رشته مهندسی برق

رشته مهندسی برق به انگلیسی (Electrical engineering) زیرمجموعه‌ای از مهندسی است که به مطالعه و کاربردهای مرتبط با الکتریسیته، الکترومغناطیس و الکترونیک می‌پردازد.   می‌توان مهندسی برق را به دو قسمت عمده تقسیم کرد:  بررسی و طراحی سیستم‌های انتقال و تبدیل انرژی الکتریکی  بررسی و طراحی سیستم‌های الکترونیکی برای پردازش و انتقال اطلاعات نظیر رایانه‌ها، سامانه‌های مخابراتی، مدارهای مجتمع، رادارها و نظایر آن. به بیان دیگر، مهندسان برق از الکتریسیته یا برای انتقال انرژی یا برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند.  همچنین یک رشته مهندسی است که به طراحی و بکارگیری تجهیزات، دستگاه‌ها و سیستم‌هایی که از برق، الکترونیک و الکترومغناطیس استفاده می‌کنند، می‌پردازد .

مهندسی برق امروزه با بسیاری از رشته‌های مهندسی همپوشانی دارد و تعداد بسیار زیادی از تخصص‌ها شامل مهندسی سخت افزار، الکترونیک قدرت، الکترومغناطیس و امواج، مهندسی مایکروویو، نانوتکنولوژی، الکتروشیمی، انرژی‌های تجدید پذیر، مکاترونیک و علم مواد الکتریکی را در بر می‌گیرند. درواقع با این تعرف می‌توان گفت رشته مهندسی برق ترکیبی از رشته‌های مهندسی است.  مهندس برق کسی است که سیستم‌های الکتریکی جدیدی را طراحی و توسعه می‌دهد، مشکلات را حل می‌کند و تجهیزات آزمایش را می‌کند. آنها فیزیک و ریاضیات برق، الکترومغناطیس و الکترونیک را در هر دو سیستم در مقیاس بزرگ و کوچک برای پردازش اطلاعات و انتقال انرژی مطالعه و استفاده می‌کنند.

تاریخچه برق

الکتریسیته یکی از موضوعات جذاب علمی از اوایل قرن هفدهم بوده‌است. یکی از اولین مهندسین برق احتمالاً ویلیام گیلبرت بوده‌است که اولین وسیلهٔ اندازه‌گیری الکتریسیته یا الکتروسکوپ را طراحی کرد و آن را ورسوریوم نامید. 

همچنین او اولین کسی بود که به‌طور واضح مغناطیس و الکتریسیتهٔ ساکن را تمیز داد. تا پیش از حدود دههٔ ۱۸۸۰، مباحث مربوط به الکتریسیته و کاربردهای آن، زیرمجموعه‌ای از فیزیک تلقی می‌شد. این رشته اولین بار در نیمهٔ دوم قرن نوزده میلادی، بعد از تجاری سازی تلگراف، تلفن و توزیع برق و استفاده‌های آن به عنوان یک شغلِ شناخته شده مطرح شد. از حدود سال ۱۸۸۵ برخی دانشگاه‌ها و موسسات فناوری مانند دانشگاه کرنل یا موسسهٔ فناوری ماساچوست، رشتهٔ کارشناسی مهندسی برق را ایجاد نمودند. دانشگاه فنی دارمشتات اولین دانشگاهی بود که در سال ۱۸۸۲ دانشکدهٔ مهندسی برق را ایجاد کرد و پس از آن دانشگاه کرنل و دیگر دانشگاه‌ها این رشته را ارائه نمودند

توانایی‌هایی موردنیاز برای ورود به رشته مهندسی برق

رشته مهندسی برق در بسیاری صنایع کاربرد دارد. یک رشته کاملا عملی به حساب می‌آید. به دلیل گسترده بودن این رشته در صنایع مختلف از تئوری‌های مدار گرفته تا مدیریت یک پروژه، ابزارهای کاری مختلفی وجود دارد.

یک دانشجوی مهندسی برق باید روحیه کار کردن با هر نوع تجهیزات از یک ولت متر تا تجهیزات آنالانیز کننده را برای طراحی‌های پیشرفته و نرم افزاری داشته باشد.

علاوه بر داشتن پایه قوی در ریاضیات و مفاهیم فیزیک مانند دیگر رشته‌های مهندسی و علاقه به کار با وسایل برقی، یک مهندس برق باید دارای روحیه تحلیل گری و ذهنی خلاق باشد تا از پس مسئولیت‌های کاری بر بیاید.

اگر دانشجویان رشته برق فقط روی مباحث تئوری و ریاضیات اکتفا کنند مطمئن باشند بعد از فارغ التحصیلی به دلیل نداشتن مهارت کافی در کار عملی جذب بازار کار نمی شوند.

گرایش‌های مهندسی برق

• قدرت
• کنترل
• الکترونیک
• مخابرات

قدرت:

یکی از زیر شاخه‌های اصلی مهندسی برق است که با سیستم‌های قدرت به ویژه تولید، انتقال، توزیع توان الکتریکی، تبدیل انرژی الکتریکی به شکل‌های دیگر انرژی و تجهیزات الکترومکانیکی سروکار دارد. این رشته همچنین شامل راه‌اندازی و تعمیر و نگهداری سیستم‌های حرارتی، برودتی و تجهیزات تولید توان الکتریکی مانند ژنراتورها، پست‌ها و دیگر تجهیزات الکتریکی مورد استفاده در صنایع یا ساختمان‌های بزرگ نیز می‌شود. شناسایی دیگر منابع جدید انرژی الکتریکی نیز از زیر شاخه‌های این رشته‌ است

تولید انرژی الکتریکی فرایندی است که درطول آن دیگر شکل‌های انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شوند. برای انجام این فرایند راه‌های متعددی وجود دارد. از تبدیل الکترومکانیکی معمولاً در مواردی استفاده می‌شود که منبع انرژی زغال سنگ (نیروگاه سوخت فسیلی), نفت، گاز طبیعی، اورانیوم (انرژی هسته‌ای), جریان آب یا جریان باد باشد و در تمام این موارد به جز انرژی بادی برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی از ژنراتورهای سنکرون AC که به توربین بخار، گازی یا آبی متصل هستند استفاده می‌شود. استفاده از این نوع ژنراتورها دارای فواید بسیاری است که استفاده از آنها را در بیشتر صنایع بزرگ تولید برق رایج کرده ‌است.

امروزه دانشمندان به دنبال منابع جدید برای تولید انرژی الکتریکی هستند که درآن به جای استفاده از سوخت‌های متداول از انرژی‌های تجدید پذیر و نو که به صورت رایگان در اختیار ما قرار دارند، استفاده شود تا با جایگزینی این منابع وابستگی قیمت انرژی الکتریکی به قیمت سوخت را کاهش دهند.

یک مهندس گرایش برق قدرت با طراحی طیف وسیعی از دستگاه‌های مرتبط سرو کار دارد. اینها شامل ترانسفورماتورها، ژنراتورهای برقی، موتورهای برقی، مهندسی ولتاژ بالا و الکترونیک قدرت است

در بسیاری از مناطق جهان، دولت‌ها دارای یک شبکه الکتریکی به نام شبکه برق هستند که انواع ژنراتورها را با کاربران انرژی خود متصل می‌کند. کاربران انرژی الکتریکی را از شبکه خریداری می‌کنند و از انجام هزینه‌های پرهیز از تولید نیازهای خود اجتناب می‌کنند.

مهندسان برق ممکن است روی طراحی و نگهداری شبکه برق و همچنین سیستم‌های برق که به آن وصل می‌شوند کار کنند. این سیستم‌ها را سیستم‌های قدرت شبکه نام گذاری کرده اند و ممکن است شبکه را با انرژی اضافی تأمین کنند، برق را از شبکه قطع کنند یا هر دو را انجام دهند.

مهندسان برق نیز ممکن است روی سیستم‌هایی کار کنند که به شبکه وصل نشوند، به نام سیستم‌های برق خارج از شبکه، که در بعضی موارد برای سیستم‌های درون شبکه ارجعیت دارد. دولت در حال حاظر به همچین مهندس‌هایی برای تولید برق، انتقال و توزیع در شبکه‌های شهری برای برق خانگی نیازمند است.

 کنترل:

سیستم‌های کنترل نقش مهمی در جریان برق دارند. مهندسی کنترل بر مدل سازی طیف متنوعی از سیستم‌های پویا و طراحی کنترل کننده تمرکز دارد که باعث می‌شود این سیستم‌ها به روشی مطلوب رفتار کنند.

برای پیاده سازی چنین کنترل کننده‌هایی، مهندسان برق ممکن است از مدارهای الکترونیکی، پردازنده‌های سیگنال دیجیتال، میکروکنترلرها و کنترل کننده‌های منطق قابل برنامه ریزی (PLC) استفاده کنند.

مهندسی کنترل دارای طیف گسترده‌ای از برنامه‌های پرواز و پیشران‌های هواپیماهای تجاری تا کنترل کروز موجود در بسیاری از خودروهای مدرن است. همچنین در اتوماسیون صنعتی نقش مهمی ایفا می‌کند.

مهندسان کنترل معمولاً هنگام طراحی سیستم‌های کنترل از بازخورد استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، در اتومبیل با کروز کنترل سرعت وسیله نقلیه به طور مداوم کنترل می‌شود و به سیستم تغذیه می‌شود که توان موتور را مطابق با آن تنظیم می‌کند. در جایی که بازخورد منظم وجود دارد، می‌توان از تئوری کنترل برای تعیین نحوه واکنش سیستم به چنین بازخورد استفاده کرد.

الکترونیک:

مهندسی الکترونیک شامل طراحی و آزمایش مدارهای الکترونیکی است که از خواص مؤلفه‌هایی مانند مقاومت، خازن، سلف، دیودها و ترانزیستورها برای دستیابی به عملکرد خاص استفاده می‌کند. مدار تنظیم شده، که به کاربر یک رادیو اجازه می‌دهد تا همه از یک ایستگاه واحد را فیلتر کند، تنها نمونه‌ای از چنین مدار است. مثال دیگر برای تحقیق، تهویه سیگنال پنوماتیک است.

الکترونیک دانش مطالعهٔ عبور جریان الکتریکی از مواد مختلف - مانند نیمه‌رساناها، مقاومت‌ها، القاگرها و خازنها و آثار آن است. الکترونیک همچنین به عنوان شاخه‌ای از فیزیک نظری شناخته می‌شود. طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی برای حل مشکلات عملی، قسمتی از مباحث موجود در مهندسی الکترونیک را تشکیل می‌دهد.

مدارهای الکترونیکی برای ایفا کردن وظایف مختلفی استفاده می‌شوند. کاربردهای اصلی مدارهای الکترونیکی عبارتند از:

• کنترل و پردازش داده‌ها
• تبدیل و توزیع توان الکتریکی
• اجرای عملیات خاص

هر ردیف این کاربردها با ایجاد و آشکارسازی میدان الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی سرو کار دارند. گرچه از انرژی الکتریکی در سال‌های انتهایی قرن ۱۹ برای انتقال پیام به وسیله تلگراف و تلفن استفاده می‌شد اما بیشتر پیشرفت‌های مربوط به علم الکترونیک پس از ساخت رادیو شکل گرفت

قبل از جنگ جهانی دوم، این گرایش را به عنوان مهندسی رادیو شناخته شده بود و اساساً به جنبه‌های ارتباطات و رادار، رادیو تجاری و تلویزیون اولیه محدود می‌شدند.  بعدا، در سالهای پس از جنگ، با شروع به توسعه دستگاه‌های مصرفی، این زمینه گسترش یافت که شامل تلویزیون‌های مدرن، سیستم‌های صوتی، رایانه‌ها و ریز پردازنده‌ها شد. در اواسط اواخر دهه 50، اصطلاح مهندسی رادیو به تدریج جای خود را به نام مهندسی الکترونیک داد.

قبل از اختراع مدار مجتمع در سال 1959، مدارهای الکترونیکی از اجزای گسسته ساخته شده بودند که توسط انسان‌ها قابل دستکاری بودند. این مدارهای مجزا از فضای و انرژی زیادی استفاده می‌کردند و از نظر سرعت محدود بودند، اگرچه هنوز هم در بعضی از برنامه‌ها رایج هستند. در مقابل، مدارهای مجتمع تعداد زیادی از اجزای الکتریکی ریز، عمدتا ترانزیستورها، تعداد زیادی از قطعات – معمولاً ترانزیستورها – را در یک تراشه کوچک به اندازه یک سکه بسته بندی کردند. این امر به رایانه‌های قدرتمند و سایر دستگاههای الکترونیکی که امروزه می‌بینیم، اجازه می‌دهد.

مخابرات:

هدف از مخابرات ارسال و انتقال اطلاعات از نقطه‌ای به نقطه دیگر است که این اطلاعات می‌تواند صوت، تصویر یا داده‌های کامپیوتری باشد.

مخابرات، گرایشی از مهندسی برق است که در حوزه ارسال و دریافت اطلاعات از روش‌های موجی و مخابراتی فعالیت می‌کند. مهندسی مخابرات با ممکن ساختن ایجاد ارتباط پرسرعت، امن و آسان بین دو یا چند کاربر در مکان‌های مختلف، زندگی انسان را متحول ساخته است.

 از آثار گسترش مهندسی مخابرات می‌توان به رادیو و تلویزیون، اینترنت و ماهواره‌های ارتباطی و یا تحقیقاتی(مخابرات فضایی) اشاره کرد. 

مهندسی مخابرات از دو قسمت عمده‌ی مخابرات میدان و سیستم‌های مخابراتی تشکیل می‌شود:

گرایش مخابرات میدان :

در مبحث میدان، مهندسان با ارسال، انتشار و دریافت امواج الکترومغناطیسی از طریق یک کانال مخابراتی که می‌تواند فضای آزاد در مخابرات بی‌سیم و یا یک فیبر نوری در مخابرات فیبر نوری باشد و فرستنده و گیرنده که می‌تواند یک آنتن ماهواره در مخابرات ماهواره‌ای و یا یک مدار الکترونیکی در مخابرات فیبر نوری باشد سروکار دارند.

به عبارت دیگر، می‌توان گفت مهندسین میدان به‌طور عمده با جنبه‌ی فیزیکی چگونگی انتقال امواج حاوی اطلاعات، از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر روبه‌رو هستند. بدین‌ترتیب مهندسی مخابرات میدان  رابطه زیادی با فیزیک کاربردی (در قسمت الکترومغناطیس) دارد.

گرایش سیستم‌های مخابراتی:

مساله پردازش و بهینه‌سازی سیگنال اطلاعات موضوع مهندسی سیستم‌های مخابراتی است. در گرایش مخابرات سیستم، به طور عمده با سیگنال اطلاعات به صورت یک تابع ریاضی برخورد می‌کنند.

در این مبحث، مهندسان با ریاضیات مربوط به نظریه اطلاعات و نیز پردازش سیگنال برای آماده‌سازی آن جهت ارسال از طریق مورد نظر (آنتن، فیبر نوری، موج‌بر) و در کل، طراحی و بهبود سامانه‌های مخابراتی جهت دستیابی به سرعت و امنیت و قابلیت اطمینان بیشتر سروکار دارند. برای مثال می‌توان به بهینه‌سازی و مقاوم سازی سیگنال دربرابر نویز و رمزگذاری اطلاعات جهت امنیت ارسال و بهینه‌سازی آن اشاره کرد. بدین‌ترتیب مهندسی سیستم‌های مخابراتی، رابطه زیادی با ریاضیات کاربردی دارد.

بهترین گرایش رشته برق

برای انتخاب بهترین گرایش در مهندسی برق مولفه‌های فراوانی وجود دارد نمیتوان با اطمینان گفت که کدام گرایش برق به نسبت دیگری برتری دارد چون تمامی گرایش‌های برق به نوبه خود از اهمیت فراوانی برخوردا هستند انتخاب بهترین بسته به روحیه فرد و علاقه فرد انتخاب کننده دارد ولی با توجه به سرعت تکنولوژی و همه گیر شدن دستگاه‌های الکترونیکی می‌توان گفت گرایش الکنرونیک به مقدار خیلی اندکی از بقیه جلوتر و بهتر است هر چند که گرایش‌های دیگر مهندسی برق هم به نوبه خود مهم می‌باشند. 

آموزش برق

اموزش‌های برق به صورت‌ها مختلف انجام میشود به صورت تحصلات اکادمیک ,به صورت حضور در آموزشگاهای خصوصی یا به صورت کارآموزی می‌توان آموزش‌های مورد نیاز را دید ولی برای رسیدن به درجات بالاتر نیاز به مطالعه و کار به صورت عملی و کسب تجربه در این زمنیه می‌باشد.

موقعیت‌های شغلی مهندس برق

موقعیت شغلی مهندسی برق با توجه به گرایش‌های تحصیلی خود می‌توانند در نیروگاه ها، انواع کارخانجات (سیمان، خودروسازی، ذوب آهن و...)، سازمان‌های حوزه مخابراتی، صنایع نظامی و دفاعی و ...در بخش دولتی یا خصوصی مشغول به کار شود.

البته بنا به گفته متخصصان زمینه‌های زیادی برای کارآفرینی در شغل مهندسی برق و راه اندازی کسب و کار مستقل وجود دارد که یک مهندس برق توانمند و ماهر می‌تواند با بررسی و شناخت نیازهای کشور در حوزه صنعت برق و مخابرات، در جهت رفع آن‌ها اقدام کند.

در خصوص میزان استخدام مهندس برق در کشور آمار و اطلاعات دقیقی در دسترس نیست. اما با توجه به اهمیت زیاد و رو به رشد بودن این صنعت در کشور پیش بینی می‌شود روند استخدام مهندسان برق رو به افزایش بوده و به نسبت سایر مشاغل بازار کار خوبی داشته باشد. البته این به شرطی است که افراد جویای کار، افرادی توانمند و متخصص باشند.

بازار کار مهندسی برق در ایران

با توجه به در حال توسعه بودن صنایع کوچک و بزرگ در کشور، فرصت‌های شغلی برای رشته مهندسی برق  بسیار زیاد فراهم است و اگر یک فارغ التحصیل رشته برق دارای توانایی‌ها و مهارت‌های لازم باشد، با مشکل بیکاری روبرو نخواهد شد. اما باتوجه به اینکه اکثریت در تهران و شهرهای بزرگ در جستجوی کار هستند و همچنین موارد دیگر از جمله عدم کسب توانایی‌ها و مهارت‌های تخصصی و لازم، نداشتن مطالعه ی عمیق در زمینه دروس تحصیلی و همچنین با توجه به اینکه اکثریت به دنبال استخدام در مراکز دولتی و خصوصی هستند و عدم توجه به کارآفرینی در رشته مهندسی برق می‌توان این موارد را از جمله موارد برای مواجه شدن با بیکاری در این رشته در نظر گرفت. در گرایش مخابرات و الکترونیک نیز مهندسان می‌توانند در وزارتخانه‌هایی مانند، ارتباطات و فن آوری، صنایع و دفاع و … به فعالیت بپرازد.

بازار کار مهندسی برق در خارج از کشور

بازار کار مهندسی برق در کشور آمریکا بسیار متنوع است و شامل گرایش‌های مختلفی است که افراد با توجه به مهارت خود می‌توانند در همان زمینه کار کنند. مهندسان برق که در زمینه تحقیقات و توسعه در صنعت تولید یا در ارگان‌های دولتی بزرگ و گسترده کار می‌کنند، مهندس ناظر نامیده می‌شود. برخی از مهندسان برق نیز در مشاغلی به صورت اجرایی و تجاری کار می‌کنند.

هر مهندس برق در کشور آمریکا می‌تواند در طول یک سال، حدود 87.386 $ (دلار) درآمد کسب می‌کند. در سطوح بالاتر مهندس الکترونیک در آمریکا می‌تواند این حدود 129.000 $ نیز درآمد داشته باشد. گرایش الکترونیک در بازار کار مهندسی برق در آمریکا بالاترین حقوق و دستمزد را دارد. دارندگان مدرک مهندسی الکترونیک، می‌توانند در بخش شغلی نیمه رساناها و تولید قطعات الکترونیک کار کنند و درآمد بالایی داشته باشند .

معرفی نرم افزار‌های مهندسی برق

در این جا قصد داریم نرم افزار‌های مرتبط با علم مهندسی برق را مورد بررسی قرار دهیم و برای شما توضیحات مختصری را در اختیار بگذاریم تا بتوانید هدف گذاری خود را انجام دهید. با قاطعیت می‌توان اشاره نمود که تمامی نرم افزار‌های مهندسی برق کاملا کاربردی هستند. یکی از دلایل استفاده از نرم افزار‌ها در مهندسی برق، قیمت خیلی بالای تجهیزات برقی می‌باشد. از این رو چون ما نمی‌توانیم هر بار یک آزمایش برقی با هزینه‌های بالا را پرداخت کنیم. از همین رو نرم افزار‌های برقی در قالب آزمایشگاه‌هایی با تمام امکانات آماده می‌شوند.

نرم افزار‌های مهندسی برق  مناسب برای گرایش قدرت

• MATLAB (متلب)
• CST Studio suite (سی اس تی استودیو سوئیت)
• ANSYS Maxwell (انسیس ماکسول)
• Dig SILENT (دیجی سایلنت)
• PS CAD (پی اس کد)

نرم افزار‌های مهندسی برق مناسب برای گرایش مخابرات

• CST Studio suite (سی اس تی استودیو سوئیت)
• Agilent Genesys (اجیلنت جنسیس)
• ANSYS Maxwell (انسیس ماکسول)
• Altium Design (آلتیوم دیزاین)

نرم افزار‌های مهندسی برق مناسب برای گرایش الکترونیک

•  Code Vision AVR (کد ویژن‌ای وی آر)
• Altium Design (آلتیوم دیزاین)
• Proteus Design (پروتئوس دیزاین)
• Cadence OrCAD PSpice (کادنس اورکد پی اس پایس)

نرم افزار‌های مهندسی برق  برای گرایش کنترل و ابزار دقیق

 Automation Studio P6 اتوموشن استودیو پی ۶و تعداد زیادی از نرم افزار‌های گرایش الکترونیکدلیل اینکه در گرایش کنترل نرم افزار کم تر می‌باشد وجود اشتراکات بسیاری با گرایش الکترونیک می‌باشدهمچنین نرم افزار‌های کاربردی صنعت برق به شرح زیر می‌باشد

• AutoCAD Electrical
• Eplan P8
• Automation Studio P6
• SIMATIC STEP
• ۵PLC CAD
• DIALux
• Logo Soft Comfort