电气工程的历史

自17世纪初以来,电现象已成为科学探索的话题。威廉·吉尔伯特可能是最早的电气工程师之一。他首先设计了静电验电器来检测静电荷的存在,还明确区分并指出了磁性和电性的区别,并命名了术语“电”。1775年,亚历山德罗·伏打做了科学实验,改进和完善了可用于制造静电荷的电泳仪。1800年,他成功研制出能持续产生相对稳定电流的伏打反应器,是最早的化学电池。但相关研究直到19世纪才正式展开。迈克尔·法拉第发现了电磁感应,奠定了电机技术的基础。

1827、格奥尔格欧姆定律欧姆定律说明了电路中电流、电压、电阻之间的定量关系。1831年,迈克尔·法拉第发现了电磁感应。1873年,詹姆斯·麦克斯韦在其著作《电磁学通论》中整合了前人的工作,提出了麦克斯韦方程组,开启了经典电动力学时代。

自从1830年代以来,在电磁知识的实际应用方面所做的一切努力终于取得了一个重要的成果,这就是电报技术。19世纪末,由于大约1890的陆线、海底电缆、无线电报的出现,终于实现了快速通信,彻底改变了整个世界的通信结构。

为了保证在表达和应用电磁理论时,不会遇到度量衡方面的困难和误解,拟定一套简单方便的度量衡标准单位就显得尤为必要。该领域的研究促进了国际标准单位的设置和采用,如伏特、安培、库仑、法拉和亨利。这一国际标准体系于1893年在芝加哥达成共识,为以后各行业标准单位制的进步奠定了基础。许多国家立即立法承认这些国际标准单位的有效性。

在这几十年里,电气工程一般被归类为物理学的一个分支。1882年,德国达姆施塔特工业大学设立了世界上第一个电气工程教席。同年,麻省理工学院物理系开始开设电气工程学士学位课程。1883年,达姆施塔特工业大学和康奈尔大学成立了电气工程系,成为世界上最早成立电气工程系的两所大学。1885年,伦敦大学学院成立了英国第一个“电气工程系”。第一任系主任是约翰·弗莱明,几年后该系更名为电气工程系。1886,密苏里大学也成立了电气工程系。根据一些文件,密苏里大学是第一所建立电气工程系的美国大学。很快,包括佐治亚理工学院在内的多所大学纷纷效仿,成立了电气工程系。

托马斯·爱迪生建造了世界上第一个大型电网。

经过几十年的发展,电气工程的应用领域急剧扩大。1882年,托马斯·爱迪生建成了世界上第一个大型电网,可以向纽约曼哈顿岛的59个客户提供电压为110伏的直流电。1884年,查尔斯·帕森斯爵士发明了蒸汽涡轮发动机。目前,涡轮发动机从各种热能源转化而来的机械能可以提供全球约80%的用电量。

尼古拉·特斯拉(Nikola tesla)开发了变压器和感应电动机,它们是交流系统的重要设备。

1880年代后期,见证了两种明显不同的权力传递方式的文明对抗。原来的直流模式用直流电输送电能,新出现的交流模式用交流电输送电能,引发了所谓的“电流战”。交流发电技术优于电能传输技术,尤其是交流电允许变压器用来升压或降压的电压(这是直流模式的一大缺失)。此外,高压交流电的使用大大扩展了电力传输的范围,变压器的使用提高了电力传输的安全性和效率。由于这些优点,交流供电方式逐渐取代了DC供电方式。在无线电技术的发展过程中,许多科学家和发明家分别为无线电和电子学做出了贡献。在1888的经典实验中,海因里希·赫兹利用电器设备在无线波段发射和接收无线电波,从而证实了无线电波的存在。1895年,尼古拉·特斯拉(nikola tesla)从他在纽约的实验室发出的无线电信号,在大约50公里外的纽约西点都能收到。

1897年,卡尔·布劳恩开始将阴极射线管组装成示波器,随后阴极射线管成为电视机的关键部件。1904年,约翰·弗莱明首先发明了二极管。两年后,罗伯特·冯·李本和李·福雷斯特独立发明了一种可以放大电流的真空管——三极管(又称“放大管”)。

1895年,吉列尔莫·马可尼进一步改进了赫兹的无线电传输方法,将无线电信号的传输距离延长到1.5英里(2.4公里)。19011 2月,为了证明自己掌握了更先进的传送无线电波的技术,可以完全不受地球曲率的影响,他从英国康沃尔的发射台发出无线电信号,穿越大西洋。在大西洋的另一边,加拿大纽芬兰的圣约翰实际上收到了信号。两地距离为2108。1920年,阿尔伯特·赫尔发明了磁控管,一种可以产生微波的真空管。珀西·斯宾塞在1946研制成功了微波炉。1934年,在哈里·珀利塞的指导下,英军开始利用微波技术发展雷达,并在鲍德西建立了第一个雷达站,于1936年8月开始运行。

1941年,德国科学家康拉德·楚泽展示了世界上第一台由机电元件制成的全功能可编程计算机,即Z3系统。从65438年到0943年,汤米·弗劳尔斯(Tommy Flowers)设计并制造了巨像计算机(colossus computer),这是一种前所未有的固定程序、可编程的数字计算机,完全由电子元件制成。1946年2月5日,美国陆军在第二次世界大战中投资研制的电子数值积分计算器(ENIAC)在先驱者约翰·莫克利和约翰·埃克特的指导下诞生于美国宾夕法尼亚大学。ENIAC被普遍认为是世界上第一台“通用”电子计算机,它的发明是现代计算机发展史上的一个重要里程碑。1947年,在贝尔实验室工作的威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了固态晶体管。这是二十世纪最重要的发明之一。晶体管具有量产、小型化、低成本的优势,几乎所有的现代电子产品都需要晶体管。肖克利、巴丁和布拉顿因“对半导体的研究和晶体管效应的发现”共同获得1956诺贝尔物理学奖。

1958年,杰克·基尔比和1959年,罗伯特·诺伊斯独立发明了集成电路。随着集成电路技术的应用,大量的微晶体管可以集成到一个小芯片上,这就为微处理器的出现提供了可能。英特尔公司1971年推出的Intel 4004微处理器是世界上第一个微处理器,由马尔西安·霍夫及其团队设计并实现,可以运行4位运算。1973年,Intel公司成功设计了八位微处理器Intel 8080,第一台个人电脑Altair 8800就搭载了一个Intel 8080。目前,单个VLSI芯片可以集成超过1,000,000个晶体管。