הנדסת חשמל | היסטוריה

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 חשמלי בתוך מוליך, עבודתו של מייקל פאראדיי בנושא ההשראה האלקטרומגנטית ב-1831 וכן עבודתו של ג'יימס קלרק מקסוול שבשנת 1873 פרסם את משוואות מקסוול.

התפתחות תעשיית האנרגיה החשמלית והאור באותן שנים גרמה לעלייה משמעותית בביקוש למהנדסי חשמל מנוסים. באותה תקופה, מהנדסים הוכשרו במסגרת התמחויות. שיטת זו הכשירה מהנדסי מכונות ומהנדסים אזרחיים, אך כשלה בניסיון להכשיר אנשים שחפצו להשתלב בתעשיית החשמל מכיוון שלאור ההתפתחות המהירה של התחום, לא היה מספיק מהנדסי חשמל מנוסים שסטודנט פוטנציאלי היה יכול ללמוד מהם[2].

תומאס אדיסון בנה את רשת החשמל הגדולה הראשונה בהיסטוריה

באותן שנים, לימוד החשמל נחשב כתת-תחום של פיזיקה, ובאופן טבעי, משימת לימודי הנדסת החשמל נפלה לחיק הפרופסורים לפיזיקה, כאשר רק להם היה את הידע החשמלי הנדרש ואת היכולות להעביר אותו למספר גדול של סטודנטים. רק בסוף המאה ה-19 החלו אוניברסיטאות להציע תארים אקדמיים בהנדסת חשמל. הפקולטה הראשונה בעולם להנדסת חשמל הוקמה בשנת 1882 ב אוניברסיטת דארמשטאט לטכנולוגיה. בשנת 1883 הציגה אוניברסיטה זו בשיתוף עם אוניברסיטת קורנל את הקורסים הראשונים בתחום הנדסת החשמל. בשנת 1885 הוקמה הפקולטה הראשונה באנגליה[3]. אוניברסיטת מיזורי הקימה ב-1886 את הפקולטה להנדסת חשמל הראשונה בארצות הברית.

מחלקות הנדסת החשמל שמרו על קשרים הדוקים עם מחלקות הפיזיקה שמהן התפצלו זמן רב אחרי שהתפצלו ושנים אחרי שהרדיו, הרדאר ו אלקטרוניקה מבוססת מוליכים למחצה הגיחו לעולם.

הקו המפריד בין מחקר מתקדם בהנדסת חשמל לבין מחקר בתחום הפיזיקה היה כמעט ולא קיים.

ממציאים הסתמכו על גילויים שונים של פיזיקאים, ופיזיקאים תקפו בעיות טכנולוגיות שנעו בין היעילות של מנוע הקיטור לבין הדעיכה של אותות טלגרפיה, אך למרות זאת, מעטים הם המהנדסים במאה ה-19 שהחשיבו למידה אקדמית בתחום הפיזיקה כמסלול הכי טוב להצלחה במקצועם.

האיש שגילה את הובלת החשמל היה יוסף פופר ב-1862 שהיה הראשון להגות את הרעיון של העברת כוח חשמלי ב-1862 והוא הסביר את זה ב-1862 בתקשורת ב imperial academy of sciences בווינה שפירסמה את אותו הדבר ב-1882. 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 לייצור והובלת חשמל.

המאמצים של שני האישים תרמו משמעותית לקידום תחום הנדסת החשמל. עבודתו של טסלה על מנועי השראה ו מערכות 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

ניקולה טסלה

לאחר המצאת הרדיו, תרמו מדענים וממציאים רבים לטכנולוגיה האלחוטית והאלקטרוניקה. בניסוייו הקלאסיים ב-UHF 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) [4]. 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 ולי דה פורסט [5] . בשנת 1920 המציא אלברט הול מגנטרון אשר ישמש אחר כך לפיתוח המיקרוגל בשנת 1946 על ידי פרסי ספנסר [6][7] . בשנת 1934, החל הצבא הבריטי, תחת הנחייתו של דוקטור וימפריס, לבצע צעדי ענק לקראת הרדאר (שגם כן עושה שימוש במגנטרון). תחנת הרדאר הראשונה הופעלה ב באוודסיי באוגוסט 1936 [8]. בשנת 1941 הציג קונראד צוזה את ה-Z3, המחשב הפועל, בר התכנות, הראשון בעולם [9] . בשנת 1946 הופיע הENIAC של ג'ון פרספר אקרט ו ג'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 [10]. המצאת הטרנזיסטור בשנת 1947 על ידי ויליאם שוקלי, ג'ון ברדין ווולטר בראטיין 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 [11]. 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[12].