Article on other languages:
- Electrical_engineering
- Elektroniese_ingenieurswese
- هندسة_كهربائية
- Електротехника
- তড়িৎ_ও_ইলেকট্রনিক_প্রকৌশল
- Elektrotehnika
- Electrotècnia
- Elektrotechnika
- Elektrotechnik
- Elektrotekniko
- Ingeniería_eléctrica
- Elektrotehnika
- Ingeniaritza_elektriko
- مهندسی_برق
- Sähkötekniikka
- Électrotechnique
- Elektrotechnyk
- वैद्युत_अभियांत्रिकी
- Elektrotehnika
- Elettrotecnica
- 電気工学
- dikca_mi'irlarcu
- Elektrotechnika
- Elektrotechnik
- Elektrotechniek
- Elektrotechnika
- Engenharia_eléctrica
- Electrotehnică
- Электротехника
- Elektrotechnika
- Elektrotehnika
- Електротехника
- Elektroteknik
- วิศวกรรมไฟฟ้า
- Elektronik
- Електротехніка
- Xaralaymbëj
- Ìmọ̀_isẹ́-ẹ̀rọ_oníná
- 电子工程
 |
del.icio.us |
 |
Digg |
 |
Furl |
 |
|
 |
Rojo |
| Add to OnlyWire |
הנדסת חשמל (לרוב: הנדסת חשמל ואלקטרוניקה) היא תחום הנדסי אשר עוסק, במובנו הרחב ביותר, במניפולציה של גלים אלקטרומגנטיים. לרוב הנדסת החשמל כרוכה בתכנון זרמים ומתחים.
התחום הפך לעיסוק בעל זהות מגובשת בסוף המאה ה-19 בד בבד עם מגמת המסחור של הטלגרף ושל אספקת חשמל לצרכנים. כיום, התחום מכסה מגוון רחב של תת תחומים ביניהם הספק, אלקטרוניקה, אלקטרואופטיקה, בקרה, עיבוד אותות ותקשורת.
הנדסת האלקטרוניקה עוסקת במערכות אלקטרוניות זעירות כמחשבים ומעגלים משולבים. הנדסת חשמל עוסקת בבעיות הכרוכות במערכות חשמליות גדולות כגון העברת הספק ובקרה [1]. מהנדס אלקטרוניקה עוסק בשימוש בחשמל כאמצעי להעברת אינפורמציה. לעומתו מהנדס חשמל עוסק בחשמל כאמצעי להעברת אנרגיה.
הנדסת החשמל והאלקטרוניקה הובילה לפיתוח סוגים רבים של התקנים חשמליים ואלקטרוניים בהם מנועים חשמליים, טלוויזיות, לווינים, נגני מוזיקה מסוגים שונים, טלפונים סלולריים ומחשבים.
תוכן עניינים |
היסטוריה
התקופה המוקדמת
חשמל היה מוקד לעניין מדעי לפחות החל מהמאה ה-17, אך רק במאה ה-19 החל מחקר משמעותי בנושא. פריצות הדרך העיקריות בתקופה זו כוללות את עבודתו של גאורג אוהם, שבשנת 1827 כימת את היחס בין הזרם החשמלי לבין הפרש הפוטנציאל בתוך מוליך, עבודתו של מייקל פאראדיי בנושא ההשראה האלקטרומגנטית ב-1831 וכן עבודתו של ג'יימס קלרק מקסוול שבשנת 1873 פרסם את משוואות מקסוול.
באותן שנים, לימוד החשמל נחשב כתת תחום של פיזיקה. רק בסוף המאה ה-19 החלו אוניברסיטאות להציע תארים אקדמיים בהנדסת חשמל. הפקולטה הראשונה בעולם להנדסת חשמל הוקמה בשנת 1882 באוניברסיטת דארמשטאט לטכנולוגיה. בשנת 1883 הציגה אוניברסיטה זו בשיתוף עם אוניברסיטת קורנל את הקורסים הראשונים בתחום הנדסת החשמל. בשנת 1885 הוקמה הפקולטה הראשונה באנגליה. [2] אוניברסיטת מיזורי הקימה ב 1886 את הפקולטה להנדסת חשמל הראשונה בארצות הברית.
במהלך תקופה זו, חלה עלייה בכמות העבודות שהצריכו ידע בהנדסת חשמל. בשנת 1882, הקים תומאס אדיסון את רשת החשמל הראשונה. היא סיפקה זרם ישר במתח של 110 וולט ל-59 צרכנים במנהטן. בשנת 1887, ניקולה טסלה רשם מספר פטנטים בנוגע לזרם חילופין שהיווה שיטה חלופית להובלת חשמל אשר התחרתה בשיטה של אדיסון. בשנים הבאות התעצמה היריבות בין טסלה לאדיסון, בנוגע לשיטת הובלת הזרם. לבסוף הכריעו הנסיבות לטובת זרם חילופין כשיטה ליצור והובלת חשמל.
המאמצים של שני האישים תרמו משמעותית לקידום תחום הנדסת החשמל. עבודתו של טסלה על מנועי השראה ומערכות מרובות פאזה השפיעה על התחום שנים רבות אחר כך. עבודתו של אדיסון בנושא הטלגרפיה הוכחה כרווחית עבור החברה שלו שלימים תקרא ג'נרל אלקטריק. בסוף המאה ה-19 החלו לתפוס את מרכז הבמה שחקני מפתח אחרים בתחום.
התפתחויות מודרניות
לאחר המצאת הרדיו, תרמו מדענים וממציאים רבים לתחומי טכנולוגיית הרדיו והאלקטרוניקה. בניסוייו הקלאסיים בUHF בשנת 1888, שידר וקלט היינריך הרץ ( באמצעות spark-gap transmitter) גלי רדיו באמצעות ציוד חשמלי. בשנת 1895, ניקולה טסלה הצליח לקלוט באזור ווסט-פוינט אותות משידורים שנבעו ממעבדתו שבניו-יורק (מרחק המוערך בכ-80 קילומטרים) [3]. קרל פרדיננד בראון, הציג לעולם בשנת 1897 את שפופרת הקרן הקתודית כחלק מהאוסצילוסקופ, טכנולוגיה שתשמש מאוחר יותר בהמצאת הטלוויזיה. ג'ון פלמינג המציא את הדיודה הראשונה בשנת 1904. שנתיים מאוחר יותר, פותחה שפופרת הגברה הקרויה טריודה, על ידי רוברט ואן ליבן ו-לי דה פורסט [4] . בשנת 1920 המציא אלברט הול מגנטרון אשר ישמש אחר כך לפיתוח המיקרוגל בשנת 1946 על ידי פרסי ספנסר [5][6] . בשנת 1934, החל הצבא הבריטי, תחת הנחייתו של דוקטור וימפריס, לבצע צעדי ענק לקראת הרדאר (שגם כן עושה שימוש במגנטרון). תחנת הרדאר הראשונה הופעלה בבאוודסיי באוגוסט 1936 [7]. בשנת 1941 הציג קונראד צוזה את הZ3, המחשב הפועל, בר התכנות, הראשון בעולם [8] . בשנת 1946 הופיע הENIAC של ג'ון פרספר אקרט וג'ון מוקלי ובישר את תחילת עידן המחשוב. הביצועים האריתמטיים של המכונות החדשות אפשרו למהנדסים לפתח טכנולוגיית חדשות לחלוטין ולהשיג יעדים חדשים ביניהם תוכנית אפולו והנחיתה על הירח [9]. המצאת הטרנזיסטור בשנת 1947 על ידי ויליאם שוקלי, ג'ון ברדין ווולטר ברטיין פתחה אפשרויות חדשות ליצור התקנים קומפקטיים יותר והובילה לפיתוח המעגל המשולב, על ידי ג'ק קילבי בשנת 1958 ובאופן עצמאי מאוחר יותר ב-1959 על ידי רוברט נויס [10]. בשנת 1968 מרסיאן הוף פיתח את המיקרו-מעבד הראשון בחברת אינטל ובכך נתן את אות הפתיחה לפיתוח המחשב האישי. המימוש הראשון של המיקרו-מעבד היה מודל האינטל 4004, מעבד 4 סיביות, שפותח בשנת 1971. אולם, רק בשנת 1973 אפשר האינטל 8080,מעבד בן 8 סיביות, לבנות את המחשב האישי הראשון, ה-Altair 8800. [11]
הכשרה של מהנדסי החשמל
מהנדסי חשמל מחזיקים בתואר אקדמי. תקופת הלימודים עד לקבלת התואר אורכת 4 עד 5 שנים כתלות באוניברסיטה. התואר כולל לימודי קורסים שונים בפיזיקה, מתמטיקה, ניהול פרויקטים, ונושאים ממוקדים בתחום הנדסת החשמל. לקראת סוף התואר הסטודנטים בוחרים להתמחות בתחום אחד או יותר מבין מגוון התחומים המוצעים.
תואר שני בתחום יכול לכלול מחקר או תרגול בקורסים או שילוב של שניהם. תואר דוקטור עוטף בחובו מרכיב מחקרי משמעותי והוא נתפס תדיר כנקודת הכניסה אל האקדמיה.
כלים ועבודה
החל בהתקני GPS וכלה בייצור חשמל, מהנדסי חשמל עוסקים במגוון רחב של טכנולוגיות. הם מתכננים ומפתחים התקנים אלקטרוניים ומערכות חשמל. הם גם אחראים לפקח על פעולתם וביצועיהם ולבדוק ולאמת אותם. מהנדס חשמל יכול לעסוק בתכנון של מערכת תקשורת, תכנון שבבים,עיבוד אותות, תכנון מערכות אלקטרוניות ביתיות או בתכן מערכות בקרה של מכונות,רובוטים,טילים ומטוסים. שליטה במדעי המתמטיקה והפיזיקה חיונית שכן היא מסייעת להשיג הבנה כמותית ואיכותית לגבי אופן פעולתן של מערכות. רוב עבודת ההנדסה כוללת שימוש ב מחשבים וזה מנהג שבשגרה להשתמש בתוכנות CAD בעת תכנון מערכות אלקטרוניות. בנוסף יכולות בין-אישיות ויכולות העלאת רעיונות הן חיוניות כדי לתקשר עם עמיתים במהירות.
רוב מהנדסי החשמל בעלי ידע בתורת מעגלים חשמליים בסיסית (כלומר התפקיד של נגד, קבל,דיודה,טרנזיסטור ו סליל במעגל חשמלי). אולם, הידע שמהנדס חשמל משתמש בו תלוי בסוג העבודה שעליו לבצע. למשל, מכניקת הקוונטים ו פיזיקת מצב מוצק חשובים בתחום המיקרואלקטרוניקה אבל לא חיוניים בעת עבודה עם מערכות גדולות. ייתכן שידע בתורת המעגלים החשמליים לא יהיה הכרחי למהנדס המתכנן מערכת תקשורת העושה שימוש ברכיבי מדף. היכולות שלהן זקוק מהנדס חשמל משתקפות בתוכניות הלימוד של האוניברסיטאות השונות שמדגישות חשיבה מתמטית, ידע רחב במחשבים והיכולת להבין את השפה והעקרונות הטכניים אשר קשורים בתחום הנדסת החשמל.
נתח ניכר מעבודת המהנדס מוקדש לביצוע מטלות כגון שיג ושיח בנוגע להצעות מול לקוחות, הכנת תקציב והחלטה על לוח זמנים לפרויקט. מהנדסים בכירים רבים מנהלים צוותים של טכנאים או מהנדסים זוטרים וזו הסיבה שיכולת לנהל פרויקט היא חשובה ביותר. ברוב הפרויקטים ההנדסיים קיים צורך בכתיבת תיעוד וכאן באה לידי ביטוי ההחשיבות שביכולת כתיבה טכנית מעולה.
מקומות העבודה של מהנדסי החשמל מגוונים כמו סוגי העיסוקים שלהם. מהנדסי חשמל יכולים להמצא במעבדה של מפעל ייצור בעבודות פיתוח, אימות או יצור, במשרד של חברת ייעוץ, או באתר עבודות. במהלך תקופת עבודתם, רבים מהם יפקחו על מגוון רחב של אנשים ביניהם מדענים, טכנאים,מתכנתים ומהנדסים עמיתים.
תתי תחומים בהנדסת חשמל כוללים בין היתר את התחומים הבאים:
מחשבים
-
ערך מורחב – הנדסת מחשבים
הנדסת מחשבים קשורה בתכנון של מחשבים ומערכות מחשבים. הדבר כרוך לעתים בתכנון של חומרה חדשה. מהנדסי מחשבים גם עובדים לעתים בתכנון התוכנה של המערכת. למרות עובדה זו, תכן מערכות תוכנה מורכבות מהווה מטלה שקשורה בתחום הנדסת התוכנה אשר נחשב לרוב כתחום נפרד. מחשבים שולחניים הם חלק קטן מההתקנים שמהנדס מחשבים עשוי לעבוד עמם שכן ארכיטקטורות דמויות מחשב נפוצות כיום גם במגוון רחב של התקנים כגון : קונסולות משחקי ווידאו ונגני DVD.
רשתות מחשבים
-
ערך מורחב – רשת מחשבים
תחום זה עוסק בהכרת ובהבנת תהליכים המאפשרים תקשורת בין מחשבים. מהנדסים בתחום זה עוסקים בתכנון רשתות מחשבים ובהערכת מדדים שונים המעידים על ביצועיהן.
תקשורת
-
ערך מורחב – תקשורת
-
ערך מורחב – תקשורת מחשבים
הנדסת תקשורת מתמקדת בשידור של אינפורמציה דרך ערוץ תקשורת כגון כבל קואקסיאלי, סיב אופטי או בחלל האוויר. שידורים דרך חלל האוויר דורשים שהמידע המשודר יהיה מקודד בגל נושא על מנת שהאינפורמציה תמצא בתדר שידור מתאים. שיטה זו ידועה כאפנון. שיטות אפנון ידועות הן מודולציה של האמפליטודה ומודולציה תדרית. סוג המודולציה משפיע על מחיר המערכת וביצועיה. על המהנדס מוטלת המשימה לאזן בין שני גורמים אלו.
לאחר קביעת מאפייני השידור של מערכת, המהנדסים מתכננים את המשדר ואת המקלט הדרושים למערכת. שיקול עיקרי בתכנון של משדרים הוא ההספק החשמלי שלהם והדבר קשור לעוצמת האות שלהם. אם עוצמת האות של משדר אינה מספקת אזי המידע שבאות יכיל הפרעת רעש.
מיקרואלקטרוניקה
-
ערך מורחב – מיקרואלקטרוניקה
מיקרואלקטרוניקה עוסקת בתכנון של רכיבים אלקטרוניים מזעריים לצורך שימוש במעגל משולב או לשימוש כרכיב אלקטרוני העומד בפני עצמו. רכיבים נפוצים הם המוליך למחצה והטרנזיסטור. ראוי לציין שכל הרכיבים האלקטרוניים נגדים, קבלים וסלילים יכולים להיווצר ברמת המיקרו.
רוב הרכיבים מתוכננים באמצעות שילוב של סיליקון עם יסודות כימיים נוספים כדי ליצור את האפקט האלקטרומגנטי הרצוי. זו הסיבה שמיקרואלקטרוניקה מצריכה ידע במכניקת הקוואנטים ובכימיה.
עיבוד אותות
-
ערך מורחב – עיבוד אותות
עיבוד אותות הוא תחום העוסק בניתוח ועיבוד של מידע המצוי באותות. אותות יכולים להיות אותות אנלוגיים או דיגיטליים. באות אנלוגי האות משתנה ברציפות בהתאם למידע ואז האות משתנה בהתאם לסדרה של ערכים דיסקרטיים שמייצגים את המידע. עבור אותות אנלוגיים, עיבוד אותות עשוי לערב מגבר ומסנן חשמלי או אם מדובר בתחום התקשורת אפנון של האותות. עבור אותות ספרתיים עיבוד אותות עשוי לכלול דחיסה,גלוי שגיאה ותיקון שגיאה של אותות דגומים.
בקרה
-
ערך מורחב – הנדסת בקרה
הנדסת בקרה שמה דגש על מידול של מגוון רחב של מערכות דינמיות ועל תכן בקרים שיאפשר למערכות להתנהג באופן הרצוי. על מנת לממש בקרים אלו מהנדסי חשמל יכולים להשתמש במעגלים חשמליים, מעבדי DSP וכן מיקרו-בקרים. הנדסת בקרה מאפשרת ישומים רבים החל במערכות טיסה והנעה של מטוסים מסחריים וכלה בבקרת שיוט הקיימת במכוניות רבות. לבקרה גם תפקיד מפתח באוטומציה תעשייתית. מהנדסי בקרה מיישמים פעמים רבות משוב כאשר הם מתכננים מערכות בקרה. למשל, במכונית עם בקרת שיוט המהירות של המכונית נמדדת באופן תדיר ומוזנת חזרה למערכת שמכווננת את מהירות המנוע בהתאם. הכין שיש משוב, תאוריית הבקרה יכולה לקבוע כיצד תגיב המערכת למשוב.
תחומים בעלי זיקה
מכטרוניקה הוא תחום בהנדסה שעוסק בנקודה שבה מתכנסות מערכות אלקטרוניות ומכניות. מערכות אלקטרומכניות כאלה נפוצות ביותר. דוגמאות הן למשל מערכות יצור אוטומאטיות, מערכות מיזוג אוויר ותת מערכות של מטוסים ומכוניות.
מקובל לראות במכטרוניקה תחום העוסק במערכות מאקרו אבל עתידנים חוזים את פריחתם של ההתקנים האלקטרומכניים המזעריים. התקנים כאלה, הקרויים התקני MEMS מותקנים במכוניות על מנת לתזמן את פתיחת כריות האוויר, במדפסות על מנת לשפר את איכות ההדפסה ובמקרנים על מנת לשפר את חדות התמונה. התקנים אלו עשויים בעתיד לסייע לשפר תקשורת אופטית ולבנות התקנים מזעריים ברי השתלה. [12]
הנדסה ביו רפואית הוא תחום העוסק בתכן ציוד רפואי מתקדם.
ראו גם
תתי תחומים:
מסלולים מוכלים או בעלי זיקה:
אגודות מקצועיות:
- Institute of Electrical and Electronics Engineers, אגודה מקצועית בינלאומית של העוסקים בהנדסת חשמל
לקריאה נוספת
קישורים חיצוניים
פקולטות ומחלקות בארץ:
- אוניברסיטה העברית - הפקולטה למדעי הטבע - בי"ס להנדסה ולמדעי מחשב - הנדסת מחשבים ופיזיקה ישומית
- הטכניון - הפקולטה להנדסת חשמל,אלקטרוניקה מחשבים ותקשורת
- אוניברסיטת תל אביב הפקולטה להנדסה, מחלקת הנדסת חשמל
- אוניברסיטת בר-אילן - בית הספר להנדסה
- אוניברסיטת בן-גוריון- המחלקה להנדסת חשמל ומחשבים
- מכללת אורט בראודה-המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה
- המרכז האקדמי רופין-הנדסת חשמל ואלקטרוניקה
- מכללת H.I.T - המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה
- המכללה האקדמית להנדסה סמי שמעון (ע"ר) - המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה
- אפקה - המכללה האקדמית להנדסה תל אביב
פקולטות ומחלקות מובילות בעולם:
- אוניברסיטת MIT - המחלקה להנדסת חשמל ומדעי המחשב
- אוניברסיטת ברקלי- המחלקה להנדסת חשמל ומדעי המחשב
- אוניברסיטת Caltech- הפקולטה להנדסת חשמל
- אוניברסיטת Stanford המחלקה להנדסת חשמל
- אוניברסיטת סטוני ברוק - הפקולטה להנדסת חשמל
- אוניברסיטת טורונטו שבקנדה- הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים
קישורים נוספים:
- ההיסטוריה של ארגון IEEE
- הכול אודות מעגלים למד הכול אודות בניית מעגלים חשמליים ובניית מוצרים באמצעות מעגלים אלה.
- מוזיאון וירטואלי של ארגון IEEE מציג הרבה מונחים בסיסיים באלקטרוניקה וחשמל באמצעות דוגמאות המחשות וראיונות
- מרכז הקריירה על שם סלואן: הנדסת חשמל מקור מצוין למי שמתעניין בהנדסת חשמל כמקצוע. למד מה עושים מהנדסי אלקטרוניקה וחשמל בשגרת היום-יום, היכן הם עובדים, כמה הם משתכרים, ועוד...
- OpenCourseWare של MIT מבט מעמיק לנבכי הנדסת החשמל באמצעות קורסים מקוונים המכילים הרצאות וידאו מבית MIT בארצות הברית.
- הנדסת חשמל בתפיסת צה"ל
הערות שוליים
- ^ What is the difference between electrical and electronic engineering?. FAQs - Studying Electrical Engineering. Retrieved on February 4, 2005.
- ^ Welcome to ECE!. Cornell University - School of Electrical and Computer Engineering. Retrieved on December 29, 2005.
- ^ Leland Anderson, "Nikola Tesla On His Work With Alternating Currents and Their Application to Wireless Telegraphy, Telephony, and Transmission of Power", Sun Publishing Company, LC 92-60482, ISBN 0-9632652-0-2 (ed. excerpts available online)
- ^ History of Amateur Radio. What is Amateur Radio?. Retrieved on January 18, 2006.
- ^ Albert W. Hull (1880 - 1966). IEEE History Center. Retrieved on January 22, 2006.
- ^ Who Invented Microwaves?. Retrieved on January 22, 2006.
- ^ Early Radar History. Peneley Radar Archives. Retrieved on January 22, 2006.
- ^ The Z3. Retrieved on January 18, 2006.
- ^ The ENIAC Museum Online. Retrieved on January 18, 2006.
- ^ Electronics Timeline. Greatest Engineering Achievements of the Twentieth Century. Retrieved on January 18, 2006.
- ^ Computing History (1971 - 1975). Retrieved on January 18, 2006.
- ^ MEMS the world!. IntelliSense Software Corporation. Retrieved on July 17, 2005.
