und umweltrechtlichen Gesetzen entsprechen.

Berufsverbände für Elektroingenieure sind das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) und die Institution of Engineering and Technology (IET). Die IEEE behauptet, 30 Prozent der Weltliteratur in der Elektrotechnik zu produzieren, hat weltweit über 360.000 Mitglieder und veranstaltet jährlich über 300 Konferenzen. Die IEE veröffentlicht 14 Zeitschriften, hat eine weltweite Mitgliedschaft von 120.000, zertifiziert Chartered Engineers in Großbritannien und behauptet, die größte professionelle Ingenieurgesellschaft in Europa zu sein.

Werkzeuge und Arbeit

Vom Global Positioning System bis zur Stromerzeugung sind Elektroingenieure für eine Vielzahl von Technologien verantwortlich. Sie entwerfen, entwickeln, testen und überwachen den Einsatz von elektrischen Systemen und elektronischen Geräten. Sie können beispielsweise an der Konstruktion von Telekommunikationssystemen, dem Betrieb von Kraftwerken, der Beleuchtung und Verkabelung von Gebäuden, der Konstruktion von Haushaltsgeräten oder der elektrischen Steuerung von Industriemaschinen arbeiten.

Grundlegend für die Disziplin sind die Wissenschaften der Physik und Mathematik, da diese dazu beitragen, sowohl eine qualitative als auch quantitative Beschreibung der Funktionsweise solcher Systeme zu erhalten. Heutzutage werden bei den meisten Ingenieurarbeiten Computer verwendet, und es ist üblich, beim Entwerfen elektrischer Systeme computergestützte Entwurfsprogramme zu verwenden. Die Fähigkeit, Ideen zu skizzieren, ist jedoch immer noch von unschätzbarem Wert, um schnell mit anderen zu kommunizieren.

Obwohl die meisten Elektroingenieure die grundlegende Schaltungstheorie verstehen werden, hängen die Theorien, die von Ingenieuren verwendet werden, im Allgemeinen von ihrer Arbeit ab. Zum Beispiel könnten Quantenmechanik und Festkörperphysik für einen Ingenieur, der an VLSI arbeitet, relevant sein, sind aber für Ingenieure, die mit makroskopischen elektrischen Systemen arbeiten, weitgehend irrelevant. Sogar die Schaltungstheorie ist möglicherweise nicht relevant für eine Person, die Telekommunikationssysteme entwirft, die handelsübliche Komponenten verwenden. Die vielleicht wichtigsten technischen Fähigkeiten für Elektrotechniker spiegeln sich in Universitätsprogrammen wider, die starke numerische Fähigkeiten, Computerkenntnisse und die Fähigkeit zum Verständnis der Fachsprache und der Konzepte im Zusammenhang mit der Elektrotechnik hervorheben.

Für die meisten Ingenieure macht technische Arbeit nur einen Bruchteil ihrer Arbeit aus. Viel Zeit wird auch für Aufgaben wie die Diskussion von Vorschlägen mit Kunden, die Erstellung von Budgets und die Festlegung von Projektzeitplänen aufgewendet. Viele leitende Ingenieure leiten ein Team von Technikern oder anderen Ingenieuren, und aus diesem Grund sind Projektmanagementfähigkeiten wichtig. Die meisten Engineering-Projekte beinhalten irgendeine Form von Dokumentation und starke schriftliche Kommunikationsfähigkeiten sind daher sehr wichtig.

Die Arbeitsplätze von Elektroingenieuren sind ebenso vielfältig wie die Art ihrer Arbeit. Elektroingenieure können in der unberührten Laborumgebung einer Fabrikationsanlage oder in den Büros einer Beratungsfirma oder vor Ort in einer Mine gefunden werden. Während ihres Berufslebens können Elektroingenieure eine breite Palette von Einzelpersonen einschließlich Wissenschaftler, Elektriker, Computerprogrammierer und andere Ingenieure beaufsichtigen.

Veralterung der technischen Fähigkeiten ist ein ernstes Problem für Elektroingenieure. Die Mitgliedschaft und Teilnahme an Fachgesellschaften, die regelmäßige Überprüfung von Fachzeitschriften und die Gewohnheit des kontinuierlichen Lernens sind daher für den Erhalt der Kenntnisse von wesentlicher Bedeutung.

Demografie

In den Vereinigten Staaten arbeiten rund 366.000 Menschen als Elektroingenieure, was 0,25% der Erwerbsbevölkerung ausmacht (2002). Dies macht die Elektrotechnik mit Ausnahme des Software-Engineerings zur größten Ingenieurdisziplin in den Vereinigten Staaten. In Australien gibt es rund 24.000, die 0,23% der Erwerbsbevölkerung ausmachen (2005), und in Kanada gibt es rund 34.600, die 0,21% der Erwerbsbevölkerung ausmachen (2001). Alle diese Länder erwarten, dass die Beschäftigung in diesem Bereich in naher Zukunft wachsen wird, jedoch nicht schnell.

Außerhalb dieser Länder ist es aufgrund der weniger sorgfältigen Berichterstattung über die Arbeitsstatistik schwierig, die Demografie des Berufs zu beurteilen. Eine Möglichkeit, die relative Größe des Berufs in jedem Land zu schätzen, besteht darin, die Abschlussstatistiken zu vergleichen. Im Jahr 2002 veröffentlichte die National Science Foundation Statistiken über die Anzahl der Abschlüsse in Ingenieurwissenschaften von verschiedenen Ländern gewährt. Eine Zusammenfassung dieser Statistiken wird rechts angezeigt, obwohl die Stiftung feststellt, dass die Zahlen “möglicherweise nicht streng vergleichbar sind”.

In den Vereinigten Staaten und in geringerem Maße in der gesamten westlichen Welt besteht die Wahrnehmung, dass eine große Anzahl technischer Arbeitsplätze, einschließlich derjenigen, die sich mit Elektrotechnik befassen, in Länder wie Indien und China ausgelagert werden. Um dies zu veranschaulichen, werden Statistiken oft falsch dargestellt (siehe Anmerkung). Insgesamt wahrscheinlich eine der besten Zusammenfassungen der Auswirkungen von Outsourcing auf die Vereinigten Staaten wird von den USA gegeben. Arbeitsministerium, das feststellt, dass “die zunehmende Nutzung von Ingenieurdienstleistungen in anderen Ländern das Beschäftigungswachstum begrenzen wird”, aber dass der Beruf insgesamt “voraussichtlich langsamer wachsen wird als der Durchschnitt aller Berufe bis 2012”.

Andere Aussagen zum Beruf sind weniger umstritten. In den Vereinigten Staaten ist die Zahl der Absolventen von Elektroingenieuren von einem Höhepunkt in der Mitte der 1980er Jahre gefallen. Im Jahr 2000 machten Ingenieursabschlüsse weniger als 20% der in den Vereinigten Staaten und Australien erteilten Abschlüsse aus, verglichen mit etwas mehr als 25% für das Vereinigte Königreich und Japan und über 30% für Deutschland und Südkorea. Allgemein anerkannt ist auch, dass der Beruf männlich dominiert ist. Dies wird durch die statistischen Quellen im ersten Absatz veranschaulicht, die zeigen, dass 96% der Elektroingenieure in Australien und 89% der Elektroingenieure in Kanada männlich sind.

Verwandte Disziplinen

Eine bemerkenswerte Disziplin im Zusammenhang mit der Elektrotechnik ist die Mechatronik. Mechatronik ist eine Ingenieursdisziplin, die sich mit der Konvergenz elektrischer und mechanischer Systeme befasst. Solche kombinierten Systeme sind als elektromechanische Systeme bekannt und haben eine breite Akzeptanz. Beispiele hierfür sind automatisierte Fertigungssysteme, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie verschiedene Subsysteme von Flugzeugen und Automobilen.

Mechatronik wird typischerweise verwendet, um sich auf makroskopische Systeme zu beziehen, aber Futuristen haben die Entstehung sehr kleiner elektromechanischer Geräte vorhergesagt. Bereits solche kleinen Geräte, bekannt als mikroelektromechanische Systeme (MEMS), werden in Automobilen verwendet, um Airbags mitzuteilen, wann sie ausgelöst werden müssen, in digitalen Projektoren, um schärfere Bilder zu erzeugen, und in Tintenstrahldruckern, um Düsen für den hochauflösenden Druck zu erzeugen. In Zukunft hofft man, dass die Geräte dazu beitragen werden, winzige implantierbare medizinische Geräte zu bauen und die optische Kommunikation zu verbessern.

Seit den 1950er Jahren haben einige Elektroingenieure und Verteidigungswissenschaftler die Technik der elektronischen Kriegsführung entwickelt, die die Anwendung wissenschaftlicher und mathematischer Prinzipien ist, um die beste Nutzung des elektromagnetischen Spektrums zu entwickeln, um seine effektive Nutzung durch einen Gegner zu leugnen. Es umfasst Radartheorie, Elektrooptik, Computertechnik und Systemtechnik.

Eine weitere verwandte Disziplin ist die biomedizinische Technik, die sich mit der Konstruktion medizinischer Geräte befasst. Dazu gehören fest installierte Geräte wie Beatmungsgeräte, MRT-Scanner und Elektrokardiographenmonitore sowie mobile Geräte wie Cochlea-Implantate, künstliche Herzschrittmacher und künstliche Herzen.

Anmerkungen

Anmerkung I – Im Oktober 2002 gab Ray Bingham, CEO von Cadence Design Systems, bekannt, dass “China 600.000 Ingenieure pro Jahr produziert und 200.000 Elektroingenieure sind.” Die US-Niederlassung des IEEE bestritt dies und wies darauf hin, dass es sich um das Dreifache der von der National Science Foundation für 1999 gemeldeten Zahl handelte. Andere Quellen ziehen Vergleiche anhand der vom All India Council for Technical Education (350.000) gemeldeten Zahl der Ingenieursabsolventen mit der von der National Science Foundation (60.000) gemeldeten Zahl . Dieser Vergleich ist jedoch zweifelhaft, da die National Science Foundation Softwareingenieure von ihrer Statistik ausschließt. Ein vernünftigerer Vergleich wird wahrscheinlich von US News gegeben, die vorschlagen, dass die indische Zahl bei 82,000 liegt.

Zitate

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  23. ^ Vorlage:Citenewsauthor

Siehe auch

  • Themen der Elektrotechnik
  • Elektroingenieure
  • Teilbereiche der Elektrotechnik
  • Electronic Design automation
  • Computertechnik
  • IEEE Nikola Tesla Award
  • Geschichte der IEEE Electrical Engineering Professional Society auf ihrer Website
  • Alles über Schaltkreise Erfahren Sie alles über den Aufbau elektrischer Schaltkreise und den Bau von Geräten auf der Grundlage elektrischer Schaltkreise
  • IEEE Virtual Museum Ein virtuelles Museum, das veranschaulicht viele der grundlegenden Elektrotechnik- und Elektrizitätskonzepte anhand von Beispielen, Zahlen und Interviews.
  • EE HomePage.com bietet Bildungs & Karriereentwicklung Ressourcen für Elektroingenieure, Pädagogen und Studenten
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