کتاب مبانی مهندسی برق

کتاب مبانی مهندسی برق نوشته‌ی حامد شهبازی، علی ابراهیمی و رضا ربیعی اثری آموزشی در حوزه‌ی مهندسی برق است که موسسه فرهنگی هنری دیباگران تهران آن را منتشر کرده است. نویسندگان براساس تجربه‌ی چندین‌ساله‌ی تدریس درس مبانی مهندسی برق در دانشگاه، کوشیده‌اند یک منبع یک‌جا و منظم برای آشنایی اولیه با مفاهیم اصلی این رشته فراهم کنند؛ منبعی که هم برای دانشجویان مهندسی برق و هم برای دانشجویان سایر رشته‌های فنی که با برق و الکترونیک سروکار دارند قابل استفاده باشد. در مقدمه‌ی ناشر و مقدمه‌ی نویسنده تأکید شده که هدف، پوشش‌دادن خلأ یک کتاب جمع‌وجور اما نسبتاً جامع است که از مفاهیم پایه‌ای مثل بار و جریان و ولتاژ شروع کند و به مباحثی مانند مدارهای مقاومتی، خازن و سلف، منابع مستقل و وابسته، سیستم‌های کنترلی، سنسورها، عملگرها، مکاترونیک و آردوینو برسد. ساختار کتاب فصل‌بندی روشن و همراه با مثال‌ها، تمرین‌ها و ارزیابی‌های پایانی دارد تا خواننده بتواند آموخته‌های خود را مرحله‌به‌مرحله محک بزند. نسخه‌ی الکترونیکی این اثر را می‌توانید از طاقچه خرید و دانلود کنید.

درباره کتاب مبانی مهندسی برق

کتاب مبانی مهندسی برق با تمرکز بر آموزش گام‌به‌گام مفاهیم، از یک مقدمه‌ی کلی درباره‌ی اهمیت علم و جایگاه مهندسی برق و الکترونیک در فناوری امروز آغاز می‌شود. نویسنده‌ی اصلی، حامد شهبازی، در مقدمه توضیح داده است که در طول حدود ۱۰ سال تدریس درس مبانی مهندسی برق در دانشگاه اصفهان، نبود یک منبع واحد که هم مفاهیم مدار و الکترونیک را پوشش دهد و هم پلی به سمت مباحث جدیدتر مثل میکروکنترلرها و آردوینو بزند، به‌خوبی احساس شده است. بر همین اساس، ساختار کتاب طوری طراحی شده که ابتدا مفاهیم بنیادین فیزیکی و الکتریکی را روشن کند و سپس به‌تدریج وارد تحلیل مدار و در ادامه وارد دنیای کنترل و مکاترونیک شود. در فصل اول با عنوان «مفاهیم بنیادین در مهندسی برق» موضوعاتی مانند بار الکتریکی، الکترون، جریان، ولتاژ، توان و انرژی الکتریکی، مقاومت، خازن، سلف، منابع مستقل و وابسته، مدار الکتریکی، کنترل و مکاترونیک معرفی شده است. در همین فصل، مثال‌ها و نمودارهای متعددی برای توضیح رفتار خازن و سلف، نحوه‌ی شارژ و دشارژ خازن، انرژی ذخیره‌شده در عناصر پسیو و نیز نمونه‌مسئله‌های حل‌شده و ارزیابی‌های پایانی برای سنجش یادگیری آمده است. کتاب مبانی مهندسی برق در فصل دوم با عنوان «مدارهای مقاومتی» وارد تحلیل دقیق‌تر مدار می‌شود و مفاهیم گره، شاخه، حلقه، قانون جریان و قانون ولتاژ کیرشهف، مدارهای سری و موازی، تبدیل ستاره و مثلث، روش گره، روش حلقه، روش ماتریسی و تکنیک ابرگره و ابرحلقه را توضیح داده است. سپس نظریه‌های مهم مدار مانند خاصیت خطی‌بودن، جمع آثار، تبدیل منابع، قضیه‌ی تونن و نورتن و مفهوم انتقال توان بیشینه مطرح شده و برای هرکدام مثال‌های عددی و تمرین‌های انتهایی ارائه شده است. در ادامه‌ی فصل‌ها (بر اساس بخش‌های نقل‌شده) مباحث کنترل و سیستم‌های کنترلی مدار باز و بسته، دیاگرام بلوکی، تابع تبدیل، فضای حالت، و سپس ورود به مکاترونیک، نقش میکروکامپیوترها، سنسورها و عملگرها و انواع سنسورها (جریان، خازنی، مقاومتی، شیمیایی، ولتاژی، حرارتی، نوری، مغناطیسی، القایی و…) تشریح شده است. کتاب در بخش‌های پایانی، مکاترونیک و کنترل مکاترونیکی را به‌عنوان پلی میان مبانی برق و کاربردهای مدرن مثل ربات انسان‌نما، سیستم‌های صنعتی، کنترل دمای کوره و سامانه‌های خودکار معرفی کرده است. در سراسر کتاب، هر فصل با مثال‌های حل‌شده، شکل‌های شماتیک، نمودارها و ارزیابی‌های مرحله‌ای همراه است تا خواننده بتواند مفاهیم را نه‌تنها به‌صورت نظری، بلکه در قالب محاسبات و مدل‌سازی مدارها دنبال کند.

خلاصه کتاب مبانی مهندسی برق

در این کتاب، نویسندگان از سطح پایه‌ترین مفاهیم شروع کرده‌اند تا خواننده بتواند بدون پیش‌زمینه‌ی عمیق، به‌تدریج با زبان مهندسی برق آشنا شود. ابتدا در فصل مفاهیم بنیادین، بار الکتریکی به‌عنوان خاصیتی فیزیکی که در حضور میدان الکتریکی نیرو می‌پذیرد معرفی شده و تفاوت بار مثبت و منفی، رفتار بارهای هم‌نام و غیرهم‌نام و مفهوم خنثی‌بودن الکتریکی توضیح داده شده است. سپس جریان الکتریکی به‌صورت جریان ذرات باردار در یک هادی تعریف شده و واحد آن (آمپر)، نحوه‌ی اندازه‌گیری با آمپرمتر و اثرات فیزیکی جریان مانند گرمایش، روشنایی و میدان الکترومغناطیسی بیان شده است. ولتاژ به‌عنوان اختلاف انرژی پتانسیل بین دو نقطه و نیروی محرک جریان معرفی شده و با تشبیه به اختلاف ارتفاع دو مخزن آب، نقش آن در ایجاد جریان روشن شده است. توان و انرژی الکتریکی، رابطه‌ی آن با تبدیل انرژی به نور، حرکت و گرما و فرمول‌های اصلی توان و انرژی نیز در همین بخش آمده است. در ادامه‌ی کتاب مبانی مهندسی برق، عناصر پسیو اصلی یعنی مقاومت، خازن و سلف به‌تفصیل بررسی شده‌اند: تعریف مقاومت، واحد اهم، قانون اهم، نحوه‌ی اتصال سری و موازی مقاومت‌ها و محاسبه‌ی مقاومت معادل؛ سپس خازن به‌عنوان عنصر ذخیره‌ی بار، واحد فاراد، نقش دی‌الکتریک، روابط ولتاژ، جریان، ظرفیت و انرژی خازن و نحوه‌ی اتصال سری و موازی خازن‌ها؛ و بعد سلف به‌عنوان عنصر ذخیره‌ی شار مغناطیسی، واحد هانری، ضریب القاگر، انرژی و توان سلف و عوامل مؤثر بر افزایش القاگر. پس از آن، منابع مستقل و وابسته‌ی ولتاژ و جریان، مدارهای ساده، مفهوم گره، شاخه و حلقه و سپس ورود به سیستم‌های کنترلی مدار باز و بسته، اغتشاش، نویز، تابع تبدیل و دیاگرام بلوکی مطرح شده است. بخش سنسورها و عملگرها، انواع سنسورهای جریان، خازنی، مقاومتی، شیمیایی، ولتاژی، حرارتی، نوری، مغناطیسی و القایی را معرفی کرده و نشان داده است که چگونه این سنسورها کمیت‌های فیزیکی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. در فصل مدارهای مقاومتی، قوانین کیرشهف، روش گره و حلقه، تبدیل ستاره و مثلث، روش ماتریسی، خاصیت خطی، جمع آثار، تبدیل منابع، قضیه‌ی تونن و نورتن و مفهوم انتقال توان بیشینه با مثال‌های عددی و تمرین‌های انتهایی آموزش داده شده است. در بخش مکاترونیک و کنترل مکاترونیکی نیز ساختار یک سیستم مکاترونیکی (حسگر، عملگر، میکروکامپیوتر، راه‌انداز و پروسه) و نمونه‌هایی مانند ربات انسان‌نما، کنترل دمای کوره و سیستم‌های خودکار صنعتی توضیح داده شده است.

چرا باید کتاب مبانی مهندسی برق را بخوانیم؟

این کتاب برای آشنایی منظم با دنیای مهندسی برق از سطح پایه تا ورود به مباحث کاربردی طراحی شده است. خواننده در یک مسیر پیوسته، ابتدا با مفاهیم فیزیکی مثل بار، جریان، ولتاژ، توان و انرژی آشنا می‌شود، سپس عناصر اصلی مدار (مقاومت، خازن، سلف) و رفتار آن‌ها را در مدارهای مختلف یاد می‌گیرد و بعد وارد تحلیل مدار با قوانین کیرشهف، روش گره، حلقه و روش ماتریسی می‌شود. استفاده‌ی گسترده از مثال‌های حل‌شده، شکل‌های شماتیک، نمودارهای شارژ و دشارژ خازن، نمودارهای جریان و ولتاژ و تمرین‌های «ارزیابی» در پایان بخش‌ها باعث می‌شود مفاهیم صرفاً تئوری نماند و به مهارت حل‌مسئله تبدیل شود. ویژگی دیگر این کتاب، پیوندزدن مبانی مدار و الکترونیک با حوزه‌های کنترل، سنسورها، عملگرها و مکاترونیک است. خواننده فقط با فرمول‌ها و مدارهای انتزاعی روبه‌رو نیست، بلکه می‌بیند این مفاهیم چگونه در سیستم‌های واقعی مثل خشک‌کن لباس، کنترل دمای کوره، رانندگی، ربات انسان‌نما، خطوط تولید و شبکه‌ی انتقال برق به کار می‌روند. معرفی نظریه‌های مهم مدار مانند جمع آثار، تبدیل منابع، تونن و نورتن و انتقال توان بیشینه، دید تحلیلی مناسبی برای ادامه‌ی تحصیل در گرایش‌های مختلف برق ایجاد می‌کند. همچنین توضیح نقش میکروکامپیوتر، راه‌انداز و سنسورها در سیستم‌های مکاترونیکی، پلی میان مبانی مهندسی برق و دنیای پروژه‌های مدرن الکترونیکی و مکاترونیکی می‌سازد.

خواندن این کتاب را به چه کسانی پیشنهاد می‌کنیم؟

خواندن این کتاب به دانشجویان سال‌های ابتدایی رشته‌های مهندسی برق، الکترونیک، مکاترونیک و مهندسی کنترل پیشنهاد می‌شود. همچنین به دانشجویان سایر رشته‌های فنی مثل مکانیک و کامپیوتر که نیاز دارند با مبانی مدار و مفاهیم الکتریکی برای کار در حوزه‌هایی مانند مکاترونیک، رباتیک و سیستم‌های کنترلی آشنا شوند توصیه می‌شود. هنرجویان و علاقه‌مندان آزاد که می‌خواهند از سطح پایه وارد دنیای مدار، سنسورها، عملگرها و آردوینو شوند نیز می‌توانند از این کتاب به‌عنوان منبع آموزشی مرحله‌به‌مرحله استفاده کنند.