آشنایی با مهندسی برق PDF

‫به نام خدا‬ ‫آشنایی با مهندسی برق‬ ‫‪1‬‬  ‫سرفصل مطالب‬ ‫فصل اول‪ :‬بررسی مفاهیم پایه‬ ‫فصل دوم‪ :‬معرفی گرایش الکترونیک‬...

‫به نام خدا‬ ‫آشنایی با مهندسی برق‬ ‫‪1‬‬  ‫سرفصل مطالب‬ ‫فصل اول‪ :‬بررسی مفاهیم پایه‬ ‫فصل دوم‪ :‬معرفی گرایش الکترونیک‬ ‫فصل سوم‪ :‬معرفی گرایش قدرت‬ ‫فصل چهارم‪ :‬معرفی گرایش مخابرات‬ ‫فصل پنجم‪ :‬معرفی گرایش کنترل‬ ‫فصل ششم‪ :‬بازار کار رشته برق‬ ‫مراجع‬ ‫اصول مهندسی برق – جمعی از اساتید دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی شریف‬ ‫مبانی الکترونیک – میر عشقی‬ ‫مبانی مهندسی برق – جلیل راشدمحصل‪ -‬اسحق ثابت مرزوقی‬ ‫مبانی مهندسی برق – دانشگاه امیرکبیر – تألیف‪ :‬دکتر هاشم اورعی‪ ،‬مهرداد جامعی‬ ‫سوئیچینگ تلفن – دانشگاه علم وصنعت– اکبر مرادخان‬ ‫الکترونیک عملی – موسوی – برزآبادی‬ ‫مدارهای کاربردی الکترونیک نوری – محبت زاده‬ ‫جزوه آشنایی با مهندسی برق ‪ -‬حسن احمدی‬ ‫جزوه آشنایی با مهندسی برق‪ -‬دانشگاه صنعتی سهند‬ ‫جزوه آشنایی با مهندسی برق‪ -‬دانشگاه صنعتی شریف‬ ‫مبانی برق‪ -‬سیدمهرداد مرتضوی اسدآبادی‪ -‬حمیدرضا جوهری‬ ‫جمعآوری کننده‪ :‬سیما تقی زاده‬ ‫مهرماه ‪1402‬‬ ‫دانشگاه ارومیه‬ ‫‪2‬‬  ‫‪ -1‬تاریخچه مهندسی برق‬ ‫داناییها و تواناییهای بشر را میتوان به سه گروه تقسیم کرد‪:‬‬ ‫‪ -1‬علوم‬ ‫‪ -2‬فنون‬ ‫‪ -3‬هنر‬ ‫علوم یا نظری هستند‪ ،‬مانند‪ :‬ریاضی‪ ،‬فلسفه‪ ،‬منطق‪ ،‬اخالق و ‪...‬یا تجربی هستند‪ ،‬مانند‪:‬فیزیک‪،‬‬ ‫شیمی‪ ،‬زیستشناسی و ‪....‬علوم بیشتر با تفکر و تعقل سروکار دارند درحالیکه فنون بیشتر جنبه‬ ‫یدی و ممارست دارند‪.‬و باالخره هنر بیشتر با احساس و خالقیت سروکار دارد‪ ،‬مانند‪ :‬نقاشی‪،‬‬ ‫مجسمهسازی‪ ،‬خوشنویسی و ‪....‬البته سه گروه مطرح شده را همواره نمیتوان به صورت مشخصی‬ ‫از هم تفکیک نمود و یک تقسیمبندی ساده به شکل فوق در نظر گرفت‪.‬برای مثال ریاضی ممکن‬ ‫است محض یا کاربردی باشد‪.‬یا فیزیک که در قدیم بیشتر تجربی بوده‪ ،‬در فیزیک مدرن دارای‬ ‫جنبههای نظری نیز میباشد‪.‬لذا مثالهای مختلفی میتوان عنوان کرد که از علوم مختلف به صورت‬ ‫ترکیبی بهره گرفته شده است‪.‬و باالخره مهندسی که ترکیبی از علم‪ ،‬فن و هنر میباشد‪.‬مهندسی از‬ ‫طرفی نیاز به شناخت علوم تجربی دارد و از سوی دیگر به شدت نیازمند ریاضیات میباشد و‬ ‫خالقیت در آن نقش بسزایی ایفا میکند‪.‬برای مثال اهرم برای جابجایی اجسام سنگین ساخته شده‬ ‫است‪.‬قوانین عملکرد آن توسط فیزیکدانها استخراج شده است‪.‬مهندس با استفاده از خالقیت خود‪،‬‬ ‫دو اهرم با تکیهگاه مشترک را طراحی و ابعاد آن را با محاسبه ریاضی برای ساخت تجهیزی به نام‬ ‫انبردست بدست میآورد‪.‬‬ ‫سه فاکتور اساسی در مهندسی عبارتند از‪:‬‬ ‫‪ -1‬تجربه‬ ‫‪ -2‬دانش‬ ‫‪ -3‬خالقیت‬ ‫برای دستیابی به تجربه کارورزی یک راهکار مناسب میباشد‪.‬دانش از طریق آموزش بدست میآید‬ ‫و خالقیت با توجه به استعداد و تمرین حاصل میشود‪.‬‬ ‫مهندسی‪ 1‬چیست؟‬ ‫‪ -‬مهندسی روش و حرفه کاربرد علوم فنی میباشد که با استفاده از قوانین طبیعت و منابع فیزیکی‬ ‫به ساخت و طراحی مواد‪ ،‬ساختارها‪ ،‬ماشینها‪ ،‬ابزار و سیستمها و یا پردازشها میانجامد‪.‬‬ ‫‪ -‬مهندسی یعنی کاربرد خالقانه اصول علمی به منظور طراحی یا توسعه ساختارها‪ ،‬ماشینها‪،‬‬ ‫اسباب و یا روشهای تولید و یا کلیه اموری که ترکیب این امور باشند‪.‬‬ ‫‪ -‬مهندسی یک علم تخصصی میباشد که به کمک آن میتوان از ایدههای مختلف‪ ،‬مدلها‪ ،‬سیستمها‬ ‫و تجهیزات‪ ،‬برای حل پروژههای مختلف و اهدافی که به آنها تعلق دارد استفاده کرد‪.‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪Engineering‬‬ ‫‪3‬‬  ‫‪ -‬مهندسی به کارگیری اصول علمی و ریاضی در به نتیجه رساندن طراحی‪ ،‬ساخت و کاربرد‬ ‫موثر و اقتصادی سازهها‪ ،‬ماشینآالت‪ ،‬فرایندها و سیستمها‪ ،‬میباشد‪.‬‬ ‫‪ -‬مهندسی توانایی به کارگیری خالقانه و اقتصادی مواد و منابع طبیعت در راستای طراحی‪،‬‬ ‫ساخت و تولید بر مبنای ریاضیات و دانش به منظور تامین رفاه و منابع پایدار بشر است‪.‬‬ ‫مهندس ‪2‬کیست؟‬ ‫‪ -‬مهندس کسی است که شغلش مهندسی باشد‪.‬بنابراین مهندس فردی است که با استفاده از علوم‬ ‫تجربی و دانش ریاضی‪ ،‬دستگاههایی را طرح میکند و میسازد‪.‬‬ ‫‪ -‬مهندس کسی است که تالش میکند که یک ساختار عملیاتی و عملی از مفهومی را ایجاد کند و‬ ‫در یکی از رشتههای مهندسی آموزش دیده باشد و یا به صورت حرفهای در آن رشته مشغول به‬ ‫کار باشد‪.‬‬ ‫عبارت مهندس از کلمه هندسه برگرفته شده است‪.‬مهندس یعنی کسی که هندسهدان است‪.‬هندسه از‬ ‫اندازه و اندازهگیری مشتق شده است‪.‬لذا مهندس در لغت به معنای اندازهگیرنده‪ ،‬تقدیرکننده‪ ،‬محاسب‬ ‫و شماردار است‪.‬‬ ‫مهندس خوب کیست؟‬ ‫در یک تعریف‪ ،‬مهندس خوب یعنی یک ریاضیدان خوب و یک تکنسین خوب‪.‬این تعریف منسوب به‬ ‫دانشمند مشهور در زمینه برق‪ ،‬کلود شانون‪ 3‬است‪.‬با تعمیم دادن تعریف مطرح شده‪ ،‬میتوان بیان کرد‬ ‫که یک مهندس خوب باید یک فیزیکدان‪ ،‬یک ریاضیدان و یک تکنسین خوب باشد‪.‬در واقع یک‬ ‫مهندس خوب باید قادر باشد با مطالعه پدیدههای طبیعی‪ ،‬توصیف آنها با روابط ریاضی و اطالع از‬ ‫نحوه کارکرد دستگاهها و وسایل و یا ساخت آنها‪ ،‬باعث آسایش و ارتقا مادی جامعه و افراد شود‪.‬‬ ‫مهندسی برق‪ 4‬یعنی چه؟‬ ‫مهندسی برق شاخهای از مهندسی است که بیشتر بر روی قسمتی از فیزیک تاکید دارد که به الکتریسیته‬ ‫و مغناطیس مربوط میشود‪.‬‬ ‫محور اصلی فعالیتهای مهندسی برق‪ ،‬تبدیل یک سیگنال به سیگنال دیگر است‪.‬این سیگنال ممکن است‬ ‫شکل موج ولتاژ یا شکل موج جریان و یا ترکیب دیجیتالی یک بخش از اطالعات باشد‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪Engineer‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪Cloude Elwood Shannon‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪Electrical Engineering‬‬ ‫‪4‬‬  ‫روند تکاملی مهندسی برق‬ ‫مهندسي برق‪ ،‬در مقایسه با سایر علوم و فنون بسیار جوان است ‪.‬ادبیات‪ ،‬فلسفه‪ ،‬هنر‪ ،‬تاریخ‪ ،‬ریاضیات‪،‬‬ ‫پزشكي‪ ،‬عمران‪ ،‬مكانیك‪ ،‬سابقه چند هزار ساله دارند ‪.‬کشتي سازي فینقی ها‪ ،‬ساخت اهرام مصر‪ ،‬تخت‬ ‫جمشید‪ ،‬سازه های یونان‪ ،‬روم و قوم مایا‪ ،‬داستان های هومر‪ ،‬تاریخ هرودت‪ ،‬فالسفه و ریاضی دانانی‬ ‫چون ارسطو‪ ،‬افالطون‪ ،‬ارشمیدس‪ ،‬بطلمیوس‪... ،‬همگي به زمان قبل از میالد مسیح تعلق دارند ‪.‬در‬ ‫صورتی که تنها موردی که به مهندسی برق مربوط می شود و در این دوره اتفاق افتاده است‪ ،‬کشف‬ ‫خاصیت کهربایی عنبر توسط تالس ‪ ،‬فیلسوف و ریاضي دان یوناني در حدود ‪ 600‬سال قبل از میالد‬ ‫مسیح است ‪.‬همچنین از زمانهای قدیم خاصیت آهنربایی سنگ معدن مگنزیا واقع در ناحیه تسالی در‬ ‫یونان شناخته شده بود ‪.‬در سال ‪ 1938‬در عراق شیئی کشف شد که قدمت آن به ‪ 250‬سال قبل از میالد‬ ‫بر مي گردد ‪.‬این شیء که باطری بغداد نامیده می شود‪ ،‬ظاهرا جهت آب فلز کاری مورد استفاده قرار‬ ‫می گرفته است‪ ،‬که البته صحت این مطلب هنوز تایید نشده است از این موارد که بگذریم تا سال ‪1601‬‬ ‫مطالب و مستنداتی در مورد برق گزارش نشده است ‪.‬در این سال یک پزشک انگلیسی به نام ویلیام‬ ‫گیلبرت ‪ ،‬با مطالعاتي که در مورد خاصیت کهربایی عنبر میكرد‪ ،‬این خاصیت را در بعضي اجسام دیگر‬ ‫نظیر شیشه‪ ،‬گوگرد‪... ،‬کشف کرد ‪.‬او این مواد را الكتریكا و این پدیده را الكتریسیته نامید ‪.‬بنابراین می‬ ‫توان با این دید‪ ،‬آغاز قرن هفدهم میالدی را مقارن با پیدایش مهندسی برق دانست؛ هر چند که مطابق‬ ‫تعریف فوق هنوز به مهندسی نرسیده ایم‪.‬در سال ‪ 1663‬شهردار ماگدبورگ به نام گوریكه به کمك کره‬ ‫های دوار گوگردی یک ماشین تولید الكتریسیته ساکن درست کرد‪.‬مدتي بعد اسحاق نیوتن پیشنهاد کرد‬ ‫که کره های گوگردی با کره های شیشه ای جانشین شوند ‪.‬در سال‪ 1729‬طبیعی دان انگلیسي‪ ،‬گری ‪،‬‬ ‫خاصیت هدایت الكتریكی فلزات را کشف کرد‪.‬وی همچنین به عنوان کاشف اثر میدان الكتریكی شناخته‬ ‫می شود ‪.‬فرانكلین ‪ ،‬سیاستمدار‪ ،‬نویسنده و طبیعی دان آمریكایی‪ ،‬در سال ‪ 1752‬خاصیت الكتریكی رعد‬ ‫و برق را ثابت می کند ‪.‬در سال ‪ 1780‬پزشک و طبیعی دان ایتالیایی به نام گالواني ‪ ،‬هنگامي که‬ ‫مشغول تشریح یک قورباغه بود‪ ،‬به طور اتفاقی متوجه شد که بر اثر تماس دو فلز متفاوت چاقو و‬ ‫چنگک جراحي با ران قورباغه‪ ،‬ران منقبض می شود ‪.‬به این ترتیب ایجاد جریان الكتریكی توسط مواد‬ ‫شیمیایی‪ ،‬به عبارت دیگر تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الكتریكی کشف شد ‪.‬حدود بیست سال بعد یعنی‬ ‫در سال ‪ ، 1801‬ولتا ‪ ،‬فیزیكدان ایتالیایی‪ ،‬اولین باتری را که “ المان گالواني ” نامیده بود در حضور‬ ‫ناپلئون به نمایش گذاشت ‪.‬این زمان را می توان سر آغاز الكتریسیته جاری دانست ‪.‬دیوی ‪ ،‬شیمیدان‬ ‫انگلیسي‪ ،‬در سال ‪1802‬با گذرانیدن جریان الكتریكی از یک رشته سیم باعث گداخته شدن آن و ایجاد‬ ‫نور شد ‪.‬همچنین با عبور جریان الكتریكی از دو میله ذغالي جرقه ایجاد کرد )تبدیل انرژی الكتریكی به‬ ‫انرژی نوراني( وی در سال ‪ 1813‬موفق شد توسط یک باتری عظیم که از ‪ 1000‬عنصر تشیكل شده‬ ‫بود‪ ،‬یک قوس الكتریكی پیوسته ایجاد نماید ‪.‬در سال ‪ 1811‬پواسون ‪ ،‬ریاضیدان و فیزیكدان فرانسوی‪،‬‬ ‫نظریه “ پتانسل الكتریكی ”را بیان داشت ‪.‬در سال ‪1820‬نیز وقایع مهمي در زمینه برق اتفاق می افتد‬ ‫‪.‬ارستد ‪ ،‬دانشمند دانمارکی‪ ،‬ایجاد میدان مغناطیسی را در اطراف یک سیم حامل جریان الكتریكی کشف‬ ‫می کند ‪.‬این خاصیت توسط آمپر ‪ ،‬بیو و ساوار ‪ ،‬دانشمندان فرانسوی‪ ،‬در همان سال توصیف مي شود ‪.‬‬ ‫شوایگر ‪ ،‬استاد دانشگاه در آلمان‪ ،‬گالوانو متر را اختراع می کند ‪.‬لذا از این زمان جریان الكتریكی قابل‬ ‫اندازه گیری می شود‪.‬در سال ‪ 1821‬فاراده فیزیک دان انگلیسی پیشنهاد اولین مدل یک موتور ساده‬ ‫الكتریكی را ارایه می دهد‪.‬در سال ‪1822‬آمپر رابطه بین نیروی وارده به دو سیم حامل جریان را بدست‬ ‫مي آورد (قانون آمپر )‪.‬در سال ‪ 1826‬اهم فیزیک دان آلمانی رابطه بین ولتاژ‪ ،‬جریان و مقاومت را‬ ‫کشف می کند(قانون اهم) ‪.‬در سال ‪ 1831‬فاراده قانون اندوکسیون را توصیف کرده بدین وسیله پایه های‬ ‫نظری ساخت ترانسفورماتور را بنا می نهد ‪.‬ریچي در سال ‪ 1833‬طرح اولین مولد الكتریكی را به کمك‬ ‫‪5‬‬  ‫یک سیم پیچ دوار و یک آهنربای ثابت ارائه می دهد‪.‬یاکوبی‪ ،‬مهندس آلمانی‪ ،‬در سال ‪ 1838‬قایقی را‬ ‫به نمایش می گذارد که با موتور الكتریكی حرکت می کند ‪.‬در اول ماه می ‪ 1849‬مورس دستگاه تلگراف‬ ‫را در دفتر ثبت اختراعات آمریكا به نام خود به ثبت رسانید ‪.‬شاید بتوان گفت طبق تعریفي که قبال برای‬ ‫مهندسی شده بود‪ ،‬مهندسي برق در این روز متولد شده است‪ ،‬زیرا کارهایی که تا کنون در زمینه برق‬ ‫انجام شده بود عمال مربوط به فیزیك می شدند ‪.‬با این دید می توان گفت که فقط حدود ‪ 160‬سال از عمر‬ ‫مهندسی برق می گذرد ‪.‬مورس استاد نقاشی و مجسمه سازی دانشگاه نیویورک بود‪ ،‬که به طور اتفاقي‬ ‫در یک سفر در سال ‪ 1832‬در مورد الكترومغناطیس شنید و از آن زمان به فكر ساختن دستگاهی برای‬ ‫انتقال اطالعات از راه دور افتاد ‪.‬مورس اولین دستگاه خود را در سال ‪ 1844‬ساخت ‪.‬البته در‬ ‫سال‪ 1837‬کوک و وتستون نیز یك نوع تلگراف اختراع کرده و به ثبت رسانیده بودند؛ مورس نیز با گیل‬ ‫و ویل شریک بود‪ ،‬ولي در نهایت تلگراف به نام مورس شناخته شد ‪.‬ساخت تلگراف و حروف (کد)‬ ‫مورس زمینه ساز مخابره از راه دور(مخابرات) شد ‪.‬البته از بیش از ‪ 2000‬سال قبل از آن از مخابرات‬ ‫نوری استفاده می شد ‪.‬در سال ‪ 1858‬اولین کابل کشی زیر دریایی توسط شرکت مورس جهت ارتباط‬ ‫تلگرافی بین آمریكا و اروپا آغاز و در سال ‪ 1866‬از آن بهره برداری شد ‪.‬در سال ‪ 1855‬ماکسول ‪،‬‬ ‫استاد فیزیک در اسكاتلند‪ ،‬الكترودینامیک مدرن را پایه گذاری می کند ‪.‬وی در سال ‪ 1864‬نظریه‬ ‫الكترومغناطیسی نور را ارائه می دهد ‪.‬او در سال ‪ 1873‬با انتشار مقاله ای در باره الكترومغناطیس‪،‬‬ ‫معادال ت مشهور خود را (معادالت ماکسول) بیان می دارد و به این نتیجه می رسد که می توان انرژی‬ ‫را به كمک امواج الكترومغناطیسی منتقل نمود ‪.‬در سال ‪ 1866‬زیمنس آلمانی و وتستون انگلیسی‪ ،‬اصل‬ ‫“ دینامو ‪-‬الكتریک ”را کشف کرده‪ ،‬نحوه تبدیل انرژی مكانیكی به انرژی الكتریكی را آشكار می سازند‬ ‫(دینام) ‪.‬گراهام بل آمریكایی اولین تلفن قابل استفاده را در سال ‪ 1876‬به ثبت می رساند ‪.‬ادیسون ‪،‬‬ ‫مخترع آمریكایی‪ ،‬در سال ‪ 1878‬شرکت خود را تاسیس می نماید ‪.‬یک سال بعد المپ رشته ای خود را‬ ‫با طول عمر ‪ 45‬ساعت‪ ،‬به جهان عرضه می کند ‪.‬وی در سال ‪ 1882‬اولین شبكه برق رسانی جهان را‪،‬‬ ‫با ‪ 95‬مشترک‪ ،‬با جریان مستقیم و ولتاژ ‪ 110‬ولت دایر می کند ‪.‬در سال ‪ 1887‬تسال چند اختراع در‬ ‫مورد جریان متناوب به ثبت می رساند ‪.‬در سال های بعد منازعات سختی بین ادیسون و تسال بر سر‬ ‫مناسب تر بودن جریان مستقیم یا متناوب جهت انتقال‪ ،‬توزیع و استفاده از برق در می گیرد که به“ جنگ‬ ‫جریانها ” مشهور می شود ‪.‬سر انجام با اثبات برتری جریان متناوب تسال فاتح این نبرد معرفی می شود‬ ‫‪.‬در نتیجه جریان متناوب به عنوان استاندارد‪ ،‬جهت تبدیل و انتقال انرژی الكتریكی انتخاب می شود ‪.‬در‬ ‫سال ‪ 1888‬هرتز ‪ ،‬فیزیک دان آلمانی‪ ،‬وجود امواج الكترومغناطیس را‪ ،‬که قبال توسط ماکسول پیش‬ ‫بینی شده بود‪ ،‬در آزمایشگاه به اثبات رسانید ‪.‬از این تاریخ‪ ،‬عصر“ مخابرات بی سیم ”آغاز می شود‬ ‫‪.‬هرتز یك فرستنده و گیرنده رادیویی (بیسیم) درست کرد و توانست در آزمایشگاه خود امواج را تولید و‬ ‫در فاصله چندین دسی متری آنها را تشخیص دهد ‪.‬در سال‪ 1896‬پوپف روس یک تلگراف بیسیم ساخت‬ ‫و توانست اطالعات را بدون سیم به فاصله ‪ 60‬متر منتقل نماید ‪.‬در همان سال مارکونی ایتالیایی توانست‬ ‫به فاصله ‪2400‬متري دست یابد ‪.‬در سال ‪ 1890‬اولین قطار برقی زیر زمینی (مترو) در لندن مورد‬ ‫بهره برداری قرار می گیرد ‪.‬در سال ‪ 1899‬اولین قطار برقی بین شهری در برلین راه اندازی می شود‬ ‫‪.‬در سال ‪ 1901‬براون آلمانی یكسو ساز نیمه هادی (دیود) مس ‪-‬اکسید مس و در سال ‪ 1904‬فلمینگ‬ ‫انگلیسی اولین المپ رادیو (دیود خالء) را ابداع می کند ‪.‬در سال ‪ 1906‬فون لیبن اتریشی و دو فارست‬ ‫آمریكایی مستقل از یک دیگر‪ ،‬المپ تقویت کننده )تریود ) را اختراع کردند ‪.‬در سال‪ 1906‬اولین‬ ‫جاروی برقی‪ ،‬در سال ‪ 1910‬اولین یخچال برقی و در سال ‪ 1920‬اولین ماشین لباس شویی وارد بازار‬ ‫شدند ‪.‬اونس فیزیک دان هلندی و برنده جایزه نوبل‪ ،‬در سال ‪1911‬ابر رسانایی را کشف می کند ‪.‬در‬ ‫سال ‪ 1923‬اولین خط انتقال ولتاژ باال با ولتاژ ‪ 220‬کیلو ولت وارد شبكه برق رسانی آمریكا می شود‬ ‫‪6‬‬  ‫‪.‬در همین سال تلویزیون الكترو مكانیكی توسط بیارد انگلیسی اختراع می شود ‪.‬ولی ساخت اولین دستگاه‬ ‫تمام الكترونیكی قابل استفاده توسط فارنزورت در آمریكا در سال ‪ 1928‬انجام می پذیرد ‪.‬در نمایشگاه‬ ‫بین المللی سال ‪ 1936‬در پاریس‪ ،‬شرکت اسرام اولین المپ های مهتابی را عرضه می نماید ‪.‬در سال‬ ‫‪ 1940‬رادار در آزمایشگاه های وزارت دفاع انگلستان اختراع می شود ‪.‬در سال ‪ 1941‬اولین کامپیوتر‬ ‫قابل استفاده جهان به نام ‪ Z3‬توسط تسوزه آلمانی ساخته شد ‪.‬این کامپیوتر الكترومكانیكی بوده‪ ،‬به کمک‬ ‫تعداد زیادی رله کار می کرد نامبرده دو سال قبل ‪ Z1‬و ‪ Z2‬را بدون حصول موفقیت ساخته بود ‪.‬با‬ ‫ساخت اولین کامپیوتر الكترونیكی به نام ‪ ENIAC‬توسط اکرت و موچلی در سال ‪ 1946‬در آمریكا‪ ،‬عصر‬ ‫کامپیوتر آغاز شد ‪.‬در ساخت این رایانه ‪ 14,468‬المپ الكترونی به کار رفته بود ‪.‬توانی که این سیستم‬ ‫مصرف می کرد بالغ بر ‪ 500‬کیلو وات بود ! ساخت ترانزیستور در ‪ 23‬دسامبر ‪ 1947‬در آزمایشگاه‬ ‫بل ‪ 74‬در آمریكا توسط سه محقق ‪:‬شاکلي ‪ ،‬باردین و براتن پنجره جدیدی را برای کوچكتر کردن مدارها‬ ‫و سیستم های الكترونیكی گشود ‪.‬تكنولوژی ترانزیستور جاده صاف کن مدارهای مجتمع ‪ -‬که در سال‬ ‫‪ 1958‬توسط کیلبی و مستقل از او در سال ‪1959‬توسط نویس ابداع شده بود ‪ -‬گشت ‪.‬در سال ‪1955‬‬ ‫اولین نیروگاه هسته ای با نیروي ‪ 9‬مگا وات‪ ،‬در انگلستان مورد بهره برداری قرار گرفت ‪.‬در سال‬ ‫‪ 1960‬اولین دستگاه لیزر درست شد ‪.‬در سال ‪ 1971‬اولین میكرو پروسسور با نام‪ 4004‬توسط هف در‬ ‫شرکت اینتل ساخته شد ‪.‬این پروسسور چهار بیتی بود ‪.‬اولین پروسسور ‪ 8‬بیتی تولید همین شرکت تحت‬ ‫نام ‪ 8008‬بود ‪.‬پروسسوری که با آن اولین کامپیوتر شخصی ساخته شد‪ 8080 ،‬نام داشت که متعلق به‬ ‫شرکت اینتل بود و در سال ‪1973‬وارد بازار شد‪.‬پس از این تاریخ عمال پدیده جدیدی در برق بوجود‬ ‫نیامده است و پیشرفت های شگرفی که در ‪ 35‬سال گذشته عاید بشرشده است‪ ،‬در تكامل اختراعات قبلی‬ ‫می باشد‪.‬برای مثال المپ رشته ای که امروزه هنوز در منازل بیشترین مورد استفاده را دارد‪ ،‬یا المپ‬ ‫های اکثر قریب به اتفاق اتومبیل ها یا چراغ قوه ها یا ‪ ،...‬همان المپ ادیسون است که حدود ‪ 130‬سال‬ ‫قبل وارد بازار شده است ! فقط داراي راندمان و طول عمر بیشتری است‪.‬مثال طول عمر متوسط ‪1000‬‬ ‫ساعت در مقایسه با‪ 45‬ساعت ‪.‬یا اساس المپ های کم مصرف که امروزه متداول شده است‪ ،‬همان المپ‬ ‫مهتابی است که اسرام در ‪ 70‬سال قبل عرضه کرده بود و ‪ ،...‬همچنین تفاوت رادیوهای امروزی با‬ ‫رادیوی مارکونی در کیفیت صدا و جثه دستگاه است ‪.‬تفاوت نیروگاه های امروزی با نیروگاه های ‪110‬‬ ‫سال قبل در بازده و توان آنها( گیگا وات در مقابل کیلو وات ) است ‪.‬همچنین تفاوت متروها و قطارهای‬ ‫برقي کنوني با آن زمان در سرعت‪ ،‬راحتی و ایمنی آنها است ‪.‬و باالخره تفاوت بین پنتیم ‪ 85‬و ‪4004‬‬ ‫در حجم و سرعت چند میلیون ترانزیستور در مقابل چند هزار ترانزیستور‪ ،‬چند گیگا هرتز بجاي چند‬ ‫مگا هرتز آنها است‪.‬‬ ‫و اما نگاهی به آینده ‪:‬‬ ‫طبیعتا ً پیشرفت های علمی و فنی بشر به انتها نرسیده است ‪.‬از مهمترین مسائلی که در حال حاضر‬ ‫مهندسین را به چالش می کشند‪ ،‬بحث های مربوط به انرژی‪ ،‬محیط زیست و فناوری اطالعات است‬ ‫‪.‬بسترفیزیكی انرژی های نو‪ ،‬از قبیل استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی‪ ،‬از حرارت داخلی زمین‪،‬‬ ‫جوش هسته بجای شكافت هسته(و‪...‬آماده‪ ،‬ولی هنوز مسایل فنی آن حل نشده است ‪.‬در حال حاضر به‬ ‫نظر می رسد که نهایتا تامین انرژی در آینده‪ ،‬فقط به کمک جوش هسته امكان پذیر باشد ‪.‬ولی با وجود‬ ‫این که بیش از ‪ 50‬سال است که در این زمینه تحقیق می شود و در آزمایشگاه نتایج اولیه ای هم بدست‬ ‫آمده است‪ ،‬ولی تخمین زده می شود که برای حصول نتیجه نهایی به بیش از ‪ 50‬سال دیگر کار مداوم‬ ‫نیاز باشد ‪.‬بحث نانو تكنولوژ ‪ ،‬یعنی ساخت و استفاده از وسایلی که ابعادی در حد نانو متر دارند‪ ،‬نیز‬ ‫بحث روز است و امید می رود با استفاده از این فن آوری‪ ،‬تحول قابل مالحظه ای در زندگی بشر رخ‬ ‫‪7‬‬  ‫دهد ‪.‬ساخت ترانزیستورهایی که فقط از یک اتم به عبارت دیگر یک الكترون تشكیل شده اند‪ ،‬باعث‬ ‫خواهد شد که پروسسورهایی به مراتب قدرتمندتر و کوچكتر قابل ساخت باشند ‪.‬‬ ‫برخی مفاهیم پایه در مهندسی برق‬ ‫مهندسی برق شاخه ای وسیع و متنوع از مهندسی است که به مطالعه ‪ ،‬بررسی و کاربرد آن دسته از‬ ‫پدیده های مختلف فیزیكی می پردازد که دارای ماهیت الکترومغناطیسی هستند‪.‬‬ ‫الکتریسیته‬ ‫‪-1‬‬ ‫بدون تردید امروزه الکتریسیته بیش از سایز انواع انرژی مورد استفاده قرار می گیرد‪.‬‬ ‫الکتریسیته یک انرژی یا نیروی غیرقابل رویت است که می تواند گرما تولید کند‪ ،‬روشنایی ایجاد‬ ‫کند‪ ،‬چرخ های مکانیکی را به حرکت درآورد و بسیاری از کارهای دیگر را به انجام برساند‪.‬به‬ ‫عبارت دقیق تر علم الکتریسیته‪ ،‬دانش حرکت الکترون ها در اجسام رسانا است‪.‬‬ ‫الکترون‬ ‫‪-2‬‬ ‫الکترون ها ذراتی هستند که دارای بار الکتریکی منفی بوده و در خارج از هسته اتم با سرعت‬ ‫زیادی روی مدارهایی به دور هسته می چرخند‪.‬الکترون ها در عبور یا انتقال انرژی الکتریکی‬ ‫اثر فعالی دارند‪.‬‬ ‫الکتریسیته ساکن‬ ‫‪-3‬‬ ‫با آزاد شدن الکترون ها از اتمشان‪ ،‬الکتریسیته به وجود می آید‪.‬اگر وسیله ای برای انتقال‬ ‫الکترون های آزاد شده از اتم وجود نداشته باشد‪ ،‬الکترون های آزاد در همان جسم باقی خواهد‬ ‫ماند‪.‬این نوع بار الکتریکی را الکتریسیته ساکن می گویند‪.‬‬ ‫حالت الکتریکی مواد در برق‬ ‫‪-4‬‬ ‫با توجه به تعداد الکترون های موجود در الیه ظرفیت اتم ها‪ ،‬در صنعت برق مواد با توجه به‬ ‫ساختمانشان به سه دسته تقسیم میشوند‪:‬‬ ‫الف) هادیها‪ :‬عناصری که به راحتی جریان برق را از خود عبور میدهند‪ ،‬هادی یا رسانا‬ ‫نامیده میشوند‪.‬تقریبا تمام هادیها از جنس فلز هستند‪.‬در هادی ها الکترونهای الیه آخر به‬ ‫راحتی آزاد میشوند‪.‬از جمله هادیهای خوب میتوان نقره‪ ،‬مس و طال را نام برد‪.‬‬ ‫ب) عایقها‪ :‬عناصری که جریان برق را از خود عبور نمیدهند‪ ،‬عایق یا نارسانا نامیده‬ ‫میشوند‪.‬در عایقها آزاد کردن الکترونهای الیه آخر بسیار مشکل است‪.‬از جمله عایقهای‬ ‫خوب میتوان شیشه‪ ،‬کائوچو و میکا را نام برد‪.‬‬ ‫ج) نیمه هادیها یا نیمه رساناها‪ :‬نیمه رساناها عناصری هستند که رسانایی آنها چیزی بین‬ ‫رسانایی هادیها و عایقها میباشد‪.‬این عناصر در الیه آخر خود چهار الکترون ظرفیت دارند‪.‬‬ ‫نیمه رساناها در شرایط خاصی میتوانند برق را انتقال دهند‪.‬این خاصیت منحصر به فرد آنها‬ ‫را به موادی عالی برای هدایت الکتریسیته به صورت کنترل شده تبدیل میکند‪.‬‬ ‫برخی از خصوصیات مهم نیمه رساناها عبارتنداز‪:‬‬ ‫الف) نیمه رساناها در صفر کلوین مانند یک عایق و با افزایش دما به عنوان یک رسانا عمل‬ ‫میکنند‪.‬‬ ‫ب) با افزودن ناخالصی به نیمه رساناها میتوان قطعات مناسب برای تبدیل انرژی‪ ،‬سوئیچ کردن‬ ‫و تقویت کنندگی ساخت‪.‬‬ ‫ج) تلفات برق کمتری دارند‪.‬‬ ‫د) اندازه نیمه رساناها کوچکتر است و وزن کمتری دارند‪.‬‬ ‫‪8‬‬  ‫ه) مقاومت آنها از هادیها بیشتر و از عایقها کمتر است‪.‬‬ ‫و) مقاومت مواد نیمه رسانا با افزایش دما کاهش پیدا میکند و بالعکس‪.‬‬ ‫گالیم آرسنید‪ ،‬ژرمانیم و سیلیسیم از جمله نیمه رساناهای متداول هستند‪.‬‬ ‫از مهمترین قطعات نیمه رسانا می توان انواع دیودها و ترانزیستورها را نام برد‪.‬‬ ‫کمیتهای الکتریکی‬ ‫‪ -1‬جریان‬ ‫برای اینکه بتوانیم از انرژی الکتریکی برای انجام کار استفاده کنیم الکتریسیته باید در حال‬ ‫حرکت باشد‪.‬هنگامیکه تعداد زیادی از الکترونهای آزاد در یک سیم‪ ،‬در یک جهت حرکت‬ ‫کنند جریان الکتریکی تولید میشود‪.‬به حرکت جهت یافته الکترونها جریان الکتریکی گفته‬ ‫میشود و به نرخ تغییربارالکتریکی در واحد زمان در یک مدار شدت جریان الکتریکی‬ ‫میگویند و با حرف التین ‪ I‬نشان می دهند‪.‬‬ ‫واحد اندازهگیری شدت جریان آمپر‪ A‬میباشد‪.‬‬ ‫وسیله اندازهگیری شدت جریان الکتریکی آمپرمتر نام دارد و چون مقاومت آمپرمتر بسیار کم‬ ‫است بنابراین نباید آن را مستقیما به دو سر مولد وصل کرد زیرا شدت جریان زیادی از آن‬ ‫خواهد گذشت و آسیب خواهد دید‪.‬بنابراین به صورت سری در مدار قرار میگیرد و به‬ ‫وسیله آن میتوان جریان موثر را اندازهگیری کرد‪.‬‬ ‫‪ -2‬میدان الکتریکی‬ ‫قسمتی از فضای اطراف یک بار دارای خاصیت به خصوصی است که در آن آثار جاذبه و‬ ‫دافعه الکنریکی وجود دارد و میتواند بر ذرات باردار دیگر نیرو وارد سازد‪.‬جسمی که‬ ‫دارای بار الکتریکی است بر روی اجسام باردار دیگر حتی بدون اینکه با آنها تماس داشته‬ ‫باشد نیرو وارد یکند‪.‬برای توصیف این واقعیت گفته میشود که جسم باردار در اطراف‬ ‫خود میدان الکتریکی ایجاد میکند‪.‬‬ ‫‪ -2-1‬شدت میدان الکتریکی‬ ‫اندازه نیرویی که در یک میدان الکتریکی بر روی یک بار الکتریکی (مثبت)‪ ،‬واقع در هر‬ ‫نقطهای از این میدان وارد میشود‪ ،‬شدت میدان الکتریکی در آن نقطه نام دارد‪ ،‬که با ‪E‬‬ ‫نمایش داده میشود‪.‬اگر بار مثبت ‪ q‬در یک نقطه معین از میدان الکتریکی واقع شود و بر‬ ‫آن نیروی ‪ F‬اثر کند‪ ،‬شدن میدان الکتریکی ‪ E‬در آن نقطه بر حسب نیوتن بر کولن خواهد‬ ‫بود با ‪:‬‬ ‫𝐹‬ ‫=𝐸‬ ‫𝑞‬ ‫‪ -3‬ولتاژ‬ ‫نیروی الزم برای به حرکت درآوردن الکترونها جهت برقراری جریان از نقطهای به نقطه‬ ‫دیگر را اختالف پتانسیل یا ولتاژ میگویند و با حرف التین ‪ V‬نشان میدهند‪.‬واحد اصلی‬ ‫اندازهگیری ولتاژ الکتریکی ولت میباشد‪.‬‬ ‫وسیله اندازهگیری شدت ولتاژ الکتریکی ولتمتر نام دارد و به صورت موازی د مدار قرار‬ ‫میگیرد‪ ،‬چون مقاومت ولتسنج برخالف آمپرمتر خیلی زیاد است بنابراین شدت جریانی که‬ ‫از آن میگذرد ناچیز است‪.‬‬ ‫‪ -3-1‬پتانسیل صفر‬ ‫‪9‬‬  ‫در هر مدار الکتریکی نقطهای به عنوان مبدا و مرجع مقایسه در نظر گرفته میشود و برای‬ ‫انازهگیری اختالف پتانسیل بنا به قرارداد سطح زمین به عنوان پتانسیل صفر(مرجع) در نظر‬ ‫گرفته میشود‪.‬‬ ‫چون زمین از نظر بار الکتریکی خنثی میباشد بنابراین بار الکتریکی در مقایسه با زمین به‬ ‫علت کمبود الکترون یا ازدیاد الکترون میتواند مثبت و یا منفی باشد‪.‬هنگامی که یک جسم‬ ‫هادی با زمین اتصال برقرار کند آن جسم از نظر بار الکتریکی با زمین هم سطح‪ ،‬و دارای‬ ‫پتانسیل صفر میشود و در این حالت گفته میشود که اتصال زمین به وجود آمده است‪.‬‬ ‫‪ -3-2‬تعریف سیم فاز و نول‬ ‫با توجه به اینکه همیشه ولتاژ الکتریکی (اختالف پتانسیل) را نسبت به یک نقطه میسنجند ما‬ ‫میتوانیم سیم فاز را اینگونه تعریف کنیم ککه سیم فاز سیمی است که نسبت به زمین ‪220‬‬ ‫ولت اختالف پتانسیل دارد و سیم نول سیمی است که نسبت به زمین هیچ اختالف پتانسیلی‬ ‫ندارد چون سیم نول اززمین گرفته شده است و با زمین همپتانسیل میباشد‪.‬‬ ‫المانهای برق‬ ‫‪ -1‬مقاومت‪:‬‬ ‫مخالفت جسم رسانا را در مقابل عبور جریان الکتریکی‪ ،‬مقاومت الکتریکی گویند که با حرف التین ‪R‬‬ ‫نشان میدهند‪.‬اثر مقاومت معموال در مدار به صورت حرارت و گرما ظاهر میشود‪.‬مقاومت هادیها‬ ‫بسیار متفاوت بوده و بستگی به ابعاد خارجی و ساختمان اتمی آنها دارد‪.‬‬ ‫واحد اندازهگیری مقاومت اهم بوده و با عالمت ‪ Ω‬نشان میدهند‪.‬‬ ‫برای اندازهگیری مقدار عملی مقاومت از اهممتر استفاده میشود‪.‬‬ ‫مقاومت الکتریکی طبق رابطه زیر به طول‪ ،‬سطح مقطع و جنس هادی بستگی دارد‪.‬‬ ‫𝐿𝜌‬ ‫=𝑅‬ ‫𝐴‬ ‫با استفاده از مقاومت میتوان ولتاژ و شدت جریان محدود و معین‪ ،‬قسمتهای مختلف مدار را تنظیم‬ ‫نمود‪.‬‬ ‫به طور کلی مقاومتها از نظر نوع کار به دو دسته تقسیم میشوند‪:‬‬ ‫‪-1‬مقاومت ثابت‬ ‫‪-2‬مقاومت متغیر‬ ‫طریقه خواندن مقاومتهای رنگی‪:‬‬ ‫مقدار مقاومت بسته به نوع آن ممکن است به صورت اعداد یا نوارهای رنگی بر روی آنها چاپ شود‪.‬‬ ‫مقداری که بر روی مقاومت نوشته میشود مقدار نامی آن است‪.‬مقدار حقیقی ممکن است بیشتر یا کمتر‬ ‫از مقدار نامی باشد‪.‬‬ ‫‪10‬‬  ‫در مقاومتهای معمولی چهار نوار رنگی دیده میشود که با توجه به جدول ویژه‪ ،‬هر نوار رنگی‪،‬‬ ‫عالمت یک عدد است‪.‬بایستی در هنگام خواندن نوارهای رنگی را در سمت چپ قرار داده و به قرار‬ ‫زیر شروع به خواندن کرد‪:‬‬ ‫رنگ اول نشاندهنده رقم اول میباشد‪.‬‬ ‫‪-1‬‬ ‫رنگ دوم نشاندهنده رقم دوم میباشد‪.‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫رنگ سوم نشتندهنده تعداد صفرهایی است که باید جاوی دو رقم اول گذاشته شود‪.‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫رنگ چهارم نشاندهنده مقدار تلرانس است‪ ،‬چنانچه طالیی باشد درصد خطای‬ ‫‪-4‬‬ ‫مقاومت ‪ 5‬درصد و برای رنگ نقرهای ‪ 10‬درصد است‪.‬‬ ‫جدول رنگ مقاومتها را در شکل زیر مشاهده میکنید‪.‬‬ ‫اتصال سری مقاومتها‪:‬‬ ‫اگر مقاومتها به صورت زنجیروار و پی در پی به هم متصل شوند‪ ،‬گویند که این مقاومتها با یکدیگر‬ ‫سری هستند‪.‬برای مثال‪ ،‬شبکه مقاومتی سری شکل زیر را در نظر بگیرید‪:‬‬ ‫‪11‬‬  ‫از خصوصیات مهم مدارهای سری میتوان موارد زیر را عنوان کرد‪:‬‬ ‫‪ -1‬جریان در تمام مدار یکسان است و فقط یک مسیر برای عبور جریان وجود دارد‪.‬‬ ‫‪ -2‬مقاومت کل در مدار سری برابر مجموع کلیه مقاومتهای موجود در مدار است‪.‬‬ ‫‪ -3‬در یک مدار سری ولتاژ کل اعمال شده به مدار به نسبت مقاومتهای الکتریکی مدار تقسیم‬ ‫میگردد و مجموع افت ولتاژهای دو سر تمام قطعات موجود در مدار سری برابر با ولتاژ کل‬ ‫میباشد‪.‬‬ ‫اتصال موازی مقاومتها‪:‬‬ ‫یک مدار مقاومتی موازی مداری است که در آن‪ ،‬همه مقاومتها به دو نقطه یا گره مشخص متصل‬ ‫هستند‪.‬به این ترتیب‪ ،‬بیش از یک مسیر برای عبور جریان و یک منبع ولتاژ مشترک در مدار وجود‬ ‫دارد‪.‬برای مثال‪ ،‬شبکه مقاومتی موازی شکل زیر را در نظر بگیرید‪:‬‬ ‫از خصوصیات مهم مدارهای موازی میتوان موارد زیر را عنوان کرد‪:‬‬ ‫‪ -1‬ولتاژدر دو سر تمام شاخههای مقاومتی یکسان و برار با ولتاژ منبع است‪.‬‬ ‫‪ -2‬مقاومت کل در مدار موازی همیشه از کوچکترین مقدار مقاومت‪ ،‬کوچکتر میباشد‪.‬‬ ‫‪ -3‬در مدار موازی جریان کل مدار برابر است با مجموع جریانهای شاخهها‪ ،‬و هرچه مقاومت یک‬ ‫شاخه بیشتر باشد‪ ،‬شدت جریان آن شاخه کمتر میباشد و بالعکس‪.‬‬ ‫‪12‬‬  ‫‪-2‬خازن‪:‬‬ ‫اگر در صفحه فلزی به وسیله یک عایق از هم جدا شوند تشکیل خازن می دهند‪.‬خازن وسیله ای جهت‬ ‫ذخیره سازی بار الکتریکی یا انرژی الکتریکی توسط میدان الکترواستاتیکی می باشد و با حرف التین ‪C‬‬ ‫نمایش داده می شود‪.‬‬ ‫خاصیت ذخیره الکتریسیته در خازن را ظرفیت خازن می نامند که مهمترین مشخصه هر خازن می‬ ‫باشد‪.‬به طور دقیق تر ظرفیت خازن متناسب با مقدار بار الکتریکی است که در خازن به ازا ولتاژ‬ ‫معینی که به آن داده می شود دخیره می شود‪.‬واحد اندازه گیری ظرفیت خازن فاراد می باشد‪.‬‬ ‫‪-3‬سلف‪:‬‬ ‫سلف المانی است که انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترومغناطیسی در خود ذخیره می کند‪.‬اساسا‬ ‫تمام سلف ها با پیچیدن مقداری هادی دور یک هسته از آهن ساخته می شوند‪.‬‬ ‫هادی های مربوطه معموال از جنس سیم های مسی الک دار می باشند‪.‬با توجه به جنس هسته ها و‬ ‫براساس نیاز به کنترل خاصیت سلفی سیم پیچ ها به سه دسته تقسیم می شوند‪:‬‬ ‫‪ -1‬سیم پیچ با هسته فریت‬ ‫‪ -2‬سیم پیچ با هسته آهن‬ ‫‪ -3‬سیم پیچ با هسته هوا‬ ‫برخی تعاریف پراکنده‪:‬‬ ‫کار مکانیکی‪:‬‬ ‫به هنگام جابجایی یک جسم نیروی به کار گرفته شده مقاومتی را خنثی میکند که در این حالت میگوییم‬ ‫یک نوع کار مکانیکی صورت میگیرد‪.‬اندازه کار مکانیکی برابر با حاصل ضرب نیرو در طول‬ ‫مسیری است که نیرو اثر میکند (مقدار جابجایی جسم)‪.‬‬ ‫توان مکانیکی‪:‬‬ ‫توان یا قدرت مکانیکی برابر است با مقدار کار انجام شده تقسیم بر زمانی که برای انجام این کار بر‬ ‫حسب ثانیه الزم است و واحد آن نیوتن متر بر ثانیه میباشد‪.‬‬ ‫کار الکتریکی‪:‬‬ ‫وقتی ولتاژی در مدار باعث عبور جریان (جابجایی الکترونها) میشود در حقیقت کار الکتریکی انجام‬ ‫میشود و واحد آن ژول است‪.‬‬ ‫مغناطیس‪:‬‬ ‫‪13‬‬  ‫مغناطیس پدیدهای است که به حرکت بارهای الکتریکی مربوط میشود‪.‬‬ ‫الکترون همانطور که بر روی مدار خود به دور هسته گردش مینماید‪ ،‬دارای یک حرکت وضعی به‬ ‫دور خود نیز میباشد‪.‬این حرکت وضعی باعث میشود تا الکترون یک میدان مغناطیسی ایجاد کند و‬ ‫خود به صورت یک آهنربای بسیار کوچک درآید‪.‬بنابراین میتوان گفت در هر ماده یک نوع اثر‬ ‫مغناطیسی مشاهده میشود که مقدار آن خیلی کم میباشد‪.‬‬ ‫الکترومغناطیس‪:‬‬ ‫الکترومغناطیس عبارت است از آن دسته تاثیرات مغناطیسی است که براثر عبور جریان از درون یک‬ ‫هادی ایجاد میشود‪.‬مطالعه اصول و طبیعت انرژی مغناطیسی نمیتواند جدا از قوانیم و اصول‬ ‫الکتریسیته مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد‪ ،‬زیرا منبع اصلی انرژی مغناطیسی همان الکترون میباشد‬ ‫که مبحث الکتریسیته را به وجود آورده است‪.‬الکتریسیته و مغناطیس رابطه بسیار نزدیک با یکدیگر‬ ‫دارند‪.‬به طوری که هر کدام از انرژیهای مزبور را میتوان به دیگری تبدیل نمود‪.‬مبحثی که روابط و‬ ‫قوانین میان دو انرژی الکتریکی و مغناطیسی را مورد تجزیه و تحلیل قرار میدهد‪ ،‬به نام‬ ‫الکترومغناطیس شناخته میشود‪.‬‬ ‫آهنربا‪:‬‬ ‫آهنربا یک مغناطیس طبیعی است که اجسام مغناطیس را جذب میکند‪.‬در هر آهنربا مکان هایی وجود‬ ‫دارد که در آن ها اثر نیروی جاذبه مغناطیسی بیش از جاهای دیگر ظاهر میشود‪.‬این مکانها را‬ ‫قطبهای آهنربا گویند‪.‬‬ ‫قانون اهم‪:‬‬ ‫مقداار جریان در یم مدار ‪ DC‬با ولتاژ آن رابطه مستقیم و با مقاومت آن رابطه عکس دارد‪.‬‬ ‫قوانین کیرشهف‪:‬‬ ‫بسیاری از مدارها دارای قطعاتی هستند که به صورت سری و موازی و یا مختلط بسته شده اند که به‬ ‫علت پیچیدگی با قانون اهم قابل حل شدن نیستند‪ ،‬زیرا از شاخه ها و منابع تغذیه بسیاری تشکیل شده اند‪.‬‬ ‫روش هایی جهت حل ایم مدارات پیچیده و مشکل توسط فیزیکدان آلمانی ارائه شده است که به نام قوانین‬ ‫کیرشهف بیان می شود‪.‬برای حل مدارات از قانون ولتاژ کیرشهف (‪ )KVL‬و قانون جریان کیرشهف‬ ‫(‪ )KCL‬استفاده می شود‪.‬‬ ‫قانون ولتاژ کیرشهف (‪:)KVL‬‬ ‫بنابر قانون ولتاژ کیرشهف مجموع جبری ولتاژها در سراسر یک مدار بسته برابر با صفر است‪.‬به‬ ‫عبارت دیگر مجموع ولتاژهای تولید شده برابر است با مجموع ولتاژهای مصرف شده‪.‬‬ ‫قانون جریان کیرشهف (‪:)KCL‬‬ ‫‪14‬‬  ‫بنابر قانون جریان کیرشهف مجموع جریان های وارد شده به یک نقطه (گره) برابر با مجموع جریان‬ ‫های خارج شده از آن نقطه می باشد‪.‬اگر جریان های ورودی را با عالمت مثبت و جریان های خروجی‬ ‫را با عالمت منفی نمایش دهیم می توان تیجه گرفت که مجموع جبری جریان ها در هر نقطه از مدار‬ ‫الکتریکی برابر صفر است‪.‬‬ ‫قانون لنز‪:‬‬ ‫جه ت نیروی محرکه القائی همیشه با جهت جریانی که آن را به وجود می آورد یکی نیست‪ ،‬قانون لنز‬ ‫بیان می دارد که هر تغییر در شدت جریان باعث ایجاد نیرو محرکه الکتریکی خودالقائی می شود که‬ ‫جهت آن به گونه ای است که با جهت جریان مخالفت می کند‪.‬به بیان دیگر هنگامی که یک جریان کم‬ ‫می شود نیرو محرکه الکتریکی خودالقا در جهتی است که با کم شدن جریان مخالفت می کند و هنگامی‬ ‫که جریان زیاد می شود جهت آن مخالف با جهت جریان و به گونه ای است که با ازدیاد شدت جریان‬ ‫مخالفت می کند‪.‬‬ ‫دستگاه های اندازه گیری آزمایشگاه‬ ‫منبع تغذیه ‪ :‬دستگاهي که برق متناوب شهر را به برق مستقیم تبدیل مي کند و صرفنظر از‬ ‫‪-1‬‬ ‫جریاني که از آن مي گذرد ‪ ،‬همواره ولتاژ معیني را در دو سر خود حفظ مي کند‪.‬‬ ‫‪.‬مولتي متر(اهمتر‪ ،‬ولتمتر ‪ ،‬آمپرمتر‪ ،‬فرکانس متر ‪ ،‬تست دیود و ‪)...‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫سیگنال ژنراتور‪ :‬دستگاهي است که انواع سیگنال هاي الكتریكي را بصورت سینوسي‪ ،‬مربعي‪،‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫مثلثي و دندانه اره اي تولید مي کند و قابلیت تغییر دامنه و فرکانس سیگنال را دارد‪.‬‬ ‫اسیلوسكوپ ‪ :‬دستگاهي که مي تواند شكل موج سیگنال الكتریكي را نشان دهد و از روي شكل‬ ‫‪-4‬‬ ‫موج مي توان خصوصیات سیگنال از جمله فرکانس و دامنه را بدست آورد‪.‬‬ ‫آشنایی با گرایش الکترونیک‬ ‫الکترونیک نوین به وجود آورنده سیستم ها و ابزارهای پیچیده ای است که در بسیاری از مصارف‬ ‫روزمره خانگی و شاخه های مختلف صنعت‪ ،‬پزشکی و مهندسی مورد استفاده قرار میگیرد‪.‬‬ ‫دکتر کمره اي استاد مهندسی برق دانشگاه تهران در معرفی این گرایش می گوید ‪:‬گرایش الکترونیک به‬ ‫دو زیر بخش عمده تقسیم می شود‪.‬بخش اول میکروالکترونیک است که شامل علم مواد‪ ،‬فیزیک‬ ‫الکترونیک‪ ،‬طراحی و ساخت قطعات از ساده ترین آنها تا پیچیده ترین آنها است و بخش دوم نیز مدار و‬ ‫‪15‬‬  ‫سیستم نامیده می شود و هدف آن طراحی و ساخت سیستم ها و تجهیزات الکترونیکی با استفاده از‬ ‫قطعات ساخته شده توسط متخصصان میکروالکترونیک است‪.‬‬ ‫دکتر جبه دار نیز در معرفی این گرایش می گوید ‪:‬گرایش الکترونیک یکی از گرایشهاي جالب مهندسی‬ ‫برق است که محور اصلی آن آشنایی با قطعات نیمه هادي‪ ،‬توصیف فیزیکی این قطعات‪ ،‬عملکرد آنها و‬ ‫در نهایت استفاده از این قطعات‪ ،‬براي طراحی و ساخت مدارها و دستگاههایی است که کاربردهاي فنی‬ ‫و روزمره زیادي دارند‪.‬‬ ‫هدف از این گرایش تربیت متخصصانی است که در زمینه شناخت نحوه عملکرد‪ ،‬چگونگی نگهداری‪،‬‬ ‫بهره برداری‪ ،‬تجزیه تحلیل و طراحی سیستم های الکترونیکی در واحدهای مختلف صنعتی و خدماتی‪،‬‬ ‫فعالیت کنند‪.‬برای این منظور دانشجویان این گرایش با موارد زیر آشنا خواهند شد‪:‬‬ ‫فیزیک ادوات نیمه هادی‬ ‫‪-1‬‬ ‫ساختمان و طرز کار عناصر الکترونیکی مانند انواع ترانزیستورها‪ ،‬دیودها‬ ‫‪-2‬‬ ‫آنالیز و طراحی مدارها و سیستم های الکترونیکی‬ ‫‪-3‬‬ ‫و ‪...‬‬ ‫‪-4‬‬ ‫الکترونیک شاخه ای از علم و تکنولوژی مهندسی برق است که مربوط به طراحی‪ ،‬ساخت و استفاده از‬ ‫ادوات نیمه هادی است که شامل مدارهای الکتریکی آنالوگ و دیجیتال است‪.‬‬ ‫زمینه فعالیت مهندسی الکترونیک را میتوان به دو شاخه اصلی ‪ ،‬ساخت قطعات و کاربرد مداري قطعه‪،‬‬ ‫و طراحی مدارهاي الکتریکی تقسیم کرد‪.‬‬ ‫دروس تخصصی مهندسی برق – الکترونیک‪:‬‬ ‫از درسهاي پایه و اصلی موثر در مهندسی الکترونیک می توان به درسهاي مدارهاي الکتریکی‪،‬‬ ‫الکترونیک ‪ 2‬و ‪ 1،‬مدارهاي منطقی و مخابرات اشاره کرد ‪.‬بعضی از درسهاي تخصصی این گرایش‬ ‫عبارتند از‪:‬‬ ‫‪ -1‬الکترونیک ‪ :3‬مبحث اول این درس مربوط به پاسخ فرکانسی است که به طور اجمال عوامل‬ ‫مربوط به کاهش بهره در فرکانسهاي باال و پایین (در واقع باالتر و پایین تر از پهناي باند میانی)‬ ‫و روشهاي به دست آوردن فرکانسهاي قطع باال و پایین را در تقویت کننده هاي ترانزیستوري‬ ‫مورد بررسی قرار می دهد‪.‬در مبحث دوم پایداري تقویت کننده هاي فیدبک مورد توجه قرار‬ ‫می گیرد‪.‬‬ ‫‪ -2‬تکنیک پالس‪ :‬در درسهاي مدار و الکترونیک‪ ،‬دانشجویان با سیگنالهاي سینوسی و پاسخ‬ ‫مدارهاي خطی و یا غیرخطی به آنها آشنا می شوند‪ ،‬امروزه و با توجه به رشد روزافزون فن‬ ‫آوري دیجیتال‪ ،‬کمتر مدار الکترونیکی یافت می شود که در آن فقط سیگنالهاي سینوسی به کار‬ ‫رفته باشد‪.‬پالس در حالت کلی به سیگنالهایی گفته می شود که تغییرات جهش داشته باشند‪.‬از‬ ‫مهمترین این سیگنالها که در درس تکنیک پالس هم مورد بررسی قرار می گیرد‪ ،‬سیگنالهاي پله‪،‬‬ ‫مربعی‪ ،‬مورب و نمایی هستند‪.‬‬ ‫‪16‬‬  ‫میکروپروسسور‪ :‬پس از پیدایش الکترونیک دیجیتال و جنبه هاي جذاب و ساده طراحیهاي‬ ‫‪-3‬‬ ‫دیجیتال و کاربردهاي فراوان این نوآوري‪ ،‬با تکنولوژیهاي ‪ ، MSI , SSI‬ادوات الکترونیک‬ ‫دیجیتال‪ ،‬مانند قطعات منطقی به بازار ارائه شد‪.‬شرکت تگزاس اولین میکروپروسسور ‪ 4‬بیتی‬ ‫را با فن آوري ‪ 2SI‬طراحی و عرضه نمود که بعنوان بخش اصلی ماشین حساب مورد استفاده‬ ‫قرار گرفت و این گام اول در پیدایش و ظهور میکروپروسسورها بود‪.‬‬ ‫معماری کامپیوتر‪ :‬در این درس معماري داخل ‪ 8‬بیتی ها و نحوه اجراي دستورالعملها در این‬ ‫‪-4‬‬ ‫پردازنده ها‪ ،‬بررسی حافظه ها و روش دستیابی میکروپروسسورها به اطالعات حافظه‪ ،‬معرفی‬ ‫زبان اسمبلی پردازنده هاي ‪ 8‬بیتی و ایجاد توانایی جهت نوشتن برنامه اي براي عملکردي خاص‬ ‫به کمک میکروپروسسورها و معرفی قطعات جانبی مورد استفاده توسط ریزپردازنده ها‪ ،‬مورد‬ ‫مطالعه قرار می گیرد‪.‬‬ ‫مدارهاي مخابراتی‪ :‬درس مدار مخابراتی به بررسی ساختار و یا طراحی مدارهایی می پردازد‬ ‫‪-5‬‬ ‫که در فرکانسهاي باال کار کرده و یا به نوعی در ارسال پیام در گیرنده و فرستنده نقش دارند‪.‬در‬ ‫این درس ابتدا با نویزهاي حرارتی‪ ،‬ترقه اي و ‪...‬آشنا شده و راههایی براي محدود کردن نویز‬ ‫پیشنهاد می شود‪ ،‬سپس مدارهاي تشدید و تبدیل امپدانس که به منظور انتقال حداکثر توان به کار‬ ‫می روند مورد بحث قرار می گیرد‪.‬‬ ‫فیزیک الکترونیک‪ :‬شامل مطالعه خواص سیلیکون‪ ،‬بلورشناسی‪ ،‬روشهاي ساخت قطعات و‬ ‫‪-6‬‬ ‫مدارهاي نیمه هادي‪ ،‬تحلیل و طراحی این مدارها‪ ،‬به دست آوردن مشخصات قطعات و یکی از‬ ‫مهمترین زمینه هاي کاري و تحقیقاتی در رشته الکترونیک است‪.‬پیش نیاز این قسمت تسلط بر‬ ‫درس دریاضی مهندسی و معادالت دیفرانسیل و مختصري در فیزیک کوانتوم و فیزیک مدرن‬ ‫می باشد‪.‬‬ ‫مدارهای الکتریکی شامل قطعات و المان های فعال و غیرفعال می باشند‪.‬‬ ‫المان های فعال المان هایی هستند که جهت استفاده نیازمند استفاده از تغذیه می باشند مانند دیود و‬ ‫ترانزیستور‬ ‫از المان های غیرفعال می توان مقاومت‪ ،‬سلف و خازن را نام برد‪.‬‬ ‫دیود نیمه هادی‪:‬‬ ‫اتم داراي یک هسته مرکزی شامل تعدادی پروتون (برابر با عدد اتمي عنصر) و همان تعداد نوترون‬ ‫مي باشد ‪.‬در اطراف هسته الكترون ها به تعداد مساوي پروتون ها قرار گرفته اند‪.‬هر اتم از نظر بار‬ ‫الكتریكي خنثي است ‪.‬بر اساس نظریه مدل بوهر تجمع الكترون ها اطراف هسته به صورت پوسته است‬ ‫و هرچه پوسته دورتر باشد انرژي وابستگي الكترون ها کمتر است و دورترین پوسته اتم را الكترون‬ ‫هاي ظرفیت آن مي گویند ‪.‬درفلزات‪ ،‬نیروي وابستگي الكترون هاي ظرفیت به هسته اتم بسیار کم است و‬ ‫لذا الكترون ها بطور آزادانه حرکت می کنند‪.‬چگالی الکترون های آزاد در فلزات ‪ 1023‬الكترون در‬ ‫هر سانتي متر مكعب است و وقتي الكتروني از اتم خود جدا مي شود مي توان فرض کرد که یك یون‬ ‫مثبت به جا مي ماند لذا ساختمان فلزات را شبكه اي از یون هاي مثبت و منفي مي توان تصور کرد‪.‬‬ ‫‪17‬‬  ‫عامل هدایت الکتریکی در فلزات الکترون های آزاد هستند که تحت تاثیر میدان الکتریکی خارجی به‬ ‫حرکت درمی آیند‪.‬‬ ‫نیمه هادي ها گروهي از مواد هستند که توانایي هدایت الكتریكي آن ها بین عایق وهادي قراردارد‪.‬از‬ ‫جمله خواص نیمه هادي ها این است که تحت تأثیر عواملي چون تحریک نوري‪ ،‬افزایش دما و تغییر‬ ‫میزان ناخالصي هدایت الكتریكي آن ها تغییر مي کند و این خاصیت مهم مبناي کار بسیاري از نیمه هادي‬ ‫هاست ‪.‬دو نوع مهم از نیمه هادي ها سیلیسیم و ژرمانیوم مي باشند‪.‬هسته این مواد داراي چهار الكترون‬ ‫ظرفیت مي باشند ولي در دماي معمولي تقریبا ً الكتروني آزاد نیست و نمي تواند هدایت الكتریكي خوبي‬ ‫داشته باشد ‪.‬هراتم مجاور در یک پیوند کواالنسی دو الكترون در حالت اشتراک دارند‪.‬انرژي الزم‬ ‫براي شكستن پیوند کواالنسی وآزاد کردن یک الكترون را انرژي عرض نوار گویند‪.‬‬ ‫انرژی عرض نوار درنیمه هادی کم است وبا اعمال میدان الكتریكی معمول ‪ ،‬تعدادی از الكترون هاي‬ ‫ظرفیت مي توانند با کسب انرژي الزم نقش الكترون هاي آزاد را داشته باشند‪.‬با شكستن هرپیوند و رها‬ ‫شدن یک الكترون‪ ،‬یک جای خالي در پیوند باقي مي ماند که به آن حفره مي گویند ‪.‬براي باال بردن‬ ‫ظرفیت الكترون ها یا حفره هاي آزاد که به آنها حامل هاي آزاد مي گویند؛ درنیمه هادی ها درصد‬ ‫ناچیزی از یک عنصر سه ظرفیتی یا پنج ظرفیتی را به آن تزریق مي کنند‪.‬‬ ‫نیمه هادي نوع ‪: N‬عناصر پنج ظرفیتي مانند آنتیموان‪،‬فسفر یا آرسنیک‪ ،‬باعث افزایش چگالي الكترون‬ ‫هاي آزاد مي شود و به این نوع ناخالصي نوع ‪ N‬گویند‪.‬‬ ‫نیمه هادي نوع ‪ :P‬عناصر سه ظرفیتي مانند ایندیم‪ ،‬گالیم‪ ،‬باعث افزایش چگالي حفره هاي آزاد مي شود‬ ‫و به این نوع ناخالصي نوع ‪ P‬گویند‪.‬‬ ‫درناحیه تهي الكترون هاي نوع ‪ N‬با حفره هاي نوع ‪ P‬ترکیب شده و یک میدان الكتریكي ایجاد مي کنند‬ ‫که این میدان موجب اختالف پتانسیل در مجاورت این ناحیه شده و از ترکیب بیشتر الكترون ها و حفره‬ ‫ها جلوگیري مي کند‪.‬در واقع این میدان الكتریكي مانند یک سد پتانسیل عمل کرده و از انتقال بیشتر‬ ‫حفره ها و الكترون ها ممانعت بعمل مي آورد ‪.‬حال اگر یک میدان الكتریكي خارجي مانند منبع ولتاژ را‬ ‫به این پیوند ‪ N-P‬متصل کنیم بطوریكه قطب مثبت منبع ولتاژ به نیمه هادي نوع ‪ P‬و قطب منفي به نیمه‬ ‫هادي نوع ‪ ، N‬با افزایش ولتاژ منبع‪ ،‬میدان الكتریكي بر میدان الكتریكي ناحیه تهي غلبه کرده‪ ،‬موجب‬ ‫حرکت حامل هاي مثبت ومنفي(الكترونها وحفره ها) خواهد شد و به این نوع اتصال بایاس مستقیم گوییم‪.‬‬ ‫در صورتي که قطب مثبت به نیمه هادي نوع ‪ N‬و قطب منفي منبع ولتاژ به نیمه هادي نوع ‪ P‬متصل‬ ‫گردد هیچ جریاني از نیمه هادي عبور نمي کند (بایاس معکوس) و این یعني دیود‪.‬‬ ‫جهت یكسوسازي جریان از آن استفاده مي شود‪.‬‬ ‫ترانزیستور‪:‬‬ ‫یک ترانزیستور معمولی (‪ )BJT‬از سه قطعه نیمه هادی نوع ‪ P‬و ‪ N‬تشکیل می شود‪.‬‬ ‫‪18‬‬  ‫ترانزیستوری که از دو قطعه نیمه هادی نوع ‪ P‬و یک قطعه نیمه هادی نوع ‪ N‬ساخته شده باشد را‬ ‫ترانزیستور ‪ PNP‬و ترانزیستوری که شامل دو قطعه نیمه هادی نوع ‪ N‬و یک نیمه هادی نوع ‪ P‬باشد‬ ‫را ترانزیستور ‪ NPN‬می نامند‪.‬‬ ‫پایه های ترانزیستور را امیتر(‪ ،)E‬بیس(‪ )B‬و کلکتور(‪ )C‬می نامند‪.‬‬ ‫ترانزیستورها چهار ناحیه عملکرد دارند که به شرح زیر است (ترانزیستور ‪:)NPN‬‬ ‫اشباع‪ :‬ترانزیستور در این ناحیه مانند یک اتصال کوتاه عمل می کند و جریان آزادانه از کلکتور‬ ‫‪-1‬‬ ‫به امیتر برقرار است‪.‬‬ ‫قطع‪ :‬در این ناحیه عملکرد ترانزیستور مانند یک مدار باز است و هیچ جریانی از کلکتور به‬ ‫‪-2‬‬ ‫امیتر عبور نمی کند‪.‬‬ ‫فعال‪ :‬جریان کلکتور به امیتر متناسب با جریانی است که به بیس وارد می شود‪.‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫فعال معکوس‪ :‬مانند حالت فعال‪ ،‬در این ناحیه نیز جریان متناسب با جریان بیس است اما جهت‬ ‫‪-4‬‬ ‫جریان برعکس است یعنی جریان از امیتر به کلکتور برقرار است( البته ترانزیستور برای کار‬ ‫در این ناحیه طراحی نشده است)‪.‬‬ ‫قابلیت ترانزیستور در تغییر بین دو حالت سبب می شود که این قطعه دو کاربرد اساسی داشته باشد‪:‬‬ ‫سوئیچینگ و تقویت کنندگی‬ ‫از ترانزیستورها در اندازه های کوچک و انواع گسسته می توان برای ساخت سوئیچ های الکترونیکی‬ ‫ساده‪ ،‬منطق دیجیتال و مدارهای تقویت کننده سیگنال استفاده کرد‪.‬هزاران و‪ ،‬میلیون ها و حتی‬ ‫میلیاردها ترانزیستور در کنار یکدیگر درون تراشه های کوچی تعبیه می شوند و حافظه های رایانه‪،‬‬ ‫ریزپردازنده ها و سایز مدارات مجتمع پیچیده را تشکیل می دهند‪.‬‬ ‫آشنایی با گرایش قدرت‬ ‫سیستم های انرژی جهت تبدیل انرژی های موجود در طبیعت به شکل انرژی های قابل مصرف برای‬ ‫برآورده کردن نیازهای بشر و اهداف وی تکامل یافته اند‪.‬انرژی های موجود در طبیعت موارد زیر را‬ ‫شامل می شوند‪:‬‬ ‫‪ -1‬سوخت های فسیلی مانند نفت‪ ،‬گاز و زغال سنگ‬ ‫‪ -2‬انرژی های تجدیدپذیر مانند باد‪ ،‬خورشید‪ ،‬جزر و مد و زمین گرمایی‬ ‫‪ -3‬انرژی هسته ای‬ ‫از میان انرژی های قابل مصرف‪ ،‬انرژی الکتریکی به علت سهولت انتقال‪ ،‬کنترل و تبدیل به انرژی‬ ‫های دیگر‪ ،‬به عنوان یکی از باکیفیت ترین و مطمئن ترین انواع انرژی جایگاه ویژه و منحصر به فردی‬ ‫پیدا کرده است‪.‬به طوری که امروزه انرژی الکتریکی به عنوان انرژی محرک در کاربردهای مختلف‬ ‫‪19‬‬  ‫صنعتی از سیستم های مخابراتی و کامپیوتری گرفته تا کوره های ذوب فلزات و صنایع بزرگ‪ ،‬به کار‬ ‫گرفته می شود‪.‬‬ ‫گرایش قدرت در مهندسی برق به کلیه مسائل مرتبط با تولید‪ ،‬انتقاال‪ ،‬توزیع و تبدیل انرژی الکتریکی به‬ ‫شکل قابل استفاده توسط مصرف کنندگان اختصاص دارد‪.‬‬ ‫دکتر جبه دار در معرفی این گرایش می گوید ‪ :‬هدف اصلی مهندسین این گرایش‪ ،‬تولید برق در‬ ‫نیروگاهها‪ ،‬انتقال برق از طریق خطوط انتقال و توزیع آن در شبکه هاي شهري و در نهایت توزیع آن‬ ‫براي مصارف خانگی و کارخانجات است‪.‬بنابراین یک مهندس قدرت باید به روشهاي مختلف تولید‬ ‫برق‪ ،‬خطوط انتقال نیرو و سیستم هاي توزیع آشنا باشد‪.‬‬ ‫دکتر کمره اي نیز در معرفی این گرایش می گوید ‪ :‬گرایش قدرت به آموزش و پژوهش در زمینه‬ ‫طراحی و ساخت سیستم هاي مورد استفاده در تولید‪ ،‬توزیع‪ ،‬مصرف و حفاظت از برق می پردازد‪.‬به‬ ‫عبارت دیگر دانشجویان این رشته در شاخه تولید با انواع نیروگاههاي آبی‪ ،‬گازي‪ ،‬سیکل ترکیبی و ‪...‬‬ ‫آشنا می شوند‪.‬و در بخش انتقال و توزیع‪ ،‬روشهاي مختلف انتقال برق اعم از کابلهاي هوایی و‬ ‫زیرزمینی را مطالعه می کنند و در شاخه حفاظت نیز انواع وسایل و تجهیزات حفاظتی که در مراحل‬ ‫مختلف تولید‪ ،‬توزیع‪ ،‬انتقال و مصرف انرژي‪ ،‬انسانها و تاسیسات را در برابر حوادث مختلف محافظت‬ ‫می کنند‪ ،‬مورد بررسی قرار می دهند که از آن میان می توان به انواع رله ها‪ ،‬فیوزها‪ ،‬کلیدها و در‬ ‫نهایت سیستم هاي کنترل اشاره کرد ‪.‬یکی دیگر از شاخه هاي قدرت نیز ماشین هاي الکتریکی است که‬ ‫شامل ژنراتورها‪ ،‬ترانسفورماتورها و موتورهاي الکتریکی می شود که این شاخه از زمینه هاي مهم‬ ‫صنعتی و پژوهشی گرایش قدرت است‪.‬‬ ‫پیشرفت سریع تکنولوژی و به کارگیری ادوات و سیستم های حساس کامپیوتری در تجهیزات صنعتی‬ ‫نیاز به تامین مطمئن‪ ،‬باکیفیت و قابل رقابت انرژی از یک طرف و استفاده از تولیدهای پراکنده و اتصال‬ ‫به شبکه های فرامرزی از طرف دیگر سیستم های کالسیک قدرت را با مسائل پیچیده جدیدی مواجه‬ ‫کرده است‪.‬از جمله می توان موارد زیر را نام برد‪:‬‬ ‫سیستم های جدید مدیریت در بازار برق‬ ‫‪-1‬‬ ‫پایداری و امنیت شبکه به هم پیوسته‬ ‫‪-2‬‬ ‫برنامه ریزی‪ ،‬بهره برداری و کنترل بهینه شبکه‬ ‫‪-3‬‬ ‫پایایی شبکه و کیفیت برق‬ ‫‪-4‬‬ ‫برنامه ریزی بهره برداری دقیق و بهنگام از تجهیزات فشار قوی‬ ‫‪-5‬‬ ‫و‪...‬‬ ‫‪-6‬‬ ‫لذا نیاز به تربیت نیروی متخصص در زمینه سیستم های قدرت امری ضروری به شمار می رود‪.‬به‬ ‫منظور تامین نیروی متخصص در زمینه های مختلف سیستم های قدرت دانشجویان با مسائل مختلفی آشنا‬ ‫می شوند که به برخی از آن ها در ذیل اشاره شده است‪.‬‬ ‫‪ -1‬برنامه ریزی و تحلیل سیستم تولید‪ ،‬انتقال و توزیع در کنار برنامه ریزی و تحلیل شبکه‬ ‫‪ -2‬مطاالت پایداری دینامیک‪ ،‬گذرا و حفاظت سیستم های قدرت‬ ‫‪20‬‬  ‫مدیریت و کنترل شبکه ها‬ ‫‪-3‬‬ ‫مسائل تجدید ساختار و بازار برق‬ ‫‪-4‬‬ ‫تولیدهای پراکنده و انرژی های تجدیدپذیر و مسائل مرتبط با سیستم های توزیع‬ ‫‪-5‬‬ ‫مدلسازی‪ ،‬طراحی و کنترل ماشین های الکتریکی و ترانسفورماتورها‬ ‫‪-6‬‬ ‫الکترونیک قدرت‬ ‫‪-7‬‬ ‫کیفیت برق‬ ‫‪-8‬‬ ‫طراحی و هماهنگی سیستم های عایقی فشار قوی‬ ‫‪-9‬‬ ‫از درسهاي پایه و اصلی موثر در مهندسی قدرت می توان به دروس مدار‪ ،‬الکترومغناطیس‪،‬‬ ‫الکترونیک‪ ،‬ماشین و بررسی اشاره کرد‪.‬بعضی از درسهاي تخصصی این گرایش عبارتند از‪:‬‬ ‫ماشینهاي الکتریکی ‪ :3‬این درس از جمله درسهایی است که دیدي صنعتی به دانشجو می دهد‪.‬‬ ‫‪-1‬‬ ‫مبحث این درس را می توان به دو فصل مهم ترانفسورمرهاي سه فاز و ماشینهاي سنکرون تقسیم‬ ‫بندي نمود‪.‬ترانسفورمرهاي سه فاز و ماشینهاي سنکرون‪ ،‬وسایلی الکتریکی هستند که بیشتر‬ ‫جنبه صنعتی دارند و کاربردهاي بسیار زیاد ترانسهاي سه فاز در انتقال و توزیع انرژي‬ ‫الکتریکی‪ ،‬تبدیل ولتاژ در ابتداي همه کارخانه ها و کارگاههاي بزرگ صنعتی و ‪...‬بر هیچ کس‬ ‫پوشیده نیست‪.‬در این درس در مورد انواع آرایشهاي این ترانسها‪ ،‬کلیه گروههاي موجود و‬ ‫کاربرد هر نوع‪ ،‬بحث جامعی می شود‪.‬‬ ‫ماشینهاي مخصوص(ویژه)‪ :‬به تعبیري می توان این درس را نقطه عطف درسهاي تخصصی‬ ‫‪-2‬‬ ‫این گرایش دانست ‪.‬زیرا این درس به بررسی در مورد ماشینهاي ویژه می پردازد که این ماشینها‬ ‫در وسایل خانگی کاربرد فراوان دارند‪.‬‬ ‫الکترونیک قدرت‪ :‬الکترونیک قدرت در عمل بین الکترونیک و قدرت‪ ،‬آشتی برقرار کرده‬ ‫‪-3‬‬ ‫است‪.‬به طور مثال می توان با فرمان یک ریزپردازنده که حدود ‪ 5‬ولت و ‪ 200‬میلی آمپر است‬ ‫یک کارخانه را راه اندازي کنیم‪.‬در زمینه الکترونیک قدرت المانهایی نظیر تریستور‪،‬‬ ‫ترانزیستور و ‪...‬کاربردهاي فوق العاده زیادي دارند‪.‬از مزایاي این قطعات تحمل توانهاي باال‬ ‫می باشد‪.‬‬ ‫بررسی سیستمهاي قدرت ‪ :2‬این درس بیشتر در مورد انتقال انرژي و مشکالت موجود در این‬ ‫‪-4‬‬ ‫راه صحبت می کند‪.‬از جمله مطالب ارائه شده در این درس می توان به پخش بار اقتصادي در‬ ‫شبکه هاي قدرت‪ ،‬اتصال کوتاههاي متقارن و نامتقارن روي شبکه قدرت و پایداري سیستمهاي‬ ‫قدرت اشاره نمود‪.‬‬ ‫تولید و نیروگاه‪ :‬این درس یکی از درسهاي بسیار جذاب این گرایش است‪ ،‬زیرا برخالف دیگر‬ ‫‪-5‬‬ ‫درسها‪ ،‬زیاد به مسائل نظري‪ ،‬نمی پردازد و جنبه بسیار عملی دارد‪.‬آشنایی با انواع نیروگاهها‬ ‫(آبی‪ ،‬اتمی‪ ،‬بادي‪ ،‬بخار‪ )... ،‬و همچنین بحث کلی در مورد این نیروگاهها و روشهاي کاري آنها‬ ‫از مباحث این درس است‪.‬‬ ‫رله و حفاظت‪ :‬یک شبکه قدرت را باید در مقابل خطرات احتمالی (اتصال کوتاهها) محافظت‬ ‫‪-6‬‬ ‫کرد‪.‬از وسائلی که در این مورد استفاده می شود می توان به رله ها اشاره کرد که بسته به نوع‬ ‫‪21‬‬ ‫رله به محض ایجاد یک حالت خطا و یا خرابی در شبکه وارد عمل شده‪ ،‬قسمتی از شبکه را جدا‬ ‫کرد‪.‬‬ ‫‪ -7‬عایق و فشار قوي‪ :‬با توجه به تفاوتهاي ولتاژهاي فشار قوي با ولتاژهاي فشار ضعیف‪ ،‬به طور‬ ‫حتم تولید‪ ،‬اندازه گیري و بهره برداري از این ولتاژها تفاوتهاي عمده اي با ولتاژهاي فشار‬ ‫ضعیف دارد و براي عایق بندي شبکه فشار قوي باید از عایقهاي مخصوصی استفاده کرد‪.‬فصل‬ ‫نخست این درس به بررسی این مقوله می پردازد‪.‬در بخش دوم این درس انواع تخلیله‬ ‫الکتریکی‪ ،‬مراحل مختلف آن در عایقها و اثرات مختلف شکست بر عایق مورد بررسی قرار می‬ ‫گیرد‪.‬‬ ‫‪ -8‬ترمودینامیک‪ :‬شاید اولین سوالی که در مرحله اول به ذهن برسد ارتباط این درس با درسهاي‬ ‫برق باشد‪.‬کاربرد اصلی مطالب این درس مبحث تولید نیروگاه است‪.‬زیرا هنگام آشنایی با انواع‬ ‫نیروگاهها (نیروگاه بخار‪ ،‬گازي‪ ،‬اتمی و ‪ )...‬باید اطالعاتی در مورد سیکل کاري آنها داشته‬ ‫باشیم‪ ،‬پس داشتن اطالعاتی در مورد ترمودینامیک ضروري است‪.‬‬ ‫به برخی از تعاریف مهم و کاربردی در این گرایش در ادامه اشاره می شود‪.‬‬ ‫ترانسفورماتور‪:‬‬ ‫ترانس یک القاگر مغناطیسی دو سیم پیچه است که هیچ اتصال فیزیکی بین سیم پیچ ها برقرار نیست‪.‬‬ ‫ترانس ها جهت افزایش یا کاهش ولتاژ استفاده می شوند‪.‬‬ ‫از کابردهای ترانس می توان موارد زیر را عنوان کرد‪:‬‬ ‫انتقال انررژی الکتریکی‬ ‫‪-1‬‬ ‫اندازه گیری ولتاز و جریان‬ ‫‪-2‬‬ ‫ایزوالسیون‬ ‫‪-3‬‬ ‫کاربردهای مختلف صنعتی مانند جوشکاری‬ ‫‪-4‬‬ ‫تطبیق امپدانس‬ ‫‪-5‬‬ ‫و‪...‬‬ ‫‪-6‬‬ ‫ژنراتور و موتور الکتریکی‪:‬‬ ‫ژنوراتور انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند و موتور الکتریکی انرژی الکتریکی را‬ ‫به انرژی مکانیکی تبدیل میکند‪.‬موتور و ژنراتور هر دو دارای یک قسمت ساکن به نام استاتورو یک‬ ‫قسمت متحرک و چرخان به نام روتور می باشند‪.‬‬ ‫استاتور می توان