CapÃtulo 1 : Engenharia elétrica
A engenharia elétrica é um subcampo da engenharia que se concentra no estudo, projeto e uso de várias peças de máquinas, gadgets e sistemas que fazem uso de eletricidade, eletrônica e eletromagnetismo. No final do século 19, após a comercialização do telégrafo elétrico, do telefone e da geração, distribuição e uso de energia elétrica, evoluiu como uma atividade distinta que pôde ser identificada.
Há uma grande variedade de subcampos que se enquadram sob o guarda-chuva da engenharia elétrica. Alguns desses subcampos incluem engenharia da computação, engenharia de sistemas, engenharia de energia, telecomunicações, engenharia de radiofrequência, processamento de sinais, instrumentação, células fotovoltaicas, eletrônica e ótica e fotônica. Engenharia de hardware, eletrônica de potência, eletromagnética e ondas, engenharia de micro-ondas, nanotecnologia, eletroquímica, energias renováveis, mecatrônica/controle e ciência de materiais elétricos são apenas alguns dos muitos subcampos que se enquadram no guarda-chuva dessas disciplinas. Muitos destes subcampos sobrepõem-se a outros ramos da engenharia.
Na maioria dos casos, os engenheiros elétricos obtiveram um diploma em engenharia elétrica, engenharia eletrônica ou engenharia elétrica e eletrônica. A certificação profissional e a filiação a um organismo profissional ou a uma organização internacional de normalização são possíveis para engenheiros que trabalham ativamente na prática da engenharia. A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), o Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) e a Instituição de Engenharia e Tecnologia (IET, anteriormente IEE) são algumas das organizações que se enquadram nesta categoria.
Há uma grande variedade de indústrias em que os engenheiros elétricos são empregados, e as habilidades que são necessárias para esses empregos também são diversas. Isso inclui tudo, desde a teoria dos circuitos até as habilidades de gerenciamento exigidas de um gerente de projeto. Um voltímetro direto para software de projeto e fabricação complexo são exemplos dos tipos de ferramentas e equipamentos que um engenheiro individual exigiria. Estas ferramentas e equipamentos podem variar de simples a complexos.
Desde o início do século 17, pelo menos, há um interesse científico na questão da eletricidade. Nos primórdios da ciência elétrica, William Gilbert era uma figura notável. Ele é creditado como a primeira pessoa a fazer uma distinção distinta entre magnetismo e eletricidade estática. É geralmente aceite que foi ele quem primeiro usou o termo "eletricidade". Além disso, ele foi o criador do versório, que é um gadget que pode detetar a presença de objetos que são carregados estaticamente. Johan Wilcke, um académico sueco, teve a ideia de criar um dispositivo que mais tarde se chamaria electrophorus. Este dispositivo foi capaz de gerar uma carga elétrica estática. Na viragem do século XIX, Alessandro Volta tinha desenvolvido a pilha voltaica, que foi precursora da bateria elétrica.
A partir do século 19, houve um aumento na quantidade de pesquisas realizadas sobre o tema. Desenvolvimentos notáveis neste século incluem o trabalho de Hans Christian Ørsted, que descobriu em 1820 que uma corrente elétrica produz um campo magnético que irá desviar uma agulha de bússola; de William Sturgeon, que em 1825 inventou o eletroímã; de Joseph Henry e Edward Davy, que inventaram o relé elétrico em 1835; de Georg Ohm, que em 1827 quantificou a relação entre a corrente elétrica e a diferença de potencial num condutor; de Michael Faraday, o descobridor da indução eletromagnética em 1831; e de James Clerk Maxwell, que em 1873 publicou uma teoria unificada da eletricidade e do magnetismo em seu tratado Eletricidade e Magnetismo.
No ano de 1782, Georges-Louis Le Sage construiu e demonstrou em Berlim o que se acredita ser a primeira versão da telegrafia elétrica no mundo. Ele utilizou um total de 24 linhas separadas, uma para cada letra do alfabeto. Estas duas salas estavam ligadas por este telégrafo. Era um telégrafo eletrostático que funcionava movendo a folha de ouro através do processo de condução elétrica.
O sistema de telégrafo eletrostático foi um conceito que Francisco Salva Campillo propôs no ano de 1795. Seu trabalho em telegrafia elétrica se estendeu de 1803 a 1804, e em 1804, ele entregou um relatório sobre suas descobertas à Academia Real de Ciências Naturais e Artes de Barcelona. Apesar do fato de que foi altamente influenciado e baseado em duas descobertas que foram feitas na Europa no ano de 1800, o sistema de telégrafo eletrólito de Salva foi extremamente inovador. Essas descobertas foram a bateria elétrica de Alessandro Volta, que era usada para gerar uma corrente elétrica, e a invenção da água por eletrólise da água de William Nicholson e Anthony Carlyle. Existe a possibilidade de que o primeiro exemplo de engenharia elétrica tenha sido a invenção da telegrafia elétrica. No final do século 19, o campo da engenharia elétrica surgiu como uma carreira. Os profissionais estabeleceram uma rede mundial de telégrafos elétricos, e o Reino Unido e os Estados Unidos foram os primeiros países a estabelecer faculdades profissionais de engenharia elétrica, a fim de fornecer apoio para o campo emergente de estudo. O ano de 1816 viu a criação de um sistema de telégrafo elétrico por Francis Ronalds, que também narrou sua visão de como a eletricidade pode revolucionar o mundo. Depois de mais de meio século, tornou-se membro da recém-formada Society of Telegraph Engineers, que viria a ser chamada de Institution of Electrical Engineers. Dentro desta organização, ele foi considerado por seus colegas como o pioneiro de seu grupo. Quando o século 19 chegou ao fim, o mundo tinha sido irrevogavelmente alterado como resultado da rápida comunicação que foi possibilitada pelo desenvolvimento da engenharia de linhas terrestres, cabos submarinos e, a partir do ano de 1890, telegrafia sem fio.
A necessidade de unidades de medida padronizadas tem crescido como resultado das aplicações práticas e avanços que têm sido feitos nessas disciplinas. As unidades de volt, ampere, coulomb, ohm, farad e henry foram posteriormente padronizadas em nível internacional como resultado de seus esforços. Um encontro global realizado em Chicago no ano de 1893 foi bem-sucedido em alcançar esse objetivo. A publicação dessas normas serviu como base para novos avanços na padronização em uma variedade de setores, e as definições foram rapidamente reconhecidas na legislação sobre o assunto em vários países e regiões.
Devido ao fato de que a tecnologia elétrica inicial era considerada de natureza eletromecânica, o estudo da eletricidade foi considerado principalmente como um subcampo da física ao longo desses anos. No ano de 1882, a Technische Universität Darmstadt estabeleceu o primeiro departamento de engenharia elétrica em todo o mundo. No ano de 1883, a universidade também criou o primeiro programa de graduação em engenharia elétrica. Foi no Massachusetts Institute of Technology (MIT), no departamento de física, que o professor Charles Cross iniciou o primeiro programa de graduação em engenharia elétrica nos Estados Unidos. No entanto, foi a Universidade de Cornell que produziu os primeiros graduados do mundo no campo da engenharia elétrica no ano de 1885. O Sibley College of Mechanical Engineering and Mechanic Arts da Universidade de Cornell foi a instituição que ofereceu o primeiro curso de engenharia elétrica no ano de 1883.
Por volta do ano de 1885, Andrew Dickson White, o Presidente da Universidade de Cornell, estabeleceu o primeiro Departamento de Engenharia Elétrica nos Estados Unidos pela primeira vez. Além disso, no mesmo ano, a University College London estabeleceu a primeira cadeira de engenharia elétrica em todo o Reino Unido. Dentro da Universidade de Missouri, o departamento de engenharia elétrica foi inicialmente formado no ano de 1886 pelo Professor Mendell P. Weinbach. Mais tarde, instituições de ensino, como universidades e institutos de tecnologia, gradualmente começaram a fornecer estudantes de todo o mundo com a oportunidade de participar de programas de engenharia elétrica.
Ao longo dessas décadas, houve um aumento significativo na aplicação da teoria da engenharia elétrica. No ano de 1882, Thomas Edison ativou a primeira rede de energia elétrica de grande escala do mundo, que fornecia corrente contínua (CC) a uma tensão de 110 volts para 59 clientes localizados na Ilha de Manhattan, na cidade de Nova York. Em 1884, Sir Charles Parsons teve a ideia da turbina a vapor, que tornou possível gerar energia elétrica de forma mais eficiente. A corrente alternada, que tem a capacidade de transmitir energia de forma mais eficaz a longas distâncias através da utilização de transformadores, sofreu um rápido desenvolvimento nas décadas de 1880 e 1890. Durante este período, os projetos de transformadores foram desenvolvidos por Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy e Miksa Déri (mais tarde referidos como transformadores ZBD), Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs e William Stanley Jr. Independentemente, Galileo Ferraris e Nikola Tesla criaram conceitos para motores CA viáveis, incluindo motores de indução. Mikhail Dolivo-Dobrovolsky e Charles Eugene Lancelot Brown passaram a melhorar essas invenções em uma forma trifásica que era mais prática. Oliver Heaviside e Charles Steinmetz fizeram contribuições significativas para a base teórica do desenvolvimento técnico de corrente alternada. A adoção generalizada da corrente alternada (CA) nos Estados Unidos desencadeou um conflito que tem sido referido como...
