Engenharia Elétrica para Todos

Descubra as quatro revoluções na engenharia elétrica que trouxeram grandes oportunidades e benefícios para um grande número de pessoas apenas nos últimos 150 anos. Aprenda, especificamente, o que cada um dos quatro períodos trouxe e as propriedades básicas do elétron e dos circuitos elétricos nos quais todo o nosso mundo eletrificado se baseia.

Desde o momento em que o alarme do seu celular o acorda pela manhã até o momento em que você apaga as luzes à noite, quase tudo o que você faz - cozinhar, trabalhar, dirigir, ver as notícias - é possível devido a um simples fato: os elétrons transportam energia. Considere as duas maneiras pelas quais os elétrons usam sua capacidade de transporte de energia para criar eletricidade.

Como criamos as enormes quantidades de energia necessárias para alimentar nossas cidades e residências? Não criamos. A energia não pode ser criada nem destruída, apenas convertida de uma forma para outra. Saiba como os engenheiros elétricos usam as equações fundamentais de Maxwell - por meio de quatro demonstrações reveladoras - para criar geradores para alimentar nossas redes.

Independentemente da fonte usada para gerar eletricidade, essa energia deve ser distribuída e gerenciada para fornecer energia contínua e confiável para o usuário final. Explore a rede elétrica dos EUA - grande parte dela está em funcionamento há mais de 50 anos - e descubra os benefícios significativos que uma "rede inteligente" traria.

Na década de 1870, Alexander Graham Bell estava tentando aprimorar o telégrafo quando ele e seu assistente descobriram que a própria fala poderia ser transmitida por fios telegráficos. Explore os desenvolvimentos de engenharia que levaram o telefone a quase todas as residências, incluindo a invenção de Bell do cabeamento de par trançado para reduzir a diafonia, ainda em uso atualmente.

No sistema telefônico analógico antigo, a tensão aumentava e diminuía nos fios, correspondendo ao sinal da voz humana. Mas em um sistema digital, tudo isso muda. Saiba como a voz humana é transformada em valores binários, enviada pelo sistema e, em seguida, convertida novamente em volts com a tensão aplicada ao alto-falante do aparelho telefônico. A partir daí, o ouvido humano interpreta.

Na década de 1880, Heinrich Hertz provou que os fenômenos de alta frequência da luz e do calor também são ondas eletromagnéticas, e Nikola Tesla inventou a "bobina de Tesla", que serviu de base para o oscilador de rádio. Alguns anos depois, sinais de rádio foram enviados e recebidos através do Oceano Atlântico. Examine os desenvolvimentos que levaram ao monitor de televisão e à TV digital.

Quando a União Soviética lançou o Sputnik I em 1957, a corrida espacial começou. Um satélite americano foi lançado 14 meses depois e demonstrou a viabilidade das comunicações bidirecionais via satélite. Desde então, as comunicações eletrônicas passaram a fazer parte do nosso dia a dia. Acompanhe a fascinante história que nos levou à necessidade de rastrear quase 10.000 satélites ativos.

Desde 2006, o número de telefones fixos diminuiu, enquanto a quantidade de telefones celulares e outros dispositivos de comunicação agora supera toda a população humana. Explore como os engenheiros criaram os sistemas celulares necessários para gerenciar um grande número de chamadas ao mesmo tempo, mesmo quando o usuário se desloca de um lugar para outro.

Quando as pessoas perceberam pela primeira vez que a eletricidade podia ser controlada, foi o início de uma explosão de oportunidades, que acabou levando aos circuitos eletrônicos - circuitos que podem controlar outros circuitos. Saiba por que apenas duas leis, a lei de Ohm e a conservação da energia, fornecem todas as informações e relações necessárias para projetar circuitos.

O desenvolvimento do transistor foi motivado pela necessidade de um dispositivo que pudesse amplificar sinais. Também foi desenvolvido como as baterias poderiam converter energia química em energia elétrica. Saiba como o surgimento dessas duas tecnologias nos permitiu passar de circuitos elétricos para circuitos eletrônicos, nos quais um circuito controla outro.

Com o advento das portas lógicas que podiam ser montadas para realizar cálculos matemáticos ou lógicos, os engenheiros puderam construir desde transistores e diodos muito simples até uma poderosa calculadora gráfica ou um complexo sistema de reconhecimento facial. Saiba por que a base numérica das portas lógicas é binária e como elas podem ser combinadas para formar circuitos de portas lógicas.

Explore os primeiros computadores eletrônicos, incluindo o Analytical Engine de Charles Babbage. Embora Babbage não tenha conseguido construí-lo completamente antes de sua morte, seu "motor" era baseado nos mesmos quatro componentes que definem os computadores atuais: dispositivo de entrada, memória para armazenar dados e cálculos temporários, um processador de cálculo e um dispositivo de saída.

No sistema telefônico original, a conexão permanecia no lugar até que a conversa fosse concluída. Mas quando o e-mail foi desenvolvido nas décadas de 1970 e 80, as pessoas não estavam satisfeitas em enviar apenas um tipo de sinal. Explore o desenvolvimento da ethernet e da Internet e aprenda sobre os protocolos que agora nos permitem enviar uma variedade tão grande de tipos de informações.

Descubra os benefícios da fibra óptica e do campo conhecido como fotônica, e saiba por que o campo e suas aplicações explodiram desde que os primeiros lasers foram desenvolvidos na década de 1960. Embora ainda não possamos transmitir energia por fibra óptica, a tecnologia trouxe grandes vantagens em termos de segurança e velocidade das comunicações, longevidade dos materiais e economia de custos.

Os sensores eletrônicos - instrumentos que detectam algum tipo de quantidade física - existem há mais de 130 anos, desde a invenção do termostato elétrico. Explore a proliferação atual de sensores ao nosso redor e descubra suas semelhanças básicas, pois eles convertem sinais em quantidades elétricas que podem ser usadas para agir.

Explore os componentes eletrônicos de uma casa por meio da caça ao tesouro virtual deste episódio. Observe enquanto o Dr. Bottomley desmonta um secador de cabelo, um CD player, uma CPU de computador e outras máquinas. Aprenda sobre os componentes eletrônicos que encontrará em seu interior - resistores, capacitores, indutores, transistores, circuitos integrados, interruptores eletromecânicos.

Embora o som não faça parte do espectro eletromagnético, ele pode ser manipulado, gerado e moldado por circuitos elétricos. Explore o que a saída do signalscope pode lhe dizer sobre a composição de vários sons, desde um único tom até a voz humana e acordes de piano, e como eles podem ser manipulados por circuitos para sintetizar sons totalmente novos.

Todo o sistema de comunicação entre nosso cérebro e cada um de nossos sentidos é eletroquímico, com cada um de nossos sentidos atuando como um sensor que emite saídas eletroquímicas. Saiba como esse aspecto do corpo abre as portas para soluções de engenharia elétrica para problemas médicos - de implantes cocleares a marcapassos cardíacos e desfibriladores.

Explore a cibernética, sistemas que usam informações e feedback para controlar uma saída que tem algum tipo de objetivo, com feedback presente. Veja as partes de sistemas cibernéticos: o controle de velocidade de cruzeiro do seu carro, uma bomba de administração de insulina implantável e uma máquina de venda automática - três sistemas que funcionam com os mesmos princípios da cibernética.

Quando dirigimos um carro, processamos sinais de todos os aspectos do nosso ambiente - sinais visuais grandes e minúsculos, som, toque e até mesmo cheiro. Saiba quais componentes seriam necessários para criar um sistema confiável e seguro de carros autônomos - com o processamento de sinais como base - e por que seria quase impossível criar e manter o sistema sem a inteligência artificial.

Com o desenvolvimento tecnológico de sensores, controle de feedback, Bluetooth e aprendizado de máquina, agora podemos conectar em rede não apenas computadores, mas também "coisas". Descubra as vantagens que essa "Internet das Coisas" pode proporcionar - desde a assistência médica até o transporte e a fabricação - se pudermos abordar as preocupações com relação à privacidade e à segurança.

A Dra. Bottomley leva você a Ruanda para destacar exemplos de engenharia elétrica em todo o mundo. Do abridor da porta da garagem à segurança do aeroporto, as tecnologias desenvolvidas por engenheiros elétricos estão ao seu redor antes mesmo de você embarcar no avião. Mas são os componentes eletrônicos que você encontrará em um parque de caça isolado que podem realmente surpreendê-lo.

Como será o futuro da engenharia elétrica? Explore por que a resposta a essa pergunta depende dos avanços tecnológicos e... de tudo o mais no ambiente físico e cultural. Usando o agora extinto Picture Phone e o Betamax como exemplos, saiba como a economia, a política, o marketing, a cultura e outros fatores afetam quais tecnologias são lançadas no mercado e quais serão bem-sucedidas.