يعتبر تخصص الهندسة الكهربائية من أكثر فروع الهندسة أهمية في الآونة الأخيرة، وإن ما يعطيه هذه الأهمية العالية هو الدور الأساسي الذي تؤديه تطبيقات هذا التخصص في عمليات التطوير المختلفة وتحسين نوعية الحياة، فما هو تخصص الهندسة الكهربائية، وما هي تفاصيل الدراسة به، وهل يحقق فعلاً مستقبلاً ناجحاً للدارس به؟
تعريف تخصص الهندسة الكهربائية
الهندسة الكهربائية Electrical Engineering هو العلم الذي يهتم بدراسة تكنولوجيا الكهرباء من النواحي الفيزيائية والرياضية بشكل أساسي، حيث يمكن القول بشكل عام أنه يطرح المفاهيم الفيزيائية التي توضح كيف تنشأ الطاقة الكهربائية بدءً مما يدعى بظاهرة الكهرباء الساكنة، ثم يتم استخدام المعادلات والقوانين الرياضية المختلفة لتفسير تلك الظاهرة وما ينشأ عنها من ظواهر أخرى، بالإضافة لوجود مفاهيم هامة أخرى وهي علوم الالكترونيات ومجالات الكهرومغناطيسية.
وبالحديث عن الهندسة الكهربائية كفرع جامعي، فهو يدرس جميع المفاهيم النظرية والعملية لتكنولوجيا الكهرباء بأدق تفاصيلها، باستخدام علوم الرياضات والفيزياء والكيمياء وفروعها بشكل أساسي وارتكازي جداً، فيعمل على إعداد مهندسين حرفيين على درجة عالية من الخبرة في الأمور الكهربائية والالكترونية وذلك بحسب القسم الذي يختص فيه المهندس، حيث أن التنوع الكبير لتطبيقات الطاقة الكهربائية، جعل أقسام هذا الفرع متعددة جداً.
مجالات تخصص هندسة الكهرباء الأساسية
يمكن أن نذكر بعض المفاهيم الأساسية العمومية التي تُطرح في تخصص الهندسة الكهربائية خلال سنوات الدراسة الجامعية، حيث هناك بعض المحاور المشتركة دائماً في دراسة هذا الفرع، وهي باختصار:[1]
- علم الطاقة وطرق انتاجها وتوليدها: يتعرف هنا الطالب على ماهية الطاقة الكهربائية بشكل عام ثم كيف يمكن توليدها، وماهي المصادر المختلفة التي يمكن الحصول على طاقة كهربائية من خلالها.
- أساليب نقل الطاقة الكهربائية والتحكم بالجودة: حيث هناك أساليب خاصة لنقل الكهرباء تتنوع حسب الحاجة لها ومدى الجودة المرادة، فيتم التعرف أولاً على طرق تحديد كمية الكهرباء ومن ثم اختيار الطريقة الأفضل والأكثر أماناً لنقلها، وخصوصاً فيما يتعلق بالنقل لمسافات بعيدة، أما بالنسبة لأساليب تحديد الجودة وتحويلها لقيم عالية أو منخفضة الجهد، فيتم دراسة المحولات الكهربائية وأنواعها وطرق العمل بها، فوظيفتها الأساسية رفع أو خفض جودة الكهرباء الموجودة.
- الأجهزة والنظم الكهربائية والالكترونية وطرق تصميمها: من أهم الركائز في دراسة تخصص الطاقة الكهربائية، حيث ترتبط بشدة بالحياة العملية للمهندس الكهربائي، فيتم تفصيل مكونات الأجهزة الكهربائية ووظيفة كل مكون داخل الجهاز، ثم التعرف على آليات تصميم الأجهزة المختلفة وطرق استخدام الطاقة الكهربائية لتشغيلها، وأخيراً يتم التعرف على المشاكل التي يمكن أن تواجه كل مكون من مكونات الجهاز المصمم بوجود الطاقة الكهربائية بهدف التمكن من إصلاح أعطاله في حال حدوثها.
- أنظمة الاتصالات ونقل البيانات: بشكل خاص أنظمة الاتصالات اللاسلكية حيث أصبحت الأساس التي تبنى عليه أدوات الحياة المعاصرة، كشبكات الاتصالات الهاتفية وشبكات الانترنيت وأنظمة الرادارات والأقمار الصناعية وغيرها.
- نقل الإشارة وأنظمة التحكم عن بعد: تستخدم أنظمة التحكم عن بعد بشكل كبير أيضاً في الآونة الأخيرة حيث يعتمد عليها في تطوير الأجهزة الذكية المنتشرة في عالمنا الحالي، ونستخدمها جميعنا بشكل يومي في حياتنا، كجهاز التحكم في التلفاز مثلاً أو مفتاح السيارة الالكتروني وغيرها الكثير
أقسام الهندسة الكهربائية
إن تخصص الهندسة الكهربائية، كما ذكرنا في الفقرة السابقة، له مجالات وأقسام متنوعة ومتعددة، فيمكن أن نرى هذه الأقسام عبارة عن كليات مختلفة، مدة الدراسة في كل منها 5 سنوات، أو تكون اختصاصات اختيارية يختارها الطالب بعد دراسة أول سنتين أو ثلاث سنوات في الجامعة، ويختلف ذلك تبعاً للجامعة المختارة للدراسة، ومن أهم تلك الأقسام نذكر:
- الهندسة الكهربائية وهندسة الاتصالات.
- هندسة الكهرباء والالكترونيات.
- هندسة المحركات والآليات الثقيلة.
- هندسة الطاقة الكهربائية.
- هندسة معالجة الإشارة الكهربائية.
- الهندسة الكهربائية والكهرومغناطيسية.
- هندسة أنظمة التحكم.
شروط دراسة الهندسة الكهربائية
إن دراسة تخصص الهندسة الكهربائية كفرع جامعي يتطلب بعض الشروط الدراسية من جهة، وبعض المؤهلات الشخصية من جهة أخرى، حيث يضمن مجمل ذلك النجاح في المسيرة الدراسة والمهنية للطلاب في هذا الفرع، ومن تلك الشروط:[2]
- شهادة الثانوية العامة: يجب أن تكون من الفرع العلمي وبمعدل عالي، لذا يجب أن يحصل الراغب في دراسة فرع الهندسة الكهربائية على تلك الشهادة حيث يختلف الرقم الدقيق للمعدل المطلوب فيها من جامعة لأخرى.
- درجات عالية في المواد العلمية: هذا التخصص يطلب أيضاً الحصول على درجات عالية في المواد الهامة لدراسته وهي الفيزياء والكيمياء والرياضيات، حيث تعد هذه المواد الأساس الذي تقوم عليه دراسة هذا الفرع، لذا يجب أن يكون الطالب متمكناً منها وحاصلاً على درجات كاملة أو شبه كاملة فيها.
- التمكن من المفاهيم الفيزيائية والكيميائية المختلفة: تنطلق أساسيات الكهرباء بداية من العلوم الفيزيائية والكيميائية، حيث تلك العلوم هي الأساس في ابتكار كل ما يعتمد على التطبيقات العملية للتقنيات الكهربائية على اختلافها، فالتمكن منها والفهم والاستيعاب العميقين لكل القوانين والمفاهيم المتعلقة بها أمر ضروري جداً للدارس في فرع الهندسة الكهربائية.
- فطنة ومهارة في علوم الرياضيات: لا يمكن أبداً لشخص ضعيف في مادة الرياضيات أن ينجح في دراسة مقررات الهندسة الكهربائية، لأن هذا العلم في مجمله يقوم على مفاهيم التفاضل والتكامل وتطبيق المعادلات والقوانين المشتقة منها.
- مخيلة إبداعية: تعتبر المخيلة الإبداعية من الشروط لدراسة الهندسة الكهربائية لأنها تساعد إلى حد كبير في امتلاك القدرة على ابتكار أفكار عملية مفيدة باستخدام الطاقة الكهربائية، أو استحداث طرق جديدة ومبتكرة لتوليد الطاقة الكهربائية والحفاظ عليها، وفهم كيف يمكن تطوير نوعية الحياة باستخدام الطاقة الكهربائية.
- الدقة في العمل والدراسة: إمكانية الوقوع في الخطأ أثناء تطبيق مفاهيم الهندسة الكهربائية عملياً محدودة وربما غير مقبولة، لأن أي خطأ مهما كان صغيراً سيسبب إنتاج عمل رديء الجودة وغير مفيد وربما يخلق ذلك مشاكل وعراقيل في التصنيع أو التصميم أو أثناء استخدام أي جهاز أو أداة تعتمد على الكهرباء.
- مهارة عالية في حل المشكلات: نسبة كبيرة من التطبيقات العملية للمهندسين الكهربائيين تعتمد على مفاهيم حل المشكلات، حيث أن الأجهزة الكهربائية والالكترونية على اختلاف أنواعها الكبير جداً، تتعرض بشكل متكرر وواسع لمشاكل وأعطال قد تكون غير معروفة أحياناً وغير سابقة الحصول، وإن فهم سبب هذه المشاكل ومن ثم ايجاد الحلول لتصليح تلك الأجهزة أو تفادي حصول المشاكل فيها مرة أخرى يتطلب مهارة فعلية في ابتكار الحلول المناسبة والقدرة العالية على التعامل مع المشاكل.
مواد الهندسة الكهربائية
طبيعة ونوع المقررات المعتمدة في مناهج الهندسة الكهربائية تختلف باختلاف الجامعة وباختلاف القسم الذي يتم دراسته، ونذكر هنا لمحة عن أهم المواد التي يمكن أن يشملها هذا الفرع الجامعي خلال سنوات الدراسة فيه: [3]
- حسابات التفاضل والتكامل.
- الفيزياء.
- الكيمياء.
- الرياضيات.
- فن البرمجة.
- الدوائر الإلكترونية الرقمية.
- الدوائر الإلكترونية التناظرية.
- المحولات الكهربائية.
- أساسيات نظام الطاقة الكهربائية.
- تحليل نظام الطاقة الكهربائية.
- معالجات الإشارة الرقمية للهندسة الكهربائية.
- المحركات الكهربائية وأنظمة الجر.
- استخدام الطاقة الكهربائية.
- آليات التكييف الدوارة.
- هندسة أنظمة التحكم.
- تشغيل نظام الطاقة والتحم به.
- تحليل الشبكة والتوليف.
- الكهرومغناطيسية الهندسية.
- هندسة الجهد العالي.
- المعالج الدقيق ووحدة التحم الصغيرة.
- اختبار وتشغيل وصيانة المعدات الكهربائية.
- أساسيات إلكترونيات القوى.
- تصميم الآلات الكهربائية.
- عناصر الهندسة الكهربائية.
- حماية نظام الطاقة والمفاتيح الكهربائية.
وهناك بعض المواد الأخرى التي تكون اختيارية، مثل:
- تصميم النظام الإلكتروني.
- مصادر الطاقة المتجددة.
- الإشارات والأنظمة.
- التحكم في المحركات الكهربائية.
- تطبيقات إلكترونيات القوى في نظام الطاقة.
- ناقل حركة عالي الجهد.
- تقنيات الحاسوب في نظام الطاقة.
تخصصات الهندسة الكهربائية
يتاح للمهندس الكهربائي عدد واسع من مجالات العمل، ويكون له مسميات وظيفية متعددة جداً، وهذا يعتمد اعتماداً أولياً على نوع التخصص الذي تخرج منه المهندس، ومن أبرز تلك التخصصات:[4]
- مهندس إلكتروني: يرتكز عمل المهندس الالكتروني بشكل عام على الأجهزة والأدوات الكهربائية الصغيرة، كأجهزة الكمبيوتر والدوائر الالكترونية والمحولات والمقاومات والترانزستورات والمكثفات وغيرها، حيث يعمل المهندس الالكتروني على إنشاء وتصميم تلك الأجهزة، ومن ثم اختبار كفاءتها ودراسة قابلية توظيفها في عدة مجالات، كمجالات الصوتيات والاتصالات وأنظمة التحكم وغير ذلك.
- مهندس إلكترونيات دقيقة: وهو مجال مقارب للمجال السابق، حيث تشتق هذه الدراسة من هندسة الالكترونيات، لكنها تتعلق بالتصنيع الفائق الدقة للتصاميم الالكترونية الصغيرة جداً، وهو المجال الأكثر حداثة حيث يلاحظ تقليل حجم المكونات الإلكترونية مع تحسين نوعية وجودة التقنيات الالكترونية المختلفة، يستخدم مهندس الالكترونيات الدقيقة معدات متخصصة وخصوصاً فيما يتعلق بتقنيات التوصيل وذلك بسبب الحجم الصغير جداً للمكونات والأسلاك داخل النظام الالكتروني الدقيق.
- مهندس معالجة الإشارة الرقمية: تنطوي مسؤوليات مهندس معالجة الإشارة الرقمية على تحليل تلك الإشارة وتعديلها ورفع دقتها بحسب العمل المطلوب منه، حيث يتعامل بشكل أساسي مع عدد كبير جداً من الخوارزميات التي من شأنها جعل تلك الإشارة أكثر كفاءة، وتتضمن المجالات التي يعمل بها مهندس معالجة الإشارات الرقمية عدة أنواع، منها مجالات معالجة الكلام ومعالجة الصور، معالجة الترددات الراديوية والإشارات الطبية الحيوية، التطبيقات الفضائية أو التطبيقات العسكرية، وغير ذلك.
- مهندس طاقة: يحتاج مهندس الطاقة إلى أساس قوي للمفاهيم النظرية المتعلقة بالهندسة الكهربائية، ويتعامل هذا المهندس بشكل أساسي مع أنظمة توليد الطاقة الكهربائية ونقل وتوزيع تلك الطاقة وطرق استخدامها، بالإضافة أيضاً إلى المعدات والأدوات الكهربائية المرتبطة بهذه الأنظمة، كالمحركات والمولدات والمحولات.
- مهندس نظم التحكم: يركز عمل مهندس نظم التحكم على تنفيذ واستخدام نظريات التحكم الآلي بحيث تجعل الأنظمة تتصرف بطريقة معينة مضبوطة مسبقاً، يستخدم لهذا الغرض عدة أنواع من الأدوات، أهمها وحدات التحكم الدقيقة، أجهزة التحكم القابلة للبرمجة، الدوائر الكهربائية ومعالجات الإشارات الرقمية وغير ذلك.
- مهندس اتصالات: تتنوع مهام مهندس الاتصالات ما بين تصميم الدوائر الكهربائية الأساسية، وتقديم خدمات نقل المعلومات والبيانات بسرعات عالية، والإشراف على تركيب الأدوات والمعدات المختلفة المتعلقة بشبكات الاتصالات مثل كابلات الألياف الضوئية وأنظمة نقل الموجات الدقيقة وغير ذلك.
- مهندس أجهزة: يعمل مهندس الأجهزة على تطوير أنواع مختلفة من الأجهزة ذات نظام العمل الآلي الذكي، مثل أجهزة الاستشعار ومحولات الطاقة الذكية، وأجهزة قياس الحرارة والضغط، والعديد من الأجهزة الأخرى، ويعتمد هذا المجال على مفاهيم علم الفيزياء بشكل أساسي ومهم جداً، حيث أن أعمال مهندس الأجهزة تتمحور حول عمليات الأتمتة والقياس وأنظمة التحكم.
وظائف الهندسة الكهربائية
تحتاج مختلف قطاعات العمل ومجالاته لتوظيف عدد من مهندسي الكهرباء المختصين، لذا نلاحظ وجود فرص عمل لأولئك المهندسين في مجال واسع من المؤسسات، منها:
- محطات توليد الطاقة الكهربائية: ويمكن أن يشغل المهندس الكهربائي في هذه المحطات العديد من الوظائف تبعاً لاختصاصه ومدى خبرته.
- المصانع بمختلف مجالات عملها: سواء المصانع المختصة بالكهربائيات أو حتى المصانع الأخرى سواء في ورش الصيانة أو الإشراف على بعض خطوط الإنتاج.
- شركات الالكترونيات: وخاصة المهندسين المختصين بالهندسة الإلكترونية حيث لهم الحاجة الأكبر في هذا النوع من الشركات بمختلف أقسامها.
- المؤسسات العامة للكهرباء: المقصود بها المؤسسات الحكومية المعنية بإنتاج وتوزيع الطاقة الكهربائية، فمهندس الكهرباء يعتبر بمثابة عصب هذه المؤسسات.
- ورش صيانة المعدات الكهربائية: سواء الورش الخاصة أو وكالات الشركات المنتجة للأجهزة الكهربائية على اختلاف أنواعها.
- شركات السيارات ومصانعها: وخاصة بأقسام الصيانة أو تركيب كهرباء السيارات.
- العديد من الوظائف الأخرى بمؤسسات مختلفة: شركات البرمجة وتصميم أجهزة التحكم، شركات الاتصالات العامة والخاصة وشركات نقل البيانات، شركات تصنيع الأدوات الكهربائية.
أهم الأسئلة عن تخصص الهندسة الكهربائية
هل تخصص الهندسة الكهربائية مطلوب؟
طبيعة واقعنا الحالي التي تعتمد بشكل كبير وقوي على التقنيات الكهربائية والالكترونية تخلق حاجة للمتخصصين في مجال الهندسة الكهربائية، لذا يمكن القول أن المهندسين الكهربائيين لهم سوق عمل واسع بالعموم، ولكن يبقى لهذا اختلافات متعلقة بعدة أمور كمكان العمل ونوعه وأنواع التخصصات المطلوبة ومدى إشباع سوق العمل وغير ذلك.
هل الهندسة الكهربائية صعبة؟
يعتبر فعلياً تخصص الهندسة الكهربائية واحد من أصعب فروع الهندسة الدراسية، لكن هذا ليس مقياساً مطلقاً، حيث تختلف مسألة هذا المعيار باختلاف قدرات الدراسين، ورغبتهم في دراسة هذا الفرع.
ماهي تكلفة دراسة الهندسة الكهربائية؟
تعتبر التكلفة بشكل عام في الحدود المتوسطة لدراسة الهندسة الكهربائية، ويختلف الرقم الدقيق باختلاف الجامعة ومكانتها والنظام التدريسي الذي تعتمده.
ما هي سلبيات تخصص هندسة الكهرباء؟
تحتاج دراسة تخصص الهندسة الكهربائية إلى بذل جهد كبير سواء في الدراسة النظرية أو العملية للفرع، بالإضافة إلى الدقة المتناهية في العمل، وإن التطبيق العملي في هذا الفرع قد يحمل بعض المخاطر أحياناً، بالإضافة إلى التنافس الكبير في سوق العمل.
مستقبل الهندسة الكهربائية للبنات؟
الفرص التي ستكون متاحة للبنات في هذا المجال هي أقل من الفرص المتاحة للذكور، فأغلب تخصصات الهندسة الكهربائية يتم فيها بذل مجهود جسدي كبير ومتعب الذي قد لا يناسب البنات معظم الأحيان، وخصوصاً عندما يكون العمل ضمن نطاق المصانع ومحطات الكهرباء وما إلى ذلك، ولكن هذه ليست بقاعدة، فهناك كثير من الفتيات اللواتي يستطعن اجتياز هذا الأمر والنجاح بالعمل كمهندسات للكهرباء.