वैद्युतयांत्रिकी

अभियांत्रिकी (इंजीनियरिंग) में, वैद्युतयांत्रिकी (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग)   विद्युत अभियन्त्रण और यांत्रिक अभियांत्रिकी (मैकेनिकल इंजीनियरिंग) से तैयार की गई प्रक्रियाओं और कार्यविधियों को जोड़ती है। वैद्युतयांत्रिकी संपूर्ण रूप से विद्युत और यांत्रिक प्रणाली की परस्पर क्रिया पर ध्यान केंद्रित करता है और दोनों सिस्टम एक दूसरे के साथ कैसे परस्पर प्रभाव करते हैं। यह प्रक्रिया विशेष रूप से उन डीसी (प्रत्यक्ष धारा) या एसी (प्रत्यावर्ती धारा) घूर्णन विद्युत मशीनों जैसी प्रणालियों में प्रमुख है, जिन्हें एक यांत्रिक प्रक्रिया (जनरेटर) से बिजली उत्पन्न करने के लिए डिजाइन और संचालित किया जा सकता है या यांत्रिक प्रभाव (मोटर) को शक्ति देने के लिए उपयोग किया जाता है। इस संदर्भ में विद्युत अभियांत्रिकी भी इलेक्ट्रॉनिक्स अभियांत्रिकी को सम्मिलित करता है।

इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरण वे होते हैं जिनमें इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल दोनों प्रक्रियाएँ होती हैं। कड़ाई से बोलते हुए, एक नियमावली रूप से संचालित स्विच एक विद्युत उत्पादन के कारण यांत्रिक आंदोलन के कारण एक विद्युत यांत्रिक घटक है। हालांकि यह सच है, यह शब्द सामान्यतः उन उपकरणों को संदर्भित करने के लिए समझा जाता है जिनमें यांत्रिक आंदोलन बनाने के लिए एक विद्युत संकेत सम्मिलित होता है, या इसके विपरीत, यांत्रिक गति विद्युत संकेत बनाती है। प्रायः विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत जैसे कि रिले में, जो एक वोल्टेज या धारा को दूसरे को नियंत्रित करने की अनुमति देता है, सामान्यतः अलग-अलग परिपथ वोल्टेज या धारा  को यंत्रवत् रूप से संपर्कों के स्विचिंग सेट और सोलनॉइड्स द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिसके द्वारा एक वोल्टेज सोलनॉइड वाल्व के रूप में एक गतिशील कड़ी  को सक्रिय कर सकता है।

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास से पहले, इलेक्ट्रिक टाइपराइटर, टेलीप्रिंटर, घड़ियां, प्रारंभिक टेलीविजन सिस्टम और बहुत प्रारंभिक इलेक्ट्रोमेकैनिकल डिजिटल कंप्यूटर सहित भागों के जटिल उप-प्रणालियों में विद्युत-यांत्रिक उपकरणों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। कई अनुप्रयोगों में सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स ने इलेक्ट्रोमैकेनिक्स को बदल दिया है।

इतिहास
पहली विद्युत मोटर का आविष्कार 1822 में माइकल फैराडे द्वारा किया गया था। हंस क्रिश्चियन ऑर्स्टेड की खोज के एक साल बाद ही मोटर विकसित किया गया था कि विद्युत प्रवाह का प्रवाह एक आनुपातिक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यह प्रारंभिक मोटर केवल एक तार था जो नीचे एक चुंबक के साथ पारे के गिलास में आंशिक रूप से डूबा हुआ था। जब तार को बैटरी से जोड़ा गया तो एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया गया और चुंबक द्वारा छोड़े गए चुंबकीय क्षेत्र के साथ इस संपर्क के कारण तार घूमने लगा।

दस साल बाद माइकल फैराडे द्वारा पहले बिजली जनरेटर का फिर से आविष्कार किया गया। इस जनरेटर में तार के तार के माध्यम से गुजरने वाला एक चुंबक सम्मिलित होता है और गैल्वेनोमीटर द्वारा मापा गया करंट उत्पन्न होता है। फैराडे के अनुसंधान और बिजली में प्रयोग आज ज्ञात अधिकांश आधुनिक इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिद्धांतों के आधार हैं।

लंबी दूरी के संचार में अनुसंधान के साथ विद्युत यांत्रिकी में सार्थकता बढ़ी। औद्योगिक क्रांति के उत्पादन में तेजी से वृद्धि ने अंतर्महाद्वीपीय संचार की मांग को जन्म दिया, इसने विद्युत यांत्रिकी को सार्वजनिक सेवा में अपना रास्ता बनाने की अनुमति दी। रिले की उत्पत्ति टेलीग्राफी से हुई क्योंकि इलेक्ट्रोमैकेनिकल डिवाइस का उपयोग टेलीग्राफ सिग्नल को पुन: उत्पन्न करने के लिए किया जाता था। स्ट्रॉगर स्विच, पैनल स्विच और इसी तरह के उपकरणों का व्यापक रूप से प्रारंभिक स्वचालित टेलीफोन एक्सचेंजों में उपयोग किया गया था। स्वीडन, संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा और ग्रेट ब्रिटेन में 20 वीं शताब्दी के मध्य में पहली बार क्रॉसबार स्विच व्यापक रूप से स्थापित किए गए थे, और यह जल्द ही पूरी दुनिया में फैल गया।

इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम ने 1910-1945 से बड़े पैमाने पर प्रगति देखी, क्योंकि दुनिया को दो बार वैश्विक युद्ध में डाल दिया गया था। प्रथम विश्व युद्ध में सभी देशों द्वारा स्पॉटलाइट और रेडियो के रूप में नए इलेक्ट्रोमैकेनिक्स का विस्फोट देखा गया था। द्वितीय विश्व युद्ध तक, देशों ने विद्युतयांत्रिकी की बहुमुखी प्रतिभा और शक्ति के इर्द-गिर्द अपनी सेना का विकास और केंद्रीकरण कर लिया था। इनमें से एक उदाहरण आज भी उपयोग किया जाता है अल्टरनेटर, जिसे 1950 के दशक में सैन्य उपकरणों को बिजली देने के लिए बनाया गया था और बाद में 1960 के दशक में ऑटोमोबाइल के लिए काम किया। युद्ध के बाद के अमेरिका को इलेक्ट्रोमैकेनिक्स के सैन्य विकास से बहुत फायदा हुआ क्योंकि घरेलू काम को जल्दी से माइक्रोवेव, रेफ्रिजरेटर और वाशिंग मशीन जैसे इलेक्ट्रोमैकेनिकल प्रणाली द्वारा बदल दिया गया। 19वीं सदी के उत्तरार्ध के इलेक्ट्रोमैकेनिकल टेलीविजन प्रणाली कम सफल रहे।

इलेक्ट्रिक टाइपराइटर, 1980 के दशक तक, "पावर-असिस्टेड टाइपराइटर" के रूप में विकसित हुए। उनमें एक एकल विद्युत घटक, मोटर था। जहां कीस्ट्रोक ने पहले एक टाइपबार को सीधे स्थानांतरित किया था, अब यह मैकेनिकल लिंकेज लगाती है जो मोटर से टाइपबार में यांत्रिक शक्ति को निर्देशित करती है। यह बाद के आईबीएम सेलेक्ट्रिक के लिए भी सही था। बेल लैब्स में, 1946 में, बेल मॉडल V कंप्यूटर विकसित किया गया था। यह एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले-आधारित उपकरण था। 1968 में एक विमान उड़ान नियंत्रण कंप्यूटर के लिए इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम अभी भी गंभीर विचाराधीन थे, जब तक कि केंद्रीय वायु डेटा कंप्यूटर (सेंट्रल एयर डेटा कंप्यूटर) में बड़े पैमाने पर एकीकरण इलेक्ट्रॉनिक्स पर आधारित एक उपकरण को अपनाया नहीं गया था।

सूक्ष्म विद्युत यांत्रिक प्रणाली (एमईएमएस)
सूक्ष्म विद्युत यांत्रिक प्रणाली (एमईएमएस) की जड़ें सिलिकॉन क्रांति में हैं, जिसे 1959 से दो महत्वपूर्ण सिलिकॉन अर्धचालक आविष्कारों में खोजा जा सकता है: फेयरचाइल्ड अर्धचालक (फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर) में रॉबर्ट नोयस द्वारा मोनोलिथिक इंटीग्रेटेड सर्किट (आईसी) चिप, और धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र- बेल लैब्स में मोहम्मद एम अटला और डॉन काहंग द्वारा प्रभाव ट्रांजिस्टर (मॉसफेट)। मॉसफेट स्केलिंग, आईसी चिप्स पर मॉसफेट का लघुकरण, इलेक्ट्रॉनिक्स के लघुकरण का नेतृत्व करता है (जैसा कि मूर के नियम और डेनार्ड स्केलिंग द्वारा भविष्यवाणी की गई है)। इसने सिलिकॉन अर्धचालक उपकरणों पर आधारित माइक्रोमशीनिंग तकनीक के विकास के साथ यांत्रिक प्रणालियों के लघुकरण की नींव रखी, क्योंकि अभियंताओं ने यह महसूस करना शुरू कर दिया था कि सिलिकॉन चिप्स और मॉसफेट आसपास के साथ बातचीत और संचार कर सकते हैं और रसायनों, गतियों और प्रकाश जैसी चीजों को संसाधित कर सकते हैं। 1962 में हनीवेल द्वारा पहले सिलिकॉन प्रेशर सेंसरों में से एक को समस्थानिक रूप से माइक्रोमाचिन्ड (सूक्ष्म मशीन) किया गया था।

एनईएमएस उपकरण का एक प्रारंभिक उदाहरण रेज़ोनेंट-गेट ट्रांजिस्टर है, जो मॉसफेट का एक रूपांतर है, जिसे 1965 में हार्वे सी. नैथनसन द्वारा विकसित किया गया था। 1970 से 1980 के दशक के दौरान, भौतिक, रासायनिक, जैविक और पर्यावरणीय मापदंडों को मापने के लिए कई मॉसफेट माइक्रोसेंसर विकसित किए गए थे। 21वीं सदी की शुरुआत में नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एनईएमएस) पर शोध किया गया है।

आधुनिक अभ्यास
आज, विद्युत-यांत्रिक प्रक्रियाओं का उपयोग मुख्य रूप से बिजली कंपनियों द्वारा किया जाता है। सभी ईंधन-आधारित जनरेटर यांत्रिक गति को विद्युत शक्ति में बदलते हैं। कुछ नवीकरणीय ऊर्जा जैसे पवन और जलविद्युत यांत्रिक प्रणालियों द्वारा संचालित होते हैं जो गति को बिजली में परिवर्तित करते हैं।

20वीं शताब्दी के अंतिम तीस वर्षों में, उपकरण जो सामान्यतः इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरणों का उपयोग करते थे, कम महंगे हो गए। यह उपकरण सस्ता हो गया क्योंकि यह अधिक विश्वसनीय रूप से एकीकृत माइक्रोकंट्रोलर सर्किट का उपयोग करता था जिसमें अंतत: कुछ मिलियन ट्रांजिस्टर होते थे, और तर्क के माध्यम से उसी कार्य को करने के लिए एक प्रोग्राम होता था। इलेक्ट्रोमैकेनिकल घटकों के साथ, केवल यांत्रिक इलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर जैसे चलते हुए भाग थे। इस अधिक विश्वसनीय तर्क ने अधिकांश इलेक्ट्रोमेकैनिकल उपकरणों को बदल दिया है क्योंकि सिस्टम में कोई भी बिंदु जो उचित संचालन के लिए यांत्रिक आंदोलन पर निर्भर होना चाहिए अनिवार्य रूप से यांत्रिक पहनने और अंततः विफल हो जाएगा। चलती भागों के बिना ठीक से डिज़ाइन किए गए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट लगभग अनिश्चित काल तक सही ढंग से काम करना जारी रखेंगे और सबसे सरल फीडबैक कंट्रोल सिस्टम में उपयोग किए जाते हैं। ट्रैफिक लाइट से वॉशिंग मशीन तक बड़ी संख्या में वस्तुओं में बिना हिलने वाले परिपथ दिखाई देते हैं।

एक अन्य इलेक्ट्रोमेकैनिकल उपकरण एक पीजोइलेक्ट्रिक उपकरण है, लेकिन वे विद्युत चुम्बकीय सिद्धांतों का उपयोग नहीं करते हैं। पीजोइलेक्ट्रिक डिवाइस विद्युत सिग्नल से ध्वनि या कंपन पैदा कर सकते हैं या ध्वनि या यांत्रिक कंपन से विद्युत सिग्नल बना सकते हैं।

एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल इंजीनियर बनने के लिए, विशिष्ट कॉलेज पाठ्यक्रमों में गणित, इंजीनियरिंग, कंप्यूटर विज्ञान, डिजाइनिंग मशीन और अन्य ऑटोमोटिव कक्षाएं सम्मिलित होती हैं जो मशीनों के साथ समस्याओं का निवारण और विश्लेषण करने में कौशल हासिल करने में मदद करती हैं। इलेक्ट्रोमैकेनिकल इंजीनियर बनने के लिए सामान्यतः इलेक्ट्रिकल, मैकेनिकल या इलेक्ट्रोमैकेनिकल इंजीनियरिंग में स्नातक की डिग्री की आवश्यकता होती है। अप्रैल 2018 तक, केवल दो विश्वविद्यालय, मिशिगन टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी और वेंटवर्थ इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी प्रमुख इलेक्ट्रोमैकेनिकल इंजीनियरिंग प्रदान करते हैं। एक प्रारंभिक स्तर के तकनीशियन के रूप में इलेक्ट्रोमेकैनिकल क्षेत्र में प्रवेश करने के लिए, एक सहयोगी डिग्री की आवश्यकता होती है।

2016 तक, अमेरिका में लगभग 13,800 लोग इलेक्ट्रो-मैकेनिकल तकनीकज्ञ के रूप में काम करते हैं। तकनीकज्ञ के लिए 2016 से 2026 के लिए नौकरी का दृष्टिकोण 4% की वृद्धि है जो 500 पदों के रोजगार में बदलाव के बारे में है। यह संभावना औसत से धीमी है।

अग्रिम पठन

 * A first course in electromechanics. By Hugh Hildreth Skilling. Wiley, 1960.
 * Electromechanics: a first course in electromechanical energy conversion, Volume 1. By Hugh Hildreth Skilling. R. E. Krieger Pub. Co., Jan 1, 1979.
 * Electromechanics and electrical machinery. By J. F. Lindsay, M. H. Rashid. Prentice-Hall, 1986.
 * Electromechanical motion devices. By Hi-Dong Chai. Prentice Hall PTR, 1998.
 * Mechatronics: Electromechanics and Contromechanics. By Denny K. Miu. Springer London, Limited, 2011.