تشمل الهندسة الكهربائية العمل على الدوائر الإلكترونية. تُعتبر الهندسة الكهربائية أحد أحدث فروع الهندسة، إذ تعود إلى أواخر القرن التاسع عشر، وهي فرع الهندسة الذي يتعامل مع تكنولوجيا الكهرباء. يتعامل المهندس الكهربائي مع مجموعة واسعة من المكونات والأجهزة والأنظمة، ابتداء بالرقائق الإلكترونية الصغيرة، حتى مولدات محطات الطاقة الضخمة.
شملت التجارب المبكرة مع الكهرباء بطاريات بدائية وشحنات ساكنة، وبدأ التصميم والتصنيع الفعلي للأجهزة والأنظمة المفيدة بتنفيذ قانون الحث الكهرومغناطيسي للعالم مايكل فاراداي، والذي ينص على أن الجهد في الدائرة الكهربائية، يتناسب مع معدل التغير في المجال المغناطيسي عبر الدائرة (الدارة).
يُطبق هذا القانون كمبدأ أساسي في صناعة المولدات والمحركات الكهربائية والمحولات. يتسم عصرنا الحديث بإدخال الكهرباء إلى المنازل والشركات والصناعات، وذلك بفضل مهندسي الكهرباء.
من أبرز المهندسين الكهربائيين: توماس إديسون (المصباح الكهربائي)، جورج ويستنجهاوس (التيار المتردد)، نيكولا تسلا (المحرك الكهربائي)، غوغليلمو ماركوني (الراديو) وفيلو فارنسورث (التلفزيون). حوّل هؤلاء المبتكرون الأفكار المتعلقة بالكهرباء إلى أجهزة وأنظمة عملية بشرت بالعصر الحديث.
نما مجال الهندسة الكهربائية، وتفرع إلى مجموعة من الفئات المتخصصة، منها أنظمة توليد ونقل الطاقة، والمحركات، والبطاريات وأنظمة التحكم. تشمل الهندسة الكهربائية أيضًا مجال الإلكترونيات الذي تشعب بدوره إلى عدد أكبر من الفئات الفرعية، كأنظمة ترددات الراديو، والاتصالات، والاستشعار عن بعد، ومعالجة الإشارات، والدوائر الرقمية، والأجهزة، والصوتيات، والفيديو والإلكترونيات البصرية.
وُلد مجال الإلكترونيات مع اختراع جون أمبروز فليمنج للصمام المُفرغ الثنائي الأيوني الحراري في عام 1904. يعمل الصمام المفرغ كمضخم للتيار، عن طريق إخراج مضاعف التيار الداخل إليه.
أصبح الصمام أساس جميع الإلكترونيات، بما في ذلك جهاز الراديو والتلفزيون والرادار، حتى منتصف القرن العشرين، حين استُبدل بالترانزستور Transistor، الذي طوره ويليام شوكلي وجون باردين ووالتر براتاين في عام 1947 في مختبرات AT & T’s Bell وحصلوا على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1956.
ما الذي يفعله المهندس الكهربائي ؟
“يقوم مهندسو الكهرباء بتصميم وتطوير واختبار المعدات الكهربائية والإشراف على تصنيعها، مثل المحركات الكهربائية، أنظمة الرادار والملاحة، أنظمة الاتصالات ومعدات توليد الطاقة” كما يذكر مكتب الولايات المتحدة لإحصاءات العمل.
“يصمم مهندسو الإلكترونيات المعدات الإلكترونية مثل أنظمة البث والاتصالات، ابتداء بمشغلات الموسيقى المحمولة إلى أنظمة تحديد المواقع العالمية GPS”. إن كان الجهاز عمليًا ينتج الكهرباء، يوصلها أو يستخدمها، فعلى الأرجح أن مهندسًا كهربائيًا صممه. يقوم المهندس أيضًا بإجراء أو كتابة مواصفات اختبارات الأداء ودقة وتحمل الأجهزة والمكونات.
يستخدم مهندسو الكهرباء اليوم بعض المكونات الأساسية مثل الموصلات والملفات والمغانط (المغناطيسات) والبطاريات والمفاتيح والمقاومات والمكثفات والمحثات والثنائيات والترانزستورات في جميع الأجهزة الكهربائية والإلكترونية تقريبًا، من المولدات في محطة توليد الطاقة الكهربائية، إلى المعالجات الدقيقة في الهاتف.
تشمل المهارات اللازمة للمهندس الكهربائي الفهم العميق لكل من النظرية الكهربائية والإلكترونية، والرياضيات والمواد. تُمكنه هذه المعرفة من تصميم دوائر تؤدي وظائف محددة، وتلبي متطلبات السلامة والدقة والكفاءة، والتنبؤ بكيفية تصرف الأجهزة قبل تنفيذ التصميم. في بعض الأحيان، تُبنى الدوائر على ألواح تجارب Breadboard – أو لوحات دوائر مبدئية على آلات كمبيوتر التحكم العددي – CNC لاختبارها قبل البدء في إنتاجها.
يعتمد مهندسو الكهرباء بشكل متزايد على أنظمة التصميم بمساعدة الكمبيوتر CAD -لإنشاء المخططات وتصميم الدوائر. كما تُستخدم أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة كيفية العمل المتوقعة للأجهزة والأنظمة الكهربائية. يمكن استخدام المحاكاة الحاسوبية لتصميم شبكة كهرباء وطنية أو معالج دقيق. لذلك تُعتبر الكفاءة في التعامل مع أجهزة الكمبيوتر أمرًا ضروريًا للمهندسين الكهربائيين.
لتسريع عملية صياغة المخططات، ونماذج لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، وبرامج عمل الأجهزة الكهربائية والإلكترونية؛ تسمح أنظمة التصميم –بمساعدة الكمبيوتر– بإجراء تعديلات سريعة وسهلة على التصميمات، وإنشاء نماذج أولية أسرع باستخدام آلات كمبيوتر التحكم العددي. يمكن العثور على قائمة شاملة بالمهارات والقدرات التي تلزم المهندس الكهربائي على موقع MyMajors.com.
وظائف الهندسة الكهربائية ورواتبها
وفقًا لمكتب إحصاءات العمل، يعمل المهندس الكهربائي في صناعات البحث والتطوير، وفي شركات الخدمات الهندسية، وفي التصنيع والحكومة الفيدرالية. غالبًا ما يعمل المهندسون في المكاتب، لكن قد يضطرون إلى زيارة المواقع لمراقبة مشكلة ما، أو قطعة من المعدات المعقدة.
تشمل الصناعات التحويلية التي تتطلب مهندسي الكهرباء: السيارات والصناعات البحرية والسكك الحديدية والطيران والدفاع والإلكترونيات الاستهلاكية والأبنية التجارية والإضاءة وأجهزة الكمبيوتر ومكوناتها والاتصالات ومراقبة حركة المرور. وتشمل المؤسسات الحكومية التي تستخدم مهندسي الكهرباء إدارة النقل والمختبرات الوطنية والجيش.
تتطلب معظم وظائف الهندسة الكهربائية درجة بكالوريوس في الهندسة على الأقل. يطلب العديد من أرباب العمل وخاصة أولئك الذين يقدمون خدمات الاستشارات الهندسية شهادة حكومية كمهندس محترف.
ويحتاج العديد من الأرباب أيضًا شهادة من معهد هندسة الكهرباء والإلكترونيات – IEEE أو معهد الهندسة والتكنولوجيا IET. غالبًا ما تُطلب درجة الماجستير للترقية إلى الإدارة، كما يجب الالتزام بالتعليم والتدريب المستمر لمواكبة التطورات التكنولوجية في معدات الاختبار، وأجهزة الكمبيوتر والبرمجيات واللوائح الحكومية.
اعتبارًا من يوليو 2014، يتراوح نطاق الراتب لمهندس كهربائي حديث التخرج حاصل على درجة البكالوريوس من 55،570 دولار إلى 73،908 دولار، وفقًا لموقع Salary.com. ويتراوح نطاق راتب مهندس متوسط المستوى له درجة ماجستير وخمس إلى عشر سنوات من الخبرة بين 74,007 دولار و108,640 دولار، أما المهندس الأول الذي يحمل درجة الماجستير أو الدكتوراه وله أكثر من 15 عامًا من الخبرة فيتراوح راتبه بين 97،434 دولار و 138،296 دولار.
يُرَقى العديد من المهندسين ذوي الخبرة والشهادات العالية إلى مناصب إدارية، أو يبدؤون أعمالهم التجارية الخاصة حيث يمكنهم كسب المزيد.
مستقبل الهندسة الكهربائية
يقول مكتب إحصاءات العمل: “من المتوقع نمو وظائف مهندسي الكهرباء والإلكترونيات بنسبة 4% بين الآن وعام 2022 بسبب براعة هؤلاء المهنيين في تطوير وتطبيق التقنيات الناشئة”.
تشمل تطبيقات هذه التقنيات الناشئة دراسة الومضات الكهربائية الحمراء Sprites التي تحوم فوق بعض العواصف الرعدية. قام فيكتور باسكو -وهو مهندس كهرباء في ولاية بنسلفانيا- وزملاؤه بتطوير نموذج لكيفية نشوء واختفاء هذا البرق الغريب.
يدرس المهندس الكهربائي أندريا آلو من جامعة تكساس في أوستن موجات الصوت، وطور جهازًا صوتيًا أحادي الاتجاه. قال أندريا لـLiveScience في مقال سنة 2014: “بإمكاني سماعك، لكن لا يمكنك الكشف عني أو سماع وجودي”.
يستكشف ميشيل ماهاربيز وهو مهندس كهربائي بجامعة كاليفورنيا في بيركلي طرقًا للتواصل مع المخ لاسلكيًا. يقول مكتب إحصاءات العمل : “من المرجح أن تؤدي وتيرة الابتكار والتطوير التكنولوجي إلى زيادة الطلب على مهندسي الكهرباء والإلكترونيات في مجال البحث والتطوير، وهو مجال تبرز فيه الحاجة للخبرة الهندسية لتطوير أنظمة التوزيع المتعلقة بالتكنولوجيا الجديدة”.
اقرأ أيضًا:
طريقة جديدة لتخزين الطاقة الكهربائية بواسطة حرارة جسم الإنسان
ترجمة: رتاج إبراهيم
تدقيق: عبد الرحمن عبد
