مهندسی برق ارتباط تنگاتنگی با زندگی روزمره دارد و در اکثر تکنولوژی‌هایی که امروزه از آن‌ها استفاده می‌کنیم، ردپای آن را می‌توان یافت. به طور خلاصه در مهندسی برق به مطالعه و طراحی دستگاه‌ها و تجهیزاتی که از الکترومغناطیس، برق و الکترونیک استفاده می‌کنند، پرداخته می‌شود. روشن کردن یک لامپ ساده در خانه یا نگاه کردن به ساعت در صفحه موبایل، به کمک مهندسان برق و در نتیجه صدها سال تلاش متخصصان این حوزه، امکان‌پذیر شده است. در نگاه اول ممکن است این رشته نسبتاً جدید به نظر برسد. اما رشته برق در همین کوتاه خود توانسته است به یکی از حوزه‌های پرکاربرد و ضروری در زندگی انسان تبدیل شود. در این مقاله قصد داریم به طور کامل رشته مهندسی برق و گرایش‌های مختلف آن را بررسی کنیم.

معرفی رشته مهندسی برق و تاریخچه آن

مهندسی برق شاخه‌ای از علم مهندسی است که عموماً با مطالعه و بررسی کاربردهای برق، الکترونیک و الکترومغناطیس سروکار دارد. این حوزه در ابتدا نیمه دوم قرن ۱۹ میلادی و پس از تجاری شدن تلگراف،‌ تلفن و صنعت انتقال و توزیع نیروی برق، به‌عنوان یک شغل به رسمیت شناخته شد. از آن پس، اختراع ترانزیستور و مدارهای تجمیعی هزینه‌های برق را به اندازه‌ای کم کرد که امروزه در تمام خانه‌ها قابل استفاده است.

ویلیام گیلبرت، فیزیک‌دان و فیلسوف انگلیسی را اولین فردی می‌دانند که «الکتریسیته» را معرفی کرد. پس از او در دهه‌های ۱۹ و ۲۰ میلادی، افراد مشهوری همچون فارادی، تسلا و ادیسون راهش را ادامه دادند. با پیشرفت تکنولوژی و گسترش کاربرد برق، تقاضا برای افراد آموزش‌دیده در این حوزه که بتوانند به‌صورت تخصصی کار کنند، افزایش پیدا کرد. در ابتدا مهندسان برق در دپارتمان‌های فیزیک Cornell و MIT آموزش می‌دیدند. اما پس از گذشت مدت کوتاهی، دانشکده‌های تخصصی برق نیز تأسیس شدند. اولین دپارتمان مهندسی برق در آمریکا در دانشگاه میسوری و در سال ۱۸۸۶ تأسیس شد.

مهندسی برق امروزه به طیف گسترده‌ای از زیرمجموعه‌های مختلف تقسیم شده است. الکترونیک، کامپیوترهای دیجیتال، مهندسی قدرت، مخابرات، سیستم‌های کنترل، روباتیک، مهندسی فرکانس رادیویی، پردازش سیگنال‌ها، ابزار دقیق و میکروالکترونیک از جمله این زیرشاخه‌ها هستند. بسیاری از این زیرشاخه‌ها با سایر رشته‌های مهندسی هم‌پوشانی داشته و منجر به ایجاد تخصص‌های گوناگونی نظیر مهندسی سخت‌افزار، الکترونیک قدرت، الکترومغناطیس و امواج، مهندسی مایکروویو، نانوتکنولوژی، الکتروشیمی، انرژی‌های تجدیدپذیر، مکاترونیک، علم مواد الکتریکی و غیره می‌شوند.

مهندسان برق دقیقاً چه‌کار می‌کنند؟

مهندسان برق در فرایندهای متعددی از طراحی و توسعه گرفته تا تست و نظارت بر تولید تجهیزات الکتریکی مثل رادارها و سیستم‌های مسیریابی، موتورهای الکتریکی، تجهیزات تولید نیرو و سیستم های مخابراتی و ارتباطی دخیل هستند. آن‌ها همچنین مسئولیت طراحی سیستم‌های برقی هواپیما و اتومبیل‌ها را به عهده دارند. وظایف معمول یک مهندس برق شامل موارد زیر است:

• طراحی راهکارهای جدید برای استفاده از نیروی الکتریکی
• اجرای محاسبات برای توسعه ساختارها،‌نصب و تولید تجهیزات
• هدایت فرایندهای تولید، نصب و تست تجهیزات برقی به‌منظور کسب اطمینان از اینکه محصولات با کدها و نیازمندی‌های خاص صنعت تطابق دارند.
• ارزیابی مشکلات و ارائه راهکارهای توصیه‌ای
• همکاری با مدیران جهت بهبود تولید

گرایش‌های رشته مهندسی برق

در دپارتمان‌های برق و الکترونیک دانشگاه‌های معتبر دنیا، گرایش‌های متنوعی از رشته برق تدریس می‌شود. از جمله رشته های دانشگاهی که زیرمجموعه برق هستند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

مهندسی برق قدرت

در این گرایش مواردی مثل تولید و استفاده از نیروی الکتریکی و ماشین‌های الکتریکی که به این سیستم‌ها متصل می‌شوند مورد بررسی قرار می‌گیرند.

مهندسی برق قدرت در واقع تولید، توزیع و کنترل نیروی الکتریکی را شامل می‌شود. سیستم‌های قدرت شامل مبدل‌های الکترومکانیکی، موتورها، ژنراتورها و ترانسفورماتورها هستند. چالش فنی کلیدی در این حوزه، پایداری سیستم‌های قدرت، منابع احتمالی نیرو و تکنولوژی‌های نوظهوری مثل قطارهای مغناطیسی است.

مهندسی کنترل

این گرایش که به نام مهندسی سیستم های کنترل نیز شناخته می‌شود با طراحی و پیاده‌سازی کنترلرهای سیستم‌های مختلف مثل خطوط هواپیمایی تجاری یا نظامی سروکار دارند. سیستم‌هایی که قرار است بدون دخالت انسان کار کنند به‌عنوان سیستم‌های کنترل خودکار شناخته می‌شوند. مهندسی کنترل طراحی چنین سیستم‌هایی را امکان‌پذیر کرده است. حوزه مهندسی کنترل شامل اصول و ابزارهای فنی است که امکان کنترل خصیصه‌های فیزیکی همچون دما، سرعت یا ارتفاع را در طول یک زمان مشخص می‌دهند. از یک ترموستات ساده در لوازم‌خانگی گرفته تا سیستم‌های کروز کنترل در یک خودرو، از سیستم اتوپایلوت در هواپیماهای مدرن تا پروتزهای درمانی در علم بیوپزشکی، همگی از ابزارهای کنترلی برای تغییر رفتار سیستم استفاده می‌کنند.

پیشرفت‌های اخیری که در علم مهندسی کنترل اتفاق افتاده، منجر به پیشرفت در حوزه ایجاد ماشین‌های هوشمند مثل ربات‌های تولیدی در کارخانه‌ها، ماشین‌های خودران و غیره شده است. مهندسان کنترل همچنین تلاش می‌کنند راه‌هایی را برای بهبود چرخه بازخورد سیستم‌های کنترلی توسعه دهند تا کارایی این سیستم‌ها افزایش یابد.

از جمله سایر کاربردهای سیستم‌های کنترلی می‌توان به کنترل آلودگی، خودکارسازی در کارخانه‌ها، اکتشاف فضاهای ناشناخته دور از دسترس بشر و کنترل شبکه‌های ارتباطی اشاره کرد.

مهندسی برق الکترونیک

این گرایش که به‌عنوان مهندسی الکترونیک و ارتباطات هم شناخته می‌شود، بیشتر با طراحی مدارها و اجزایی مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها و سلف‌ها سروکار دارند. این گرایش در گذشته به‌عنوان مهندسی رادیو شناخته می‌شد. گرایش الکترونیک یکی از پرتقاضاترین گرایش‌ها در بازار کار برق است و این واقعیت را می‌توان در جدیدترین آگهی های استخدام مهندس برق نیز مشاهده کرد.

میکروالکترونیک و فتونیک

پیشرفت‌هایی که در زمینه تجهیزات الکترونیکی شخصی، کامپیوترها، سیستم‌های الکترونیک خودکار،‌اسمارت‌فون‌ها و لیزرها حاصل شده است، همگی به کمک پیشرفت فتونیک و میکروالکترونیک محقق شده‌اند. این زیرشاخه از مهندسی با طراحی و ایجاد مدارهای کوچک سروکار دارند.

مدارهای یکپارچه شامل میلیون‌ها و حتی میلیاردها ترانزیستور هستند که قابلیت‌های آن‌ها روزبه‌روز در حال افزایش بوده و منجر به ایجاد تحولات چشمگیری در تکنولوژی می‌شوند. از کامپیوترها و سیستم‌های ارتباطی گرفته تا اتومبیل‌ها و لوازم‌خانگی برقی. این حوزه شامل مطالعه فیزیکی دستگاه‌های نیم‌رسانا و طراحی و ساخت مدارهای یکپارچه است. در سطوح گسترده‌تر، میکروالکترونیک‌ها در سنسورهای هوشمند میکروسیستم‌ها استفاده می‌شوند. برای مثال یک میکرو چیپ شامل مدارهای الکترونیکی و سنسورهای هوشمندی است که باعث باز شدن ایربگ خودرو در حین تصادفات می‌شود.

مهندسی نانو

این گرایش بین‌رشته‌ای از مهندسی برق با تکنولوژی‌های نانو در سطح میکروسکوپی سروکار دارد.

مهندسی پردازش سیگنال

این زیرشاخه روی تجزیه و تحلیل سیگنال‌هایی مثل تصاویر، ارزیابی‌های بیولوژیکی و صدا متمرکز است. پردازش سیگنال با تحلیل و دست‌کاری سیگنال‌های دیجیتال و آنالوگ سروکار دارد. برای مثال یکی از کاربردهای پردازش دیجیتال و آنالوگ، فیلتر کردن سیگنال‌ها و حذف نویزهای اضافی یا جداسازی دو سیگنال مختلف است. چالش اصلی در این حوزه طراحی الگوریتم‌ها، معماری‌ها و سیستم‌های کارا و مؤثر، استخراج اطلاعات، بازسازی محتوا و پردازش سیگنال‌ها و اطلاعات است

مخابرات

این گرایش با انتقال داده‌ها از طریق کانالی مثل کابل کواکسیال، فیبر نوری یا فضا سروکار دارد. یک مهندس برق مخابرات وظیفه طراحی و نظارت بر نصب تجهیزات، سیستم‌ها و مدارهای مخابراتی را به عهده دارد. این افراد همچنین در زمینه ارائه راهکارهایی برای انتقال اطلاعات و ارتباطات به‌صورت بی‌سیم، ارتباطات رادیویی و ماهواره‌ای، تکنولوژی‌های اینترنتی و پهن باند و سرویس‌های تلفنی بی‌سیم تخصص دارند.

الکترو فیزیک

مهندسان برق متخصص در حوزه الکترو فیزیک ایده‌هایی را که از فیزیک پایه برخاسته‌اند به علم مهندسی وارد کرده و برای تبدیل آن‌ها به واقعیت تلاش می‌کنند. الکترو فیزیک با علم فیزیک، برق و مهندسی کامپیوتر هم‌پوشانی دارد. این علم در نهایت در شاخه‌هایی مثل پردازش سیگنال و ارتباطات، مهندسی کامپیوتر، میکروالکترونیک و سیستم‌های کنترل کاربرد دارد. الکترو فیزیک عنصر ضروری برای استخراج مفاهیم فیزیکی و ترکیب آن‌ها با سیستم‌های مهندسی جهت خلق سیستم‌های پیچیده‌ای است که در دنیای واقعی کار می‌کنند. ابزارهایی که از علم الکترو فیزیک برخاسته‌اند در اکثر دستگاه‌های الکترونیکی فعلی وجود دارند. پژوهش و آموزش در علم الکترو فیزیک شامل اپتیک، لیزر، مایکروویو، نانوتکنولوژی، مغناطیس و الکترومغناطیس، ایکس ری و امواج رادیویی است.

مهندسی ابزار دقیق

منظور از ابزار دقیق مجموعه ابزارهایی است که برای اندازه‌گیری استفاده می‌شوند. این ابزارها برای اندازه‌گیری، شناسایی و ثبت مقادیر همچون درجه حرارت، جریان، فاصله، سطح، فشار و زاویه کاربرد دارند.

دروس مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد برق چیست؟

این شاخه از علم مهندسی دانشجویان را با سیستم‌های پیچیده و طراحی و ساخت آن‌ها از ابتدا آشنا می‌کند. برای پیشرفت در این رشته، لازم است دانشجویان مهارت های حل مسئله و تحلیلی قوی داشته باشند. آن‌ها باید بتوانند درعین‌حال که جزئی‌نگر هستند، از دید بالا و سیستمی نیز به قضایا نگاه کنند.

دروس تخصصی رشته برق در همه دانشگاه‌ها و گرایش‌ها یکسان نیست. بااین‌حال برخی دروس مشترک در تمام برنامه‌های آموزشی برق وجود دارد. دانشجویان دوره کارشناسی مهندسی برق باید دروسی مثل الکترونیک، ریاضی و فیزیک و سایر دروسی را که با این سه حوزه هم‌پوشانی دارند مطالعه کنند. ریاضیات رشته برق شامل محاسبات پیشرفته، معادلات دیفرانسیل و جبر خطی است. همچنین دروس الکترونیک شامل مدارات الکترونیک، الکترومغناطیس و نیم‌رساناها است.

باوجوداینکه دانشجویان پس از فارغ‌التحصیلی از دوره کارشناسی می‌توانند برای ورود به بازار کار اقدام کنند، اما برخی ترجیح می‌دهند وارد دوره‌های پیشرفته‌تر ارشد و دکترای مهندسی برق شوند. در این دوره‌ها دروس اصلی مهندسی برق در سطح پیشرفته‌تری آموزش داده می‌شود و تاکید بیشتری روی محاسبات و مهندسی سیستم‌های کامپیوتری وجود دارد.

درآمد مهندسان برق در ایران و خارج از کشور چقدر است؟

درآمد فارغ التحصیلان مهندسی برق در دنیا، به طور متوسط سالانه 99,070 دلار است. همچنین پیش‌بینی شده است که طی بازه زمانی سال ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۶، صنعت برق ۷ درصد رشد را تجربه کند که منجر به بهبود وضعیت بازار کار این رشته در دنیا خواهد شد. حقوق پایه یک مهندس برق بستگی زیادی به بودجه سازمان دارد. همچنین تجربه کاری و میزان تحصیلات فرد هم می‌تواند در میزان حقوق پرداختی تفاوت ایجاد کند. در ادامه به میانگین حقوق دریافتی مهندسان برق در ایران در سال ۱۴۰۰ اشاره کوتاهی خواهیم داشت.

درآمد مهندسان برق در تهران

• میانگین حقوق کارشناس: 5 میلیون و 600 هزار تومان
• میانگین حقوق کارشناس ارشد: 8 میلیون و 400 هزار تومان
• میانگین حقوق مدیر: 10 میلیون و 800 هزار تومان

درآمد مهندسان برق در شهرهای بزرگ

• میانگین حقوق کارشناس: 4 میلیون و 600 هزار تومان
• میانگین حقوق کارشناس ارشد: 6 میلیون و 300 هزار تومان
• میانگین حقوق مدیر: 7 میلیون و 500 هزار تومان

درآمد مهندسان برق در شهرهای کوچک

• میانگین حقوق کارشناس: 5 میلیون و 300 هزار تومان
• میانگین حقوق کارشناس ارشد: 7 میلیون و 200 هزار تومان
• میانگین حقوق مدیر: 8 میلیون تومان

آینده و بازار کار رشته برق چگونه است؟

در این مقاله به‌صورت خلاصه به بررسی رشته مهندسی برق، تاریخچه و گرایش‌های اصلی آن پرداختیم. رشته مهندسی برق همچنان به اندازه روزهای اول پیدایش آن، جذاب است. در دنیای امروز به نظر می‌رسد تنها برخی رشته‌ها مثل برنامه‌نویسی تقاضا و محبوبیت زیادی دارند؛ اما باید گفت هیچ‌کدام از کاربردهای برنامه‌نویسی بدون کمک مهندسان برق امکان پیاده‌سازی را دارند. افرادی که می‌خواهند در زمینه مهندسی برق تحصیلات خود را ادامه دهند، می‌توانند به پیشرفت در این حوزه خوش‌بین باشند. آینده شغلی این رشته هم در سیستم‌های با مقیاس کوچک نظیر طراحی و ساخت مدارهای کوچک کامپیوتری و هم در سیستم‌های عظیم نظیر سیستم‌های کنترل هواپیماها، اتفاق می‌افتد.

اما مهم‌ترین مسئله‌ای که در آینده شغلی مهندسان برق اثر می‌گذارد، مهارت حل مسئله است. مهارت های حل مسئله ممکن است در مسائل فیزیکی، اقتصادی و فنی به کمک این افراد بیاید. این مهارت به افراد کمک می‌کند تا تحلیل و طراحی سیستم‌ها و گردآوری ایده‌های مختلف را برای به دست آوردن جواب‌های جدید و بهینه به‌خوبی انجام دهند. علاوه بر این، تسلط روی نرم افزارهای مهندسی نیز می‌تواند به افراد کمک کند تا آینده شغلی بهتری را برای خود رقم بزنند.