電気工学

電気工学

長い断路器の列
職業
名前	電気技師
活動分野	電子工学、電気回路、電磁気学、電力工学、電気機械、電気通信、制御システム、信号処理、光学、フォトニクス、変電所
説明
能力	技術的知識、管理スキル、高度な数学、システム設計、物理学、抽象的思考、分析的思考、論理哲学（電気電子工学用語集も参照）
雇用分野	テクノロジー、科学、探検、軍事、産業、社会

電気工学は、電気、電子工学、電磁気学を使用する装置、デバイス、システムの研究、設計、応用に関わる工学分野です。19 世紀後半、電信、電話、電力の発電、配電、使用が商業化された後、明確な職業として登場しまし た。

電気工学は、コンピュータ工学、システム工学、電力工学、電気通信、無線周波数工学、信号処理、計測、太陽電池、電子工学、光学およびフォトニクスなど、さまざまな分野に分かれています。これらの分野の多くは他の工学分野と重複しており、ハードウェア工学、パワーエレクトロニクス、電磁気学および波動、マイクロ波工学、ナノテクノロジー、電気化学、再生可能エネルギー、メカトロニクス/制御、電気材料科学など、膨大な数の専門分野にわたります。^[a]

電気技師は通常、電気工学、電子工学、または電気電子工学の学位を取得しています。現役の技師は専門資格を取得しており、専門団体または国際標準化機構のメンバーである場合があります。これらの団体には、国際電気標準会議(IEC)、米国専門技術者協会(NSPE)、電気電子技術者協会(IEEE)、工学技術協会(IET、旧 IEE) などがあります。

電気技師は幅広い業界で働いており、求められるスキルも同様に多岐にわたります。回路理論からプロジェクト マネージャーの管理スキルまで多岐にわたります。個々のエンジニアが必要とするツールや機器も同様に多岐にわたり、単純な電圧計から高度な設計および製造ソフトウェアまで多岐にわたります。

電気は、少なくとも 17 世紀初頭から科学的関心の対象となってきました。ウィリアム ギルバートは初期の電気科学者として有名で、磁気と静電気を明確に区別した最初の人物です。彼は「電気」という用語を確立した人物として知られています。^[1]彼はまた、静電気を帯びた物体の存在を検出する装置であるベルソリウムを設計しました。1762 年、スウェーデンの教授ヨハン ウィルケは、後にエレクトロフォラスと名付けられた静電気を生成する装置を発明しました。 ^[2] 1800 年までに、アレッサンドロ ボルタは、電池の前身である ボルタ電池を開発しました。

19世紀には、このテーマの研究が活発化し始めました。この世紀の注目すべき進歩には、1820年に電流が磁界を生成し、それが方位磁針を偏向させることを発見したハンス・クリスチャン・エルステッド、1825年に電磁石を発明したウィリアム・スタージョン、 1835年に電気リレーを発明したジョセフ・ヘンリーとエドワード・デービー、1827年に導体内の電流と電位差の関係を定量化したゲオルク・オーム、1831年に電磁誘導を発見したマイケル・ファラデー、そして1873年に論文『電気と磁気』で電気と磁気の統一理論を発表したジェームズ・クラーク・マクスウェルの研究があります。^[3]

1782年、ジョルジュ・ルイ・ル・サージュは、アルファベットの各文字に1本ずつ、合計24本の異なる電線を使用した、おそらく世界初の電信方式を開発し、ベルリンで発表しました。この電信は2つの部屋を結び、電気伝導によって金箔を動かす静電電信でした。

1795年、フランシスコ・サルバ・カンピージョは静電電信システムを提案した。1803年から1804年にかけて彼は電気電信に取り組み、1804年にバルセロナ王立自然科学芸術アカデミーで報告書を発表した。サルバの電解質電信システムは非常に革新的であったが、1800年にヨーロッパで行われた2つの発見、すなわちアレッサンドロ・ボルタによる電流を発生させる電池とウィリアム・ニコルソンとアンソニー・カーライルによる水の電気分解に大きく影響され、それらに基づいていた。 ^[4] 電気電信は電気工学の最初の例と考えることができる。^[5]電気工学は19世紀後半に専門職となった。実践者たちは世界的な電信ネットワークを構築し、この新しい分野を支援するために英国と米国で最初の専門電気工学機関が設立された。フランシス・ロナルズは1816年に電信システムを開発し、電気によって世界がどのように変わるかについてのビジョンを文書化した。^{[6] [7]} 50年以上経って、彼は新設の電信技術者協会（間もなく電気技術者協会に改名）に入会し、他の会員からは同世代の第一人者とみなされた。^{[8] 19世紀末までに、地上通信線、}海底ケーブル、そして1890年頃からは無線通信の技術的発展によって可能になった高速通信によって、世界は永久に変わった。

このような分野における実用化と進歩により、標準化された測定単位の必要性が高まりました。その結果、ボルト、アンペア、クーロン、オーム、ファラッド、ヘンリーの単位が国際的に標準化されました。これは1893年にシカゴで開催された国際会議で達成されました。^[9]これらの標準の発行は、さまざまな業界での標準化の将来の進歩の基礎となり、多くの国で、その定義は関連する法律ですぐに認められました。^[10]

この時代、電気の研究は物理学の分野と広く考えられていた。初期の電気技術は本質的に電気機械的なものと考えられていたためである。ダルムシュタット工科大学は1882年に世界初の電気工学部を設立し、1883年に電気工学の初等課程を導入した。^[11]米国初の電気工学の学位プログラムは、マサチューセッツ工科大学（MIT）物理学部のチャールズ・クロス教授のもとで開始されたが、^[12]世界で初めて電気工学の卒業生を輩出したのは1885年のコーネル大学であった。 ^[13]電気工学の最初のコースは1883年にコーネル大学のシブリー機械工学部で開講された。^[14]

1885年頃、コーネル大学のアンドリュー・ディクソン・ホワイト学長は、米国初の電気工学部を設立しました。^[15]同年、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジは英国初の電気工学科を設立しました。 ^[16]ミズーリ大学のメンデル・P・ワインバッハ教授は、1886年に電気工学部を設立しました。^[17]その後、大学や工科大学は徐々に世界中の学生に電気工学プログラムを提供するようになりました。

この数十年間で、電気工学の利用は劇的に増加しました。1882 年、トーマス エジソンは、ニューヨーク市マンハッタン島の 59 の顧客に110 ボルトの直流(DC)を供給する世界初の大規模電力網を稼働させました。1884 年、チャールズ パーソンズ卿は、より効率的な発電を可能にする蒸気タービンを発明しました。交流は、変圧器を使用することで長距離にわたりより効率的に電力を伝送する能力があり、1880年代から1890年代にかけて、カーロイ・ツィペルノフスキー、オットー・ブラティ、ミクサ・デリ（後にZBD変圧器と呼ばれる）、ルシアン・ゴラール、ジョン・ディクソン・ギブス、ウィリアム・スタンレー・ジュニアによる変圧器の設計により急速に発展した。誘導モーターを含む実用的な交流モーターの設計は、ガリレオ・フェラーリスとニコラ・テスラによって独立して発明され、ミハイル・ドリボ＝ドブロボルスキーとチャールズ・ウジェーヌ・ランスロット・ブラウンによって実用的な三相形式にさらに発展した。^[18]チャールズ・シュタインメッツとオリバー・ヘヴィサイドは交流工学の理論的基礎に貢献した。^{[19] [20]}交流電力の普及により、米国ではジョージ・ウェスティングハウスが推進する交流電力システムとトーマス・エジソンが推進する直流電力システムの間で電流戦争と呼ばれる戦争が勃発し、最終的には交流電力が標準電力として採用されました。^[21]

ラジオの発展の過程で、多くの科学者や発明家がラジオ技術と電子工学に貢献した。1850年代のジェームズ・クラーク・マクスウェルの数学的研究は、目に見えない空中波 (後に「電波」と呼ばれる) の可能性を含む、さまざまな形態の電磁放射の関係を示した。1888 年の古典的な物理学実験で、ハインリッヒ・ヘルツはスパークギャップ送信機で電波を送信し、簡単な電気装置を使用してそれを検出することでマクスウェルの理論を証明した。他の物理学者もこれらの新しい波の実験を行い、その過程でそれらを送信および検出するための装置を開発した。1895 年、グリエルモ・マルコーニは、これらの「ヘルツ波」を送信および検出する既知の方法を、専用の商用無線電信システムに適応させる方法の研究を開始した。早い段階で、彼は 1.5 マイルの距離に無線信号を送信した。1901 年 12 月、彼は地球の曲率の影響を受けない無線波を送信した。マルコーニは後に、大西洋を越えてコーンウォールのポルデュとニューファンドランドのセントジョンズ間の2,100マイル（3,400 km）の距離に無線信号を送信した。^[22]

ミリ波通信は、1894年から1896年にかけてジャガディッシュ・チャンドラ・ボースによって初めて研究され、彼は実験で60GHzという極めて高い周波数に到達しました。 ^[23]彼はまた、 1901年に電波結晶検出器の特許を取得し、電波を検出するために半導体接合の使用を導入しました^{。[25] [26]} 

1897年、カール・フェルディナント・ブラウンは、電子テレビを実現する上で極めて重要な技術であるオシロスコープの一部としてブラウン管を発表しました。^[27]ジョン・フレミングは、1904年に最初のラジオ管であるダイオードを発明しました。 2年後、ロバート・フォン・リーベンとリー・ド・フォレストは、三極管と呼ばれる増幅管を独立して開発しました。^[28]

1920年にアルバート・ハルはマグネトロンを開発し、それが1946年にパーシー・スペンサーによる電子レンジの開発につながった。^{[29] [30]} 1934年、イギリス軍はウィンペリス博士の指揮の下、レーダー（これもマグネトロンを使用）の開発に着手し、 1936年8月にバウジーで最初のレーダー基地の運用に至った。 ^[31]

1941年、コンラート・ツーゼは電気機械部品を使用した世界初の完全に機能するプログラム可能なコンピュータZ3を発表しました。1943年、トミー・フラワーズは世界初の完全に機能する電子式デジタルプログラム可能なコンピュータColossusを設計・製作しました。^{[32] [33]} 1946年には、ジョン・プレスパー・エッカートとジョン・モークリーのENIAC（電子数値積分器およびコンピュータ）が続き、コンピューティング時代の幕開けとなりました。これらのマシンの演算性能により、エンジニアはまったく新しい技術を開発し、新しい目的を達成できるようになりました。^[34]

1948年、クロード・シャノンは不確実性（電気ノイズ）を伴う情報伝達を数学的に記述した「通信の数学的理論」を発表しました。

最初の実用的なトランジスタは、1947年にベル電話研究所（BTL）でウィリアム・ショックレーの下で働いていたジョン・バーディーンとウォルター・ハウザー・ブラッテンによって発明された点接触トランジスタでした。 ^[35]その後、彼らは1948年にバイポーラ接合トランジスタを発明しました。 ^[36]初期の接合トランジスタは比較的かさばるデバイスであり、大量生産が困難でしたが、^[37]よりコンパクトなデバイスへの道を開いたのです。^[38]

最初の集積回路は、1958年にテキサス・インスツルメンツのジャック・キルビーが発明したハイブリッド集積回路と、 1959年にフェアチャイルドセミコンダクターのロバート・ノイスが発明したモノリシック集積回路チップでした。 ^[39]

MOSFET （金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、またはMOSトランジスタ）は、1959年にBTLのモハメド・アタラとダウォン・カーンによって発明されました。[ 40 ] [ 41 ^{] [ 42]}これは、幅広い用途向けに小型化および大量生産が可能になった最初の真にコンパクトなトランジスタでした。^{[37]これは}エレクトロニクス業界に革命をもたらし、^{[43] [44]}世界で最も広く使用されている電子機器となりました。^{[41] [45] [46]}

MOSFET により、高密度の集積回路チップの製造が可能になりました。^[41]最も初期の実験的な MOS IC チップは、 1962 年にRCA 研究所の Fred Heiman と Steven Hofstein によって製造されました。^[47] MOS 技術により、 1965 年にGordon Mooreによって予測された、IC チップ上のトランジスタが2 年ごとに倍増するというムーアの法則が実現しました^。[48]シリコン ゲートMOS 技術は、1968 年に Fairchild のFederico Fagginによって開発されました。 ^[49]それ以来、MOSFET は現代の電子機器の基本的な構成要素となっています。^{[42] [50] [51]}シリコン MOSFET と MOS 集積回路チップの大量生産、および(ムーアの法則によって予測されたように) 指数関数的なペースでの継続的なMOSFET スケーリングの小型化により、テクノロジー、経済、文化、考え方に革命的な変化がもたらされました。^[52]

1969年にアポロ11号で宇宙飛行士を月に着陸させることに成功したアポロ計画は、惑星間監視プラットフォーム（IMP）^{[53] [54]}のMOSFETやアポロ誘導コンピュータ（AGC） ^[55]のシリコン集積回路チップなど、半導体電子技術の進歩をNASAが採用したことによって可能になった。

1960年代のMOS集積回路技術の発展は、1970年代初頭のマイクロプロセッサの発明につながった。 ^{[56] [57]}最初のシングルチップマイクロプロセッサは、1971年にリリースされたIntel 4004であった。 ^[56] Intel 4004は、IntelのFederico FagginがシリコンゲートMOS技術を使用して設計、実現した。^{[56] Intelの}Marcian Hoff、Stanley Mazor、BusicomのShima Masatoshi Shimaとともに開発された。 ^{[58]このマイクロプロセッサは、}マイクロコンピュータとパーソナルコンピュータの発展、そしてマイクロコンピュータ革命につながった。

電気の特性の 1 つは、エネルギー伝送だけでなく情報伝送にも非常に役立つことです。これらは電気工学が開発された最初の分野でもありました。今日、電気工学には多くのサブ分野があり、最も一般的なものを以下に示します。これらのサブ分野の 1 つだけに焦点を当てる電気技術者もいますが、多くの技術者はサブ分野を組み合わせて扱っています。電子工学やコンピューター工学などの特定の分野は、独自の分野と見なされることがあります。

電力・エネルギー工学は、電気の発電、送電、配電のほか、関連するさまざまな機器の設計を扱います。^[59]これらには、変圧器、発電機、電動機、高電圧工学、パワーエレクトロニクスが含まれます。世界の多くの地域では、政府が電力網と呼ばれる電気ネットワークを維持しており、さまざまな発電機とそのエネルギーのユーザーを接続しています。ユーザーは電力網から電気エネルギーを購入することで、自分で発電するというコストのかかる作業を回避しています。電力技術者は、電力網だけでなく、それに接続する電力システムの設計と保守に携わることがあります。^{[60]このようなシステムは}オングリッド電力システムと呼ばれ、グリッドに追加の電力を供給したり、グリッドから電力を引き出したり、その両方を行ったりすることができます。電力技術者は、オフグリッド電力システムと呼ばれる、グリッドに接続しないシステムに取り組むこともあり、オングリッドシステムよりも好ましい場合もあります。

電気通信工学は、同軸ケーブル、光ファイバー、自由空間などの通信チャネルを介した情報の伝送に焦点を当てています。^{[61]自由空間を介した伝送では、情報を}搬送信号にエンコードして、伝送に適した搬送周波数に情報をシフトする必要があります。これを変調といいます。一般的なアナログ変調技術には、振幅変調と周波数変調があります。^[62]変調の選択はシステムのコストとパフォーマンスに影響を与えるため、エンジニアはこれら2つの要素を慎重にバランスさせる必要があります。

システムの伝送特性が決定されると、通信技術者はそのようなシステムに必要な送信機と受信機を設計します。これら2つは、トランシーバーと呼ばれる双方向通信デバイスを形成するために組み合わされることがあります。送信機の設計における重要な考慮事項は、電力消費です。これは、信号強度と密接に関連しているからです。^{[63] [64]}通常、送信信号の電力が不十分な場合、信号が受信機のアンテナに到達したときに、信号に含まれる情報はノイズ、特に静電気によって破損します。

制御工学は、多様な動的システムのモデリングと、これらのシステムを望ましい方法で動作させるコントローラの設計に重点を置いています。 ^{[65]このようなコントローラを実装するために、電子制御エンジニアは}電子回路、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、およびプログラマブルロジックコントローラ（PLC）を使用します。制御工学は、民間航空機の飛行および推進システムから、多くの現代の自動車に搭載されているクルーズコントロールまで、幅広い用途があります。^{[66]また、}産業オートメーションでも重要な役割を果たしています。

制御エンジニアは、制御システムを設計する際にフィードバックをよく使用します。たとえば、クルーズコントロール付きの自動車では、車両の速度が継続的に監視され、システムにフィードバックされ、それに応じてモーターの出力が調整されます。^[67]定期的なフィードバックがある場合、制御理論を使用して、システムがそのようなフィードバックにどのように応答するかを判断できます。

制御エンジニアはロボット工学の分野でも働いており、制御アルゴリズムを使用して自律システムを設計します。この制御アルゴリズムは、感覚フィードバックを解釈し、自律走行車、自律ドローン、その他さまざまな業界で使用されるロボットを動かすアクチュエーターを制御します。^[68]

電子工学には、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、トランジスタなどの部品の特性を利用して特定の機能を実現する電子回路の設計とテストが含まれます。 ^[60]ラジオのユーザーが1つの局を除くすべての局をフィルタリングできるようにする同調回路は、そのような回路の1つの例にすぎません。研究すべきもう1つの例は、空気圧信号コンディショナーです。

第二次世界大戦以前は、この分野は一般に無線工学と呼ばれ、基本的には通信とレーダー、商用ラジオ、初期のテレビに限定されていました。^[60]その後、戦後、民生用デバイスが開発され始めると、この分野は現代のテレビ、オーディオシステム、コンピューター、マイクロプロセッサーを含むように成長しました。1950年代半ばから後半にかけて、無線工学という用語は徐々に電子工学という名前に取って代わられました。

1959年に集積回路が発明される前^[69]、電子回路は人間が操作できる個別の部品から構成されていました。これらの個別回路は多くのスペースと電力を消費し、速度も限られていましたが、一部のアプリケーションでは今でも一般的です。対照的に、集積回路は、主にトランジスタ^[70]を中心とする多数の（多くの場合数百万個）小さな電気部品をコイン大の小さなチップに詰め込んでいます。これにより、今日見られる強力なコンピュータやその他の電子機器が実現しました。

マイクロエレクトロニクス工学は、集積回路で使用するため、または場合によっては一般的な電子部品として単独で使用するための非常に小さな電子回路部品の設計と微細加工を扱います。 ^[71]最も一般的なマイクロエレクトロニクス部品は半導体トランジスタですが、すべての主要な電子部品（抵抗器、コンデンサなど）は顕微鏡レベルで作成できます。

ナノエレクトロニクスは、デバイスをナノメートルレベルまでさらに小型化する技術です。現代のデバイスはすでにナノメートルレベルにあり、2002年頃から100nm以下の処理が標準となっています。^[72]

マイクロエレクトロニクス部品は、シリコンなどの半導体（高周波ではガリウムヒ素やインジウムリンなどの化合物半導体）のウェハを化学的に加工して作られ、望ましい電荷輸送と電流制御を実現します。マイクロエレクトロニクスの分野には化学と材料科学がかなり含まれており、この分野で働く電子技術者は量子力学の影響について非常に優れた実用的知識を持っている必要があります。 [ ^73]

信号処理は信号の分析と操作を扱います。^[74]信号はアナログ信号（信号が情報に応じて連続的に変化する）とデジタル信号（信号が情報を表す一連の離散値に応じて変化する）のいずれかです。アナログ信号の場合、信号処理にはオーディオ機器のオーディオ信号の増幅とフィルタリング、または通信用の信号の変調と復調が含まれます。デジタル信号の場合、信号処理にはデジタルサンプリングされた信号の圧縮、エラー検出、エラー訂正が含まれます。^[75]

信号処理は、デジタル信号処理の中核をなす非常に数学的な指向を持つ集中的な領域であり、多くの既存のアナログ システムがデジタル システムに置き換えられるにつれて、通信、制御、レーダー、オーディオ エンジニアリング、放送エンジニアリング、パワー エレクトロニクス、バイオメディカル エンジニアリングなどの電気工学のあらゆる分野で新しいアプリケーションが急速に拡大しています。アナログ信号処理は、多くの制御システムの設計において依然として重要です。

DSPプロセッサICは、デジタルテレビ、^[76]ラジオ、Hi-Fiオーディオ機器、携帯電話、マルチメディアプレーヤー、カムコーダやデジタルカメラ、自動車制御システム、ノイズキャンセリングヘッドホン、デジタルスペクトルアナライザ、ミサイル誘導システム、レーダーシステム、テレマティクスシステムなど、多くの種類の現代の電子機器に使用されています。このような製品では、DSPはノイズ低減、音声認識または合成、デジタルメディアのエンコードまたはデコード、データのワイヤレス送受信、 GPSを使用した位置の三角測量、その他の種類の画像処理、ビデオ処理、オーディオ処理、音声処理を担当します。^[77]

計装工学は、圧力、流量、温度などの物理量を測定する装置の設計を扱います。 ^{[78]このような計器の設計には、多くの場合、}電磁気学理論を超えた物理学の十分な理解が必要です。たとえば、飛行計器は、パイロットが航空機を解析的に制御できるように、風速や高度などの変数を測定します。同様に、熱電対はペルチェ・ゼーベック効果を利用して2点間の温度差を測定します。^[79]

多くの場合、計装はそれ自体ではなく、より大きな電気システムのセンサーとして使用されます。たとえば、熱電対は炉の温度を一定に保つために使用されます。^[80]このため、計装工学は制御の対応するものとして見られることが多いです。

コンピュータ工学は、コンピュータおよびコンピュータシステムの設計を扱います。これには、新しいハードウェアの設計が含まれる場合があります。コンピュータエンジニアは、システムのソフトウェアにも取り組むことがあります。ただし、複雑なソフトウェアシステムの設計は、通常、別の分野と見なされるソフトウェアエンジニアリングの領域であることが多いです。^[81] デスクトップコンピュータは、コンピュータエンジニアが取り組む可能性のあるデバイスのごく一部です。コンピュータのようなアーキテクチャは、現在、ビデオゲームコンソールやDVDプレーヤーなどのさまざまな組み込みデバイスに使用されています。コンピュータエンジニアは、コンピューティングの多くのハードウェアおよびソフトウェアの側面に関与しています。^[82]ロボットは、コンピュータ工学の応用分野の1つです。

フォトニクスと光学は、電磁放射の生成、伝送、増幅、変調、検出、分析を扱います。光学の応用は、レンズ、顕微鏡、望遠鏡、および電磁放射の特性を利用するその他の機器などの光学機器の設計を扱います。光学の他の主要な応用には、電気光学センサーと測定システム、レーザー、光ファイバー通信システム、および光ディスクシステム（CDやDVDなど）があります。フォトニクスは、光技術を基盤としており、オプトエレクトロニクス（主に半導体を含む）、レーザーシステム、光増幅器、新素材（メタマテリアルなど）などの最新の開発によって補完されています。

メカトロニクスは、電気システムと機械システムの融合を扱う工学分野です。このような複合システムは電気機械システムとして知られ、広く採用されています。例としては、自動化製造システム、^[83]、 暖房、換気、空調システム、^{[84] 、航空機や}自動車のさまざまなサブシステムなどがあります。^[85] 電子システム設計は、複雑な電気システムと機械システムの多分野にわたる設計問題を扱う電気工学の分野です。^[86]

メカトロニクスという用語は通常、マクロなシステムを指すために使用されますが、未来学者は非常に小さな電気機械デバイスの出現を予測しています。すでに、このような小さなデバイスはマイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）として知られており、自動車ではエアバッグの展開を指示するために、^[87]デジタルプロジェクターではより鮮明な画像を作成するために、インクジェットプリンターでは高解像度印刷用のノズルを作成するために使用されています。将来的には、これらのデバイスが小型の埋め込み型医療機器の構築や光通信の改善に役立つことが期待されています。^[88]

航空宇宙工学やロボット工学では、最新の電気推進やイオン推進がその一例です。

電気技師は通常、電気工学、電子工学、電気工学技術、^[89]または電気電子工学を専攻した学位を取得しています。 ^{[90] [91]}すべてのプログラムで同じ基本原理が教えられていますが、タイトルによって重点が異なる場合があります。 このような学位を取得するための学習期間は通常4年または5年で、修了した学位は、大学に応じて、電気/電子工学技術の理学士、工学士、理学士、技術士、または応用科学士と指定されます。 学士号には通常、物理学、数学、コンピューターサイエンス、プロジェクト管理、および電気工学のさまざまなトピックをカバーする単位が含まれます。^[92]最初は、このようなトピックで、電気工学のサブ分野のすべてではないにしてもほとんどがカバーされます。 一部の学校では、学生はその後、学習コースの終わりに向けて1つまたは複数のサブ分野に重点を置くことを選択できます。

多くの学校では、電子工学は電気系の学位の一部として含まれており、時には明示的に（例えば工学士（電気電子工学）のように）含まれていますが、他の学校では、電気工学と電子工学はどちらも十分に幅広く複雑であると考えられており、別々の学位が提供されています。^[93]

電気技術者の中には、工学修士/理学修士 (MEng/MSc)、工学管理修士、工学博士 (PhD)、工学博士(Eng.D.)、またはエンジニアの学位などの大学院の学位を取得することを選択する人もいます。修士号とエンジニアの学位は、研究、授業、またはその両方の組み合わせのいずれかで構成されます。哲学博士号と工学博士号は、重要な研究要素で構成されており、学術界への入り口と見なされることがよくあります。英国やその他のヨーロッパ諸国では​​、工学修士号は、独立した大学院の学位ではなく、工学士よりも少し期間の長い学部の学位と見なされることがよくあります。^[94]

ほとんどの国では、工学の学士号は専門資格取得への第一歩であり、学位プログラム自体は専門機関によって認定されています。^[95]認定された学位プログラムを修了した後、エンジニアは認定を受ける前にさまざまな要件（実務経験要件を含む）を満たす必要があります。認定されると、エンジニアにはプロフェッショナルエンジニア（米国、カナダ、南アフリカ）、チャータードエンジニアまたはインコーポレイテッドエンジニア（インド、パキスタン、英国、アイルランド、ジンバブエ）、チャータードプロフェッショナルエンジニア（オーストラリアとニュージーランド）、またはヨーロッパエンジニア（欧州連合のほとんどの国）の称号が与えられます。

資格取得の利点は、場所によって異なります。たとえば、米国とカナダでは、「資格を持つエンジニアのみが、公共および民間のクライアント向けのエンジニアリング作業に印を付けることができます。」^{[96]この要件は、}ケベック州のエンジニア法などの州および地方の法律によって強制されています。 ^[97]他の国では、そのような法律は存在しません。実質的にすべての認証機関は、すべてのメンバーが遵守することを期待する倫理規定を維持しており、遵守しない場合は除名される可能性があります。^{[98]このように、これらの組織は職業の倫理基準を維持する上で重要な役割を果たしています。認証が仕事にほとんどまたはまったく法的影響を与えない管轄区域でも、エンジニアは}契約法の対象となります。エンジニアの仕事が失敗した場合、過失による不法行為の対象となる可能性があり、極端な場合には過失刑事責任を問われる可能性があります。エンジニアの仕事は、建築基準法や環境法に関する法律など、他の多くの規則や規制にも従わなければなりません。

電気技術者にとって注目すべき専門団体には、電気電子技術者協会(IEEE) と工学技術協会(IET) がある。IEEE は、世界の電気工学文献の 30% を出版していると主張しており、世界中に 360,000 人以上の会員を擁し、年間 3,000 回以上の会議を開催している。^[99] IET は 21 のジャーナルを発行し、世界中に 150,000 人以上の会員を擁し、ヨーロッパ最大の専門工学協会であると主張している。^{[100] [101]}技術スキルの陳腐化は、電気技術者にとって深刻な懸念事項である。したがって、技術協会への会員資格と参加、その分野の定期刊行物の定期的な見直し、継続的な学習の習慣は、熟練度を維持するために不可欠である。MIET (工学技術協会会員) は、ヨーロッパでは電気およびコンピューター (技術) 技術者として認められている。^[102]

オーストラリア、カナダ、米国では、電気技師は労働力の約0.25％を占めています。^[b]

電気技術者は、全地球測位システムから発電まで、幅広い技術の発展に貢献してきました。電気システムや電子機器の設計、開発、試験、導入の監督を行います。例えば、電気通信システムの設計、発電所の運営、建物の照明や配線、家電製品の設計、産業機械の電気制御などに携わることがあります。^[106]

この分野の基礎となるのは物理学と数学の科学です。これらは、このようなシステムがどのように機能するかについて、定性的かつ定量的な説明を得るのに役立ちます。今日、ほとんどのエンジニアリング作業にはコンピューターが使用されており、電気システムを設計する際にはコンピューター支援設計プログラムを使用するのが一般的です。それでも、アイデアをスケッチする能力は、他の人と素早くコミュニケーションをとるために依然として非常に貴重です。

ほとんどの電気技術者は基本的な回路理論（つまり、回路内の抵抗器、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、インダクタなどの要素の相互作用）を理解していますが、技術者が使用する理論は一般的に彼らの仕事によって異なります。たとえば、量子力学と固体物理学は、VLSI（集積回路の設計）に携わる技術者には関連があるかもしれませんが、マクロな電気システムを扱う技術者にはほとんど無関係です。回路理論でさえ、既製の部品を使用する通信システムを設計する人には関連がない可能性があります。おそらく、電気技術者にとって最も重要な技術スキルは、強力な数値スキル、コンピューターリテラシー、および電気工学に関連する技術用語と概念を理解する能力を強調する大学のプログラムに反映されています。^[107]

電気技術者は、さまざまな計測機器を使用しています。単純な制御回路や警報器には、電圧、電流、抵抗を測定する基本的なマルチメータで十分でしょう。時間とともに変化する信号を研究する必要がある場合、オシロスコープも広く使用されている計測機器です。RF工学や高周波通信では、スペクトル アナライザやネットワーク アナライザが使用されます。分野によっては、計測機器に関して安全性が特に懸念されることがあります。たとえば、医療用電子機器の設計者は、電極が体内の体液に直接接触する場合、通常よりもはるかに低い電圧でも危険になる可能性があることを考慮する必要があります。^[108]電力伝送工学でも、使用される高電圧のために安全性に大きな懸念があります。電圧計は原理的には低電圧のものと似ていますが、安全性と校正の問題により大きく異なります。^[109]電気工学の多くの分野では、その分野に固有のテストが使用されます。オーディオ エレクトロニクス エンジニアは、信号発生器とメーターで構成されるオーディオ テスト セットを使用して、主にレベルを測定しますが、高調波歪みやノイズなどの他のパラメーターも測定します。同様に、情報技術には独自のテスト セットがあり、多くの場合、特定のデータ形式に固有のものであり、テレビ放送でも同様です。

多くのエンジニアにとって、技術的な仕事は彼らの仕事のほんの一部にすぎません。顧客との提案の議論、予算の準備、プロジェクトのスケジュールの決定などのタスクにも多くの時間が費やされることがあります。^{[110]多くの上級エンジニアは}技術者や他のエンジニアのチームを管理しており、このためプロジェクト管理スキルが重要です。ほとんどのエンジニアリングプロジェクトには何らかの形の文書化が含まれるため、強力な文章によるコミュニケーションスキルが非常に重要です。

エンジニアの職場は、彼らが行う仕事の種類と同じくらい多様です。電気技師は、製造工場の清潔な研究室環境、海軍の船上、コンサルティング会社のオフィス、または鉱山の現場で見つけることができます。電気技師は、仕事中に、科学者、電気技師、コンピュータープログラマー、および他のエンジニアを含む幅広い個人を監督することがあります。^[111]

電気工学は物理科学と密接な関係がある。例えば、物理学者のケルビン卿は、最初の大西洋横断電信ケーブルの工学に大きな役割を果たした。^[112]逆に、エンジニアのオリバー・ヘヴィサイドは、電信ケーブルの伝送に関する数学的な研究を行った。^[113]電気技術者は、大規模な科学プロジェクトで必要とされることが多い。例えば、CERNのような大型粒子加速器では、電力分配、計測、超伝導電磁石の製造と設置など、プロジェクトの多くの側面を扱う電気技術者が必要である。^{[114] [115]}

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