books the areas covered by electrical engineering

يتولى المهندس الكهربائي مهمة تصميم جميع المُنتجات التي تَستخدِم أو تنتج الكهرباء، إذ تشمل الهندسة الكهربائية العديد مِن المجالات وأهمها:

الاتصالات

تُعنى هندسة الاتصالات (Telecommunication Engineering) بنقل المعلومات عن بعد، وترتبط بشكل كبير بنقل البيانات عن طريق ترميز جميع المعلومات، وضغطها، وتشفيرها، فقد ازدادَ الاهتمام حالياً بالشبكات المختلفة الرقميّة واللاسلكيّة، لأنّ العصر الحديث يتطلب نقل المعلومات بطريقة سريعة وآمنة، كما تشمل أنظمة الاتصالات حالياً العديد من الأمثلة مثل: الراديو، والتليفزيون، ونظام الهاتف، وشبكات الكمبيوتر، وأنظمة الأقمار الصناعية GPS، وخطوط نقل الموجات الدقيقة.

يختصّ مهندسو الاتصالات -كما ذُكر سابقاً- بنقل البيانات عن بعد من المصدر إلى المستقبل وبالعكس، لذلك يطلق عليهم أحياناً اسم (مهندسو معالجة الإشارات المرسلة)، وتتلخص مهمتهم بتصميم أنظمة نقل المعلومات، وتحسينها، وجعلها أكثر كفاءة، اعتماداً على دراسة المبادئ المتعلقة بتلك الأنظمة؛ كمخططات التشكيل المختلفة (مثل AM و FM)، وإزالة التشويش، ووسائط النقل المختلفة، وشبكات الكمبيوتر، ويمكن لمهندسي الكهرباء المختصين بمجال الاتصالات العمل في مشاريع البنية التحتية الكبيرة، أو لدى مقدميّ خدمات الاتصالات الرئيسيين، أو المجموعات الصناعية الخاصة الكبيرة، أو مقدمي الخدمات والتكنولوجيا المختصين والمتطوّرين تقنيّاً.

الحاسوب

يختصّ مهندسو الكهرباء في مجال أجهزة الحواسيب ضمن فرع هندسيّ يدعى هندسة الكمبيوتر أو الحاسوب (Computer Engineer)، وهو أكثر التخصصات الهندسيّة شيوعاً بسبب الطلب الكبير على أجهزة الكمبيوتر والأنظمة الأخرى ذات الصلة، ولا يقتصر هذا المجال على أجهزة الكمبيوتر، بل يشمل العديد من الأجهزة الأخرى كمشغّلات الألعاب (gaming consoles)، ويقوم عمل المهندس على بناء أجزاء الحاسوب وتصميمها، ليقوم مهندس البرمجيّات وعلماء الحاسوب بعد ذلك ببرمجتها؛ مثل المكونات الإلكترونيّة، ومزوّدات الطاقة، وأجهزة الاستشعار، ومحركات الأقراص، وأجهزة التخزين.

التحكّم

يختص مهندس التحكم (Controls Engineer) بتصميم وحدات التحكم التي تدفع الأنظمة إلى التصرف بطريقة معيّنة، وذلك باستخدام وحدات التحكم الدقيقة، ووحدات التحكم المنطقيّة القابلة للبرمجة، ومعالجات الإشارات الرقميّة، والدوائر الكهربائيّة، وتعمل وحدات أو أجهزة التحكم المختلفة بناء على عامل ماديّ أو أكثر يتمّ تحديده في الجهاز، مثل درجة الحرارة، أو الارتفاع، أو السرعة، ومن هذه الأجهزة منظّم الحرارة البسيط في فرن المنزل، وأجهزة التحكم في السرعة والانبعاثات في السيارة، والطيار الآلي في الطائرات النفاثة الحديثة والمركبات الفضائيّة، والتحكم في الأطراف الصناعيّة في التطبيقات الطبية الحيويّة، والروبوتات في المصانع وغيرها.

يتلخص مبدأ عمل أجهزة التحكم بقياس السلوك الصادر عن الأجهزة لتحديد الاختلاف عن السلوك المطلوب، ثمّ تغيير أو تعديل مدخلات النظام لتقريب السلوك الفعلي من السلوك المطلوب، ويعدّ مجال التحكم أحد المجالات المهمّة لعدد من احتياجات الحياة الحديثة؛ كالتحكم في الانبعاثات من أجل تحقيق بيئة أكثر نظافة، والتشغيل الآلي في المصانع، واستكشاف المساحات غير المأهولة وأماكن تحت الماء، والتحكم في شبكات الاتصالات، ويتلخّص عمل مهندس التحكم باكتشاف الطرق لتطوير وتحسين أداء أجهزة التحكم المختلفة، ولتحقيق ذلك على مهندس التحكم أن يكون على دراية ببرامج الكمبيوتر ومكوناته، وأن يمتلك القدرة على اكتشاف وحل المشاكل الجديدة التي تندرج تحتَ مجموعة متنوعة من التخصصات، بدءاً من الطيران إلى الهندسة الكهربائيّة، والهندسة الكيميائيّة، والكيمياء، والبيولوجيا، وعلم الاقتصاد.

الإلكترونيّات

يندرج تخصص هندسة الإلكترونيّات (Electronics) تحتَ هندسة الكهرباء أيضاً، وهو تخصص يتعامل مع المكونات أو الدوائر الإلكترونيّة، وتتخلص وظيفته في تصميم وتحسين أجزاء الدوائر الإلكترونيّة، وصيانتها؛ حيث تستخدم هذه الدوائر بعض المكونات وخصائصها مثل المقاومات، والمكثفات، والمحثّات، وثنائيّات المسار، والترانزستورات، للحصول على وظائف معينة بعد تجميعها معاً، ومن الأمثلة على هذه الدوائر تلكَ المستخدمة في الراديو، والتي تتيح للمستخدم تصفية جميع القنوات باستثناء واحدة، ويُطلق عليها اسم دائرة الموالفة (Tuned Circuit).

الإلكترونيّات الدقيقة

يتطلّب التقدم التكنولوجيّ تطوير أجهزة بحجم أصغر، وبسرعة أكبر، ووظائف أكثر، وذلك لتحسين عمل أجهزة الكمبيوتر، والإلكترونيّات الشخصيّة، وأنظمة السيارات الإلكترونيّة، والهواتف المحمولة، والذكيّة، وأجهزة الليزر، وغيرها، لذلك يُنشئ المختصّ في مجال الإلكترونيات الدقيقة (Microelectronics) مكونات إلكترونيّة بمقاييس مجهريّة، كما يطوّر الأجهزة الإلكترونيّة والفوتونيّة التي تعمل على توليد، واكتشاف، ونقل، وتوزيع، وتعديل، وتضخيم الطاقة والمعلومات الكهربائيّة، ومن المجالات المهمّة لهذا التخصص علم المواد، والكيمياء، والفيزياء، والبصريّات، والنظرية الكهرومغناطيسيّة، حيث عملَ هذا التخصص على إحداث ثورة في مجال الصناعات الإلكترونيات والضوئيّة، كتطوير الترانزستورات، والدوائر المتكاملة، والليزر، والبصريّات، والأجهزة الضوئيّة كشاشات العرض، وأجهزة الاستشعار.

مجالات أخرى

من المجالات الأخرى التي تندرج تحتَ تخصص الهندسة الكهربائيّة ما يلي:

• أنظمة الطاقة: (Power Systems) يختص هذا المجال بتوليد الطاقة الكهربائيّة، وتوزيعها، والتحكم بها، وتشمل أنظمة الطاقة: المحولات الكهروميكانيكيّة، والمحركات، والمولدات، والمحولات، ومن التحديّات التقنية التي يواجهها هذا التخصص: الحفاظ على استقرار أنظمة الطاقة، ومصادر الطاقة الجديدة المحتملة، والتقنيات الناشئة مثل القطارات المرفوعة مغناطيسيّاً، واستخدام الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية في الآلات الكهربائية.
• معالجة الإشارات: (Signal processing) يختص هذا المجال بمعالجة الإشارات وتحليلها، وتصميم وتحليل الأجهزة اللازمة لتنفيذ المعالجة، وهوَ تخصص مهم لعدد من المجالات؛ كالاتصالات، والتحكم، ومعالجة الصور والفيديو، والرادار، والسونار، والاستكشاف الجيوفيزيائيّ، والالكترونيات الاستهلاكيّة. وتشمل الإشارات نوعين رئيسيين هما:
  • الإشارات التناظريّة: (Analog Signals) تختلف هذه الإشارات بشكل مستمر بناءً على المعلومات المنقولة، وتتمّ معالجتها عن طريق تضخيم وترشيح الإشارات الصوتية للمعدات السمعيّة، أو العمل على تعديل وإزالة الإشارات الخاصة بالاتصالات.
  • الإشارات الرقميّة: (Digital Signals) تختلف هذه الإشارات بناءً على سلسلة من القيم المنفصلة التي تمثل المعلومات، أمّا معالجتها فتتضمن اكتشاف الأخطاء، وتصحيحها أو حتى ضغصها.
• هندسة الأجهزة: (Instrumentation Engineering) يتلخص عمل مهندس الأجهزة في تصميم الأجهزة المختصة بقياس الكميات الفيزيائية؛ مثل أجهزة قياس الضغط، والتدفق، ودرجة الحرارة، لذلك يتطلب عملهم معرفة واسعة بعلم الفيزياء، والنظرية الكهرومغناطيسية، وتستخدم هذه الأجهزة غالباً كمستشعرات ضمن أنظمة كهربائية أكبر للتحكم في عامل معيّن، وبذلك يعتبر هذا التخصص شبيهاً بتخصص هندسة التحكم.
• الفيزياء الكهربية: (Electrophysics) يصمّم مهندس الفيزياء الكهربيّة الأجهزة المعقدة والمستخدمة في معظم الإلكترونيات الحديثة بالاعتماد على مبادئ الفيزياء الأساسيّة، فهوَ تخصص يجمعَ بينَ الفيزياء، والهندسة الكهربائيّة، وهندسة الكمبيوتر، كما يعتمد المختصّ على البحوث في العديد من المجالات مثل: البصريات، والليزر، والكاشفات، والموجات الدقيقة، وحُزم الجسيمات، وتكنولوجيا النانو، والمغناطيسية، والظواهر الكهرومغناطيسية لجميع الأطوال الموجية من الأشعة السينية إلى الموجات الراديوية.