Ηλεκτρολογία

Η Ηλεκτρολογική Μηχανική (ή Μηχανική Ηλεκτρολόγου) είναι ένας κλάδος της μηχανικής που ασχολείται με τη μελέτη, τη σχεδίαση και την εφαρμογή εξοπλισμού, συσκευών και συστημάτων που χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό, ηλεκτρονική και ηλεκτρομαγνητισμό. Εμφανίστηκε ως διακριτό επάγγελμα στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, μετά την εμπορευματοποίηση του ηλεκτρικού τηλέγραφου, του τηλεφώνου και την παραγωγή, διανομή και χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας.

Η ηλεκτρολογική μηχανική χωρίζεται σε ένα ευρύ φάσμα επιμέρους τομέων, όπως:
 Μηχανική υπολογιστών
 Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ)
 Τηλεπικοινωνίες
 Επεξεργασία σήματος
 Συστήματα αυτομάτου ελέγχου (ΣΑΕ)
 Ηλεκτρονική
 Μικροηλεκτρονική και φωτονική

Πολλοί από αυτούς τους κλάδους επικαλύπτονται με άλλους τομείς της μηχανικής, καλύπτοντας εξειδικεύσεις όπως η μηχανική υλικού (hardware), τα ηλεκτρονικά ισχύος, η νανοτεχνολογία, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και η μηχατρονική.

Στην Ελλάδα, οι Ηλεκτρολόγοι Μηχανικοί είναι συνήθως απόφοιτοι Πολυτεχνικών Σχολών (5ετούς φοίτησης) και εγγράφονται στο Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας (ΤΕΕ). Οι επαγγελματίες του κλάδου συμμετέχουν συχνά σε διεθνείς οργανισμούς προτύπων, όπως η Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (IEC), το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) και το Institution of Engineering and Technology (IET).

Οι δεξιότητες που απαιτούνται ποικίλλουν από τη βαθιά γνώση της θεωρίας κυκλωμάτων έως τις διοικητικές ικανότητες ενός υπεύθυνου έργου (project manager). Τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται εκτείνονται από ένα απλό βολτόμετρο έως εξελιγμένα λογισμικά σχεδίασης (CAD) και προσομοίωσης.

 Ιστορία 

Ο ηλεκτρισμός αποτελεί αντικείμενο επιστημονικού ενδιαφέροντος τουλάχιστον από τις αρχές του 17ου αιώνα. Ο Γουίλιαμ Γκίλμπερτ ήταν ένας εξέχων πρώιμος επιστήμονας, ο οποίος έκανε για πρώτη φορά σαφή διάκριση μεταξύ του μαγνητισμού και του στατικού ηλεκτρισμού. Του αποδίδεται η καθιερωμένη χρήση του όρου "electricity" (ηλεκτρισμός). Σχεδίασε επίσης το versorium: μια συσκευή που ανιχνεύει την παρουσία στατικά φορτισμένων αντικειμένων. Το 1762, ο Σουηδός καθηγητής Γιόχαν Βίλκε επινόησε μια συσκευή που αργότερα ονομάστηκε ηλεκτροφόρο, η οποία παρήγαγε στατικό ηλεκτρικό φορτίο. Μέχρι το 1800, ο Αλεσάντρο Βόλτα είχε αναπτύξει τη βολταϊκή στήλη, τον πρόδρομο της ηλεκτρικής μπαταρίας.
 19ος αιώνας 

Κατά τον 19ο αιώνα, η έρευνα γύρω από τον ηλεκτρισμό εντάθηκε. Σημαντικές εξελίξεις αυτής της περιόδου περιλαμβάνουν το έργο του Χανς Κρίστιαν Έρστεντ, ο οποίος ανακάλυψε το 1820 ότι το ηλεκτρικό ρεύμα παράγει μαγνητικό πεδίο· του Γουίλιαμ Στέρτζον, ο οποίος το 1825 εφηύρε τον ηλεκτρομαγνήτη· του Τζόζεφ Χένρι και του Έντουαρντ Ντέιβι, που επινόησαν το ηλεκτρικό ρελέ το 1835· του Γκέοργκ Ωμ, ο οποίος το 1827 ποσοτικοποίησε τη σχέση μεταξύ ηλεκτρικού ρεύματος και διαφοράς δυναμικού σε έναν αγωγό (Νόμος του Ωμ)· του Μάικλ Φαραντέι, ανακαλύπτοντας την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή το 1831· και του Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ, ο οποίος το 1873 δημοσίευσε μια ενοποιημένη θεωρία ηλεκτρισμού και μαγνητισμού στην πραγματεία του Electricity and Magnetism.

Η ηλεκτρική τηλεγραφία θεωρείται το πρώτο δείγμα ηλεκτρολογικής μηχανικής. Ο Φρανσίσκο Σάλβα Καμπίγιο πρότεινε ένα ηλεκτροστατικό τηλεγραφικό σύστημα το 1795, ενώ αργότερα ο Φράνσις Ρόναλντς δημιούργησε ένα λειτουργικό σύστημα το 1816, καταγράφοντας το όραμά του για το πώς ο ηλεκτρισμός θα μεταμόρφωνε τον κόσμο. Μέχρι το τέλος του 19ου αιώνα, η παγκόσμια επικοινωνία είχε αλλάξει ριζικά μέσω των υποβρύχιων καλωδίων και, από το 1890, μέσω της ασύρματης τηλεγραφίας.

Η ανάγκη για τυποποιημένες μονάδες μέτρησης οδήγησε στη διεθνή καθιέρωση των μονάδων volt, ampere, coulomb, ohm, farad και henry στο συνέδριο του Σικάγο το 1893. Αυτό αποτέλεσε τη βάση για τη μετέπειτα βιομηχανική τυποποίηση παγκοσμίως.

Κατά τη διάρκεια αυτών των δεκαετιών, η ηλεκτρολογική μηχανική άρχισε να αυτονομείται από τη φυσική. Το 1882, το Πολυτεχνείο του Ντάρμστατ ίδρυσε το πρώτο τμήμα ηλεκτρολογικής μηχανικής στον κόσμο. Στις ΗΠΑ, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης (MIT) και το Πανεπιστήμιο Κορνέλ πρωτοστάτησαν στην εισαγωγή αντίστοιχων προγραμμάτων σπουδών.

Στα τέλη του αιώνα, η χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας αυξήθηκε κατακόρυφα. Το 1882, ο Τόμας Έντισον εγκαινίασε το πρώτο μεγάλης κλίμακας δίκτυο συνεχούς ρεύματος (DC) στη Νέα Υόρκη. Ωστόσο, η εφεύρεση του ατμοστρόβιλου από τον Σερ Κάρολο Πάρσονς και η ανάπτυξη του εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) από τους Νίκολα Τέσλα, Τζορτζ Γουέστινγκχαους και άλλους, οδήγησαν στον «Πόλεμος των Ρευμάτων». Το AC επικράτησε τελικά ως το παγκόσμιο πρότυπο λόγω της ικανότητάς του να μεταφέρει ενέργεια σε μεγάλες αποστάσεις μέσω μετασχηματιστών.
 Αρχές του 20ού αιώνα 

Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του ραδιοφώνου, πολλοί επιστήμονες και εφευρέτες συνέβαλαν στη ραδιοφωνική τεχνολογία και την ηλεκτρονική. Το μαθηματικό έργο του Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ κατά τη δεκαετία του 1850 είχε δείξει τη σχέση των διαφόρων μορφών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένης της πιθανότητας ύπαρξης αόρατων κυμάτων που μεταφέρονται στον αέρα (τα μετέπειτα «ραδιοκύματα»).

Στα κλασικά πειράματα φυσικής του 1888, ο Χάινριχ Χερτζ απέδειξε τη θεωρία του Μάξγουελ εκπέμποντας ραδιοκύματα με έναν πομπό σπινθήρα και ανιχνεύοντάς τα με απλές ηλεκτρικές συσκευές. Άλλοι φυσικοί πειραματίστηκαν με αυτά τα νέα κύματα, αναπτύσσοντας συσκευές για τη μετάδοση και την ανίχνευσή τους. Το 1895, ο Γκουλιέλμο Μαρκόνι άρχισε να εργάζεται πάνω σε έναν τρόπο προσαρμογής των γνωστών μεθόδων μετάδοσης και ανίχνευσης αυτών των «Ερτζιανών κυμάτων» σε ένα εμπορικό σύστημα ασύρματης τηλεγραφίας. Τον Δεκέμβριο του 1901, έστειλε ασύρματα κύματα που δεν επηρεάζονταν από την καμπυλότητα της Γης, μεταδίδοντας σήματα σε όλο τον Ατλαντικό Ωκεανό, μεταξύ της Κορνουάλης και της Νέας Γης (Καναδάς), σε μια απόσταση 2.100 μιλίων (3.380 χιλιόμετρα).

Η επικοινωνία μέσω χιλιοστομετρικών κυμάτων ερευνήθηκε για πρώτη φορά από τον Τζαγκαντίς Τσάντρα Μπόουζ κατά την περίοδο 1894–1896, όταν έφτασε σε εξαιρετικά υψηλή συχνότητα (EHF) έως και 60 GHz στα πειράματά του. Εισήγαγε επίσης τη χρήση επαφών ημιαγωγών για την ανίχνευση ραδιοκυμάτων, όταν κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τον κρυσταλλικό ανιχνευτή (crystal detector) το 1901.

Το 1897, ο Καρλ Φέρντιναντ Μπράουν εισήγαγε τον καθοδικό σωλήνα ως μέρος ενός παλμογράφου, μια τεχνολογία ζωτικής σημασίας για τη μετέπειτα ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τηλεόρασης. Ο Τζον Άμπροουζ Φλέμινγκ εφηύρε την πρώτη ραδιοφωνική λυχνία, τη δίοδο, το 1904. Δύο χρόνια αργότερα, ο Ρόμπερτ φον Λίμπεν και ο Λη ντε Φόρεστ ανέπτυξαν ανεξάρτητα τη λυχνία ενίσχυσης, που ονομάστηκε τρίοδος.

Το 1920, ο Άλμπερτ Χαλ ανέπτυξε το μάγνητρον (magnetron), το οποίο οδήγησε τελικά στην ανάπτυξη του φούρνου μικροκυμάτων το 1946 από τον Πέρσι Σπένσερ. Το 1934, ο βρετανικός στρατός άρχισε να σημειώνει πρόοδο προς το ραντάρ (το οποίο χρησιμοποιεί επίσης το μάγνητρον), με την λειτουργία του πρώτου σταθμού ραντάρ το 1936.

Το 1941, ο Κόνραντ Τσούζε παρουσίασε τον Z3, τον πρώτο πλήρως λειτουργικό και προγραμματιζόμενο υπολογιστή στον κόσμο που χρησιμοποιούσε ηλεκτρομηχανικά μέρη. Το 1943, ο Τόμι Φλάουερς σχεδίασε και κατασκεύασε τον Colossus, τον πρώτο πλήρως λειτουργικό, ηλεκτρονικό και ψηφιακό προγραμματιζόμενο υπολογιστή. Ακολούθησε το 1946 ο ENIAC των Τζον Πρέσπερ Έκερτ και Τζον Μόκλι, εγκαινιάζοντας την εποχή της πληροφορικής. 

Το 1948, ο Κλοντ Σάνον δημοσίευσε το έργο «Μια Μαθηματική Θεωρία της Επικοινωνίας» (A Mathematical Theory of Communication), το οποίο περιέγραψε μαθηματικά τη μετάδοση πληροφοριών με την παρουσία αβεβαιότητας (ηλεκτρικός θόρυβος).
 Ηλεκτρονική Στερεάς Κατάστασης 

Το πρώτο λειτουργικό τρανζίστορ ήταν ένα τρανζίστορ επαφής σημείου (point-contact transistor), το οποίο εφευρέθηκε από τους Τζον Μπαρντίν και Γουόλτερ Μπράταιν, υπό την επίβλεψη του Γουίλιαμ Σόκλι στα εργαστήρια Bell Telephone Laboratories (BTL) το 1947. Στη συνέχεια, το 1948, εφηύραν το διπολικό τρανζίστορ επαφής (BJT). Παρόλο που τα πρώτα τρανζίστορ ήταν σχετικά ογκώδη και δύσκολα στη μαζική παραγωγή, άνοιξαν τον δρόμο για πιο συμπαγείς συσκευές.

Τα πρώτα ολοκληρωμένα κυκλώματα ήταν το υβριδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα του Τζακ Κίλμπι (Texas Instruments, 1958) και το μονολιθικό ολοκληρωμένο κύκλωμα του Ρόμπερτ Νόις (Fairchild Semiconductor, 1959).

Το MOSFET (τρανζίστορ επίδρασης πεδίου μέταλλο-οξειδίου-ημιαγωγού) εφευρέθηκε από τους Μοχάμεντ Ατάλα και Νταγουόν Κανγκ στα Bell Labs το 1959. Ήταν το πρώτο πραγματικά συμπαγές τρανζίστορ που μπορούσε να μικρογραφηθεί και να παραχθεί μαζικά για ένα ευρύ φάσμα χρήσεων. Το MOSFET έφερε επανάσταση στη βιομηχανία ηλεκτρονικών, αποτελώντας την ηλεκτρονική συσκευή με την ευρύτερη χρήση στον κόσμο.

Η τεχνολογία MOSFET επέτρεψε την κατασκευή τσιπ ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής πυκνότητας (VLSI). Αυτό κατέστησε εφικτό τον Νόμος του Μουρ, την πρόβλεψη του Γκόρντον Μουρ το 1965 για τον διπλασιασμό του αριθμού των τρανζίστορ σε ένα τσιπ κάθε δύο χρόνια. Η μαζική παραγωγή MOSFET πυριτίου και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων MOS οδήγησε σε επαναστατικές αλλαγές στην τεχνολογία, την οικονομία και τον πολιτισμό.

Το Πρόγραμμα Απόλλων, που κορυφώθηκε με την προσεδάφιση των αστροναυτών στη Σελήνη το 1969, κατέστη εφικτό χάρη στην υιοθέτηση από τη NASA των προόδων στην τεχνολογία ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένων των MOSFET και των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων πυριτίου στον υπολογιστή καθοδήγησης του Απόλλων (AGC).

Η ανάπτυξη της τεχνολογίας ολοκληρωμένων κυκλωμάτων MOS τη δεκαετία του 1960 οδήγησε στην εφεύρεση του μικροεπεξεργαστή στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Ο πρώτος μικροεπεξεργαστής σε ένα μόνο τσιπ ήταν ο Intel 4004 (1971), ο οποίος σχεδιάστηκε από τον Φεντερίκο Φαγκίν, μαζί με τους Μαρσιαν Χοφ, Στάνλεϊ Μέιζορ και Μασατόσι Σίμα. Ο μικροεπεξεργαστής οδήγησε στην ανάπτυξη των μικροϋπολογιστών, των προσωπικών υπολογιστών (PC) και στην ψηφιακή επανάσταση.
 Ηλεκτρολογική Μηχανική και Τεχνητή Νοημοσύνη 
Στους πρόσφατους χρόνους, το αντικείμενο της μηχανικής μάθησης (συμπεριλαμβανομένης της αναγνώρισης φωνής, της υπολογιστικής όρασης και της ενισχυτικής μάθησης) παρουσιάζει σημαντική επικάλυψη με πεδία της ηλεκτρολογικής μηχανικής, όπως η επεξεργασία σήματος, η επεξεργασία εικόνας και η μηχανική ελέγχου. Τεχνικές μηχανικής μάθησης χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως σε ηλεκτρολογικά συστήματα, όπως στον αυτοματισμό ηλεκτρονικού σχεδιασμού (EDA), στα έξυπνα δίκτυα (smart grids) και στην προσαρμοστική επεξεργασία σήματος.

 Επιμέρους Κλάδοι 
Μία από τις ιδιότητες του ηλεκτρισμού είναι ότι είναι εξαιρετικά χρήσιμος τόσο για τη μεταφορά ενέργειας όσο και για τη μεταφορά πληροφοριών. Αυτοί ήταν και οι πρώτοι τομείς στους οποίους αναπτύχθηκε η ηλεκτρολογική μηχανική. Σήμερα, ο κλάδος περιλαμβάνει πολλές υποειδικότητες, οι συνηθέστερες από τις οποίες παρατίθενται παρακάτω. Αν και υπάρχουν μηχανικοί που εστιάζουν αποκλειτικά σε μία από αυτές, πολλοί ασχολούνται με έναν συνδυασμό τους. Ορισμένοι τομείς, όπως η ηλεκτρονική μηχανική και η μηχανική υπολογιστών, θεωρούνται πλέον αυτόνομοι κλάδοι.

 Ενέργεια και Συστήματα Ισχύος 

Ο τομέας της Ενέργειας και της Ισχύος ασχολείται με την παραγωγή, τη μεταφορά και τη διανομή του ηλεκτρισμού, καθώς και με τον σχεδιασμό σχετικών συσκευών. Αυτές περιλαμβάνουν μετασχηματιστές, γεννήτριες, κινητήρες, τεχνολογίες υψηλής τάσης και ηλεκτρονικά ισχύος. 

Σε πολλές περιοχές, το κράτος ή ιδιωτικοί φορείς διατηρούν ένα ηλεκτρικό δίκτυο (power grid) που συνδέει τους παραγωγούς με τους καταναλωτές. Οι μηχανικοί ισχύος εργάζονται στον σχεδιασμό και τη συντήρηση αυτού του δικτύου, καθώς και των συστημάτων που συνδέονται σε αυτό (on-grid) ή λειτουργούν αυτόνομα (off-grid), όπως οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτριες).
 Τηλεπικοινωνίες 

Η μηχανική τηλεπικοινωνιών επικεντρώνεται στη μετάδοση πληροφοριών μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας, όπως ένα ομοαξονικό καλώδιο, μια οπτική ίνα ή ο ελεύθερος χώρος. Η μετάδοση στον ελεύθερο χώρο απαιτεί την κωδικοποίηση της πληροφορίας σε ένα φέρον σήμα μέσω της διαδικασίας της διαμόρφωσης (modulation). Δημοφιλείς τεχνικές αναλογικής διαμόρφωσης είναι η διαμόρφωση πλάτους (AM) και η διαμόρφωση συχνότητας (FM).

Οι τηλεπικοινωνιακοί μηχανικοί σχεδιάζουν τους πομπούς και τους δέκτες, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στην κατανάλωση ισχύος και την ποιότητα του σήματος, ώστε η πληροφορία να μην αλλοιώνεται από τον θόρυβο ή τις παρεμβολές.
 Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 

Τα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου (ΣΑΕ) εστιάζουν στη μοντελοποίηση δυναμικών συστημάτων και στον σχεδιασμό ελεγκτών που θα αναγκάσουν τα συστήματα να συμπεριφέρονται με τον επιθυμητό τρόπο. Για την υλοποίηση αυτών των ελεγκτών χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικά κυκλώματα, ψηφιακοί επεξεργαστές σήματος (DSP), μικροελεγκτές και λογικοί ελεγκτές (PLC). 

Οι μηχανικοί ελέγχου χρησιμοποιούν συχνά την ανατροφοδότηση (feedback). Για παράδειγμα, στο cruise control ενός αυτοκινήτου, η ταχύτητα παρακολουθείται συνεχώς και επιστρέφει ως σήμα στο σύστημα, το οποίο ρυθμίζει ανάλογα την ισχύ του κινητήρα. Εφαρμογές υπάρχουν από την αεροναυπηγική και τη ρομποτική έως τη βιομηχανική αυτοματοποίηση.

 Ηλεκτρονική 

Η ηλεκτρονική μηχανική περιλαμβάνει τον σχεδιασμό και τη δοκιμή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που χρησιμοποιούν τις ιδιότητες εξαρτημάτων όπως οι αντιστάσεις, οι πυκνωτές, τα πηνία, οι δίοδοι και τα τρανζίστορ.

Πριν από τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο, ο κλάδος ήταν γνωστός ως «μηχανική ραδιοφώνου». Μετά τον πόλεμο, επεκτάθηκε σε συστήματα ήχου, τηλεοράσεις, υπολογιστές και μικροεπεξεργαστές. Η εφεύρεση του ολοκληρωμένου κυκλώματος το 1959 επέτρεψε τη συσκευασία εκατομμυρίων εξαρτημάτων σε ένα μικρό τσιπ, οδηγώντας στη δημιουργία των σύγχρονων ισχυρών υπολογιστών και φορητών συσκευών.
 Μικροηλεκτρονική και Νανοηλεκτρονική 

Η μηχανική της μικροηλεκτρονικής ασχολείται με τη σχεδίαση και τη μικροκατασκευή (microfabrication) πολύ μικρών εξαρτημάτων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων για χρήση σε ολοκληρωμένα κυκλώματα ή μεμονωμένα. Τα πιο κοινά μικροηλεκτρονικά εξαρτήματα είναι τα τρανζίστορ ημιαγωγών, αν και όλα τα κύρια εξαρτήματα (αντιστάσεις, πυκνωτές κ.λπ.) μπορούν να κατασκευαστούν σε μικροσκοπικό επίπεδο.

Η Νανοηλεκτρονική αποτελεί την περαιτέρω σμίκρυνση των διατάξεων σε επίπεδα νανομέτρων (nm). Οι σύγχρονες συσκευές βρίσκονται ήδη σε αυτό το καθεστώς, με τις επεξεργασίες κάτω των 100 nm να αποτελούν πρότυπο ήδη από το 2002.

Τα μικροηλεκτρονικά εξαρτήματα δημιουργούνται μέσω χημικής επεξεργασίας πλακιδίων (wafers) ημιαγωγών, όπως το πυρίτιο ή σύνθετοι ημιαγωγοί (αρσενικούχο γαλλίο, φωσφορικό ίνδιο). Ο τομέας απαιτεί από τον ηλεκτρολόγο μηχανικό γνώσεις χημείας, επιστήμης υλικών και κβαντομηχανικής.

 Επεξεργασία Σήματος 


Η επεξεργασία σήματος ασχολείται με την ανάλυση και τη διαχείριση σημάτων. Τα σήματα μπορεί να είναι είτε αναλογικά, όπου το σήμα μεταβάλλεται συνεχώς, είτε ψηφιακά, όπου το σήμα μεταβάλλεται σύμφωνα με μια σειρά διακριτών τιμών.

Για τα αναλογικά σήματα, η επεξεργασία μπορεί να περιλαμβάνει την ενίσχυση και το φιλτράρισμα ηχητικών σημάτων ή τη διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση σημάτων στις τηλεπικοινωνίες. Για τα ψηφιακά σήματα, περιλαμβάνει τη συμπίεση δεδομένων, την ανίχνευση και τη διόρθωση σφαλμάτων.

Η Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος (DSP) επεκτείνεται ραγδαία σε πεδία όπως τα ραντάρ, η βιοϊατρική μηχανική και η ηχοληψία. Οι επεξεργαστές DSP βρίσκονται σε τηλεοράσεις, κινητά τηλέφωνα, συσκευές αναπαραγωγής πολυμέσων και συστήματα ελέγχου αυτοκινήτων, εκτελώντας εργασίες όπως η αναγνώριση φωνής, η επεξεργασία εικόνας και ο εντοπισμός θέσης μέσω GPS.
 Οργανολογία 

Η οργανολογία (instrumentation) ασχολείται με τον σχεδιασμό συσκευών για τη μέτρηση φυσικών μεγεθών, όπως η πίεση, η παροχή και η θερμοκρασία. Ο σχεδιασμός τέτοιων οργάνων απαιτεί καλή κατανόηση της φυσικής πέρα από την ηλεκτρομαγνητική θεωρία.

Για παράδειγμα, τα όργανα πτήσης μετρούν μεταβλητές όπως η ταχύτητα του ανέμου και το υψόμετρο. Ομοίως, τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούν το φαινόμενο Seebeck για τη μέτρηση της διαφοράς θερμοκρασίας. Συχνά, η οργανολογία χρησιμοποιείται ως το σύστημα αισθητήρων σε μεγαλύτερα συστήματα ελέγχου (π.χ. σε μια υψικάμινο).

 Υπολογιστές 


Η Μηχανική υπολογιστών ασχολείται με τη σχεδίαση υπολογιστών και συστημάτων υπολογιστών. Αυτό περιλαμβάνει τη σχεδίαση νέου υλικού (hardware), αλλά και την ενασχόληση με το λογισμικό. Ωστόσο, η σχεδίαση σύνθετων συστημάτων λογισμικού είναι συνήθως αντικείμενο της μηχανικής λογισμικού, η οποία θεωρείται ξεχωριστός κλάδος. Οι μηχανικοί υπολογιστών εργάζονται σε ένα ευρύ φάσμα συσκευών, από επιτραπέζιους υπολογιστές έως ενσωματωμένα συστήματα σε κονσόλες βιντεοπαιχνιδιών και ρομπότ.
 Φωτονική και Οπτική 


Η Φωτονική και η Οπτική ασχολούνται με την παραγωγή, μετάδοση, ενίσχυση, διαμόρφωση και ανίχνευση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν τον σχεδιασμό οπτικών οργάνων όπως φακοί και μικροσκόπια, καθώς και συστήματα μέτρησης, λέιζερ, συστήματα επικοινωνίας με οπτικές ίνες και οπτικούς δίσκους (CD/DVD). Η φωτονική βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην οπτοηλεκτρονική και σε σύγχρονες εξελίξεις όπως τα μεταϋλικά.
 Συναφείς Κλάδοι 
Η Μηχατρονική είναι ένας κλάδος της μηχανικής που ασχολείται με τη σύγκλιση ηλεκτρικών και μηχανικών συστημάτων. Τέτοια συνδυασμένα συστήματα είναι γνωστά ως ηλεκτρομηχανικά συστήματα και έχουν ευρεία εφαρμογή. Παραδείγματα περιλαμβάνουν αυτοματοποιημένα συστήματα παραγωγής, συστήματα θέρμανσης, αερισμού και κλιματισμού, καθώς και διάφορα υποσυστήματα αεροσκαφών και αυτοκινήτων.

Ο όρος «μηχατρονική» χρησιμοποιείται συνήθως για συστήματα μακροσκοπικής κλίμακας, αλλά οι ειδικοί προβλέπουν την εμφάνιση πολύ μικρών ηλεκτρομηχανικών διατάξεων. Τέτοιες μικρές συσκευές, γνωστές ως Μικροηλεκτρομηχανολογικά συστήματα (MEMS), χρησιμοποιούνται ήδη στα αυτοκίνητα για την ενεργοποίηση των αερόσακων, σε ψηφιακούς προβολείς για τη δημιουργία καθαρότερων εικόνων και σε εκτυπωτές ψεκασμού μελάνης.

Στην αεροδιαστημική μηχανική και τη ρομποτική, παραδείγματα αποτελούν η πρόσφατη ηλεκτρική πρόωση και η ιοντική πρόωση.
 Εκπαίδευση 
Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί κατέχουν συνήθως ένα ακαδημαϊκό πτυχίο με ειδίκευση στην ηλεκτρολογική μηχανική, την ηλεκτρονική μηχανική ή τη μηχανική υπολογιστών. Στην Ελλάδα, η πλειονότητα των ηλεκτρολόγων μηχανικών προέρχεται από τα Πολυτεχνεία και τις Πολυτεχνικές Σχολές, όπου η φοίτηση είναι πενταετής και οδηγεί σε ενιαίο και αδιάσπαστο τίτλο σπουδών μεταπτυχιακού επιπέδου (Integrated Master).

Το πτυχίο περιλαμβάνει ενότητες που καλύπτουν τη φυσική, τα μαθηματικά, την πληροφορική, τη διαχείριση έργων και εξειδικευμένα θέματα ηλεκτρολογικής μηχανικής. Αρχικά, οι σπουδές καλύπτουν το σύνολο των υποκλάδων, ενώ στα τελευταία έτη οι φοιτητές επιλέγουν «ροές» ή κατευθύνσεις (π.χ. Ενέργεια, Τηλεπικοινωνίες, Ηλεκτρονική).

Σε πολλά πανεπιστήμια παγκοσμίως, η ηλεκτρονική μηχανική περιλαμβάνεται ως μέρος του πτυχίου ηλεκτρολογίας, μερικές φορές ρητά, όπως στο πτυχίο «Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών» (ΗΜΜΥ), που είναι ο πλέον διαδεδομένος τίτλος στην Ελλάδα.


Ορισμένοι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί επιλέγουν να συνεχίσουν για μεταπτυχιακές σπουδές (MSc), μεταπτυχιακά στη διοίκηση μηχανικών ή διδακτορικό δίπλωμα (PhD). Το διδακτορικό δίπλωμα περιλαμβάνει σημαντικό ερευνητικό μέρος και θεωρείται συχνά η πύλη εισόδου στον ακαδημαϊκό χώρο. Στο Ηνωμένο Βασίλειο και σε άλλες ευρωπαϊκές χώρες, το Master of Engineering (MEng) θεωρείται συχνά προπτυχιακό πτυχίο ελαφρώς μεγαλύτερης διάρκειας από το Bachelor, παρόμοιο με το ελληνικό δίπλωμα μηχανικού.

 Επαγγελματική Πρακτική 

Στις περισσότερες χώρες, το πτυχίο μηχανικού αποτελεί το πρώτο βήμα προς την επαγγελματική πιστοποίηση, ενώ το ίδιο το πρόγραμμα σπουδών πιστοποιείται από κάποιον επαγγελματικό φορέα. Μετά την ολοκλήρωση των σπουδών, ο μηχανικός πρέπει να ικανοποιήσει μια σειρά προϋποθέσεων (συμπεριλαμβανομένης της εργασιακής εμπειρίας) πριν λάβει την πιστοποίηση. 

Στην Ελλάδα, η άδεια ασκήσεως επαγγέλματος χορηγείται από το Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας (ΤΕΕ) κατόπιν εξετάσεων. Μετά την επιτυχία στις εξετάσεις, ο μηχανικός εγγράφεται στο μητρώο του ΤΕΕ και λαμβάνει τον τίτλο του Διπλωματούχου Μηχανικού, αποκτώντας τα πλήρη επαγγελματικά δικαιώματα που προβλέπονται από τη νομοθεσία για την υπογραφή μελετών και την επίβλεψη έργων.


Σε διεθνές επίπεδο, οι πιστοποιημένοι μηχανικοί φέρουν τίτλους όπως:
 Professional Engineer (PE) στις ΗΠΑ και τον Καναδά.
 Chartered Engineer (CEng) στο Ηνωμένο Βασίλειο, την Ιρλανδία και την Αυστραλία.
 European Engineer (EUR ING) μέσω της ομοσπονδίας FEANI στις περισσότερες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης.

Σχεδόν όλοι οι φορείς πιστοποίησης διατηρούν έναν κώδικα δεοντολογίας, στον οποίο οφείλουν να συμμορφώνονται όλα τα μέλη. Οι οργανισμοί αυτοί διασφαλίζουν τη διατήρηση των ηθικών προτύπων του επαγγέλματος. Ακόμη και σε περιοχές όπου η πιστοποίηση έχει μικρή νομική βαρύτητα, οι μηχανικοί υπόκεινται στο δίκαιο των συμβάσεων και, σε περιπτώσεις αστοχίας του έργου τους, μπορεί να αντιμετωπίσουν κατηγορίες για αμέλεια.

Σημαντικοί επαγγελματικοί φορείς για τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς είναι το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) και το Institution of Engineering and Technology (IET). Το IEEE παράγει το 30% της παγκόσμιας βιβλιογραφίας στην ηλεκτρολογική μηχανική, έχει πάνω από 400.000 μέλη παγκοσμίως και διοργανώνει χιλιάδες συνέδρια ετησίως. Το IET είναι η μεγαλύτερη επαγγελματική ένωση μηχανικών στην Ευρώπη.

Λόγω της ταχείας εξέλιξης της τεχνολογίας, η απαξίωση των τεχνικών δεξιοτήτων αποτελεί σοβαρή ανησυχία. Η συμμετοχή σε επιστημονικούς συλλόγους, η τακτική παρακολούθηση της βιβλιογραφίας και η συνεχιζόμενη εκπαίδευση είναι απαραίτητα στοιχεία για τη διατήρηση της επαγγελματικής επάρκειας.

Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία από τον Καναδά, την Αυστραλία και τις ΗΠΑ, οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί αποτελούν περίπου το 0,25% του εργατικού δυναμικού, με την πλειονότητα των επαγγελματιών να είναι άνδρες, αν και το ποσοστό των γυναικών στον κλάδο αυξάνεται σταδιακά.
 Εργαλεία και Αντικείμενο Εργασίας 

Από το Σύστημα Παγκόσμιου Εντοπισμού (GPS) έως την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί έχουν συμβάλει στην ανάπτυξη ενός τεράστιου εύρους τεχνολογιών. Σχεδιάζουν, αναπτύσσουν, δοκιμάζουν και επιβλέπουν την εγκατάσταση ηλεκτρικών συστημάτων και ηλεκτρονικών συσκευών. Για παράδειγμα, μπορεί να εργαστούν στον σχεδιασμό τηλεπικοινωνιακών συστημάτων, τη λειτουργία σταθμών παραγωγής ενέργειας, τον φωτισμό και την ηλεκτρολογική εγκατάσταση κτιρίων, τον σχεδιασμό οικιακών συσκευών ή τον αυτόματο έλεγχο βιομηχανικών μηχανημάτων.


Θεμελιώδεις για τον κλάδο είναι οι επιστήμες της φυσικής και των μαθηματικών, καθώς βοηθούν στην ποσοτική και ποιοτική περιγραφή της λειτουργίας των συστημάτων. Σήμερα, το μεγαλύτερο μέρος της μηχανικής εργασίας περιλαμβάνει τη χρήση υπολογιστών και είναι κοινή πρακτική η χρήση προγραμμάτων σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD) για τη μελέτη ηλεκτρικών συστημάτων και τη δημιουργία σχηματικών διαγραμμάτων. Παρά ταύτα, η ικανότητα γρήγορης σχεδίασης ιδεών στο χέρι παραμένει πολύτιμη για την άμεση επικοινωνία μεταξύ συνεργατών.

Αν και οι περισσότεροι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί κατανοούν τη βασική θεωρία κυκλωμάτων (δηλαδή την αλληλεπίδραση στοιχείων όπως αντιστάσεις, πυκνωτές, δίοδοι και τρανζίστορ), οι θεωρίες που χρησιμοποιούν εξαρτώνται από το συγκεκριμένο αντικείμενο εργασίας τους. Για παράδειγμα, η κβαντομηχανική είναι απαραίτητη για τη σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (VLSI), αλλά σε μεγάλο βαθμό περιττή για μηχανικούς που εργάζονται με μακροσκοπικά συστήματα ισχύος.thumb|Λέιζερ που διαδίδεται σε ράβδο ακρυλικού, απεικονίζοντας την ολική εσωτερική ανάκλαση του φωτός σε μια οπτική ίνα.

Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί χρησιμοποιούν ένα ευρύ φάσμα οργάνων μέτρησης:
 Για απλά κυκλώματα ελέγχου, αρκεί ένα βασικό πολύμετρο (μέτρηση τάσης, ρεύματος και αντίστασης).
 Για τη μελέτη σημάτων που μεταβάλλονται με τον χρόνο, ο παλμογράφος είναι το πλέον απαραίτητο εργαλείο.
 Στη μηχανική ραδιοσυχνοτήτων (RF) χρησιμοποιούνται αναλυτές φάσματος και αναλυτές δικτύου.
Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ασφάλεια. Στην ιατρική ηλεκτρονική, ακόμη και πολύ χαμηλές τάσεις μπορεί να είναι επικίνδυνες. Στη μεταφορά ενέργειας, οι υψηλές τάσεις απαιτούν ειδικά όργανα μέτρησης και αυστηρά πρωτόκολλα βαθμονόμησης για την αποφυγή ατυχημάτων.


Για πολλούς μηχανικούς, το καθαρά τεχνικό κομμάτι αποτελεί μόνο ένα μέρος της εργασίας τους. Πολύς χρόνος δαπανάται σε καθήκοντα όπως η συζήτηση προτάσεων με πελάτες, η προετοιμασία προϋπολογισμών και ο καθορισμός χρονοδιαγραμμάτων έργων. Οι ανώτεροι μηχανικοί συχνά διευθύνουν ομάδες τεχνικών ή άλλων μηχανικών, καθιστώντας τις δεξιότητες διαχείρισης έργου (project management) και την ικανότητα στη τεχνική συγγραφή εξαιρετικά σημαντικές.

Οι χώροι εργασίας ποικίλλουν: από το αποστειρωμένο περιβάλλον ενός εργαστηρίου κατασκευής ημιαγωγών και τα γραφεία μιας συμβουλευτικής εταιρείας, μέχρι εργοτάξια ορυχείων ή καταστρώματα πλοίων. Κατά τη διάρκεια της καριέρας τους, οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί καλούνται να επιβλέψουν μια ποικιλία επαγγελματιών, όπως επιστήμονες, ηλεκτρολόγοι εγκαταστάτες και προγραμματιστές.

Τέλος, η ηλεκτρολογική μηχανική διατηρεί στενή σχέση με τις φυσικές επιστήμες. Μεγάλα επιστημονικά έργα, όπως οι επιταχυντές σωματιδίων του CERN, απαιτούν ηλεκτρολόγους μηχανικούς για τη διαχείριση της διανομής ισχύος, την οργανολογία και την κατασκευή υπεραγώγιμων ηλεκτρομαγνητών.

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (IEC)
 MIT OpenCourseWare: Electrical Engineering and Computer Science — Μαθήματα ηλεκτρολογικής μηχανικής από το MIT με βιντεοδιαλέξεις.
 IEEE Global History Network — Ένας ιστότοπος τύπου wiki με πλούσιο υλικό για την ιστορία της ηλεκτρολογίας και των τεχνολογιών πληροφορίας.
 Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE)
 Το Ίδρυμα Μηχανικής και Τεχνολογίας (IET)
 Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας (ΤΕΕ)


Κατηγορία:Εφαρμοσμένες επιστήμες
Κατηγορία:Μηχανική
Κατηγορία:Ηλεκτρισμός
Κατηγορία:Επιστήμες Μηχανικών

 Παραπομπές