ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్

17వశతాబ్ది తొలి దశనుండి శాస్త్రవేత్తలు విద్యుత్ పై అధ్యయనం చేసేవారు. విలియమ్ గిల్బర్ట్ అనే వ్యక్తి అయస్కాంత శక్తికి స్థితి విద్యుత్ కి తేడా కనిపెట్టడని చెపుతారు.^[1] అలెస్సాండ్రో వోల్టా 1775 లో స్థితి విద్యుత్ చార్జీ తయారీ యంత్రం, 1800లో వోల్టాయిక్ పైల్ అనగా ఆధునిక బ్యాటరీకి మూలరూపం తయారు చేశాడు^[2]

కాని పందొమ్మిదవ శతాబ్దంలో ఈ విషయం బాగా అభివృద్ధిచెందింది. జార్జి ఓమ్ 1827 లో కరెంటుకి వోల్టేజికి సంబంధాన్ని కనుగొన్నాడు. 1831 లో, మైఖేల్ ఫారడే , ఎలెక్ట్రోమాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్,, 1873లో జేమ్స్ క్లార్క్ మాక్స్వెల్ విద్యదయాస్కాంత సూత్రాలు కనుగొన్నాడు.^[3]

1882 లో థామస్ అల్వా ఎడిసన్ రపంచంలో తొలిసారి విద్యుత్ ప్రసార నెట్వర్క్ తయారుచేశాడు. ఇది 110 వోల్టుల డిసి విద్యుత్ మన్హటన్ లోని 59 మంది వినియోగదారులకివ్వబడింది. 1884 లో చార్లెస్ అర్జెనాన్ పార్సన్స్ విద్యుత్శక్తి తయారీకి నీటిఆవిరిటర్బైన్ తయారుచేశాడు. 1887 లో, నికోలా టెస్లా ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్ అనబడే విద్యుత్ ప్రసార విధానాన్ని కనుగొన్నాడు. ఇది తరువాత ప్రాచుర్యం పొందింది. వీరికృషితో ఇండక్షన్ మోటార్ . టెలిగ్రాఫ్ లాంటివి అభివృద్ధి పరచబడ్డాయి.

ఆధునిక అభివృద్ధి

చాలా మంది శాస్త్రవేత్తలు రేడియో అభివృద్ధికి కృషిచేసారు. 1888 లో హెయిన్రిచ్ హెర్ట్జ్ సుదీర్ఘ పౌనఃపుణ్యం గల రేడియో తరంగాలను ప్రసారం చేయటం, వాటిని గ్రహించటం చేశాడు. 1897 లో కార్ల్ ఫెర్డినాండ్ బ్రాన్ కేథోడ్ రే ట్యూబ్ ని ఆసిలోస్కోప్ కొరకు కనుగొన్నాడు. ఇదే తరువాత టెలివిజన్ కి దారితీసింది.^[4] 1904 లో జాన్ అమ్బ్రోజ్ ఫ్లెమింగ్ మొదటిసారి రేడియో ట్యూబ్ లేక డయోడ్ కనుగొన్నాడు. రెండుసంవత్సరాల తర్వాత, రాబర్ట్ వాన్ లీబెన్, లీ డి ఫారెస్ట్ ట్రయోడ్ అనిపిలవబడే ఆంప్లిఫైయర్ కనుగొన్నారు.^[5] 1895 లో గుగ్లియెల్మో మార్కోని ఒకటిన్నర మైళ్లదూరం వైర్లెస్ సిగ్నల్ ను పంపించాడు. డిసెంబరు 1901 లో భూమి వంపు దాటిపోగల తరంగాలు పంపాడు. తరువాత అట్లాంటిక్ సముద్రాన్ని దాటగల తరంగాలను పంపాడు.^[6] 1920 లో అల్బర్ట్ హల్ కేవిటీ మాగ్నెట్రాన్ తయారు చేశాడు. దీని తర్వాత మైక్రోవేవ్ ఓవెన్ పెర్సీ స్పెన్సర్ 1946 లో తయారుచేశాడు.^[7][8] 1934 లో బ్రిటీష్ మిలిటరీ రాడార్ ని అభివృద్ధి పరచింది.^[9] 1941 లో కొన్రాడ్ జూస్ Z3 కంప్యూటర్ తయారు చేశాడు.^[10] 1946 లో ఎనియక్ (ENIAC) (Electronic Numerical Integrator and Computer) జాన్ ప్రెస్పర్ ఎకెర్ట్, జాన్ మౌచ్లీ తయూరు చేశారు. దీనివలన అపోలో ప్రోగ్రామ్, చంద్రమండలయాత్ర సాధ్యమయ్యాయి.^[11] ట్రాన్సిస్టర్ను 1947 లో విలియమ్ బి షాక్లీ జాన్ బార్డీన్, వాల్టర్ బ్రాటెయిన్ తయారు చేశారు. 1958 లో జాక్ కిల్బీ, 1959 లో రాబర్ట్ నోయిస్ (వేర్వేరుగా) ఒకటి కంటే ఎక్కువ ట్రాన్సిస్టర్లు వుండే సమీకృత వలయం (ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్) ^[12] 1968 లో టెడ్ హాఫ్ నేతృత్వంలో ఇంటెల్ మైక్రోప్రాసెసర్ తయారీచేయడంతో పర్సనల్ కంప్యూటర్ తయారీకి మార్గం సుగమం అయ్యింది. ఇంటెల్ 4004 అనబడే 4 బిట్ల ప్రాసెసర్ 1971 లో విడుదలైంది. ఇంటెల్ 8080 అనబడే, 8 బిట్ల ప్రాసెసర్ తయారీతో మొట్ట మొదటి పర్సనల్ కంప్యూటర్ ఆల్టెర్ 8800 విడుదలైంది.^[13]

ఎలెక్ట్రికల్ ఇంజనీర్లు సాధారణంగా 4 సంవత్సరాల పట్టభద్రులు. దీనిని బాచెలర్ ఆఫ్ ఇంజినీరింగ్, బాచెలర్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ అని పిలుస్తారు. దీనిలో భౌతిక శాస్త్రం, గణితం, కంప్యూటర్ సైన్స్, ఎలెక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్ కు ప్రత్యేకమైన విషయాలు వుంటాయి. పోస్ట్ గ్రాడ్యుయేట్ డిగ్రీ, డాక్టరేట్ చేయటానికి అవకాశం వుంటుంది. మూడు సంవత్సరాల డిప్లొమా కోర్సులు కూడా వుంటాయి.

డిగ్రీ పొంది, కొంత అనుభవం పొందినతరువాత ఛార్టర్ ఇంజనీర్ గా నమోదు చేసుకోవచ్చు. కొన్నిపనులకు వృత్తిపర ఇంజనీర్ ధ్రువీకరణ తప్పనిసరికావొచ్చు.వృత్తిపర సంస్థలు ప్రపంచ వ్యాప్తంగా ఇన్సిట్ట్యూట్ ఆఫ్ ఎలెక్ట్రికల్ ఇంజనీర్స్ (IEEE), ఇన్సిట్ట్యూట్ ఆఫ్ ఇంజనీరింగ్ అండ్ టెక్నాలజీ (IET), భారతదేశంలో ఇన్సిట్ట్యూట్ ఆఫ్ ఇంజనీర్స్, ఇన్సిట్ట్యూట్ ఆఫ్ ఎలెక్ట్ర్కానిక్స్ అండ్ టెలికమ్యూనికేషన్ ఇంజినీర్స్ ఉన్నాయి. IEEE 360000 పైగా సభ్యులతో దాదాపు 30 శాతం ఇంజనీరింగ్ పరిశోధన తన పత్రికల ద్వారా ప్రకటితమవుతుంది.^[14] సాంకేతిక నైపుణ్యాలు పాతబడటం ఇంజనీర్లకి పెద్ద సమస్య. నైపుణ్యాన్ని పెంచుకోవడంకోసం, వృత్తిపరసంస్థలలో సభ్యత్వం, పత్రికలు చదవడం తప్పనిసరి.^[15] ఆస్ట్రేలియా, కెనడా, యునైటెడ్ స్టేట్స్ లో ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీర్లు కార్మికులలో 0.25% శాతం వుంటారు . ఇతరదేశాలలో వీరిశాతం ఇంకా ఎక్కువ ఉంది.

జిపిఎస్ నుండి విద్యుత్ వుత్పత్తి వరకు ఎలెక్ట్రికల్ ఇంజనీర్లు చాలా సాంకేతికాలను అభివృద్ధి చేశారు. ఎలెక్ట్రికల్ వ్యవస్థలు, ఎలెక్ట్రానిక్ పరికరాల రూపకల్పన, అభివృద్ధి, పరీక్ష చేయటం, వాటిని పర్యవేక్షణ చేయటం వీరి పనిలోభాగం. ఉదాహరణకు, దూర సంచార వ్యవస్థలు, విద్యుత్ స్టేషన్లు, లైటింగ్, ఎలెక్ట్రికల్ వైరింగ్, గృహోపకరణాలు, పారిశ్రామిక యంత్రాలు మొదలగునవి.^[16]

భౌతిక, గణిత శాస్త్రాలు ఆధారంతో గణాంకాలు, వివరణాత్మక విషయాలతో వ్యవస్థలు ఎలా పనిచేస్తాయో నేర్చుకుంటారు. కంప్యూటర్లు వాడటం సర్వసాధారణం అయినా చేతి గీతల ద్వారా ఊహలను పంచుకోవటం కూడా కావాలి. సర్క్యూట్ సిద్దాంతాలు (అనగా రెసిస్టర్లు, కెపాసిటర్లు.ఇండక్టర్లు. డయోడ్లు, ట్రాన్సిస్టర్లు) తప్పనిసరిగా నేర్చుకున్నా అందరూ రోజు వారి పనిలో వాడకపోవచ్చు. అయితే అతిపెద్ద స్థాయి ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్సు తయారీకి క్వాంటమ్ మెకానిక్స్, సాలిడ్ స్టేట్ ఫిజిక్స్ అవసరం. సర్వ సాధారణంగా గణాంకల విశ్లేషణా నైపుణ్యము, కంప్యూటర్ అవగాహన సాంకేతిక ఊహలు అర్థం చేసుకునే నైపుణ్యాలు కావాలి. సాంకేతికపనే కాకుండా, ప్రతిపాదనలను కక్షిదారులతో చర్చించటం, బడ్జెట్ తయారీ, ప్రాజెక్టు నిర్వహణ చేయటం కూడా వీరి పనిలో భాగం.^[17] చాలా అనుభవమున్న ఇంజనీర్లు ఇతర ఇంజనీర్ల జట్టుకి నేతృత్వము వహిస్తారు.చాలా ప్రాజెక్టులకి విషయవ్యక్తీకరణ ముఖ్యం కాబట్టి వ్రాతపూర్వక నైపుణ్యాలు కూడా ముఖ్యం. వీరి పని స్థలాలలో వైవిధ్యత వుంటుంది. ప్రయోగశాలలు, కార్యాలయాలు, గనుల దగ్గర కాంప్ ఆఫీసులు వుదాహరణలు. వీరు ఇతర సాంకేతిక వేత్తలను పర్యవేక్షించే అవకాశం కూడా వుంటుంది.

దీనిలో చాలా ఉపవిభాగాలున్నాయి. వాటిలో ముఖ్యమైనవి క్రింద ఇవ్వబడినవి. ఎలెక్ట్రానిక్ ఇంజనీరింగ్, కంప్యూటర్ ఇంజనీరింగ్ లాంటి కొన్నిటిని ప్రత్యేక విభాగాలుగా పరిగణించడం సాధారణం కూడా.

విద్యుత్ (పవర్)

విద్యుత్ ఇంజనీరింగ్ విద్యుత్ శక్తి ఉత్పత్తి, ప్రసారం, పంపిణీ, వాటికి సంబంధించిన పరికరాలగురించినది. వీటిలో ట్రాన్సఫార్మర్స్, విద్యుత్ జనరేటరులు, విద్యుత్ మోటార్లు, ఎక్కువ వోల్టేజి ఇంజనీరింగ్, పవర్ ఎలెక్ట్రానిక్స్ ఉన్నాయి. ప్రపంచంలోని చాలా ప్రాంతాలలో ప్రభుత్వాలు, విద్యుత్ వుత్పత్తి కేంద్రాలు, వినియోగ కేంద్రాలను కలిపే గ్రిడ్ అనబడే నెట్వర్క్ ను నిర్వహిస్తుంది. పవర్ ఇంజనీర్లు ఈ గ్రిడ్ కు సంబంధించిన వాటిపై పనిచేస్తారు.

నియంత్రణ(కంట్రోల్)

చలనశీల వ్యవస్థలను గణిత సూత్రాలను పాటించేదానినిగా రూపొందించి, వాటిని కావలసినట్టు పనిచేయించటం కంట్రోల్ ఇంజనీర్ల పని.దీని కొరకు, ఎలెక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్లు, డిజిటల్ సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్, మైక్రోకంట్రోలర్లు, ప్రోగ్రామబల్ లాజిక్ కంట్రోలర్లు వాడుతారు. విమానాల గతి నియంత్రణ, చోదన నియంత్రణ, కార్లలో వుండే నియమిత వేగ నియంత్రణ (క్రూయిస్ కంట్రోల్), పారిశ్రామిక స్వయం చాలక వ్యవస్థలలో ఇది వాడబడుతుంది. ప్రతిస్పందనని గమనించి అనుకున్న స్థితిని చేరుకునేటట్లు చేయటమేవీరి ముఖ్యమైనపని.

ఎలెక్ట్రానిక్స్

ఎలెక్ట్రానిక్ ఇంజనీరింగ్ ఎలక్ట్రిక్ మూలాలైన రెసిస్టర్, కెపాసిటర్, ఇండక్టర్, డయోడ్, ట్రాన్సిస్టర్ వాడి కావలసిన పనిని చేయటం.ట్యూన్డ్ సర్క్యూట్ ద్వారా మనకి కావలసిన రేడియో స్టేషను సిగ్నల్ ని మాత్రమే రాబట్టడం ఒక ఉదాహరణ. రెండవ ప్రపంచ యుద్ధానికి ముందు. ఈఉపవిభాగాన్ని రేడియో ఇంజనీరింగ్ అని పిలిచేవారు. దీనిలో రేడార్, రేడియో, టెలివిజన్ మాత్రమే వుండేయి. ఆ తరువాత ఆధునిక శ్రవణ వ్యవస్థలు, కంప్యూటర్లు, మైక్రోప్రాసెసర్లు దీనిలో మమేకమవటంతో ఎలెక్ట్రానిక్ ఇంజనీరింగ్ గా మారింది.1959 లో సమీకృత వలయం కనుగొనకముందు, సర్క్యూట్లు వేరు వేరు కాంపొనెంట్లు వాడి చేసేవారు. ఇవి ఎక్కువ స్థలం, శక్తి తీసుకోవటంతో పాటు తక్కువ వేగంతో పనిచేసేవి. దానికి బదులుగా ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లులో లక్షలకొలది ట్రాన్సిస్టర్లతో ఒక నాణెం పరిమాణంలో వుంచి పనిచేయడంతో శక్తివంతమైన కంప్యూటర్లు, ఇతర ఎలెక్ట్రానిక్ పరికరాలు చేయటానికి వీలయ్యింది.

మైక్రోఎలెక్ట్రానిక్స్

మైక్రోఎలెక్ట్రానిక్స్ చాలా సూక్ష్మమైన విడి భాగాలను ఎలా తయారు చేయాలో వివరిస్తుంది. వీటిని వాడి ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు చేస్తారు లేక నిర్దిష్ట పనిచేసే విడిభాగాలుగా వాడతారు. వీటిలో ముఖ్యమైనవి ట్రాన్సిస్టర్, రెసిస్టర్, కెపాసిటర్, ఇండక్టర్లు. వీటిని మరింత సూక్ష్మంగా చేయటాన్ని నానో ఎలెక్ట్రానిక్స్ అంటారు. రసాయనిక విధానంలో సిలికాన్ లేక గేలియమ్ ఆర్సెనైడ్ లేక ఇండియమ్ ఫాస్ఫైడ్ వంటి సెమీకండక్టర్ వేఫర్లపై కావలసినట్లుగా విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని నియంత్రించటమే దీనిలోప్రధానం. రసాయనశాస్త్రం, మెటీరియల్ సైన్స్, క్వాంటమ్ మెకానిక్స్ లాంటి విషయాలు చదవాల్సివస్తుంది.

సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్

సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్ సిగ్నల్ పై వివిధ చర్యలు వివరిస్తుంది. ఈ సిగ్నల్ ఎనలాగ్ లేక డిజిటల్ గా వుండవచ్చు. ఎనలాగ్ సిగ్నల్ ను పెద్దది చేయటం, కావలసిన పౌనపుణ్యాలను వేరుచేయటం, ఇంకొక సిగ్నల్ తో కలపటం, వేరుచేయటం చేయవచ్చు. డిజిటల్ సిగ్నల్ లో కంప్రెషన్ చేయటం, దోషాలు కనుగొనటం సరిచేయటం చేస్తారు. ఇది గణితంపై చాలా అధారపడుతుంది. రకరకాల క్షేత్రాలలో ఉదాహరణకు టెలివిజన్, ధ్వని వ్యవస్థలు, మొబైల్ ఫోన్లు, డిజిటల్ కెమేరాల, మిసైల్ నియంత్రణ లాంటి వాటిలో దీని వినియోగం ఉంది.

టెలికమ్యూనికేషన్స్ (దూరప్రసారాలు)

టెలికమ్యూనికేషన్స్ ఇంజనీరింగ్ సమాచారాన్ని తీగ లేక, ఆప్టికల్ ఫైబర్ లేక తీగలేని మాధ్యమాల ద్వారా ప్రసారానికి సంబంధించింది. శూన్య ప్రదేశాల ద్వారా రేడియో తరంగాల ప్రసారం చేసేటప్పుడు, సమాచారాన్ని, ప్రసారానికి అనువుగా వుండే తరంగంపైకి మార్చాలి దీనినే మాడ్యూలేషన్ అంటారు. అనలాగ్ సాంకేతికాలలో ముఖ్యమైనవి తీవ్రత స్థాయి మాడ్యులేషన్, తరంగాల తరచుదనం మాడ్యులేషన్. దీని ఎంపిక వ్యవస్థ నాణ్యతను, ఖర్చును ప్రభావితం చేస్తుంది అందుకని ఇంజనీర్ జాగ్రత్తగా నిర్ణయించాలి. ప్రసారం పంపుటకు, అందుకొనే వాటిని రేడియోలు అంటారు. ఇవి రెండూ కలిగివున్నవాటిని ట్రాన్సీవర్ అంటారు. వీటికి కావాల్సిన శక్తి, సిగ్నల్ తీవ్రతపై ఆధారపడివుంటుంది. సిగ్నల్ కన్నా అవాంఛిత తరంగాలు ఎక్కువైతే ప్రసారం లేక అందుకోటం వీలవుదు.

ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్

భౌతికమైన వత్తిడి, ప్రవాహ వేగం, ఉష్ణోగ్రత వాటిని కొలవటానికి అవసరమైన పరికరాల తయారీ. దీనికి భౌతిక శాస్త్రం పై మంచి పట్టుకావాలి. విమానంలో పైలట్ వాయు వేగం, ఎత్తుని కొలిచే పరికరాల సహాయంతో విమానాన్ని నియంత్రిస్తాడు. థర్మోకపుల్ తో రెండు ప్రదేశాల మధ్య ఉష్ణోగ్రతల తేడాని కొలవవచ్చు. చాలా సార్లు ఈ విభాగాన్ని నియంత్రణకి వాడుతారు. ఉదా థర్మోకపుల్ తో మండేచోటు ఉష్ణోగ్రతని నియమిత స్థాయిలో వుంచడం.

కంప్యూటర్స్

కంప్యూటర్ ఇంజనీరింగ్ లో కంప్యూటర్, కంప్యూటర్ వ్యవస్థల నిర్మాణానికి సహాయ పడుతుంది. కొత్త హార్డవేర్, టాబ్లెట్ లాంటి ఆధునిక కంప్యూటర్లు, సూపర్ కంప్యూటర్లు లేక ఉత్పత్తి కర్మాగార నియంత్రణ కంప్యూటర్లు తయారీకి ఇది అవసరం. సాఫ్ట్ వేర్ పని అవసరమైనా దానికొరకు సాఫ్ట్వేర్ ఇంజనీరింగ్ అనే విభాగం వుంటుంది. కంప్యూటర్లు ప్రతి ఉపకరణంలో (వీడియో ఆటలు, డివిడి ప్లేయర్లు) వాడబడడంతో ఈ ఇంజనీర్లు పనిచేసే వాటిలో మేజాబల్ల పై వాడే కంప్యూటర్లు చాలా తక్కువనే చెప్పాలి.

మెకాట్రానిక్స్ అనబడేదానిలో ఎలెక్ట్రికల్, మెకానికల్ కలిసి పనిచేసే యంత్రాల తయారీకి సంబంధించింది. వీటికి ఉదాహరణలు స్వయంచాలిత ఉత్పత్తి నియంత్రణ వ్యవస్థలు, వేడి, గాలి మార్పిడి, సమశీతోష్ణ నియంత్రణ వ్యవస్థ (HVAC), కారు, విమాన వ్యవస్థలు. దీనినిసాధారణంగా పెద్ద వ్యవస్థలకు వాడుతారు. ఈ మధ్య చాలా చిన్న స్థాయి పరికరాలనబడే మైక్రో ఎలెక్ట్రోమెకానికల్ సిస్టమ్స్ (MEMS) కూడా సంబంధించింది. ఉదా. కార్లలో ఎయిర్ బాగ్ ప్రయోగించడం, ఇంక్ జెట్ ముద్రణా యంత్రాలలో సరియైన బొమ్మ రూపు దిద్దటానికి సిరాచుక్కలను సరిగా ప్రయోగించటం లాంటివి, భవిష్యత్తులో శరీరంలో ప్రవేశపెట్టగల సూక్ష్మ పరికరాలు, ఆప్టికల్ ప్రసార వ్యవస్థల తయారీకి ఇవి ఉపయోగపడతాయి.^[18]

బ యో మెడికల్ ఇంజనీరింగ్ అనబడే విభాగంలో ఆరోగ్య పరికరాల తయారీకి ప్రాధాన్యత వుంటుంది. పెద్ద యంత్రాల వర్గంలో కృత్రిమ శ్వాస యంత్రం, MRI స్కానర్లు, ECG యంత్రాలు వుంటే చిన్న వర్గంలో ధ్వని వర్థకము, కృత్రిమ గుండె, కృత్రిమ హృదయనియంత్రణ పరికరము (పేస్ మేకర్) వున్నాయి