المحتويات
الهندسة الكهربائية والإلكترونية
الهندسة الكهربائية والإلكترونية هي فرع الهندسة المعني بالتطبيقات العملية للكهرباء بجميع أشكالها ، بما فيها مجال الإلكترونيات. هندسة الإلكترونيات هي فرع من فروع الهندسة الكهربائية يهتم باستخدامات الطيف الكهرومغناطيسي وبتطبيق الأجهزة الإلكترونية مثل الدوائر المتكاملة والترانزستورات.
في الممارسة الهندسية ، عادةً ما يعتمد التمييز بين الهندسة الكهربائية والإلكترونيات على القوة النسبية للتيارات الكهربائية المستخدمة. وبهذا، فإن الهندسة الكهربائية هي الفرع الذي يتعامل مع “التيار الثقيل” – أي الضوء الكهربائي وأنظمة الطاقة والأجهزة – بينما تتعامل هندسة الإلكترونيات مع تطبيقات “التيار الخفيف” مثل الاتصالات الهاتفية والراديوية وأجهزة الكمبيوتر والرادار والتشغيل الآلي وأنظمة التحكم.
أصبح التمييز بين الحقول أقل حدة مع التقدم التقني. على سبيل المثال ، في نقل الجهد العالي للطاقة الكهربائية ، تُستخدم مصفوفات كبيرة من الأجهزة الإلكترونية لتحويل تيار خط النقل عند مستويات طاقة تصل إلى عشرات الميجاوات. علاوة على ذلك ، في التنظيم والتحكم في أنظمة الطاقة المترابطة ، تُستخدم أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية لحساب المتطلبات بسرعة ودقة أكبر بكثير مما هو ممكن بالطرق اليدوية.
تاريخ الهندسة الكهربائية والإلكترونية
جذبت الظواهر الكهربائية انتباه المفكرين الأوروبيين منذ القرن السابع عشر. أبرز الرواد هم “Ludwig Wilhelm Gilbert و Georg Simon Ohm من ألمانيا و Hans Christian Ørsted من الدنمارك و André-Marie Ampère من فرنسا و Alessandro Volta من إيطاليا و Joseph Henry من الولايات المتحدة و Michael Faraday من إنجلترا. يمكن القول بأن الهندسة الكهربائية ظهرت كتخصص في عام 1864 عندما لخص الفيزيائي الاسكتلندي James Clerk Maxwell القوانين الأساسية للكهرباء في شكل رياضي وأظهر أن إشعاع الطاقة الكهرومغناطيسية ينتقل عبر الفضاء بسرعة الضوء. وهكذا ، تبين أن الضوء نفسه هو موجة كهرومغناطيسية ، وتنبأ ماكسويل بإمكانية إنتاج مثل هذه الموجات بشكل مصطنع. في عام 1887 ، حقق الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز تنبؤات ماكسويل من خلال إنتاج موجات الراديو بشكل تجريبي.
كان اكتشاف الانبعاث الحراري ، أو “تأثير إديسون” ، وهو تدفق للتيار عبر فراغ أحد مصابيحه ، أول ملاحظة للتيار في الفضاء. افترض Hendrik Antoon Lorentz من هولندا نظرية الإلكترون في الشحنة الكهربائية في عام 1892 ، وفي عام 1897 ج. أظهر J.J. Thomson الإنجليزي أن الانبعاث الحراري ناتج بالفعل عن جسيمات سالبة الشحنة (الإلكترونات). أدى ذلك إلى عمل كل من Guglielmo Marconi من إيطاليا ، و Lee de Forest من الولايات المتحدة ، والعديد من الآخرين ، مما وضع أسس هندسة الراديو. في عام 1930 ، تم تقديم مصطلح الإلكترونيات ليشمل الراديو والتطبيقات الصناعية لأنابيب الإلكترون. منذ عام 1947 ، عندما اخترع الترانزستور من قبل John Bardeen و Walter H. Brattain و William B. Shockley ، هيمنت هندسة الإلكترونيات على تطبيقات الأجهزة الإلكترونية ذات الحالة الصلبة مثل الترانزستور ، والصمام الثنائي شبه الموصل ، والدائرة المتكاملة .
أقسام وفروع الهندسة الكهربائية والالكترونية
تم تقديم أكبر الفروع المتخصصة في الهندسة الكهربائية ، وهو الفرع المعني بالحاسوب الإلكتروني ، خلال الحرب العالمية الثانية. اجتذب مجال علوم وهندسة الكمبيوتر أعضاءً من عدة تخصصات خارج الإلكترونيات ، ولا سيما علماء المنطق واللغويين وعلماء الرياضيات التطبيقيين.
مجال آخر كبير جدًا يتعلق بالضوء والطاقة الكهربائية وتطبيقاتها. تشمل التخصصات في هذا المجال تصميم وتصنيع واستخدام التوربينات والمولدات وخطوط النقل والمحولات والمحركات وأنظمة الإضاءة والأجهزة.
المجال الرئيسي الثالث هو مجال الاتصالات ، والذي لا يشمل المهاتفة فحسب ، بل يشمل أيضًا الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ونقل الصوت والبيانات عن طريق إشارات الليزر عبر شبكات الألياف الضوئية. أصبح اتصال البيانات الرقمية بين أجهزة الكمبيوتر المتصلة عن طريق الأسلاك والميكروويف ودوائر الأقمار الصناعية الآن مؤسسة كبرى قامت ببناء رابطة قوية بين متخصصي الكمبيوتر والاتصالات.
قام ميشيل ماهاربيز ، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، بإنشاء نوع من “الضمادة الذكية” التي يمكنها اكتشاف قرح الفراش أثناء تكوّنها.
توسعت تطبيقات هندسة الكهرباء والإلكترونيات في مجالات العلوم الأخرى منذ الحرب العالمية الثانية. من بين العلوم الممثلة ، الطب ، علم الأحياء ، علم المحيطات ، علوم الأرض ، العلوم النووية ، فيزياء الليزر ، علم الصوتيات والموجات فوق الصوتية ، والصوتيات. تشمل التخصصات النظرية في الإلكترونيات نظرية الدائرة ونظرية المعلومات وانتشار الموجات الراديوية ونظرية الميكروويف.
يتعلق تخصص مهم آخر بالتحسينات في المواد والمكونات المستخدمة في الهندسة الكهربائية والإلكترونية ، مثل المواد الموصلة والمغناطيسية والعزل وأشباه الموصلات المستخدمة في الأجهزة الصلبة. من أكثر المجالات نشاطًا هو تطوير أجهزة إلكترونية جديدة ، لا سيما الدوائر المتكاملة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر والأنظمة الرقمية الأخرى.
إن تطوير الأنظمة الإلكترونية – المعدات للمستهلكين ، مثل أجهزة الراديو وأجهزة التلفزيون وأجهزة الاستريو وألعاب الفيديو وأجهزة الكمبيوتر المنزلية – يشغل عددًا كبيرًا من المهندسين. مجال آخر هو تطبيق أجهزة الكمبيوتر وأنظمة الراديو على السيارات والسفن والمركبات الأخرى. يشمل مجال الأنظمة الإلكترونية للفضاء المساعدات الملاحية للطائرات والطيارين الآليين وأجهزة قياس الارتفاع والرادار للتحكم في حركة المرور والهبوط الأعمى ومنع الاصطدام. العديد من هذه الأجهزة تستخدم أيضًا على نطاق واسع في الشحن.
