Engenharia elétrica

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Engenharia elétrica é o ramo da engenharia que trabalha com os estudos e aplicações da eletricidade, eletromagnetismo e eletrônica. Este setor surgiu em meados do século XIX quando da comercialização, da distribuição e utilização da energia elétrica.

Nos Estados Unidos, a engenharia elétrica é considerada para lidar com os problemas associados com sistemas de energia elétrica e sistemas eletrônicos, sendo que as principais instituições, como o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Instituto de Tecnologia da Califórnia, Universidade Stanford e Universidade de Michigan, abordam sistemas elétricos, eletrônica, microeletrônica ou de comunicações de forma integrada à engenharia elétrica. Nos restantes países da América não é diferente. No Brasil, por exemplo, à eletrônica em alguns cursos corresponde a maior parte dos conteúdos abordados durante a graduação em engenharia elétrica. Sendo assim, a distinção entre engenharia elétrica e engenharia eletrônica não ocorre, são considerados um curso comum.

Na Europa, geralmente são ofertados cursos de engenharia eletrotécnica e eletrônica separadamente, onde o primeiro é voltado à sistemas de energia elétrica, e o segundo apresenta maior ênfase nos sistemas eletrônicos[1]. Entretanto, entre as melhores universidades [2], como a Oxford na inglaterra[3], em alguns casos é mantido o título de engenheiro eletricista abrangendo ambos os conteúdos. Outros cursos superiores relacionados com eletrônica são: Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações, Engenharia de Sistemas e Comunicações, Engenharia Informática, Engenharia Informática e de Computadores, entre outras.

No Brasil, a engenharia elétrica é geralmente cursada em cinco anos, e assim como nos EUA, incorpora a engenharia eletrônica e telecomunicações, tal como é reconhecido pelo Ministério da Educação e pelo Conselho Federal de Engenharia e Agronomia.[4]Frequentemente estão presentes disciplinas que podem sobrepor o processamento de energia e o processamento de informações, como por exemplo, eletrônica industrial.

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História

As descobertas de Michael Faraday iniciando o desenvolvimento do motor elétrico.

A eletricidade ficou sujeita ao interesse científico desde o final do século XVII. O primeiro engenheiro eletricista foi provavelmente William Gilbert, inventor do Versório: uma máquina que detectava a presença de objetos com cargas estáticas. Ele também foi o primeiro a desenhar uma explícita distinção entre o magnetismo e a eletricidade estática e é de seu mérito a estabilização do termo eletricidade.[5] Em 1775, Alessandro Voltaconcebeu em experiências científicas o eletróforo, uma máquina que produz uma carga elétrica estática, e em 1800, Volta desenvolveu a pilha voltaica, um precursor da bateria elétrica.[6]

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Século XIX

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A partir do início do século XIX as pesquisas sobre eletricidade intensificaram-se. O desenvolvimento notável desse século pode ser ilustrado pelos trabalhos de Georg Ohm, que em 1827 quantificou a relação entre a corrente elétrica e a diferença de potencial em um condutor elétrico; por Michael Faraday, que em 1831 descobriu a indução eletromagnética; e James Clerk Maxwell, que em 1873 publicou a unificação das equações de Maxwell sobre eletricidade e magnetismo em sua tese Eletricidade e Magnetismo.[7]

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Começando em 1830, o esforço foi aplicar a eletricidade em utilizações práticas, como o telégrafo. Pelo final do século XIX o mundo tinha sido alterado eternamente pela possibilidade da ágil comunicação com o desenvolvimento da engenharia de linhas térreas, com os cabos submarinos e com o telégrafo sem fio (1890).

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As aplicações e os avanços em várias áreas criou a necessidade de melhorar os padrões de medida. Isto conduziu à padronização de unidades como o volt, ampere, coulomb, ohm, farad e henry. Isso foi obtido pela conferência internacional de Chicago em 1893.[8] A publicação destes padrões formavam a base dos futuros avanços na padronização de diversas indústrias e em muitos países imediatamente reconhecidos em normas nas legislações pertinentes.[9]

Thomas Edison construiu a primeira linha do mundo de suprimento de energia elétrica em larga escala.

Durante estes anos, o estudo da eletricidade foi pela maioria considerada como um sub-campo da física até que em 1885 as universidades e os instituitos tecnológicos como o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e a Universidade Cornell iniciou a oferta de cursos de graduação em engenharia elétrica. A Universidade Técnica de Darmstadt fundou o primeiro departamento de engenharia elétrica do mundo em 1882. Neste mesmo ano, subordinado pelo professor Charles Cross do MIT começou a oferecer a primeira opção de curso em engenharia elétrica dentro do departamento de física. [10] Em 1883, a Universidade Técnica de Darmstadt e a Universidade Cornell introduziu mundialmente os primeiros cursos de bacharelado em engenharia elétrica e em 1885 a University College London fundou o primeiro magistério de engenharia elétrica na Grã-Bretanha.[11] A Universidade de Missouri estabeleceu o primeiro departamento de engenharia elétrica nos Estados Unidos da América em 1886.[12]Depois outras instituições implementaram o curso de engenharia, como a Cornell e o Instituto de Tecnologia da Geórgia em Atlanta, na Geórgia.

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Durante estas décadas a aplicação da engenharia elétrica melhorou significativamente. Em 1882, Thomas Edison apresentou o primeiro sistema de transmissão de energia elétrica do mundo que provia 110 volts de corrente contínua a 59 moradores na Ilha de Manhattan em Nova Iorque. Em 1884, Charles Algernon Parsons inventou a turbina a vapor. As turbinas hoje fornecem cerca de 80% da energia elétrica do mundo, de diversas fontes caloríficas. O sistema de energia por corrente alternada desenvolveu rapidamente depois de 1886 com a projeção do transformador (pela possibilidade de aumentar e diminuir a diferença de potencial em longas distâncias) e dos motores a corrente alternada, abrangendo independentemente os motores de indução por Galileo Ferraris e Nikola Tesla, além do sistema trifásico inventado por Mikhail Dolivo-Dobrovolsky e Charles Eugene Lancelot Brown, sendo mais prático e eficiente. A difusão da corrente alternada ocasionou o que foi denominado Guerra das Correntes entre os sistemas de transmissão C.A. e C.C., sendo a C.A. adotado como padrão internacional.[13]

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Desenvolvimento dos componentes eletrônicos e da eletrotécnica[editar | editar código-fonte]

Durante a invenção da rádio, muitos cientistas e inventores contribuíram para a comunicação via rádio na eletrônica. Numa experiência clássica de física em 1888, Heinrich Hertztransmitiu ondas de rádio com um transmissor por arco elétrico usando simples dispositivos elétricos. O trabalho matemático de James Clerk Maxwell durante a década de 1850 tinha apresentado a possibilidade de existirem ondas de rádio, porém, Heinrich Hertz foi o primeiro a demonstrar a sua existência em 1888.

Em 1897, Karl Ferdinand Braun introduziu os tubos de raios catódicos como parte de um osciloscópio, uma tecnologia crucial para o desenvolvimento da televisão.[14] John Fleming inventou o primeiro tubo de rádio, o diodo, em 1904. Dois anos depois Robert von Lieben e Lee De Forest desenvolveu de forma independente o tubo amplificador, chamado de triodo.[15] Em 1895, Guglielmo Marconi aplicou os métodos de Hertz em sistemas sem fios. Logo, enviou estas ondas a uma distância de milha e meia. Em dezembro de 1901 descobriu que as ondas enviadas não eram afetadas pela curvatura da Terra. Depois, Marconi transmitiu ondas sobre o Atlântico entre a cidade de Poldhu, em Cornwall e St. John's, em Newfoundland à distância de 2 100 milhas (3 400 km).[16] Em 1920, Albert Hull desenvolveu o magnetron que conduziu finalmente ao desenvolvimento do forno micro-ondas em 1946 por Percy Spencer.[17][18] Em 1934, o exército britânico desenvolveu em pouco tempo a tecnologia para o radar (também usado no magnetron) sob a coordenação do Dr.Wimperis, culminando em agosto de 1936 na primeira operação na estação de radar em Bawdsey.[19]

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Em 1941, Konrad Zuse apresentou o Z3, o primeiro computador integralmente automático e programável utilizando componentes eletromecânicos. Em 1943, Tommy Flowers projetou e construiu o Colossus (computador), o primeiro computador completamente eletrônico, digital e programável.[20]Em 1946, com o ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) de John Presper Eckert e John Mauchly resulta o começo da era da computação. A performance aritmética destas máquinas possibilitou aos engenheiros desenvolverem integralmente novas tecnologias, incluindo o programa Apollo que culminou na alunissagem.[21]

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Especializações

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A Engenharia Elétrica divide-se nas seguintes áreas de especialização:

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• Sistemas de energia elétrica ou sistemas de potência - estudos de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica; planejamento, confiabilidade, estabilidade e proteção de sistemas elétricos e utilização de técnicas computacionais aplicadas a sistemas de potência;

• Sistemas de eletrônica de potência - estudos de dispositivos eletrônicos de potência, acionamento de máquinas elétricas, controle de motores, simulação digital de máquinas e conversores e cargas elétricas especiais;

• Sistemas de controle e automação - estudos de controle de processos industriais por computador, controle óptico, sistemas inteligentes para automação industrial, robótica, inteligência artificial, controles adaptativos e não-lineares.

• Sistemas de eletrônica/eletrónica - desenvolvimento de circuitos eletrônicos para a aquisição de dados como temperatura, umidade, pressão, entre outros e transmissão de dados por radiofrequência, etc;

• Sistemas de microeletrónica - projeto, fabricação e testes de circuitos integrados - C.I. para sistemas de computação, telecomunicações, entretenimento entre outros;

• Sistemas de telecomunicações - estudos de sistemas de áudio e vídeo, antenas e propagação de ondas eletromagnéticas, micro-ondas, telefonia analógica e digital, fibras ópticas, processamento analógico e digital de sinais, telecomunicações por satélite e redes de comunicações;

• Sistemas biomédicos - Especificar e gerir a utilização de equipamentos médico-assistenciais em hospitais, clínicas e laboratórios, além do projeto e construção desses mesmos tipos de aparelhos.

Matérias estudadas

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Matemática e física são as matérias básicas. O aluno passa parte do tempo em laboratórios, em especial para aprender, conhecer e interpretar fenomenos elétricos, especialmente o eletromagnetismo, assunto ao qual é dedicada parte significativa do curso. Além de matemática e física também estuda química, sociologia, comunicação e expressão (português), e outras. Algumas faculdades dão maior ênfase a eletrotécnica ("altas tensões e baixas frequências") ou eletrônica ("baixas tensões e altas frequências").