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찰스 프로테우스 스타인메츠

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목차

1. 개요

찰스 프로테우스 스타인메츠는 독일 출신의 미국 전기 공학자이자 수학자, 사회주의자로, 교류 시스템 이론, 특히 자기 이력 현상, 정상 상태 분석, 과도 현상에 기여했다. 사회주의 운동에 참여하다가 미국으로 망명하여 제너럴 일렉트릭 사에서 일하며 195개의 특허를 획득했다. 복소수를 이용한 교류 회로 이론을 개발하고, 유니온 대학교 교수를 역임하며, 미국 전기 학회 회장 등을 지냈다. 그의 업적은 전기 공학 발전에 크게 기여했으며, 과학적 유산은 현재까지도 기념되고 있다.

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찰스 프로테우스 스타인메츠 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
출생 이름카를 아우구스트 루돌프 슈타인메츠
출생일1865년 4월 9일
출생지브로츠와프, 실레시아 주, 프로이센
사망일1923년 10월 26일
사망지스케넥터디, 미국
안장지베일 묘지 및 베일 공원
국적미국
직업수학자 및 전기 엔지니어
모교브로츠와프 대학교
유니온 칼리지 (박사)
직장유니온 칼리지
알려진 업적스타인메츠 곡선
스타인메츠 방정식
스타인메츠 등가 회로
스타인메츠 입체
교류
전력 산업
이력 현상
메커닉빌 수력 발전소
메탈 할라이드 램프
네트워크 합성 필터
수동 아날로그 필터 개발
페이저 측정 장치
전송선
무선 전력
공학 교육
수상엘리엇 크레슨 메달
세데르그렌 메달
참고 문헌

2. 생애

1883년 아버지 카를(Karl)의 권유로 브로츠와프 대학교에 입학하여 수학 등 폭넓은 공부를 했다. 동시에 사회주의 신문 『인민의 소리』 편집에 참여하며 사회주의 운동을 했다. 1888년 졸업 직전, 오토 폰 비스마르크 정부 비판 논설로 체포될 위기에 처하자 빈을 거쳐 스위스로 도피했다. 연방 공과대학교(ETH)에서 수학과 기계공학을 전공하고 1889년 미국으로 망명했다.[50][49] 이때 이름을 찰스 프로테우스 스타인메츠로 개명했는데, '프로테우스'는 독일 시절 교수들이 변신 능력을 가진 그리스 신화의 프로테우스에서 따온 별명이다.[52][53]

뉴욕에서 아이케마이어 앤 오스터헬드 사에 제도공으로 입사하여 기술자, 연구부장을 거쳤다. 자기 히스테리시스 연구를 진행하고 전기 학회에 참여했다.[49] 1893년 제너럴 일렉트릭(GE)이 아이케마이어 앤 오스터헬드 사를 인수하면서 GE의 고문이 되었다. 같은 해 아서 에드윈 케넬리와 함께 복소수를 사용한 교류 회로 이론을 발표했다.[49]

스케넥터디 연구소에서 전기 기기 설계, 수은등, 피뢰기, 교류 고압 송전 기기 등 195개 특허를 획득하고 다수 논문을 집필하여 교류 전기 기술 확립에 기여했다. 히스테리시스 현상 발견, 과도 현상 해석, 복소수를 이용한 3상 교류 회로 계산법 확립 등 이론 연구는 전기 공학 성립에 큰 영향을 미쳤다.[50]

1902년부터 유니온 대학교 교수를 겸임했다. 『교류 현상의 이론과 계산』(1897, 1916년 전 3권), 『과도 현상의 이론과 계산』(1909), 『전기 공학의 이론적 제 원리』(1915), 『공업 수학』(1910) 등 10권의 저서는 여러 번 개정되어 일본에도 영향을 줬다. 미국 전기 학회 회장(1901), 조명 공학회 회장(1915)을 역임했다. 전력화의 사회적 의의에 관심을 갖고 소비에트 연방 성립에 주목하며 지역 사회 정책에도 협력했다.[50]

1913년 엘리엇 크레슨 메달, 1914년 Cedergren Medal영어을 수상했다.[51]

스타인메츠가 입양한 가족과 함께 1914년형 디트로이트 일렉트릭 자동차 안에 있는 모습(왼쪽부터 손자 미지, 빌리, 조 헤이든, 입양아 조셉 르로이 헤이든)


1923년 가을 가족과 기차로 서부 여행 중 그랜드 캐니언, 요세미티 국립공원, 배우 더글러스 페어뱅크스를 방문했다. 여행으로 쇠약해져 10월 26일 웬델 애비뉴 자택에서 사망했다.[53]

2. 1. 초기 생애와 교육 (독일)

스타인메츠는 1865년 4월 9일 브로츠와프(당시 프로이센 실레지아주, 현재 폴란드 브로츠와프)에서 카를린 (노이버트)과 카를 하인리히 스타인메츠의 아들인 카를 아우구스트 루돌프 스타인메츠로 태어났다.[8] 그는 프로이센 복음주의 교회에서 루터교 신자로 세례를 받았다.[9][10] 성인이 되었을 때 키가 약 1.22m에 불과했던 스타인메츠는[5] 아버지와 할아버지처럼 난쟁이증, 곱추, 고관절 이형성증을 앓았다. 1882년 성 요한 김나지움을 우등으로 졸업했다.[11]

1883년 브로츠와프 대학교에 입학하여 폭넓은 공부를 하면서, 사회주의 신문 『인민의 소리』의 숨은 편집자로 사회주의 운동에 참여했다. 1888년 졸업 직전, 오토 폰 비스마르크 정부를 비판하는 논설을 쓴 죄로 체포될 위기에 처하자 빈을 거쳐 스위스 취리히로 도피했다. 연방 공과대학교(ETH)에서 수학과 기계공학을 배우고 졸업 자격을 얻었으며, 1889년 미국으로 망명했다.[50][49] 이때 이름을 찰스 프로테우스 스타인메츠로 개명했는데, 미들네임인 프로테우스는 독일 시절 교수들이 변신 능력을 가진 그리스 신화의 바다의 신 프로테우스에서 따온 별명이었다.[52][53]

2. 2. 정치적 망명과 미국 이민

독일에서 사회주의자들의 집회와 언론이 금지되자, 스타인메츠는 1889년 체포를 피해 취리히로 도망쳤다.[1] 코넬 대학교의 로널드 R. 클라인 교수는 저서 ''스타인메츠: 엔지니어이자 사회주의자''에서, 스타인메츠가 고국을 떠나기로 결정한 데에는 재정적 문제와 아버지의 집에서 겪는 스트레스가 많은 가정 환경보다 사회주의자 친구 및 지지자들과 더 조화로운 삶을 살 수 있다는 전망과 같은 다른 요인들이 작용했다고 지적했다.[1]

비자가 만료될 위기에 처하자 그는 1889년 미국으로 이민을 갔다.[14] 그는 좀 더 미국인처럼 들리도록 그의 이름을 "찰스"로 바꾸었고, 대학교 동아리 형제들이 그에게 붙여준 별칭에서 따온, 많은 비밀을 알고 있는 현명한 곱추 캐릭터인 ''오디세이''의 프로테우스를 미들네임으로 선택했다.[14]

1883년 아버지의 권유로 브로츠와프 대학교에 입학하여 폭넓은 공부를 했다. 그와 동시에 사회주의 신문 『인민의 소리』지의 숨은 편집자를 맡는 등 사회주의 운동에 참여했다. 1888년 졸업 직전, 오토 폰 비스마르크 정부를 비판하는 논설을 쓴 죄로 체포될 위기에 처하자, 빈을 거쳐 스위스로 도망쳤다. 현재의 연방 공과대학교(ETH)에서 수학과 기계공학을 배우고 졸업 자격을 얻었으며, 1889년에 미국으로 망명했다.[50][49] 이때, 이름을 찰스 프로테우스 스타인메츠로 개명했다. 미들네임인 프로테우스는 독일 시절 교수들이 변신하는 능력을 가진 그리스 신화의 바다의 신 프로테우스에서 따온 별명에서 유래했다.[52][53]

2. 3. 미국에서의 활동과 사회주의 신념

스타인메츠는 30년 넘게 미국에서 기술 관료적 사회주의자로 정치 활동을 했다. 그는 기업이 인간의 복지 기능까지 포괄하는 산업 정부를 믿었다.[1] 볼셰비키가 러시아 전력화를 위한 기술 관료적 계획을 도입한 후, 스타인메츠는 레닌을 알베르트 아인슈타인과 함께 "우리 시대의 가장 위대한 두뇌"라고 언급했다.[1]

토르스타인 베블렌, 레랜드 올즈 등과 함께 최초의 기술 동맹 회원이기도 했던 스타인메츠는 기계가 인간의 노고를 없애고 모든 사람에게 풍요를 가져다줄 수 있다는 데 큰 믿음을 가지고 있었다. 그는 "언젠가는 우리[가] 모든 사람을 위해 삶의 좋은 것들을 만들 것이다."라고 말했다.

스타인메츠는 전력화의 확산이 필연적으로 인간 사회를 사회주의로 이끌 것이라고 확신했다.[15]

1883년 브로츠와프 대학교에서 수학하면서 사회주의 운동에 참여했다. 1888년 오토 폰 비스마르크 정부를 비판하는 논설을 쓴 죄로 체포될 위기에 처하자, 스위스로 도망쳤다. 1889년에는 미국으로 망명했다.[50][49]

뉴욕에서 아이케마이어 앤 오스터헬드 사에 제도공으로 입사하여 기술자를 거쳐 연구부장이 되었다. 1893년 제너럴 일렉트릭사가 아이케마이어 앤 오스터헬드 사를 인수하자, 제너럴 일렉트릭 사의 고문이 되었다.[49]

1902년부터 유니온 대학교 교수를 겸임했다. 미국 전기 학회 회장(1901), 조명 공학회 회장(1915)도 역임했다. 전력화의 사회적 의의에도 관심을 가지고, 소비에트 연방 성립에도 주목하는 한편, 지역의 사회적 정책에도 협력했다.[50]

2. 4. 개인적인 삶

스타인메츠는 아버지와 할아버지처럼 척추후만증을 앓았다. 아이들과 가족 생활을 좋아했지만, 척추 기형이 자손에게 유전될 것을 우려하여 결혼하지 않았다.[52][53]

실험 조수였던 조셉 르로이 헤이든이 결혼하여 새 가정을 꾸리겠다고 하자, 스타인메츠는 연구실, 온실, 사무실을 갖춘 자신의 대저택을 헤이든 부부와 그들의 미래 가족에게 제공하겠다는 파격적인 제안을 했다. 헤이든은 이 제안에 동의했지만, 그의 아내는 이례적인 상황을 경계했다. 스타인메츠가 그녀에게 집을 마음대로 관리할 수 있다고 확신시킨 후에야 아내는 동의했다.

불안한 시작과 달리, 이 합의는 모든 당사자에게 잘 맞았다. 특히 헤이든 부부에게 세 아이가 태어난 후, 스타인메츠는 조셉 헤이든을 정식으로 입양하여 아이들의 할아버지가 되었고, 환상적인 이야기와 웅장한 과학 시연으로 그들을 즐겁게 했다. 이 특별하고 조화로운 동거는 스타인메츠가 사망할 때까지 지속되었다.

스타인메츠는 미국 최초의 글라이더 클럽을 설립했지만, 어떤 시제품도 "비행"이라는 용어를 사용할 만큼 성공적이지는 못했다.[28][29]

스타인메츠는 평생 불가지론자였다. 1923년 10월 26일에 사망하여 발 묘지의 스케넥터디에 묻혔다.

3. 전기 공학 분야의 업적

스타인메츠는 교류 시스템 이론의 세 가지 주요 분야, 즉 자기 이력 현상, 정상 상태 분석, 과도 현상에 기여했다.[16] 그는 사망 당시 200개 이상의 특허를 보유하고 있었으며,[3] 주요 특허는 다음과 같다.

스타인메츠의 주요 특허 목록
특허 번호특허명(한국어 번역)발행일
533244교류 배전 시스템1895년 1월 29일
559419유도 발전기
5839503상 유도 전력계
594145유도 발전기
714412유도 전동기
717464전기 배전 시스템
865617유도 전동기
1025932빛을 생산하는 장치1912년 5월 7일
1042986유도 전기로
1230615보호 장치
RE11576유도 발전기


3. 1. 교류 히스테리시스 이론

루돌프 아이케마이어를 위해 일하던 중, 슈타인메츠는 자기 히스테리시스 분야의 연구를 출판하여 전 세계적으로 전문적인 인정을 받았다.[17] 아이케마이어의 회사는 전력 전송에 사용되는 변압기 등 여러 기계 및 전기 장치를 개발했다. 1893년 아이케마이어의 회사는 모든 특허와 디자인과 함께 제너럴 일렉트릭(GE)에 인수되었고, 슈타인메츠는 GE의 엔지니어링 커뮤니티에서 엔지니어링 마법사로 빠르게 알려지게 되었다.[17]

3. 2. 교류 정상 상태 회로 이론

스타인메츠의 연구는 복잡하고 시간이 많이 소요되는 미분 적분학 기반의 방법으로 수행되었던 교류 회로망 분석 이론과 분석에 혁명을 가져왔다. 1893년 7월에 열린 회의에서 발표되어 미국 전기 기술자 협회에 게재된 획기적인 논문 "복소수와 전기 공학에서의 사용"에서 스타인메츠는 이러한 복잡한 방법을 "단순한 대수 문제"로 단순화했다. 그는 전기 공학 교육 텍스트에서 복소수 페이저 표현의 사용을 체계화했으며, 여기서 소문자 "j"는 교류 시스템 분석에서 90도 회전 연산자를 지정하는 데 사용된다.[2][18] 그의 중요한 저서와 수많은 다른 미국 전기 기술자 협회 논문은 "한 세대의 엔지니어들에게 교류 현상을 처리하는 방법을 가르쳤다".[2][19]

3. 3. 교류 과도 현상 이론

스타인메츠는 번개에 대한 이해를 크게 발전시켰다. 그의 체계적인 실험은 최초로 실험실에서 "인공 번개"를 만들어 냈으며, 이로 인해 그는 "천둥의 대장장이"라는 별명을 얻었다.[4] 이러한 실험은 제너럴 일렉트릭(General Electric)의 축구장 크기 실험실에서 120000V 발전기를 사용하여 수행되었다. 그는 또한 자연 번개의 패턴과 효과를 연구하기 위해 번개 타워를 세웠고, 이로 인해 여러 이론이 도출되었다.[20]

3. 4. 기타 업적 및 특허

스타인메츠는 사망 당시 200개 이상의 특허를 보유하고 있었다.[3]

스타인메츠의 주요 특허 목록
특허 번호특허명(한국어 번역)발행일
533244교류 배전 시스템1895년 1월 29일
559419유도 발전기
5839503상 유도 전력계
594145유도 발전기
714412유도 전동기
717464전기 배전 시스템
865617유도 전동기
1025932빛을 생산하는 장치1912년 5월 7일
1042986유도 전기로
1230615보호 장치
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4. 교육 및 사회 활동

스타인메츠는 1902년부터 1913년까지 유니언 칼리지 전기공학과 학과장을 역임했으며, 1923년 사망할 때까지 교수로 재직했다.[21] 그는 스키넥터디 교육위원회 이사(6년, 이 중 4년은 위원회 회장),[21] 스키넥터디 시의회 의장,[21] 미국 전기 기술자 협회 회장(1901~1902년)[22]을 역임했다. 1913년부터 1923년 사망할 때까지 국제시립신호협회(IMSA)의 전신인 국제시립전기기술자협회(IAME) 제1 부회장을 역임했다.

1901년 하버드 대학교에서 명예 학위를 받았으며,[21] 1903년에는 유니언 칼리지에서 박사 학위를 받았다.[21] 프랭클린 연구소 공로상(1908년), 엘리엇 크레슨 메달(1913년), 세데르그렌 메달(1914년) 등을 수상했다.[23] 미국 예술 과학 아카데미와 미국 철학 학회 회원이었다.[24][25]

스타인메츠는 엔지니어링 분야 외에도 13권의 책과 60편의 기사를 저술했다. 유니언 칼리지 파이 감마 델타 동아리 회원 및 고문이었으며, 이 동아리 클럽 하우스는 최초로 전기가 들어온 주택 중 하나였다.[26]

스키넥터디 교육위원회 회장 재직 시절, 스타인메츠는 등교 시간 연장, 학교 급식, 학교 간호사 배치, 이민자 자녀를 위한 특별 수업, 무상 교과서 배포 등 다양한 진보적 개혁을 도입했다.[14]

5. 유산

스타인메츠는 과학계에서 널리 인정받았으며, 생전과 사후에 수많은 상과 명예를 얻었다.

그의 실험에서 도출된 스타인메츠 방정식은 자성 재료의 단위 부피당 사이클당 방출되는 자기 이력 현상으로 인한 근사 열 에너지를 정의한다. 스타인메츠 입체는 같은 반지름을 가진 두 개 또는 세 개의 원통이 직각으로 교차하여 생성된 입체이다. 스타인메츠 등가 회로는 여전히 유도기의 설계 및 테스트에 널리 사용된다.[31]

전기 전자 기술자 협회(IEEE)가 수여하는 최고의 기술적 인정 중 하나인 "IEEE 찰스 프로테우스 스타인메츠 상"은 전기 및 전자 공학 분야의 표준화에 대한 주요 기여에 대해 수여된다.

찰스 P. 스타인메츠 기념 강연 시리즈는 1925년에 그를 기리기 위해 시작되었으며,[32] IEEE의 스키넥터디 지부에서 후원했다.[33] 2017년까지 73번의 모임이 열렸으며, 거의 예외 없이 유니온 칼리지에서 개최되었다. 노벨상 수상자 실험 물리학자 로버트 A. 밀리칸, 헬리콥터 발명가 이고르 시코르스키, 핵 잠수함 선구자 하이먼 G. 리코버 제독(1963), 노벨상 수상 반도체 발명가 윌리엄 쇼클리, 인터넷 "창시자" 레너드 클라인록과 같은 저명한 인물들이 참여했다.[34]

스타인메츠와 유니온의 관계는 또한 연례 스타인메츠 심포지엄으로 기념되며,[35] 유니온 학부생들이 그들이 수행한 연구에 대해 발표하는 하루 종일 열리는 행사이다. 유니온 칼리지 컴퓨터 센터가 있는 스타인메츠 홀은 그의 이름을 따서 명명되었다.

찰스 P. 스타인메츠 장학금은 매년 대학에서 수여하며,[36] 1923년 창립 이후 제너럴 일렉트릭 회사에서 지원했다.[33] 추가 찰스 P. 스타인메츠 기념 장학금은 나중에 조셉과 코린 헤이든의 딸인 마조리 헤이든이 유니온에 설립했으며, 엔지니어링 또는 물리학을 전공하는 학생들에게 수여된다.[37]

스타인메츠가 한때 소유했던 1914년 "듀플렉스 드라이브 브로엄" 디트로이트 일렉트릭 자동차는 1971년 유니온 칼리지에서 구입하여 캠퍼스 행사에 사용하기 위해 복원되었다. 스타인메츠 자동차는 Wold 센터와 F.W. 올린 빌딩 사이의 1층 복도에 영구적으로 전시되어 있다.[38][39]

시카고 공립 고등학교인 스타인메츠 칼리지 프렙은 그의 이름을 따서 명명되었으며,[40] 스키넥터디 공립 학교인 스타인메츠 커리어 앤 리더십 아카데미는 이전의 스타인메츠 중학교이다.

뉴욕주 스키넥터디 북부에 있는 공원은 1931년에 그의 이름을 따서 명명되었다.[41]

1983년, 미국 우체국은 미국 발명가를 기념하는 일련의 우표에 스타인메츠를 포함시켰다.[42]

2015년 5월, 조각가 겸 주조공인 덱스터 베네딕트가 제작한 찰스 스타인메츠와 토마스 에디슨의 만남을 묘사한 실물 크기의 청동 조각상이 스키넥터디의 에리 블러바드와 사우스 페리 스트리트 모퉁이 광장에 공개되었다.[43]

찰스 스타인메츠의 모호크 강 통나무집은 미시간주 디어본에 있는 헨리 포드 박물관 단지의 일부인 그린필드 빌리지의 역사적인 구조 야외 컬렉션에 보존되어 전시되어 있다.[44]

6. 대중문화

존 도스 파소스의 ''U.S.A.'' 3부작 중 하나에 스타인메츠의 전기가 실려있다.[45][46] 스타링 로렌스의 ''The Lightning Keeper''에서도 주요 인물로 등장한다.[47]

엘리자베스 로스너의 소설 ''Electric City''에서도 스타인메츠가 주요 인물로 나온다.

1944년 쓰리 스투지스의 단편 "Busy Buddies"에서 모 호워드가 스타인메츠를 언급한다.[48]

1959년 CBS 텔레비전의 앤솔로지 시리즈 ''조셉 코튼 쇼''에서 배우 로드 스테이거가 스타인메츠를 연기했다. 이 에피소드는 스타인메츠의 독일에서의 사회주의 활동을 다루었다.

헨리 포드의 리버 루즈 공장에서 문제 해결 컨설팅을 한 일화는 스타인메츠에 대한 유명한 이야기 중 하나이다. 이 이야기에서 유머러스한 부분은 그가 수행한 작업에 대해 제출한 "항목별 청구서"이다.[14]

참조

[1] 간행물 Charles Proteus Steinmetz https://web.archive.[...] Invent Now, Inc. 2014-05-25
[2] 서적
[3] 웹사이트 C. P. Steinmetz http://www.becklaser[...] Becklaser
[4] 뉴스 "Steinmetz, Forger of Thunderbolts'; Charles Proteus Steinmetz: A Biography by John Winthrop Hammond" https://www.nytimes.[...] 1924-11-02
[5] 웹사이트 Charles Proteus Steinmetz, the Wizard of Schenectady https://www.smithson[...]
[6] 서적
[7] 서적
[8] 서적 Discovering the Nature of Energy https://archive.org/[...] Rosen Publishing Group. 2011-08-15
[9] 서적
[10] 서적 Credo: Unitarians and Universalists of Yesteryear Talk about Their Lives and Motivations https://books.google[...] Lowell Pub. 2018-09-25
[11] 간행물 Luminaries In The Limelight 2000-02
[12] 간행물 Dr. Steinmetz 1923-11-05
[13] 서적 Steinmetz: Engineer and Socialist (Johns Hopkins Studies in the History of Technology)
[14] 웹사이트 Charles Proteus Steinmetz, the Wizard of Schenectady http://www.smithsoni[...] Smithsonian Institution 2017-06-09
[15] 웹사이트 Two Billion Light Up: The South Asian Electric Wave https://www.goldandr[...] 2024-08-10
[16] 문서 International Electrotechnical Commission Electropedia's
[17] 간행물 The Magnetic Force of Charles Proteus Steinmetz 1996-02
[18] 간행물 History of A-C Wave Form, Its Determination and Standardization
[19] 웹사이트 Steinmetz, Putting it in Perspective - R, L, and C Elements and the Impedance Concept https://web.archive.[...] Zabreb School of Engineering 2012-12-21
[20] 웹사이트 Charles Proteus Steinmetz (1865-1923) http://teslaresearch[...] 2020-05-05
[21] Youtube Charles Steinmetz: Improvements to Alternating Current Motor https://lemelson.mit[...]
[22] 웹사이트 Charles Proteus Steinmetz http://www.ieeeghn.o[...] IEEE 2011-08-08
[23] 웹사이트 Charles Proteus Steinmetz, Pioneer of Alternating Current http://www.hevac-her[...]
[24] 웹사이트 Charles Proteus Steinmetz https://www.amacad.o[...] 2023-10-19
[25] 웹사이트 APS Member History https://search.amphi[...] 2023-10-19
[26] 웹사이트 Union Magazine Winter 2019 https://issuu.com/un[...] 2019-05-28
[27] 웹사이트 Steinmetz electric car 1914 - Steinmetz, Charles https://artsandcultu[...] 2022-07-08
[28] 서적 A Dream of Wings: Americans and the Airplane, 1875–1905 https://books.google[...] 2002-02-07
[29] 서적 The Froehlich/Kent Encyclopedia of Telecommunications https://books.google[...] 1990
[30] 서적
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[33] 서적 IEEE Schenectady Section History http://ethw.org/IEEE[...] IEEE 2021-12-13
[34] 웹사이트 Dr. Charles Proteus Steinmetz memorial lecture series https://users.math.y[...]
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