الهندسة الكهربائية تخصص يهتم بدراسة وتطبيقات علوم الكهرباء والإلكترونيات والمجالات الكهرومغناطيسية. أصبح هذا المجال معروفاً في أواخر القرن التاسع عشر وذلك بعد انتشار التلغراف ومحطات إمداد الطاقة. والآن يغطي هذا المجال عدداً من المواضيع الفرعية والتي تتضمن الطاقة والإلكترونيات ونظم التحكم الآلي ومعالجة الإشارات والاتصالات اللاسلكية.
ومن الممكن أن نقول أن الهندسة الكهربائية قد تتضمن أيضاً هندسة الإلكترونيات وقد لا تتضمنها. ويمكن التفريق بينهما حيث تهتم هندسة الكهرباء بالأمور المتعلقة بنظم الكهرباء عالية الجهد مثل نقل الطاقة والتحكم في المحركات، بينما تتعامل هندسة الإلكترونيات مع دراسة النظم الإلكترونية ذات المقاييس المنخفضة (تيار منخفض –جهد منخفض)، ويتضمن ذلك علوم الحاسبات والدوائر المتكاملة.
وتتناول الهندسة الكهربائية دراسة وتصميم العديد من النظم الكهربائية والإلكترونية المختلفة، مثل الدوائر الكهربائية والمولدات، المحركات، المحولات، مولد القدرة غير المنقطعة UPS، المواد المغناطيسية وغيرها من الأجهزة الكهرومغناطيسية والكهروميكانيكية.
ظهر الاهتمام العلمي بالكهرباء منذ بدايات القرن السابع عشر على الأقل. فيعتقد أن أول مهندس كهرباء هو وليام جلبرت الذي صمم آلة لاكتشاف الأجسام ذات الشحنات الكهربية الساكنة. وهو من فرَّق بين المغناطيسية والكهربية الساكنة، كما يعتقد بأنه أول من أنشأ مصطلح الكهرباء.
وفي بادئ الأمر كانت كل الاكتشافات والاختراعات تتعلق بالشحنة. وبدأ فصل الهندسة الكهربائية عن الفيزياء في زمن توماس اديسون وفيرنر فون سيمنس.
وفي عام 1752 اخترع بينيامين فرانكلين موصلة الصواعق ونشر بين 1751 و1753 نتائج تجاربه تحت عنوان “تجارب ومشاهدات عن الكهرباء” (Experiments and Observations on Electricity). في العام 1800 قام الكساندر فولتا ببناء بطاريته الأولى المسماة “عمود فولتا” بعد اعجابه بتجربة اجراها لويجي جالفاني عام 1792.
في العام 1820 قام هانز كريستيان اورستد بعمل تجارب عن انحناء ابرة البوصلة بتاثير التيار الكهربي. وفي نفس العام كرر اندريه ماري امبير تلك التجربة واثبت ان سلكين يمر فيهما التيار يؤثران بقوى على بعضهما البعض وعرف خلالها الجهد الكهربي والتيار الكهربي.مايكل فاراداي
مايكل فاراداي (ينطق أيضا ميشيل فاراداي) قدم أعمال كبيرة في مجال الفيضين الكهربي والمغناطيسي، وعرف أيضا خطوط المجال. وبناء على أعمال فاراداي قدم جيمس كليرك ماكسويل أعمالا في إكمال نظرية الكهرومغناطيسية والكهروديناميكيةـ وقدم عام 1864 معادلات ماكسويل والتي تعتبر أحد أهم أسس الهندسة الكهربية.
استطاع هاينريش رودولف هيرتز في العام 1884 اثبات معادلات ماكسويل عمليا، واثبت وجود الموجات الكهرومغناطيسية ليصبح بذلك مؤسس علم النقل اللاسلكي للإشارات ومؤسس هندسة الاتصالات.
في عام 1896 شغل غوغليلمو ماركوني أول محطة إرسال لاسلكية على مسافة 3 كم، وبناء على أعماله أصبحت في العام 1900 أولى محطات الإرسال والاستقبال الراديوي متوفرة تجاريا. عام 1905 اخترع جون فليمينغ أول صمام ثنائي، ليتبعه عام 1906 روبرت فون ليبن ولي دو فوريس بالصمام الثلاثي. والتي اعطت مهندسي الاتصالات زخما جديدا كعنصر لتقوية الإشارة.
جون لوجي بيرد اخترع عام 1926 أول جهاز تلفاز ميكانيكي بسيط، وفي عام 1928 التلفاز الملون. وفي نفس العام تمت أول عملية بث للتلفاز عبر المحيط من لندن إلى نيويورك. وفي العام 1931 قدم مانفريد فون اردينه أو تلفاز كهربائي على أساس اسطوانة أشعة الكاثود.
عام 1942 قدم الألماني كونراد تسوزه أول حاسوب كامل الوظائف تحت مسمى Z3، ليلحقه في العام 1946 جون ايكرت وجون ماوكلي بجهازهما ENIAC اختصارا لـ” الحاسوب والمكامل العددي الإلكتروني” (Electronic Numerical Integrator and Computer) ليعلن رسميا عن زمن الحاسوب، الأمر الذي قدم خدمات كبيرة للمؤسسات العلمية مثل ناسا التي اعتمدت الحواسيب لدعم برنامجها أبولو.
اختراع الترانزيستور على ايدي وليام شوكلي، جون باردين ووالتر براتاين عام 1947 في معامل بيل فتح امام الجميع افاق جديدة في تقنية اشباه الموصلات والدوائر المتكاملة وسمح للمصنعين بتصغير حجم الأجهزة بشكل دراماتيكي.
تستغرق معظم التخصصات في درجة البكالوريوس مدة زمنية تمتد من ثلاث سنين إلى ثلاث سنين ونصف أو أربع سنين اعتمادًا على عدد الساعات والفصول التي يجتازها الطلاب والطالبات باستثناء التخصصات الهندسية والطبية، حيث تحتاج الهندسة الكهربائية تقريبًا خمس سنوات ويكون عدد الساعات في الخطة الدراسية ما يزيد عن 162 ساعة دراسية معتمدة. وتُعتبَر تكاليف دراسة التخصص متوسطة.
هل تود دراسة تخصص هندسة الكهرباء والاتصالات وتتطلَّع إلى أنْ تكون متميّزًا عن غيرك في المجال؟ كل ما عليك هو امتلاك بعض المؤهلات العلمية البسيطة، والتحلِّي بصفات وسمات، ومهارات معينة،فما هي تلك المؤهلات والمهارات؟
المؤهلات العلمية والمهارات العامة:
المؤهلات والمهارات الخاصة:
لا تقلق لو كنت تود دراسة هذا التخصص وتفتقر بعض الصفات والمؤهلات، لأنَّ ما عليك إلَّا العمل بجد من أجل اكتسابها وممارستها.
اطلع على المواد، والمقررات، والمساقات الدراسية التي تضمها خطة التخصص الدراسية:
ويعنى بالإشراف ومراقبة المشاريع الجاري إنشاؤها من الشركات المقاولة من فترة ما قبل بداية المشروع وحتى استلامه من الشركة من ناحية مطابقة المواصفات الهندسية والتقنية للتصميم على أرض الواقع، ومتابعة اكتمال الأجهزة والسير وفق الجدول الزمني المحدد
وهو الذي يصمم اللوحات والرسومات الخاصة بالمشروع ويطبعها
وتتلخص مهام مهندس الاشراف والتنفيذ في مراجعة المهام التنفيذية للاعمال المسندة والمطلوب تنفيذها، عمل معاينات عديدة ومتعددة لبيان حدود موقعه، التخطيط الجيد وتقسيم العمل بالموقع، تحديد أماكن التشوينات للمعدات والخامات واماكن الاداريين بالموقع مع مراعاة تطبيق معايير السلامة والصحة المهنية
التحكم الآلى و أدواته مثل ال PLC & SCADA أصبحت من أهم سمات عصر التكنولوجيا فلا يخلو منها خط انتاج حديث او ماكينة او محطة مياة…الخ و مهندس التحكم الآلى قد يعمل فى التصميم والتصنيع او فى التركيب و الصيانة و الدعم الفنى.
لا شك أن توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية أصبح محل حديث واهتمام العالم اجمع و بالتالي كلما خرجت ابحاث الطاقة الشمسية الى النور وتم البدء فى تحقيقها على ارض الواقع كلما وجدت فرص عمل جديدة لمهندسين الكهرباء.
وهذا مجال واسع ويختلف حجم العلم والمهارة والخبرة التي يحتاجها مهندس الصيانة حسب طبيعة وحجم المكان الذي سيعمل فيه.
تتميّز طبيعة عمل مهندسي الكهرباء بأنّها ذات تنوّعٍ كبيرٍ، إذ تشمل العمل على مشاريع مختلفة مثل أجهزة الكمبيوتر، والروبوتات، والهواتف المحمولة، والبطاقات، والرادارات، وأنظمة الملاحة، والأسلاك، والإضاءة في المباني، وأنواع أخرى من الأنظمة الكهربائيّة؛ حيث يعمل مهندسو الكهرباء على تطوير الأنظمة وصيانتها باستخدام أنظمة التصميم باستخدام الحاسوب (CAD) لرسم المخططات والدوائر الكهربائية، إضافة إلى استخدام أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة كيفية عمل الأجهزة والأنظمة الكهربائيّة، وتتضمن مهام مهندس الكهرباء تقييم عمل الأنظمة والاجهزة الكهربائية، وفحصها وإنشاء المنتجات الكهربائية وفقاً لرغبات المستهلكين، وغيرها الكثير.
تُتيح طبيعة عمل مهندسي الكهرباء الواسعة وظائف متعددة في مجالات صناعية عديدة، مثل: الفضاء، والسيارات، والكيماويات، والبناء، والدفاع، والإلكترونيات، والسلع الاستهلاكية، والبحرية، والمواد والمعادن، والنفط والغاز، والأدوية، وتوليد الطاقة، والسكك الحديدية، والاتصالات، والمرافق، كما يمكن له العمل في الشركات، أو المنظمات غير الربحية، أو الوكالات الحكومية، ويمكن لمهندس الكهرباء أن يتقلّد منصاب إداريّة، أو العمل كأستاذ متخصص، أو في مجال براءات الاختراع، أو أن يلتحق للعمل في القطاع الماليّ.
التقسيم الكلاسيكي للهندسة الكهربائية كان هندسة تيار الجهد العالي والتي تعرف اليوم بهندسة الطاقة وهندسة المحركات والقسم الآخر هندسة تيار الجهد المنخفض والتي تطورت لتصبح هندسة الاتصالات. إضافة إلى ذلك فقد اوجدت مجالات هندسية جديدة في اطار هندسة الكهرباء ومنها هندسة القياسات، هندسة التحكم والالكترونيات،
ومع الوقت وازدياد التطور فقد اضيف لكل فرع من هذه الفروع العديد من المجالات الجديدة، وفي يومنا هذا أصبح من الصعب الاستغناء عن المعدات الكهربائية في معظم مجالات الحياة. ليس بالضرورة أن تكون الأقسام التالية فروع من الهندسة الكهربائية نظرا للاختلاف بين نظام الجامعات في كل من الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا، ولكن لهذه التخصصات علاقة بشكل أو باخر بالهندسة الكهربائية.وتعد أحد أشهر المجالات في الهندسة
تهتم هندسة الطاقة بإنتاج ونقل وتحويل الطاقة الكهربائية عن طريق تصميم أجهزة كالمحولات والمولدات والمحركات الكهربائية. معظم حكومات العالم توزع الكهرباء عن طريق بناء محطات كهرباء بها مولدات، هذه المولدات تولد الطاقة الكهربائية ثم توزعها على المستهلكين. يعمل مهندسوا الكهرباء على تصميم وصيانة محطات الكهرباء.
تعمل هندسة المحركات على تحويل الطاقة الكهربائية بواسطة آلات كهربائية (محركات كهربائية) إلى طاقة ميكانيكية. وتعتبر هندسة المحركات ذات أهمية عالية لتقنيات الأتمته حيث أن الكثير من المحركات الميكانيكية يتم تشغيلها كهربائيا. وتلعب الهندسة الالكترونية دورا مهما في اطار هندسة المحركات، من ناحية في مجال التحكم بالمحركات، ومن ناحية أخرى في مجال تخفيض الاستهلاك إلكترونيا. و المحركات الكهربائية المعروفة تعمل على استخدام قطبين كهربائين وركيزة مركزية فتبدأ الركيزة بالدوران عند تضاد القطبين مع بعضهما.
بمساعدة هندسة الاتصالات يتم نقل المعلومات عن طريق النبضات الكهربية أو الموجات الكهرومغناطيسية من المرسل إلى مستقبل واحد أو عدة مستقبلين. ومن اهتمامات هندسة الاتصالات ايصال المعلومة مع اقل قدر من الخسائر في البيانات، وكذلك أيضا نظم معالجة الإشارات كالتشفير، فك التشفير والتنقية وتعتبر إحدى الدراسات المتوقع تأثيرها على مستقبل الطاقة في العالم.
تهتم الهندسة الإلكترونية بتطوير وتصنيع واستخدامات المكونات الالكترونية مثل مكثف، مستحث وعناصر اشباه الموصلات كالصمام الثنائي والترانزيستور.
المايكرو إلكترونيك، أحد فروع الهندسة الإلكترونية التي تهتم بتطوير الدوائر المتكاملة (IC) من المواد أشباه الموصلات. مثال على الدوائر المتكاملة: المعالجات.
لا يعتبر المكثف والملف قطع إلكترونية وانما قطع كهربائية ومع ذلك فهي جزء هام في تكوين الدوائر الإلكترونية مثل دوائر الرنين المستخدمة في الإرسال والاستقبال، ودوائر الموائمة الإلكترونية والشبكات التحليلية.
ما زالت هندسة الحاسوب في بعض الأنظمة الجامعية تعد إحدى شعب الهندسة الكهربائية إلا أنها لم تعد تأخذ المفهوم التقليدي المتعارف في الأربعينيات حين كانت أغلب مكونات الحاسوب موصلات كهربائية ذات أعداد هائلة. أصبح مفهوم هندسة الحاسوب متشعبا في عدة مجالات منها التصميم والصيانة، البرمجة, الأنظمة والشبكات. لكن مع التطورات الإلكترونية الهائلة أصبح تخصص هندسة الحاسوب يتطور شيئا فشيئا مع الاحتفاظ برونقه الكهربائي، لكن باستقلالية معينة لهذا الفرع الهندسي.
تقوم الأتمتة (التحكم الآلي) على توظيف تقنيات التحكم والقياس والتقنية الرقمية لتحويل خطوات العمل اليدوية إلى ذاتية التحكم. وتعتبر هندسة التنظيم أحد أهم فروع الأتمتة حيث تستخدم على سبيل المثال في تثبيت عدد دورات المحركات الكهربية، أو في أنظمة الطيار الآلي وأيضا في أنظمة الثبات في السيارة مثل ESP لمنع الانزلاق، وكذلك التحكم بحرارة الثلاجات المنزلية، ومراقبة العمليات الصناعية. وقد تجعل الأتمتة من خواص نظام القدرة الكهربائية حيث يتم التحكم بجميع عناصر شبكة القدرة من محولات ومولّدات وأجهزة حماية وأنظمة قياس عن بعد وبطريقة آلية.
تقوم الكهربائية النظرية بايصال القواعد النظرية والاوصاف والشروحات الفيزيائية المستفادة من علم الكهرباء. وتنقسم إلى عدة أقسام منها نظرية الفيض لنقاش معادلات ماكسويل ونظرية الدوائر لتحليل الدوائر.
هندسة الإشارة هو المجال الذي يعنى بتحليل وتغيير الإشارات .يوجد نوعين من الإشارات: تناظرية و رقمية. معالجة الإشارات يتطلب مهارات رياضية عالية. معالجة الإشارات لها تطبيقات عديدة في مختلف المجالات مثل الهندسة الطبية، هندسة الأصوات، الرادارات, هندسة الاتصالات و غيرها الكثير .
غالبا ما يتم استبدال أنظمة الإشارات التناظرية بأنظمة الإشارات الرقمية. هذا النوع من الأجهزة موجود في العديد من الآلات التي نستخدمها كل يوم مثل التلفاز و الراديو و أجهزة الهواتف النقالة. يتم استخدام الحاسوب غالبا في معالجة الإشارات. الهدف من هذه الإشارات هونقل المعلومات من شخص إلى آخر، كما هو الحال عند التكلم على الهاتف.
فيما يلي أبرز الأسباب التي تشجّع على دراسة تخصص هندسة الكهرباء:
ألكسندر غراهام بيل، Alexander Graham Bellعالم، ومُخترع، ومهندس مشهور، وصاحب العديد من براءات الاختراع في مجال الهندسة الكهربائية مثل إنشاء أول هاتف، وإنشاء شركة التيليفون والتيليغراف الأمريكية.
جورج ويستينغهاوس، George westinghouseمقاول، وهندس أمريكي حاصل على براء ة اختراع المحرك البخاري الدوراني قبل وصوله إلى سن العشرين، بالإضافة إلى أنَّه أحد روَّاد الصناعة الكهربائية.
تعرف على تصنيف التايمز للجامعات.
المصادر