L’ingegneria elettrica è una disciplina ingegneristica che si occupa dello studio e dell’applicazione dell’elettricità e dell’elettromagnetismo. I suoi praticanti sono chiamati ingegneri elettrici. L’ingegneria elettrica è un campo ampio che comprende molti sottocampi, compresi quelli che si occupano di alimentazione, sistemi di controllo, elettronica e telecomunicazioni.

Storia

L’elettricità è un argomento di interesse scientifico almeno dal xvii secolo. Tuttavia, non è stato fino al 19 ° secolo che la ricerca in materia ha iniziato ad intensificarsi. Notevoli sviluppi in questo secolo includono il lavoro di Georg Ohm, che nel 1827 quantificò la relazione tra la corrente elettrica e la differenza di potenziale in un conduttore, e il lavoro di Michael Faraday, che nel 1831 scoprì l’induzione elettromagnetica.

Tuttavia, durante questi anni lo studio dell’elettricità è stato in gran parte considerato un sottocampo della fisica e quindi il dominio dei fisici. Non è stato fino alla fine del 19 ° secolo che le università hanno iniziato a offrire lauree in ingegneria elettrica. L’Università di Tecnologia di Darmstadt ha istituito la prima cattedra di ingegneria elettrica in tutto il mondo nel 1882 e ha offerto un corso di studio quadriennale di ingegneria elettrica nel 1883. Nel 1882, il MIT ha offerto il primo corso di ingegneria elettrica negli Stati Uniti. Questo corso è stato organizzato dal professor Charles Cross, che era a capo del dipartimento di Fisica e che in seguito divenne uno dei fondatori dell’American Institute of Electrical Engineers (che in seguito divenne l’Istituto di ingegneri elettrici ed elettronici). L’University College di Londra fondò la prima cattedra di ingegneria elettrica nel Regno Unito nel 1885. Nel 1886, l’Università del Missouri ha istituito il primo dipartimento di ingegneria elettrica negli Stati Uniti.

Durante questo periodo, il lavoro nella zona è aumentato drammaticamente. Di particolare nota è stato il lavoro di Nikola Tesla e Thomas Edison. Nel 1882, Edison accese la prima rete di alimentazione elettrica su larga scala al mondo che forniva corrente continua a 110 volt a cinquantanove clienti a Lower Manhattan. Nel 1887, Tesla ha depositato brevetti relativi a una forma concorrente di distribuzione di energia nota come corrente alternata. Negli anni successivi ebbe luogo un’aspra rivalità tra i due, nota come “Guerra delle Correnti”, sul metodo di distribuzione preferito.

Il lavoro di Tesla sui motori asincroni e sui sistemi polifasici avrebbe influenzato l’ingegneria elettrica per gli anni a venire. Il lavoro di Edison sulla telegrafia e il suo sviluppo del ticker azionario si sarebbero rivelati redditizi per la sua azienda (che alla fine sarebbe diventata una delle più grandi aziende del mondo, General Electric). Oltre ai contributi di Edison e Tesla, un certo numero di altre figure avrebbe svolto un ruolo altrettanto importante nel progresso dell’ingegneria elettrica in questo momento. Alexander Bell avrebbe influenzato l’ingegneria elettrica con il suo lavoro nelle telecomunicazioni, Lee de Forest con il suo lavoro sull’Audion (un predecessore del transistor) e Guglielmo Marconi con la sua divulgazione della radio.

Al di là di questo periodo, la singola invenzione più importante in ingegneria elettrica sarebbe probabilmente venuto da John Bardeen, William Shockley, e Walter Brattain, che nel 1947 ha inventato il transistor. Questo dispositivo avrebbe continuato a rivoluzionare l’ingegneria elettrica aprendo la strada a potenti circuiti integrati. Oggi, gran parte della meraviglia del mondo elettronico di oggi è dovuta alle capacità di questi circuiti.

Formazione e certificazione

Ingegneri elettrici in genere possiedono un titolo accademico con una specializzazione in ingegneria elettrica. La durata dello studio per un tale grado è di solito tre o quattro anni e il grado completato può essere designato come un Bachelor of Engineering, Bachelor of Science, o Bachelor of Applied Science a seconda dell’università.

La laurea comprende generalmente unità che coprono fisica, matematica, gestione di progetti e argomenti specifici in ingegneria elettrica. Inizialmente tali argomenti coprono la maggior parte, se non tutti, dei sottocampi dell’ingegneria elettrica. Gli studenti scelgono quindi di specializzarsi in uno o più sottocampi verso la fine del grado.

Alcuni ingegneri elettrici scelgono anche di perseguire una laurea post-laurea come un Master in Ingegneria, un dottore in Filosofia in Ingegneria o un diploma di ingegnere. Il Master e il grado di ingegnere possono consistere di ricerca, o corsi, o una miscela dei due. Il Dottore in Filosofia è costituito da una componente di ricerca significativa ed è spesso visto come il punto di ingresso nel mondo accademico. Nel Regno Unito, il Master of Engineering è spesso considerato un grado non graduato di durata leggermente più lunga rispetto al Bachelor of Engineering.

Nella maggior parte dei paesi, una laurea in ingegneria rappresenta il primo passo verso la certificazione e il corso di laurea stesso è certificato da un organismo professionale. Dopo aver completato un programma di laurea certificato l’ingegnere deve soddisfare una serie di requisiti (compresi i requisiti di esperienza lavorativa) prima di essere certificato. Una volta certificato l’ingegnere è designato il titolo di Ingegnere professionista (negli Stati Uniti e in Canada), Chartered Engineer (nel Regno Unito, Irlanda, India, Sud Africa e Zimbabwe), Chartered Professional Engineer (in Australia) o European Engineer (in gran parte dell’Unione europea).

I vantaggi della certificazione variano a seconda della posizione. Ad esempio, negli Stati Uniti e in Canada “solo un ingegnere autorizzato può…lavori di ingegneria dei sigilli per committenti pubblici e privati”. Questo requisito è applicato dalla legislazione statale e provinciale come la legge sugli ingegneri del Quebec. In altri paesi, come l’Australia, tale legislazione non esiste. Praticamente tutti gli organismi di certificazione mantengono un codice etico che si aspettano che tutti i membri rispettino o rischiano l’espulsione. In questo modo queste organizzazioni svolgono un ruolo importante nel mantenimento degli standard etici per la professione. Anche nelle giurisdizioni in cui la certificazione ha poca o nessuna influenza legale sul lavoro, gli ingegneri sono soggetti alla legge. Ad esempio, gran parte del lavoro di ingegneria è svolto per contratto ed è quindi coperto dal diritto contrattuale. Nei casi in cui il lavoro di un ingegnere non riesce lui o lei può essere soggetto al torto di negligenza e, in casi estremi, l’accusa di negligenza criminale. Il lavoro di un ingegnere deve anche essere conforme a numerose altre norme e regolamenti come i codici di costruzione e la legislazione relativa al diritto ambientale.

Gli organismi professionali degni di nota per gli ingegneri elettrici includono l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) e l’Institution of Engineering and Technology (IET). L’IEEE sostiene di produrre il 30 per cento della letteratura mondiale in ingegneria elettrica, ha oltre 360.000 membri in tutto il mondo e tiene oltre 300 conferenze anualmente. L’IEE pubblica 14 riviste, ha un’adesione mondiale di 120.000, certifica Chartered Engineers nel Regno Unito e afferma di essere la più grande società di ingegneria professionale in Europa.

Strumenti e lavoro

Dal sistema di posizionamento globale alla generazione di energia elettrica, gli ingegneri elettrici sono responsabili di una vasta gamma di tecnologie. Progettano, sviluppano, testano e supervisionano l’implementazione di sistemi elettrici e dispositivi elettronici. Ad esempio, possono lavorare sulla progettazione di sistemi di telecomunicazione, sul funzionamento di centrali elettriche, sull’illuminazione e sul cablaggio degli edifici, sulla progettazione di elettrodomestici o sul controllo elettrico di macchinari industriali.

Fondamentali per la disciplina sono le scienze della fisica e della matematica in quanto queste aiutano ad ottenere sia una descrizione qualitativa che quantitativa di come tali sistemi funzioneranno. Oggi la maggior parte dei lavori di ingegneria comporta l’uso di computer ed è comune utilizzare programmi di progettazione assistita da computer durante la progettazione di sistemi elettrici. Detto questo, la capacità di disegnare idee è ancora inestimabile per comunicare rapidamente con gli altri.

Sebbene la maggior parte degli ingegneri elettrici capirà la teoria dei circuiti di base, le teorie impiegate dagli ingegneri dipendono generalmente dal lavoro che svolgono. Ad esempio, la meccanica quantistica e la fisica dello stato solido potrebbero essere rilevanti per un ingegnere che lavora su VLSI, ma sono in gran parte irrilevanti per gli ingegneri che lavorano con sistemi elettrici macroscopici. Anche la teoria dei circuiti potrebbe non essere rilevante per una persona che progetta sistemi di telecomunicazione che utilizzano componenti off-the-shelf. Forse le abilità tecniche più importanti per gli ingegneri elettrici si riflettono nei programmi universitari, che enfatizzano forti abilità numeriche, alfabetizzazione informatica e capacità di comprendere il linguaggio tecnico e i concetti relativi all’ingegneria elettrica.

Per la maggior parte degli ingegneri il lavoro tecnico rappresenta solo una frazione del lavoro che svolgono. Un sacco di tempo è anche speso per compiti come discutere le proposte con i clienti, la preparazione di budget e la determinazione dei programmi di progetto. Molti ingegneri senior gestiscono un team di tecnici o altri ingegneri e per questo motivo le capacità di gestione del progetto sono importanti. La maggior parte dei progetti di ingegneria coinvolgono una qualche forma di documentazione e forti capacità di comunicazione scritta sono quindi molto importanti.

I posti di lavoro degli ingegneri elettrici sono tanto vari quanto i tipi di lavoro che svolgono. Gli ingegneri elettrici possono essere trovati nell’ambiente di laboratorio incontaminato di un impianto di fabbricazione, o negli uffici di una società di consulenza, o in loco in una miniera. Durante la loro vita lavorativa, gli ingegneri elettrici possono trovarsi a supervisionare una vasta gamma di individui tra cui scienziati, elettricisti, programmatori di computer e altri ingegneri.

L’obsolescenza delle competenze tecniche è una seria preoccupazione per gli ingegneri elettrici. L’adesione e la partecipazione a società tecniche, le revisioni periodiche dei periodici nel settore e l’abitudine all’apprendimento continuo sono quindi essenziali per mantenere la competenza.

Demografia

Ci sono circa 366.000 persone che lavorano come ingegneri elettrici negli Stati Uniti che costituiscono lo 0,25% della forza lavoro (2002). Ciò rende l’ingegneria elettrica la più grande disciplina ingegneristica negli Stati Uniti, ad eccezione dell’ingegneria del software. In Australia ci sono circa 24.000, che costituiscono lo 0,23% della forza lavoro (2005), e in Canada ci sono circa 34.600, che costituiscono lo 0,21% della forza lavoro (2001). Tutti questi paesi si aspettano che l’occupazione nel settore cresca, ma non rapidamente, nel prossimo futuro.

Al di fuori di questi paesi, è difficile valutare i dati demografici della professione a causa di relazioni meno meticolose sulle statistiche del lavoro. Un modo per stimare la dimensione relativa della professione in ogni paese è quello di confrontare le statistiche di laurea. Nel 2002, la National Science Foundation ha pubblicato statistiche sul numero di lauree concesse in ingegneria da vari paesi. Una sintesi di queste statistiche è mostrata a destra anche se la fondazione osserva che i numeri “potrebbero non essere strettamente comparabili”.

Negli Stati Uniti e, in misura minore, in tutto il mondo occidentale si ha la percezione che un gran numero di posti di lavoro tecnici, compresi quelli che si occupano di ingegneria elettrica, vengano esternalizzati in paesi come l’India e la Cina. Per illustrare questa affermazione le statistiche sono spesso travisate (vedi nota). Nel complesso probabilmente uno dei migliori riassunti dell’effetto dell’outsourcing sugli Stati Uniti è dato dagli Stati Uniti Dipartimento del Lavoro che rileva che ” l’aumento dell’uso dei servizi di ingegneria eseguiti in altri paesi agirà per limitare la crescita dell’occupazione “ma che nel complesso la professione”dovrebbe crescere più lentamente rispetto alla media di tutte le occupazioni attraverso 2012”.

Altre dichiarazioni sulla professione sono meno controverse. Negli Stati Uniti, il numero di ingegneri elettrici laurea è sceso da un picco a metà degli anni 1980. Nel 2000, i gradi di ingegneria costituivano meno del 20% dei gradi concessi negli Stati Uniti e in Australia, rispetto a poco più del 25% per il Regno Unito e il Giappone e oltre il 30% per la Germania e la Corea del Sud. Anche ampiamente accettato è che la professione è dominata dagli uomini. Ciò è illustrato dalle fonti statistiche nel primo paragrafo che mostrano che il 96% degli ingegneri elettrici in Australia e l ‘ 89% degli ingegneri elettrici in Canada sono maschi.

Discipline correlate

Una disciplina notevole relativa all’ingegneria elettrica è quella della meccatronica. La meccatronica è una disciplina ingegneristica, che si occupa della convergenza di sistemi elettrici e meccanici. Tali sistemi combinati sono noti come sistemi elettromeccanici e hanno un’adozione diffusa. Gli esempi includono sistemi di produzione automatizzati, sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria e vari sottosistemi di aeromobili e automobili.

La meccatronica è tipicamente usata per riferirsi a sistemi macroscopici, ma i futuristi hanno previsto l’emergere di dispositivi elettromeccanici molto piccoli. Già tali piccoli dispositivi, noti come micro sistemi elettromeccanici (MEMS), sono utilizzati nelle automobili per dire airbag quando distribuire, in proiettori digitali per creare immagini più nitide e stampanti a getto d’inchiostro per creare ugelli per la stampa ad alta definizione. In futuro si spera che i dispositivi contribuiranno a costruire piccoli dispositivi medici impiantabili e migliorare la comunicazione ottica.

Dal 1950, alcuni ingegneri elettrici e scienziati della difesa hanno sviluppato l’ingegneria della guerra elettronica che è l’applicazione di principi scientifici e matematici per sviluppare il miglior uso dello spettro elettromagnetico per negare il suo uso efficace da parte di un avversario. Comprende teoria radar, elettro-ottica, ingegneria informatica e ingegneria dei sistemi.

Un’altra disciplina correlata è quella dell’ingegneria biomedica, che si occupa della progettazione di apparecchiature mediche. Ciò include apparecchiature fisse come ventilatori, scanner MRI e monitor elettrocardiografici, nonché apparecchiature mobili come impianti cocleari, pacemaker artificiali e cuori artificiali.

Note

Nota I – Nell’ottobre 2002, il CEO di Cadence Design Systems Ray Bingham ha annunciato che “La Cina produce 600.000 ingegneri all’anno e 200.000 sono ingegneri elettrici.”La filiale statunitense dell’IEEE ha contestato questo sottolineando che era il triplo della cifra riportata per 1999 dalla National Science Foundation. Altre fonti fanno confronti utilizzando il numero di laureati in ingegneria riportati dall’All India Council for Technical Education (350.000) con quello riportato dalla National Science Foundation (60.000) . Ma questo confronto è dubbio perché la National Science Foundation esclude gli ingegneri del software dai suoi statstics. Un confronto più ragionevole è probabilmente dato dalle notizie statunitensi che suggeriscono che la cifra indiana è di circa 82.000.

Citazioni

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Vedi anche

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