전기공학의 역사

History of electrical engineering
필라델피아에서 글렌 벡(배경)과 베티 스나이더(배경)로 ENIAC가 BRL 빌딩 328에서 프로그래밍합니다.사진 1947년 ~ 1955년

이 기사에는 전기공학의 역사가 자세히 나와 있습니다.

고대 발전

전기에 대한 지식이 존재하기 훨씬 전에, 사람들은 전기 물고기로부터의 충격을 알고 있었다.기원전 2750년의 고대 이집트 문헌에서는 이 물고기들을 "나일의 사냥꾼"이라고 불렀고, 다른 모든 물고기들의 "보호자"라고 묘사했다.전기 물고기는 수천 년 후에 고대 그리스, 로마, 아랍의 박물학자들과 [1]의사들에 의해 다시 보고되었다.Pliny the Elder와 Scribonius Largus와 같은 몇몇 고대 작가들은 전기 메기와 전기 가오리에 의해 전달된 전기 충격의 마비 효과를 증명했고, 그러한 충격이 전도성 [2]물체를 따라 전달될 수 있다는 것을 알았다.통풍이나 두통 같은 병을 앓고 있는 환자들은 강력한 충격이 그들을 [3]낫게 할 수 있다는 희망으로 전기 물고기를 만지도록 지시받았다.아마도 번개의 정체성과 다른 원천으로부터의 전기를 발견하기 위한 가장 빠르고 가까운 접근법은 15세기 이전에 아랍어로 번개 라드를 의미했던 아랍인들에게 기인한 것일 것이다.(전광선)에 도포됨.

지중해 주변의 고대 문화권에서는 호박 막대기와 같은 특정 물체는 깃털과 같은 가벼운 물체를 끌기 위해 고양이의 털로 문지를 수 있다는 것을 알고 있었다.고대 그리스 철학자 밀레토스의 탈레스는 기원전 600년경에 쓴 글에서 호박과 같은 다양한 물질에 털을 문지르면 둘 사이에 특별한 매력을 일으킬 것이라고 언급하면서 정전기의 형태를 묘사했다.그는 호박 버튼이 머리카락과 같은 가벼운 물체를 끌어당길 수 있고 만약 호박을 충분히 오래 문지르면 심지어 불꽃이 튀게 될 수도 있다고 언급했다.

기원전 450년경, 후기 그리스 철학자 데모크리투스는 현대 원자론과 유사한 원자론을 개발했다.그의 멘토인 레우키푸스도 같은 이론으로 인정받고 있다.레우키포스와 데모크리투스의 가설은 모든 것이 원자로 구성되어야 한다는 것이었다.하지만 "아토모스"라고 불리는 이 원자들은 분리될 수 없고 파괴될 수 없었다.그는 원자 사이에 빈 공간이 있고 원자는 끊임없이 움직인다고 처방적으로 말했다.그는 원자의 크기와 모양이 다르며, 각각의 물체는 그들만의 모양과 크기의 [5][6]원자를 가지고 있다고만 말한 것은 틀렸다.

1938년 이라크에서 발견된, 기원전 250년 전으로 거슬러 올라가며 바그다드 배터리라고 불리는 물체는 갈바닉 셀과 유사하며, 일부 사람들에 의해 메소포타미아에서 전기 도금을 위해 사용되었다고 주장되지만, 이에 대한 증거는 없다.

17세기의 발전

볼타틱 파일, 첫 번째 배터리
나폴레옹 보나파르트 황제에게 가장 이른 더미를 보여준 알레산드로 볼타

전기는 수천 년 동안 지적 호기심에 지나지 않을 것이다.1600년, 영국의 과학자 윌리엄 길버트는 전기와 자기력에 대한 카다노 연구를 확장하여 호박을 [7]문지르면서 생기는 정전기와 자석 효과를 구별하였다.그는 작은 물체를 [8]문지른 후 끌어당기는 성질을 나타내기 위해 새로운 라틴어 일렉트릭투스("호박" 또는 "호박처럼")를 만들었다.이 연관성은 영어 단어 "electric"과 "electric"을 만들어냈고, 이것은 [9]1646년 토마스 브라운의 Pseudodoxia Epedemica에서 처음으로 출판되었다.

더 많은 작업은 정전기의 거부감을 보인 오토 폰 게리케에 의해 수행되었다.로버트 보일은 [10]또한 작품을 출판했다.

18세기의 발전

전기 현상은 수세기 동안 알려져 있었지만, 18세기에 전기에 대한 체계적인 연구는 "과학의 가장 젊은"으로 알려지게 되었고, 대중은 이 [11]분야의 최신 발견으로 인해 열광하게 되었다.

1705년까지 프란시스 하우크스비는 그가 개조한 오토 폰 게릭케의 발전기 유리에 소량의 수은을 넣고, 가벼운 진공 상태를 만들기 위해 공기를 빼내고, 전하를 만들기 위해 공을 문지르면, 그가 공 바깥쪽에 손을 대면 빛이 보인다는 것을 발견했다.이 빛은 책을 읽을 수 있을 만큼 밝았다.그것은 세인트루이스와 비슷해 보였다. 엘모의 불이 효과는 나중에 네온 조명과 수은 증기 램프로 이어진 가스 방전 램프의 기초가 되었다.1706년 그는 이 [12]효과를 내기 위해 '인플루언스 머신'을 제작했다.그는 같은 [13]해에 왕립학회 회원으로 선출되었다.

벤자민 프랭클린

Hauksbee는 전기 실험을 계속하여 다양한 전기 현상을 발생시키고 시연하기 위한 기계를 개발하고 수많은 관찰을 했다.1709년에 그는 그의 과학적 연구의 많은 부분을 요약한 다양한 주제에 대한 물리-기계 실험을 출판했다.

Stephen Gray는 절연체와 도체의 중요성을 발견했다.C. F. du Fay는 그의 작품을 보고 "이유체" 전기 이론을 개발했습니다.[10]

18세기에 벤자민 프랭클린은 그의 사업에 자금을 대기 위해 그의 소유물을 팔면서 전기에 관한 광범위한 연구를 수행했다.1752년 6월 그는 축축한 연줄 바닥에 금속 열쇠를 달아 폭풍우가 몰아치는 하늘로 [14]연을 날린 것으로 알려져 있다.열쇠에서 손등으로 불꽃이 연속적으로 튀는 것은 번개가 실제로 [15]전기로 작동한다는 것을 보여주었다.그는 또한 단일 유체, 두 가지 상태의 전기 이론을 고안함으로써 많은 양의 전하를 저장하기 위한 장치로서 레이든 항아리의 명백한 역설적인 행동을 설명했습니다.

1791년, 이탈리아인 Luigi Galvani는 전기가 신경세포가 [10][16][17]근육에 신호를 전달하는 매개체라는 것을 증명하면서 그의 생체 전기의 발견을 발표했다.아연과 구리의 층을 번갈아 가며 만든 1800년의 알레산드로 볼타의 배터리, 즉 볼타 더미는 과학자들에게 이전에 사용되었던 [16][17]정전 기계보다 더 신뢰할 수 있는 전기 에너지원을 제공했다.

19세기의 발전

프란시스 론널드 경

전기 공학은 19세기 후반에 직업이 되었다.실무자들은 글로벌 전기 전신 네트워크를 구축했으며, 새로운 분야를 지원하는 최초의 전기 공학 기관이 영국과 미국에서 설립되었습니다.최초의 전기 엔지니어를 정확히 집어내는 것은 불가능하지만, 프란시스 론날즈는 1816년에 작동하는 전기 전신 시스템을 만들고 [18][19]전기에 의해 세상이 어떻게 변할 수 있는지에 대한 그의 비전을 기록한 그 분야의 선두에 서 있다.50년 이상 후, 그는 새로운 전신 기술자 협회(곧 전기 기술자 협회로 개명)에 가입하여 다른 회원들로부터 그가 그들의 첫 번째 [20]코호트로 간주되었습니다.그의 방대한 전기 도서관의 기부는 신생 학회에 상당한 혜택이었다.

마이클 패러데이는 토마스 필립스 1841년–1842년[21] 묘사

19세기 동안 현대 연구 기술의 도구와 함께 전기 공학에 대한 과학적 기초의 개발이 강화되었다.금세기 초의 주목할 만한 발전은 1827년에 전류와 도체의 전위차 사이의 관계를 수량화한 게오르크 옴의 연구, 1831년에 [22]전자기 유도를 발견한 마이클 패러데이가 있다.1830년대에 게오르크 옴은 또한 초기 정전 기계를 만들었다.동극 발생기는 1831년 마이클 패러데이가 기억에 남는 실험 중에 처음 개발했어요.이것은 현대 동력기의 시작이었습니다. 즉, 자기장을 사용하여 작동하는 전기 발전기입니다.1866년 베르너 폰 지멘스에 의한 산업용 발전기의 발명은 외부 자기력이 필요하지 않았고, 그 결과로 많은 다른 발명품들을 가능하게 했다.

1873년, 제임스 클러크 맥스웰은 전기와 자기학에 대한 통일된 처리를 전기와 자기학에 관한 논문으로 발표했는데, 이것은 여러 이론가들이 맥스웰의 방정식에 의해 묘사된 분야의 관점에서 생각하도록 자극했다.1878년, 영국의 발명가 제임스 윔셔스트는 두 개의 축에 두 개의 유리 원반을 장착한 장치를 개발했다.1883년이 되어서야 Wimshurst 기계는 과학계에 더 완전하게 보고되었다.

토마스 에디슨은 세계 최초의 대규모 전기 공급망을 구축했다.

1800년대 후반, 전기에 대한 연구는 주로 물리학의 하위 분야로 여겨졌다.19세기 후반이 되어서야 대학들이 전기공학 학위를 제공하기 시작했다.1882년 다름슈타트 공과대학은 세계 최초의 전기공학 석좌와 학부를 설립했습니다.같은 해, 찰스 크로스 교수 밑에서, 매사추세츠 공과대학은 [23]물리학과 내에서 전기공학의 첫 번째 옵션을 제공하기 시작했습니다.1883년 Darmstadt 공과대학과 Cornell 대학은 세계 최초의 전기 공학 강좌를 도입했고 1885년 University College London은 영국 최초의 전기 공학 강좌를 설립했습니다.미주리 대학교는 1886년 [24]미국 최초의 전기공학부를 설립하였다.

이 기간 동안 상업적인 전기 사용량이 급격히 증가했다.1870년대 후반부터 도시들은 아크 [25]램프를 기반으로 한 대규모 전기 가로등 시스템을 설치하기 시작했다.실용적인 실내 조명용 백열등을 개발한 후, 토마스 에디슨은 1882년 비교적 안전한 110V 직류 시스템을 사용하여 세계 최초의 공공 전기 공급 장치를 가동하였다.변압기의 발명을 포함한 1880년대의 엔지니어링의 진보로 인해 전기 사업자는 주로 아크 조명 시스템에 사용되는 교류 전류를 실외 및 실내 조명의 분배 표준으로 채택하기 시작했습니다(결국 이러한 목적을 위해 직류를 대체했습니다).미국에서는 주로 웨스팅하우스 AC와 "해류의 전쟁"[26]으로 알려진 에디슨 DC 시스템 사이에 경쟁이 있었다.

미국의 기업가이자 엔지니어인 George Westinghouse는 실용적인 AC 전원 네트워크의 개발을 재정적으로 지원했습니다.

"1890년대 중반까지 4개의 "맥스웰 방정식"은 모든 물리학에서 가장 강력하고 성공적인 이론 중 하나로 인식되었습니다; 그것들은 뉴턴의 역학 법칙의 동반자, 심지어 경쟁자로써 그들의 자리를 차지했습니다.이 공식은 그 무렵에는 무선 통신의 새로운 기술, 그리고 전신, 전화,[27] 전력 산업에서도 가장 극적으로 활용되고 있었습니다."19세기 말에 이르러 전기공학이 [28]발전한 수치가 나타나기 시작했다.

Charles Proteus Steinmetz는 엔지니어들을 위한 수학 이론을 공식화하면서 미국에서 전력 산업의 확장을 가능하게 한 교류 발전의 개발을 촉진하는 데 도움을 주었다.

라디오와 전자제품의 출현

1894년 자가디시 찬드라 보스
1915년경 찰스 프로테우스 스타인메츠

라디오의 개발 기간 동안, 많은 과학자들과 발명가들이 라디오 기술과 전자 공학에 기여했다.1888년의 그의 고전적인 UHF 실험에서, 하인리히 헤르츠는 많은 발명가들과 과학자들이 구글리엘모 마르코니와 알렉산더 포포브와 같은 상업적인 응용 분야에 전자파의 존재를 증명했습니다.

밀리미터파 통신은 1894-1896년 Jagadish Chandra Bose가 실험에서 [29]60GHz의 매우 높은 주파수에 도달했을 때 처음 조사되었습니다.그는 또한 [31][32]1901년에 전파를 검출하기 위한 반도체 접합부의 사용을 소개했는데, [30]이는 그가 전파 결정 검출기를 특허를 냈을 때였다.

20세기의 발전

존 플레밍은 1904년에 최초의 라디오 튜브인 다이오드를 발명했다.

Reginald Fessenden은 음성 전송을 가능하게 하기 위해 연속적인 파동이 발생되어야 한다는 것을 인식했고, 1906년 말에 그는 최초의 라디오 음성 방송을 보냈다.또한 1906년, 로버트 폰 리벤과 리 드 [33]포레스트는 삼극이라고 불리는 앰프 튜브를 독자적으로 개발했다.1931년 [34]에드윈 하워드 암스트롱이 전자 텔레비전에 대한 기술을 가능하게 했습니다.

1920년대 초,[35] 국내 전기 응용 프로그램의 개발에 대한 관심이 증가하였다.대중의 관심은 "미래의 집"을 주제로 한 전시회로 이어졌고, 영국에서는 1924년 여성들이 [36]전기공학에 참여하도록 장려하기 위해 Caroline Haslett와 함께 Electrical Association for Women이 이사로서 설립되었습니다.

제2차 세계 대전의 해

제2차 세계 대전은 특히 레이더와 1940년 버밍엄 대학의 랜달과 부트에 의한 마그네트론의 발명으로 전자공학 분야에서 엄청난 발전을 보았다.무선 위치, 무선 통신 및 항공기의 무선 안내가 모두 이 시기에 개발되었다.초기 전자 컴퓨팅 장치인 Colosus는 GPO의 Tommy Flowers에 의해 독일 로렌츠 암호기의 암호화된 메시지를 해독하기 위해 만들어졌습니다.또한 이 시기에 개발된 것은 비밀 요원들이 사용하기 위한 첨단 비밀 무선 송신기와 수신기였다.

그 당시 미국의 발명품은 윈스턴 처칠과 프랭클린 D 사이의 통화를 스크램블 하는 장치였다. 루즈벨트.이것은 그린 호넷 시스템이라고 불리며 신호에 노이즈를 삽입함으로써 작동했습니다.그런 다음 수신측에서 노이즈가 추출되었습니다.이 시스템은 독일인에 의해 깨진 적이 없다.

미국에서는 전쟁 훈련 프로그램의 일환으로 무선 방향 탐지, 펄스 선형 네트워크, 주파수 변조, 진공관 회로, 전송로 이론 및 전자기 공학 기초 분야에서 많은 작업이 수행되었습니다.이 연구들은 1946년 맥그로 힐이 출판한 '라디오 커뮤니케이션 시리즈'로 알려진 전쟁 직후에 발표되었다.

1941년 Konrad Zuse는 세계 최초의 완전한 기능 및 프로그램 가능한 [37]컴퓨터인 Z3를 선보였다.

전후 몇 년

제2차 세계 대전 이전에는 이 주제는 일반적으로 '라디오 공학'으로 알려져 있었으며 주로 통신과 레이더, 상업용 라디오 및 초기 TV에 국한되었다.이 시기에 대학에서 라디오 공학 연구는 물리학 학위의 일부로서만 수행될 수 있었다.

이후 전후 몇 년 동안 소비자 장치가 개발되기 시작하면서 분야는 현대 TV, 오디오 시스템, Hi-Fi, 그리고 나중에는 컴퓨터와 마이크로프로세서로 확장되었습니다.1946년에는 John Presper Eckert와 John Mauchly의 ENAC(Electronic Numeric Integrator and Computer)가 뒤를 이어 컴퓨팅 시대가 시작되었습니다.이 기계들의 산술적 성능은 엔지니어들이 완전히 새로운 기술을 개발하고 아폴로 임무와 NASA의 [38]달 착륙을 포함한 새로운 목표를 달성할 수 있게 해주었다.

1950년대 중후반, 라디오 공학이라는 용어는 점차 전자 공학이라는 명칭으로 바뀌었고, 그 후 독립 대학 학위 과목이 되었고, 일반적으로 전기 공학과 함께 가르쳤으며, 이는 몇 가지 유사성으로 인해 관련지어졌습니다.

솔리드 스테이트 일렉트로닉스

다음 항목도 참조하십시오.전자공학의 역사, 트랜지스터의 역사, 집적회로의 발명, MOSFET, 고체전자학
첫 번째 작동 트랜지스터의 복제품인 포인트 접점 트랜지스터.
금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)는 현대 전자제품의 기본 건물입니다.

최초의 작동 트랜지스터는 1947년 [39]BTL(Bell Telephone Laboratories)의 윌리엄 쇼클리 교수 밑에서 일하는 동안 존 바딘과 월터 하우저 브래튼에 의해 발명된 포인트 접점 트랜지스터였다.그리고 그들은 1948년에 [40]양극 접합 트랜지스터를 발명했다.초기 접합 트랜지스터는 대량 [41]생산이 어려운 부피가 큰 소자였지만 보다 콤팩트한 [42]소자의 문을 열었다.

최초의 집적회로는 1958년 텍사스 인스트루먼트의 잭 킬비가 발명한 하이브리드 집적회로와 1959년 [43]Fairchild Semiconductor의 로버트 노이스가 발명한 모노리식 집적회로 칩입니다.

MOSFET(금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터, MOS 트랜지스터)는 1959년 [44][45][46]BTL에서 모하메드 아탈라와 다원 칸에 의해 발명되었습니다.그것은 다양한 [41]용도로 소형화되고 대량 생산될 수 있는 최초의 진정한 콤팩트 트랜지스터였다.그것은 전자 [47][48]산업에 혁명을 일으켜 세계에서 [45][49][50]가장 널리 사용되는 전자 기기가 되었다.

MOSFET를 통해 고밀도 집적회로 [45]칩을 구축할 수 있었습니다.최초의 실험용 MOS IC 칩은 1962년 [51]RCA 연구소에서 Fred Heiman과 Steven Hofstein에 의해 만들어졌습니다.MOS 기술은 1965년 [52]고든 무어가 예측한 IC칩의 트랜지스터를 2년마다 두 배로 증가시키는 무어의 법칙을 가능하게 했다.실리콘 게이트 MOS 기술은 1968년 [53]Fairchild의 Federico Faggin에 의해 개발되었습니다.그 이후로, MOSFET는 현대 [46][54][55]전자제품의 기본 구성 요소가 되었습니다.실리콘 MOSFET와 MOS 집적회로 칩의 대량 생산은 (무어의 법칙에 의해 예측된) 기하급수적인 속도로 MOSFET 스케일링의 소형화와 함께 이후 기술, 경제, 문화 및 [56]사고의 혁명적인 변화를 가져왔다.

1969년 아폴로 11호와 함께 우주비행사를 달에 착륙시키는 데 성공했던 아폴로 프로그램은 NASA가 행성간 모니터링 플랫폼([57][58]IMP)의 MOSFET와 아폴로 유도 컴퓨터([59]AGC)의 실리콘 집적회로 칩을 포함한 반도체 전자 기술의 발전을 채택함으로써 가능해졌다.

1960년대 MOS 집적회로 기술의 발전은 1970년대 [60][61]초에 마이크로프로세서의 발명으로 이어졌다.최초의 싱글칩 마이크로프로세서는 [60][62]1971년에 출시된 인텔 4004입니다.인텔 4004는 인텔의 Federico Faggin이 실리콘 게이트 MOS 테크놀로지,[60] 인텔의 Marcian Hoff, Stanley Mazor, Busicom의 마사토시 시마와 [63]함께 설계 및 구현했습니다.이것이 개인용 컴퓨터의 발전에 불을 붙였다.4비트 프로세서인 4004는 1973년에 8비트 프로세서인 인텔 8080에 이어 최초의 개인용 컴퓨터인 Altair 8800을 [64]구축할 수 있게 되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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