Capitolo 1 : Elettrotecnica
L'ingegneria elettrica è un sottocampo dell'ingegneria che si concentra sullo studio, la progettazione e l'uso di vari macchinari, gadget e sistemi che utilizzano l'elettricità, l'elettronica e l'elettromagnetismo. Nell'ultima parte del XIX secolo, dopo la commercializzazione del telegrafo elettrico, del telefono e la generazione, la distribuzione e l'uso dell'energia elettrica, si è evoluto come un'attività distinta che poteva essere identificata.
Esiste una grande varietà di sottocampi che rientrano nell'ambito dell'ingegneria elettrica. Alcuni di questi sottocampi includono l'ingegneria informatica, l'ingegneria dei sistemi, l'ingegneria energetica, le telecomunicazioni, l'ingegneria delle radiofrequenze, l'elaborazione dei segnali, la strumentazione, le celle fotovoltaiche, l'elettronica, l'ottica e la fotonica. L'ingegneria dell'hardware, l'elettronica di potenza, l'elettromagnetismo e le onde, l'ingegneria delle microonde, la nanotecnologia, l'elettrochimica, le energie rinnovabili, la meccatronica/controllo e la scienza dei materiali elettrici sono solo alcuni dei numerosi sottocampi che rientrano nell'ambito di queste discipline. Molti di questi sottocampi si sovrappongono ad altri rami dell'ingegneria.
Nella maggior parte dei casi, gli ingegneri elettrici hanno conseguito una laurea in ingegneria elettrica, ingegneria elettronica o ingegneria elettrica ed elettronica. La certificazione professionale e l'appartenenza a un organismo professionale o a un'organizzazione internazionale di standardizzazione sono entrambe possibili per gli ingegneri che lavorano attivamente nella pratica dell'ingegneria. La Commissione elettrotecnica internazionale (IEC), l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) e l'Institution of Engineering and Technology (IET, precedentemente IEE) sono alcune delle organizzazioni che rientrano in questa categoria.
Esiste un'ampia varietà di settori in cui sono impiegati gli ingegneri elettrici e anche le abilità richieste per questi lavori sono diverse. Ciò include tutto, dalla teoria dei circuiti alle capacità di gestione richieste a un project manager. Da un semplice voltmetro a un software di progettazione e produzione complesso sono esempi dei tipi di strumenti e attrezzature di cui un singolo ingegnere avrebbe bisogno. Questi strumenti e attrezzature possono variare da semplici a complessi.
Almeno dall'inizio del XVII secolo, c'è stato un interesse scientifico per la questione dell'elettricità. Agli albori della scienza elettrica, William Gilbert era una figura notevole. A lui si attribuisce il merito di essere stata la prima persona a fare una distinzione netta tra magnetismo ed elettricità statica. È generalmente accettato che sia stato lui a usare per primo il termine "elettricità". Inoltre, è stato il creatore del versorium, che è un gadget in grado di rilevare la presenza di oggetti caricati staticamente. Johan Wilcke, un accademico svedese, ebbe l'idea di un dispositivo che in seguito sarebbe stato chiamato elettroforo. Questo dispositivo era in grado di generare una carica elettrica statica. A cavallo dell'Ottocento, Alessandro Volta aveva sviluppato la pila voltaica, che era un precursore della pila elettrica.
A partire dal XIX secolo, c'è stato un aumento della quantità di ricerche condotte sull'argomento. Notevoli sviluppi in questo secolo includono il lavoro di Hans Christian Ørsted, che scoprì nel 1820 che una corrente elettrica produce un campo magnetico che devia l'ago di una bussola; di William Sturgeon, che nel 1825 inventò l'elettromagnete; di Joseph Henry e Edward Davy, che inventarono il relè elettrico nel 1835; di Georg Ohm, che nel 1827 quantificò la relazione tra la corrente elettrica e la differenza di potenziale in un conduttore; di Michael Faraday, lo scopritore dell'induzione elettromagnetica nel 1831; e di James Clerk Maxwell, che nel 1873 pubblicò una teoria unificata dell'elettricità e del magnetismo nel suo trattato Elettricità e magnetismo.
Nell'anno 1782, Georges-Louis Le Sage costruì e dimostrò a Berlino quella che si ritiene essere la prima versione della telegrafia elettrica al mondo. Ha utilizzato un totale di 24 righe separate, una per ogni lettera dell'alfabeto. Queste due stanze erano collegate da questo telegrafo. Era un telegrafo elettrostatico che funzionava spostando la foglia d'oro attraverso il processo di conduzione elettrica.
Il sistema telegrafico elettrostatico era un concetto che Francisco Salva Campillo propose nell'anno 1795. Il suo lavoro sulla telegrafia elettrica si svolse tra il 1803 e il 1804 e nel 1804 consegnò un rapporto sulle sue scoperte all'Accademia Reale di Scienze Naturali e Arti di Barcellona. Nonostante il fatto che sia stato fortemente influenzato e basato su due scoperte fatte in Europa nell'anno 1800, il sistema telegrafico elettrolitico di Salva era estremamente innovativo. Queste scoperte furono la batteria elettrica di Alessandro Volta, che veniva utilizzata per generare una corrente elettrica, e l'invenzione dell'elettrolisi dell'acqua di William Nicholson e Anthony Carlyle. C'è la possibilità che il primo esempio di ingegneria elettrica sia stata l'invenzione della telegrafia elettrica. Nell'ultima parte del 19° secolo, il campo dell'ingegneria elettrica è emerso come carriera. I professionisti avevano stabilito una rete telegrafica elettrica mondiale e il Regno Unito e gli Stati Uniti furono i primi paesi a istituire college professionali di ingegneria elettrica al fine di fornire supporto per il campo di studio emergente. L'anno 1816 vide la creazione di un sistema di telegrafo elettrico da parte di Francis Ronalds, che raccontò anche la sua visione di come l'elettricità potesse rivoluzionare il mondo. Dopo più di mezzo secolo, divenne membro della neonata Society of Telegraph Engineers, che alla fine sarebbe stata chiamata Institution of Electrical Engineers. All'interno di questa organizzazione, era considerato dai suoi compagni di squadra il pioniere del loro gruppo. Alla fine del XIX secolo, il mondo era stato irrevocabilmente alterato a causa della rapida comunicazione resa possibile dallo sviluppo ingegneristico delle linee terrestri, dei cavi sottomarini e, a partire dall'anno 1890, della telegrafia senza fili.
La necessità di unità di misura standardizzate è cresciuta a seguito delle applicazioni pratiche e dei progressi compiuti in queste discipline. Le unità di volt, ampere, coulomb, ohm, farad e henry furono successivamente standardizzate a livello internazionale come risultato dei loro sforzi. Un raduno globale tenutosi a Chicago nell'anno 1893 riuscì a raggiungere questo obiettivo. La pubblicazione di questi standard è servita come base per ulteriori progressi nella standardizzazione in una varietà di settori e le definizioni sono state rapidamente riconosciute nella legislazione relativa all'argomento in un certo numero di paesi e regioni.
A causa del fatto che la prima tecnologia elettrica era considerata di natura elettromeccanica, lo studio dell'elettricità è stato principalmente considerato un sottocampo della fisica in questi anni. Nell'anno 1882, la Technische Universität Darmstadt istituì il primo dipartimento di ingegneria elettrica in tutto il mondo. Nell'anno 1883, l'università creò anche il primo corso di laurea in ingegneria elettrica. Fu al Massachusetts Institute of Technology (MIT) nel dipartimento di fisica che il professor Charles Cross avviò il primo corso di laurea in ingegneria elettrica negli Stati Uniti. Tuttavia, è stata la Cornell University che ha prodotto i primi laureati al mondo nel campo dell'ingegneria elettrica nell'anno 1885. Il Sibley College of Mechanical Engineering and Mechanic Arts della Cornell University è stata l'istituzione che ha offerto il primo corso di ingegneria elettrica nell'anno 1883.
Intorno all'anno 1885, Andrew Dickson White, il presidente della Cornell University, fondò per la prima volta il primo Dipartimento di Ingegneria Elettrica negli Stati Uniti. Inoltre, nello stesso anno, l'University College di Londra ha istituito la prima cattedra di ingegneria elettrica in tutto il Regno Unito. All'interno dell'Università del Missouri, il dipartimento di ingegneria elettrica è stato inizialmente costituito nell'anno 1886 dal professor Mendell P. Weinbach. Successivamente, istituzioni educative come università e istituti di tecnologia hanno iniziato gradualmente a fornire agli studenti di tutto il mondo l'opportunità di partecipare a programmi di ingegneria elettrica.
Nel corso di questi decenni, c'è stato un aumento significativo dell'applicazione della teoria dell'ingegneria elettrica. Nell'anno 1882, Thomas Edison attivò la prima rete elettrica su larga scala al mondo, che forniva corrente continua (CC) a una tensione di 110 volt a 59 clienti situati sull'isola di Manhattan nella città di New York. Nel 1884, Sir Charles Parsons ebbe l'idea della turbina a vapore, che consentiva di generare energia elettrica in modo più efficiente. La corrente alternata, che ha la capacità di trasmettere energia in modo più efficace su lunghe distanze attraverso l'utilizzo di trasformatori, subì un rapido sviluppo negli anni 1880 e 1890. Durante questo periodo, i progetti di trasformatori furono sviluppati da Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy e Miksa Déri (in seguito denominati trasformatori ZBD), Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs e William Stanley Jr. Indipendentemente, Galileo Ferraris e Nikola Tesla elaborarono concetti per motori a corrente alternata praticabili, inclusi i motori a induzione. Mikhail Dolivo-Dobrovolsky e Charles Eugene Lancelot Brown continuarono a migliorare queste invenzioni in una forma a tre fasi che era più pratica. Oliver Heaviside e Charles Steinmetz hanno entrambi dato un contributo significativo alla...
