بحـث
 
 

نتائج البحث
 


Rechercher بحث متقدم

المواضيع الأخيرة
» تنظيم الوقت
الثلاثاء أكتوبر 25, 2016 4:17 am من طرف نجلاء السويكت

» القدماء المصريين
الثلاثاء أكتوبر 25, 2016 4:09 am من طرف نجلاء السويكت

» كل ما يتعلق بالكمبيوتر
الثلاثاء أكتوبر 25, 2016 4:05 am من طرف نجلاء السويكت

» كيف نربى أبناءنا على الحياة الإيجابية؟
السبت يناير 17, 2015 4:11 pm من طرف ساعد وطني

» كيف اتعلم الفوتوشوب؟؟
الخميس يناير 01, 2015 11:24 pm من طرف رغد الفرحان

» تجربة التعليم في فنلندا
الثلاثاء سبتمبر 30, 2014 10:12 am من طرف نجلاء السويكت

» المشروع الوطني للتعرف على الموهوبين 1435- 1434
الأربعاء ديسمبر 25, 2013 1:23 pm من طرف ايلاف القحطاني

» معلومات مصورة للابداع
السبت نوفمبر 16, 2013 9:46 pm من طرف نجلاء السويكت

» الترشيح للكشف عن الموهوبين
السبت نوفمبر 16, 2013 9:42 pm من طرف نجلاء السويكت

أفضل 10 أعضاء في هذا الأسبوع

أفضل 10 أعضاء في هذا الشهر

التبادل الاعلاني

كيف تعمل الأشياء

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:06 pm




أمان الكهرباء فائدته وكيفية عمله

أمان الكهرباء


لا يمكن أن يكون هناك بيت أو مؤسسة أو مصنع إلا ويوجد ضمن شبكة الكهرباء أمان كهربائي يعرف باسم circuit breaker وتعمل هذه الأداة كمراقب للتيار الكهربائي المار عبر الأسلاك الكهربية في المنزل فإذا ما زادت قيمة التيار الكهربي عن حد معين فإنها تقوم مباشرة بفصل التيار الكهربي ولا يعود التيار الكهربي إلا إذا تدخل احد وأعاد مفتاح الأمان الكهربي بعد إصلاح الخلل الذي سبب فصل التيار الكهربي.

ولكن ماذا يحدث لو لم يقم الأمان بعمله أو انه غير موجود؟

الأمر في هذه الحالة خطير جدا لأنه أي خلل قد يسبب في ارتفاع درجة حرارة الأسلاك فورا ونشوب حريق.

وفي هذا الموضوع من كيف تعمل الأشياء سوف نكتشف المزيد من المعلومات عن الأمان الكهربي وكيف يقوم بفصل التيار الكهربي في حالة ارتفاعه عن قيمة معينة.

أساسيات في الكهرباء

لفهم فكرة عمل أمان الكهرباء يجب أن نتعلم بعض الحقائق الأساسية عن الكهرباء فالكهرباء تعرف من خلال ثلاث كميات فيزيائية هي

(1) فرق الجهد الكهربي voltage
(2) التيار الكهربي current
(3) المقاومة الكهربية Resistance

فرق الجهد الكهربي هو بمثابة القوة التي تسبب في دفع الشحنة الكهربية لتتحرك نتيجة لاختلاف فرق الجهد بين نقطتين. والتيار الكهربي هو معدل تدفق هذه الشحنات في السلك. والمقاومة هي الممانعة التي تعيق الشحنات من أن تتحرك بحرية تامة في السلك.

معنى ذلك أن كلا من الجهد والتيار والمقاومة يربطهم علاقة مع بعضهم البعض، بمعنى أن أي تغير بحدث لأحدهما سوف يؤثر على الباقي. وبالتجربة وجد أن التيار الكهربي يساوي الجهد الكهربي مقسوما على المقاومة وتكتب هذه العلاقة على النحو التالي

التيار الكهربي = الجهد الكهربي / المقاومة

وبالتالي نستطيع أن نعرف انه إذا زادت قيمة الجهد أو قلت قيمة المقاومة فان التيار الكهربي سيزداد. والعكس صحيح بمعنى انه لو قل الجهد أو ارتفعت قيمة المقاومة فان التيار الكهربي سوف يقل.

والآن ما علاقة هذه الأمور بالأمان الكهربي؟

يمكننا أن نتصور دائرة كهربية بسيطة تتكون من مصباح كهربي وأسلاك وبطارية ولكي نضيء المصباح الكهربي فإننا يجب ان نصمم دائرة كهربية نوصل فيها المصباح الكهربي بطرفي البطارية فينتقل التيار الكهربي من الطرف الموجب إلى الطرف السالب مرورا بالمصباح الكهربي فيضيء

وبنفس هذه الفكرة تقوم شبكة توزيع الكهرباء في المدينة بتوصيل التيار الكهربي للمنزل، ولذلك فان المنزل يكون في الأساس مجهزا بالدائرة الكهربية التي سوف تستفيد من التيار الكهربي القادم من المحطة فيتم مد أسلاك كهربية داخل المنزل لتشكل دائرة كهربية. ولا يمكن الاستفادة من هذه الدائرة إلا إذا وضعنا فرق جهد على طرفي الدائرة وهنا يأتي دور محطة الكهرباء فنقوم بتوصيل التيار الكهربي القادم من المحطة بأحد طرفي الدائرة الكهربية للمنزل والذي نسميه الطرف الموجب والسلك الذي يستقبل هذا التيار يسمى السلك الحي hot wire في حين ان الطرف الثاني من الدائرة الكهربية يسمى الأرضي أو neutral wire لأنه يتم توصيله بالأرض. وبهذا يكون لدينا دائرة كهربية مشابهة للدائرة الكهربية البسيطة الموضحة أعلاه.

وبهذا يكون لدينا فرق جهد كهربي مطبق على طرفي الدائرة الكهربية في المنزل، وعند توصيل أي جهاز كهربي في مقبس الكهرباء فإننا نغلق الدائرة الكهربية ويمر التيار في الجهاز فيعمل حسب طبيعة الجهاز.

ملاحظة: تتكون الدائرة الكهربية الأساسية للمنزل من دوائر كهربية فرعية وكلها تتجمع لتكون الدائرة الكهربية المركزية.

تنتج محطة الكهرباء تيار كهربي متردد. ويكون فرق الجهد له قيمة واحدة هي 240 فولت، وبالتالي فان مقاومة الجهاز هي التي تحدد قيمة التيار الكهربي المار فيه. فمثلا لو أخذنا المصباح الكهربي فان الفتيلة (سلك التنجستين) لها مقاومة معينة تحدد قيمة التيار المار فيه وبالتالي عند مرور هذا التيار الكهربي في الفتيلة فإنها تسخن وتتوهج وتنتج الضوء.

عند تصميم شبكة الأسلاك في المنزل فانه يتم مراعاة ان لا يوجد أي احتمالية لالتقاء الخط الموجب hot wire مع الخط الأرضي neutral wire مباشرة. فيتم ضمان مرور التيار الكهربي فقط في الأجهزة والمعدات الكهربية المنزلية التي تعمل كمقاومة كهربية في الدائرة. وبهذا فان قيمة التيار الكهربي المار في الأسلاك محدد بقيمة معينة لان قيمة فرق الجهد ثابتة وقيمة مقاومة الجهاز ثابتة أيضا.

بهذا نضمن أن تسير الأمور على النحو المطلوب وبأمان وبدون مشاكل، ولكن من المحتمل أن يحدث شيء خطأ فيتصل الخط الموجب مباشرة مع الخط الأرضي، كان يسخن موتور المرحة فتنصهر المادة العازلة على الأسلاك الكهربية فيحدث تلامس بين الأسلاك أو أن يقوم شخص باستخدام المقدح ليحدث ثقب في الجدار دون علم بالشبكة الداخلية لكهرباء المنزل يصيب احد الأسلاك فيحدث الاتصال الكهربي بين الطرف الموجب فينتقل التيار الكهربي إلى الأرض عبر المقدح والشخص الذي سيتعرض لصدمة كهربية في هذه الحالة. لاحظ هنا انه في هذه الحالات فان المقاومة الكهربية الموجودة بين الطرف الموجب والأرضي تكون صغيرة جدا مما يعني ان تيار كبيرا سوف يمر في هذا الحدث، وإذا استمر مرور التيار الكهربي بهذه الطريقة فان الأسلاك الكهربية سوف ترتفع درجة حرارتها بسرعة وتنصهر المادة العازلة وتحترق ويحدث ما لا يحمد عقباه.

يأتي هنا دور الأمان الكهربي ليقوم بفصل التيار الكهربي قبل ان تحدث كل هذه الكوارث، وفي الجزء التالي سوف نقوم نوضح كيف يعمل الأمان الكهربي ويقوم بالدور المطلوب منه.

ابسط دائرة حماية هي استخدام ما يسمى بالفيوز fuse. وهي عبارة عن سلك رفيع داخل حافظة لها طرفين توصيل ويتم تثبيتها في الدائرة الكهربية بحيث تقوم بالانصهار إذا زادت قيمة التيار الكهربي عن حد معين فتمنع على الفور مرور التيار الكهربي. ويوجد في اغلب الأجهزة الكهربية هذا الأمان البسيط كخطوة أساسية من اجل حماية الجهاز نفسه من أن تصاب احد مكوناته الأساسية بحرق فيتعطل كامل الجهاز.

وتكمن المشكلة في الفيوز انه يعمل لمرة واحدة فقط فبعد أن يحترق فإنه يجب أن يتم استبداله، ولكن في الأمان الكهربي الذي يقوم بنفس الوظيفة وهي فصل التيار الكهربي إذا زاد عن حد معين إلا أن الأمان الكهربي يمكن استخدامه مرات ومرات.

تتكون الدائرة الكهربية للأمان الكهربي من مفتاح كهربي متصل مع شريحة معدنية أو مع مغناطيس كهربي.

يتم توصيل الخط الموجب hot wire في احد طرفي المفتاح الكهربي وعند وجود المفتاح الكهربي في وضعية التشغيل فان التيار الكهربي يمر من طرف التوصيل terminal السفلي إلى المغناطيس الكهربي ثم إلى قطعة معدنية متحركة ثم إلى طرف التوصيل terminal العلوي.

يعمل التيار الكهربي المار على مغنطة المغناطيس الكهربي وكلما زادت التيار الكهربي زادت القوة المغناطيسية له. وعندما يصبح التيار الكهربي كبير جدا فان المغناطيسي يصبح لديه القوة الكافية لسحب القطعة المعدنية المتحركة فتبتعد عن طرف التوصيل العلوي وينقطع مرور التيار الكهربي عبر الأمان.

أما في الأمان الكهربي المستخدم للشريحة المعدنية bimetallic strip (عبارة عن معدنين متلاصقين يتمدد كلا منهما بطريقة مختلفة مما يجعله ينحني في اتجاه المعدن الأقل تمدداً) بدلا من المغناطيس الكهربي فإن فكرة عمله تعتمد على فصل التيار الكهربي من خلال استخدام التيار الكهربي عندما تزداد قيمته عن القيمة المسموح بها فتفجر مادة قابلة للاحتراق فتدفع مكبس صغير يعمل على إبعاد الشريحة عن نقطة التوصيل فتفصل التيار الكهربي.

الأمان الكهربي المتطور

تم تصنيع أمانات كهربائية أكثر تطورا تستخدم شرائح الكترونية مصنعة من مواد شبه موصلة لمراقبة مستوى التيار الكهربي، وتعد هذه الشرائح الإلكترونية أكثر دقة وتقوم بفصل التيار الكهربي بشكل أسرع. ولكنها أكثر تكلفة ولهذا السبب فإن أغلب المنازل تستخدم الأمان الكهربي البسيط.

حديثا تم تطوير أجهزة الكترونية لحماية الأشخاص من الإصابة بصدمة كهربية وهذه الأجهزة تعرف باسم ground fault circuit interrupter وتعرف بالاختصار GFCI وهذه الأجهزة تقوم بمراقبة التيار المار في كلا من السلك الموجب والسلك الأرضي والتي من المفترض أن تكون قيمة التيار في كلا منهما ثابتة طالما الأمور تسير على ما يرام ولكن في حالة أن يقوم شخص بطريق الخطأ لمس الخط الموجب فان التيار الكهربي في الخط الأرضي سوف يتغير فيقوم الـ GFCI بفصل الدائرة الكهربية على الفور. ويعمل الـ GFCI بسرعة اكبر من استجابة الأمان الكهربي العادي.

نشاهد في هذا العرض كيف نقوم بإعادة تشغيل أمان الكهرباء في حالة حدوث خلل في التيار الكهربي

إذا الأمان الكهربي جهاز بسيط ولكنه يحمينا من مخاطر قاتلة، ولهذا فان كل بيت وكل مؤسسة تستخدم الكهرباء لا يمكن ان تستغني عن الأمان الكهربي في وحدة تؤسس ضمن شبكة توزيع الكهرباء بحيث تحتوي على مجموعة من الأمانات الكهربية لمختلف الدوائر


نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:07 pm

الكوابل البحرية.. تركيبها وأهميتها في مجال الاتصالات والإنترنت

كابل بحري


انقطاع في الكوابل البحرية ، توقف في تدفق البيانات والمعلومات عبر شبكة الانترنت تأخر المعاملات البنكية والمالية والمصرفية ، خسائر بمئات الملايين من الدولارات ، حالة هلع في بعض قطاعات الأعمال .

هذه بعض عناوين الأخبار التي سادت خلال الأيام القليلة الماضية جراء انقطاع بعض الكوابل البحرية في البحر المتوسط والخليج العربي ، لأسباب غامضة لم تتضح بعد .

لماذا سادت كل هذه الفوضى؟ وهل كان في الإمكان تلافي حدوث مثل هذه المشكلة؟ ألم يكن قطاع الاتصالات والشركات المزودة لخدمات الإنترنت على استعداد لمواجهة مثل هذه الأزمة التي يمكن أن تحدث وان تتكرر في أي لحظة؟ وهل أن قطاع الاتصالات في بلادنا العربية من الهشاشة والضعف بحيث يصاب بالانهيار بسبب انقطاع كابل بحري؟

أسئلة كثيرة واستفسارات فرضت نفسها على كل إنسان عربي يعيش ضمن المعطيات الحضارية للقرن الحادي والعشرين.

الكوابل البحرية وأهميتها العالمية

تعتبر الكوابل البحرية أحد أهم الإنجازات التي تحققت في مجال نقل وتبادل البيانات والمعطيات الرقمية حول العالم ، فثمانين بالمائة من مجمل الاتصالات ونقل البيانات تتم عبر هذه الكوابل ، نظرا لسرعة تدفق البيانات فيها ، وتمتعها بدرجة عالية من الأمن والسرية ، والدقة العالية في نقل الإشارات ، وقلة تكاليفها بالمقارنة مع الأقمار الصناعية وغيرها من الوسائل .

تاريخ نشأة الكوابل البحرية

تعود نشأة هذه الكوابل إلى عام 1850 ، عندما تم مد أول كابل بحري بين فرنسا وبريطانيا ، وأعقبه في عام 1863 مد كابل بحري بين بريطانيا والجزيرة العربية والهند ، وفي عام 1902 تم مد كابل آخر بين أمريكا وهاواي ، وهذه الكوابل تم استخدامها لنقل رسائل التلغراف ثم لإجراء المكالمات الهاتفية ، هذا علما بأنها كانت بدائية في تركيبها وتصميمها ، إذ كانت مصنوعة من الأسلاك المعدنية التقليدية .

ومع زيادة التقدم في مجال الاتصالات ، تم إنشاء العشرات من هذه الكوابل والتي ربطت معظم أجزاء الكرة الأرضية ، ونظرا للحاجة الماسة إلى مواكبة التقدم التكنولوجي في قطاع الاتصالات تم في عام 1988 مد أول كابل مصنوع من الألياف الضوئية وذلك عبر المحيط الأطلسي ، ثم تولت بعد ذلك شركات كبرى عالمية مد هذه الكوابل الحديثة في شتى أنحاء العالم، حتى تحول عالمنا الحالي إلى قرية صغيرة بفضل هذه الوسيلة الفعالة للاتصال بين الناس في شتى أنحاء المعمورة.

تركيب الكوابل البحرية

تتركب الكوابل البحرية الحديثة من مجموعة من الطبقات المختلفة التي تلعب دورا هاما في حسن سير عملها ، وهذه الطبقات صممت لحماية الجزء الأهم من الكابل ومنع الضرر الذي قد يلحق به جراء تعرضه لمؤثرات خارجية ، وهذه الطبقات هي :

1- غلاف من مادة البولي ايثيلين Polyethylene ، وهي مادة كيميائية مقاومة للماء.
2- شريط لاصق سميك Mylar.
3- أسلاك حديدية غير قابلة للأكسدة.
4- حاجز مضاد لتسرب الماء مصنوع من الألمنيوم.
5- غلاف من البولي كربون polycarbonate ، وهذه المادة مقاومة للصدمات ولدرجات الحرارة المتطرفة.
6- ماسورة من النحاس أو الألمنيوم.
7- جل بترولي كثيف جدا.
8- ألياف بصرية دقيقة Optical Fibers، يتم نقل الإشارات الضوئية في داخلها.

تمديد الكوابل البحرية يتطلب استخدام تقنيات متطورة وفرق فنية متخصصة وسفن مجهزة لهذه الغاية ، حيث يتم الاستعانة بالأقمار الصناعية لمعرفة أفضل مسار ممكن لهذه الكوابل ، كما يتم تركيب وحدات تضخيم كل مئة كيلومتر تقريبا تدعى Repeaters والتي تلعب دورا هاما في تضخيم الإشارة المارة في هذه الكوابل.

إن التطورات التي أدخلت على هذه الكوابل والتحسينات التقنية والفنية ، أهلتها لنقل كم هائل من البيانات في اللحظة الواحدة ، وصل إلى أكثر من 1.5 تيرا بايت في الثانية الواحدة ، وهذه الميزة أكسبت هذه الكوابل سمعة طيبة في مجال نقل وتبادل البيانات والمعلومات والمعطيات الرقمية بكل سهولة ويسر.

تلف الكوابل البحرية وإصلاحها

تتعرض الكوابل البحرية لمخاطر متنوعة مما يؤدي إلى قطعها وتلفها أو إلحاق أضرار جزئية فيها ، هذه الأضرار قد تنجم عن الحركات الأرضية في قيعان البحار والمحيطات بسبب الزلازل والصدوع والانهيارات والبراكين ، كما قد تلحق بها بعض الأسماك والكائنات البحرية أضرارا فادحة وخصوصا اسماك القرش التي قد تتمكن من قطعها أو تدمير تركيبها ، كما قد تتعرض هذه الكوابل للتلف جراء السفن ومراسيها أو نتيجة عمليات الصيد التي تتم في البحار .

هذا من جانب ، ومن جانب آخر فإن هذه الكوابل يمكن أن تتلف نتيجة الأعمال التخريبية المتعمدة ، كما هو الأمر في النزاعات الدولية والحروب والهجمات الإرهابية.

وإصلاح هذه الكوابل التالفة يعتبر أمرا شاقا ولا يمكن أن يتم إلا من قبل فرق عمل متخصصة في هذا المجال وبواسطة سفن إصلاح خاصة ، ولدى حدوث أي عطل ، يتم أولا تحديد مكان حدوث التلف في الكابل البحري عن طريق إرسال إشارة ضوئية في هذا الكابل من قبل جهاز يطلق عليه اسم مقياس الانعكاس الزمني الضوئي ، ولدى وصول هذه الإشارة إلى مكان التلف تنعكس وتعود إلى مصدر إطلاقها ،وبحساب الزمن اللازمة لذهاب الإشارة وانعكاسها يمكن تحديد مكان الخلل في الكابل بسهولة ويسر وبهامش خطأ يبلغ حوالي 10 متر.

بعد تحديد مكان التلف في الكابل ، تتوجه طواقم العمل إلى المكان المحدد ويتم رفع الكابل المعطل إلى سطح سفينة الإصلاح بواسطة روافع هيدروليكية قوية ، ثم يتم إجراء عملية التصليح ووصل الأجزاء المقطوعة بالاستعانة بأجهزة خاصة لهذه الغاية ومجاهر لوصل الألياف الضوئية التالفة وربطها من جديد وإعادة فحصها للتأكد من أن الكابل تم وصله بشكل مناسب .

يتم بعد ذلك إعادة الكابل إلى مكانه تحت سطح الماء ، وبواسطة آلة خاصة يتم طمر هذا الجزء تحت قاع المحيط لضمان عدم تعرضه مجددا للتلف.


إجراءات لا بد منها
إن ضمان عدم تكرار انقطاع خدمات الاتصالات والإنترنت في منطقتنا العربية ، مرهون بجودة وسلامة مثل هذه الكوابل التي تشكل همزة الوصل بيننا وبين العالم، فليس من المقبول أن تكون شبكة الإنترنت وشبكة الاتصالات بوجه عام مرهونة لكابل بحري ملقى في مكان ما.

فحدوث مثل هذا الخلل التقني وارد في أي مكان في العالم وفي أي زمان ، لكن عدم وجود احتياطات وخطط بديلة وقنوات اتصال احتياطية يعتبر أمرا خطيرا للغاية ، فبين لحظة وأخرى يمكن أن نصبح في جزيرة معزولة عن محيطنا الدولي.

إن توجيه جزء من الاستثمار في هذا المجال ، أمر ضروري للغاية ، وتشجيع شركات دولية لمد كوابلها في منطقتنا العربية يعتبر أمرا هاما وحيويا ولا يحتمل التأخير وخصوصا أن منطقتنا العربية تتمتع بموقع جغرافي وسطي ممتاز.

هذه الحادثة بينت إن دوام تواصلنا مع محيطنا أصبح أمرا حيويا وهاما، فشبكة الإنترنت لم تعد من كماليات الحياة ووسيلة لممارسة هواياتنا وقضاء أوقات الفراغ من خلال تصفح ما ينشر عليها من أخبار ومعلومات ، بل أصبحت جزءا هاما من منظومة حياتنا اليومية وأصبح التواصل عبرها أمرا أساسيا لشركاتنا ومؤسساتنا المختلفة .

من هنا فإن توفير الاتصال الجيد أمرا لا يمكن أن يكون رهنا بكابل بحري قد ينقطع مستقبلا في أي لحظة وفي أي مكان ، مما سيفرض علينا أن نغرق مجددا في ظلام معلوماتي.

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:08 pm

ماذا تعرف عن ملفات الـ MP3 الصوتية؟

مشغل ام بي 3 حديث


تعتبر تكنولوجيا الـ MP3 من أهم أنواع التكنولوجيا التي طورت الملفات الصوتية وبالأخص عندما ظهر تأثيرها على صناعة الموسيقى، فكما نعلم أن انتشار الأشرطة المغناطيسية التي استخدمت لتخزين الصوت ومن ثم تعدد مشغلات هذه الأشرطة من أنواع المسجلات ذات الأحجام المختلفة التي يصل منها إلى المحمول والضخم ثم انتشرت أقراص الليزر المضغوطة (السي دي) والتي تميزت بنقاوة الصوت ووضوحه بالمقارنة بأشرطة الكاسيت وقد طورت أجهزة لتشغيل أقراص الليزر.

مع انتشار استخدام شبكة الانترنت والحاجة إلى تدعيم المواقع بالصوت والصورة والفيديو تطورت تكنولوجيا التسجيل الرقمي Digital للصوت في صورة ملفات صوتية تعرف باسم MP3 وانتشرت بطريقة واسعة لمحبي الموسيقى وسمعها على الانترنت. حيث تميزت هذه الملفات الصوتية بنقاوتها ووضوحها وقلة حجم الملف الذي تحجزه من ذاكرة الحاسوب.

ملفات MP3

لابد لك من الرجوع إلى موضوع كيف تعمل أقراص الليزر لمعرفة كيف يمكن تخزين المعلومات الصوتية (حديث أو موسيقى أو أغاني أو محاضرة) على أقراص الليزر حيث يتم تخزين المعلومات الصوتية على قرص الليزر على شكل معلومات رقمية Digital Information. المعلومات التي تخزن على قرص الليزر هي معلومات غير مضغوطة وذات جودة فائقة فعلى سبيل المثال لنأخذ ما يحدث عند تسجيل أو إنتاج قرص ليزر يحتوي على مقطوعة موسيقية.

يتم تقطيع المعلومات التناظرية وتحويلها الى معلومات رقمية بمعدل 44100 مرة لكل ثانية والتي تعرف بمصطلح Sample Rate وكل قطعة Sample تحجز 2 بايت (أي 16 بت)

يتم تخزين كل قطعة Sample مرتين واحدة للسماعة اليمين والثانية للسماعة اليسار في نظام الستيريو.

وبعملية حسابية بسيطة يمكن معرفة المساحة المطلوبة لتخزين زمن ثانية من الصوت على قرص ليزر سي دي.

44,100 samples/second * 16 bits/sample * 2 channels = 1,411,200 bits per second

وهذا يعني انه يلزمنا مساحة تخزين وقدرها 1.4 مليون بت لكل ثانية اي ما يعادل 176000 بايت لكل ثانية. فإذا افترضنا ان في المتوسط يصل زمن اغنية الى 3 دقائق فإن هذه الاغنية ستخزن على قرص الليزر مستغلة مساحة قدرها 32 مليون بايت أي 32MB وهذا حجم كبير جداً يصعب التعامل معه على الانترنت فتحتاج إلى أكثر من ساعتين لتحميله على جهازك إذا كنت تستخدم مودم للاتصال بالانترنت.

نأتي هنا إلى دور الـ MP3 فهي تكنولوجيا ضغط الملفات الصوتية حيث تساعد الـ MP3 في تقليل الذاكرة المستخدمة لتخزين الملفات الصوتية بطريقة لا تؤثر على نقاوة ووضوح الصوت. وبالتالي يمكن التأكيد على أن الهدف من نظام الـ MP3 هو ضغط الملفات الصوتية الرقمية المخزنة على قرص الليزر بمقدار يصل إلى 14 مرة دون التأثير على نقاوة الصوت ووضوحه. فيمكن تحويل 32MB من تسجيل على قرص الليزر إلى 3MB بصورة MP3 وبنفس الجودة. وهنا يمكن تحميل ملف صوتي 3MB في غضون دقائق بدلا من ساعات.

قبل الشروع في شرح فكرة ضغط الملفات الصوتية أو بمعنى آخر تحويل ملف صوتي من سي دي إلى MP3 دعنا نقوم بضرب عدد من الأمثلة على ضغط ملفات الوورد لتقليل حجمها في صورة ملف rar أو zip وكذلك ضغط الصور الفوتوغرافية في صورة GIF أو JPG فهذه عبارة عن برامج ضغط تستخدم الغورثيم معين لضغط كل نوع من الملفات دون التأثير في جودته ودقته مع التركيز في النهاية على تقليل حجم الذاكرة التي يستغلها على القرص الصلب.

فكرة ضغط الملفات الصوتية تعتمد على الغورثيم يأخذ في عين الاعتبار خصائص الإذن البشرية والتي تتلخص في النقاط التالية:

1. هناك أصوات لا يمكن أن تسمعها الآذن البشرية.
2. هناك أصوات يمكن أن تسمعها الآذن البشرية بصورة أوضح من أصوات أخرى.
3. إذا وجد مصدرين للصوت في نفس اللحظة فنسمع الصوت الأعلى ولا نسمع الصوت المنخفض.

بأخذ الحقائق السابقة في الحسبان فإن أجزاء عديدة من المقطوعة الموسيقى المراد ضغطها يمكن أن يحذف دون أن يدرك المستمع إلى حدوث فرق بين الصوت قبل الضغط (على قرص الليزر) أو بعده (ملف MP3). لأنه خلال عملية الضغط أو التحويل تم حذف الأصوات الغير مسموعة والتي تتمثل في صورة ترددات لا تدركها الآذن البشرية.

مما سبق نلاحظ أن الـ MP3 هو ببساطة ملف صوتي مضغوط لتقليل المساحة التي يشغلها من ذاكرة الحاسوب ويصبح من السهل تداوله على شبكة الانترنت.

أصل التسمية MP3

ولمعرفة أصل التسمية دعنا نلقى الضوء على الاختصار MPEG وهو اختصار لـ Moving Picture Experts Group والتي تعني مجموعة خبراء الصورة المتحركة. هذه المجموعة طورت نظام لضغط ملفات الفيديو فيمكن على سبيل المثال ضغط ملفات الـ DVD أو ملفات HDTV أو ملفات المسجلة من القنوات الفضائية DSS وتحويلها إلى ملف MPEG ليصبح حجم ملف الفيديو مناسب ويجدر بالذكر أن ملفات الفيديو بالإضافة إلى الصورة تكون مصحوبة بالصوت وعند ضغط ملفات الفيديو إلى نسق الـ MPEG يتم ضغط الصوت بنسق يسمى MPEG الطبقة الثالثة للصوت MPEG audio layer-3 وتختصر بـ MP3.

وبالرغم من انتشار ملفات الـ MP3 توجد العديد من صيغ الملفات الرقمية الصوتية مثل:

WMA - Windows Media Audio
WAV - Waveform Audio
MIDI - Music Instrument Digital Interface.
AAC - Advanced Audio Coding (AAC)
Ogg Vorbis - A free, open, and un-patented music format
ADPCM - Adaptive Differential Pulse Code Modulation
ASF - Advanced Streaming Format
VQF - Vector Quantization Format

العديد منا يستخدم ملفات الـ MP3 لسماع الموسيقى على أجهزة الحاسوب بعد تحميلها من الانترنت وهناك العديد من المزايا للتعامل مع ملفات الـ MP3 على الحاسوب على سبيل المثال استخدام احد برامج تحرير الصوت لتحويل الملفات الصوتي على قرص الليزر المضغوط لتحويل محتوياته إلى ملفات MP3 أو العكس أي تحويل ملفات قمت بتحميلها من الانترنت على جهاز الحاسوب وتحويلها إلى ملفات صوتية على قرص الليزر كما يمكنك نسخ آلاف المقطوعات الموسيقية بنسق MP3 على اسطوانة ليزر وتشغيلها على جهاز الحاسوب.

يمكنك أيضا باستخدام برامج تحرير الصوت من عمل المونتاج الذي تريد مثل إضافة صدى الصوت أو زيادة تكبير الصوت أو حذف التشويش والضوضاء أو دمج مقطوعين أو حذف جزء أو غيرها من عمليات التحرير ثم تخزينها بالصورة الجديدة

هذا بالإضافة إلى انتشار مشغلات خاصة لتشغيل ملفات الـ MP3 سنتحدث عنها لاحقاً.

التكنولوجيا ساعدت في تسهيل تحميل ملفات الموسيقى من الانترنت وتشغيلها على جهاز الحاسوب

كان في البداية لتشغيل الملفات الصوتية بنسق الـ MP3 تحتاج إلى برنامج خاص تحمله على جهاز الحاسوب لسماع الملفات الصوتية وكان أشهر هذه البرامج هو منتج شركة winamp، ولكن حاليا فإن معظم مشغلات الصوت مثل برنامج Real player وبرنامج Media player الشهيران يمكنهم تشغيل ملفات الـ MP3 بالإضافة إلى البرامج الأخرى.

إذا لم تمتلك كمبيوتر كيف يمكن سماع ملفات الـ MP3

طورت العديد من الشركات العالمية مثل سوني وكرياتيف وسامسونج مشغلات لملفات Mp3 التي يتم تحميلها من الحاسوب ونقلها إلى تلك الأجهزة ويمكنك أيضا نسخ هذه الملفات على اسطوانات سي دي وسماعها على الأجهزة التي تدعم هذه التكنولوجيا وحاليا أضيفت هذه الخاصية إلى مسجلات السيارات الحديثة.

منذ اختراع مشعلات الـ MP3 في عام 1998 وحتى الآن تعتبر هذه المشغلات أعظم تطور في مجال أجهزة تشغيل الموسيقى والصوتيات. وذلك للمزايا العديدة التي أضفتها مشغلات الـ MP3 وتميزت بها عن مشغلات الكاسيت والسي دي

مراحل تطور مشغلات الصوت

1877 - Thomas Edison invents the phonograph.
1880s - Nikolai Tesla invents radio.
1887 - Emile Berliner patents gramophone, using flat zinc discs.
1906 - First radio program of voice and music is broadcast using a continuous wave of electromagnetic energy from Brant Rock on Massachusetts's Cape Cod.
1929 - Frequency Modulation (FM) radio introduced
1934 - Joseph Begun builds first tape recorder for broadcasting.
1948 - Columbia Records introduces the long-playing (LP) record, which is played at 33.3 revolutions per minute (RPM).
1949 - RCA introduces 45 RPM records.
1965 - 8-track magnetic tape introduced
1969 - Internet created
1979 - Sony Walkman cassette player introduced (By 1995, 150 million sold)
1983 - Sony and Philips introduce compact disc technology.
1986 - Sony develops MiniDisc technology, six years prior to its commercial launch in 1992.
1989 - The Fraunhofer Institute in Germany patents MP3 format.
1992 - Phillips introduces the Digital Compact Cassette (DCC). Both Sony (with the MiniDisc) and Phillips (with DCC) hope to takeover where audio cassettes left off.
1998 - First MP3 players introduced (Saehan's MPMan, sold in Korea)

حيث يمكن ترتيب وتشغيل آلاف المقطوعات الموسيقية على جهاز صغير، ويوجد العديد من الأشكال المختلفة لمشغلات الـ MP3 بما فيها أجهزة الجوال التي تدعم ملفات الـ MP3.

تختلف مشغلات الـ MP3عن مشغل الكاسيت والسي دي في أنها لا تحتوي على أية قطع تتحرك ميكانيكية حيث لا توجد تروس أو بكرات أو موتور لإدارة شريط الكاسيت أو السي دي حيث تقوم مشغلات الـ MP3 بتشغيل ملفات الكترونية بنفس فكرة تشغيل ملفات الكمبيوتر. وهذا يعد انتقالاً نوعياً في فكرة عمل الأجهزة الصوتية فمراحل تشغيل ملفات الـ MP3 هي:

1 استدعاء ملف MP3 المطلوب من الذاكرة.

2 فك تشفير الملف.

3 تكبير الإشارة الصوتية لتمكين السماعات من إخراج الصوت.

ولأداء هذه المراحل الثلاثة فإن جهاز مشغل الـ MP3 يحتوي على ما يلي:

مدخل للبيانات Data port

ذاكرة Memory

ميكروبروسيسور Microprocessor

معالج الإشارة الرقمية Digital signal processor (DSP)

شاشة عرض Display

أزرار التحكم Playback controls

مخرج للصوت Audio port

مكبر الصوت Amplifier

وحدة تغذية كهربية Power supply

لوحة الكترونية لمشغل MP3

ويتصل مشغل الـ MP3 بجهاز الكمبيوتر من خلال وصلة USB أو وصلة FireWire وذلك لتبادل المعلومات وتحميل الملفات الصوتية المطلوبة داخل الجهاز.

وتختلف الوسائط المستخدمة من قبل أجهزة الـ MP3 لتخزين الملفات الصوتية وهي

* ذاكرة فلاشInternal Flash memory

* كرت فلاش CompactFlash cards

* ملتيميديا كارت SmartMedia cards

* شريحة ذاكرة Memory Stick

هذا بالإضافة إلى إمكانية أن تحتوي المشغلات على قرص صلب HardDisk في حالة الحاجة إلى ذاكرة هائلة تصل إلى 40GB مثلاً.

يعتبر الميكروبروسسور Microprocessor العنصر الرئيسي في تشغيل الجهاز وهو يمثل العقل المتحكم في كافة العمليات مثل تلقي تعليمات التشغيل من المستخدم وتنفيذها وإظهار المعلومات على شاشة العرض وتطبيق إشارة معالج الإشارة الرقمية الـ DSP على النغمة الصوتية لإعطاء التأثير الصوتي المطلوب.

تشغيل ملفات الـ MP3

أما معالج الإشارة الرقمية الـ DSP فهو عبارة عن تطبيق تأثير صوتي مبرمج مسبقا على النغمة الصوتية مثل كلاسيك أو غيره من التأثيرات كما يتحكم في توزيع شدة الصوت على تردد الصوت وهو ما يعرف باسم الجرافيك اكولايزر EQ.

أما مكبر الصوت Amplifier فيقوم بتكبير شدة الإشارة الصوتية وإرسالها إلى مخرج الصوت المرتبط بالسماعات لنتمكن من سماع الصوت من خلالها.

وتعتمد التغذية الكهربية لمشغل الـ MP3 على بطاريات عادية وتبلغ مدة التشغيل من 1- إلى 12 ساعة تقريباً.

أما الجزء الرئيسي لمشغل الـ MP3 فتعتمد على الذاكرة المستخدمة Memory وسعة الذاكرة تلعب دوراً رئيسياً في تحديد سعر الجهاز وتتنوع الذاكرة المستخدمة حسب الشركة المنتجة للجهاز فهي أما تكون ذاكرة فلاش Flash Memory والتي تتميز بصغر حجمها وخفة وزنها وتتميز أيضا بعدم وجود أي حركة ميكانيكية فهي لا تتأثر بالحركة او الارتجاج، ولكن سعتها التخزينية محدودة وهذا مما يجعل البطارية تعمل لفترات أطول.

أما النوع الثاني من الذاكرة فهو الذي يعتمد على قرص صلب Hard drive والذي يعد أثقل وزناً من ذاكرة الفلاش ولكن يكون ذو سعة تخزينية هائلة تستطيع تحميل ما يزيد عن 70 ساعة صوتية أو أكثر ولكن القرص الصلب يعمل من خلال حركة العديد من أجزاءه مثل القرص الصلب المستخدم في أجهزة الكمبيوتر فالحركة والارتجاج الذي قد يتعرض له الجهاز يؤدي إلى انقطاع في التسلسل الصوت المنبعث منه وهذا النوع يستنزف البطارية أسرع من ذاكرة الفلاش وفي الأغلب يكون مزود بمحول كهربي بالإضافة إلى البطارية.

أما النوع الثالث من الذاكرة المستخدمة فهو القرص المدمج CD والذي يمكنك من نسخ ملفات الـ MP3 التي على جهاز الكمبيوتر على CD وتشغيلها كما لو كانت ملفات صوتية مع الفارق انه يمكن نسخ ما يقارب 150 قطعة موسيقية تبلغ كل قطعة 4 دقائق بنفس جودة الـ Audio CD الذي يحتوي على 12-20 قطعة موسيقية فقط. وتسمي هذه الأجهزة التي تعتمد على التخزين على CD بمشغل MP3 CD وتكون في الأغلب ارخص سعرا من الأجهزة التي تعمل بذاكرة الفلاش.

حديثا طورت شركة سوني ذاكرة للتخزين تسمي MiniDisc لتشغيل كافة الملفات الصوتية الرقمية ويصل سعته التخزينية إلى 1GB او 45 ساعة من الصوت ويمنها تشغيل عدة أنواع من الملفات الصوتية مثل MP3 او WMA أو WAV. كما بمكن تخزين ملفات الوورد والاكسيل او ما يعرف بملفات البيانات.

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:08 pm


فرن المايكروويف.. تسخين الطعام بموجات الراديو

جهاز مايكروويف


يعتبر الطهي بواسطة أشعة الميكروويف من تكنولوجيا القرن العشرين لما توفره من سرعة في تحضير الطعام أو تسخينه وكفائتة العالية في توفير الطاقة المستخدمة في الأفران التقليدية التي تعمل بالكهرباء أو الغاز حيث أنها تعمل على تسخين المواد الغذائية فقط دون غيرها.

ما هي أشعة الميكروويف؟

أشعة المايكروويف هي جزء من الأشعة الكهرومغناطيسية ذات طول موجي طويل يقاس بالسنتمتر في المدى من 0.3 إلى 30 سنتمتر تنتج هذه الأشعة في الطبيعة عندما يمر تيار كهربي من خلال موصل وهي تشبه موجات التلفزيون والراديو والجوال. ولهذه الأشعة استخدامات عديدة منها في طهي الطعام وهو ما يعرف بفرن المايكروويف Microwave oven كما تستخدم في الاتصالات ونقل المعلومات وأجهزة الاستشعار عن بعد وأجهزة الرادار ومن هنا فإن استخدامها في الطهي هو جزء بسيط من تطبيقاتها العملية العديدة،

فكرة عمل فرن المايكروويف

يستخدم فرن المايكروويف أشعة المايكروويف لتسخين الطعام الموضوع في داخل الفرن، وللعلم فإن أشعة المايكروويف هي أمواج راديو ذات ترددات 2500 ميجاهيرتز وهذه أمواج الراديو عند هذا التردد تمتلك خاصية هامة هي:


الخاصية الأولى

أن أشعة المايكروويف تمتص بواسطة الماء والمواد الدهنية والمواد السكرية، وهذا يعني أن جزيئات تلك المواد التي تحتوي على الماد والدهون والسكريات تمتص هذه الأشعة من خلال ذرات وجزيئات تلك المواد وامتصاص هذه الأشعة (المايكروويف) تكسبها طاقة تجعلتا تتذبذب بدرجة كبيرة مما تتصادم مع بعضها البعض وتنتج حرارة التسخين اللازمة لطهيها.

الخاصية الثانية

أن المواد البلاستيكية بجميع أنواعها والمواد الزجاجية والسيراميك والفخار لا تمتص أشعة المايكروويف ولا تتأثر بها، وهذا يعني أنها لن ترتفع درجة حرارتها، أما المواد المعدنية اللامعة مثل الألمونيوم فيعكس تلك الأشعة ولذا يحظر استخدامها داخ أفران المايكروويف

التصميم الفني لفرن الميكروويف

يعتمد التصميم الفني للفرن على تركيبات متداخلة من الدوائر الكهربائية والأجهزة الميكانيكية لإنتاج وتنظيم الطاقة اللازمة لتسخين وطهي الطعام، وبصفة عامة فإن فرن الميكروويف يتكون من نظامين رئيسيين للتشغيل وهما: وحدة التحكم ووحدة إنتاج الفولت العالي.

وحدة التحكم

تتكون من مؤقت الكتروني ومنظم للطاقة الكهربائية وأجهزة الأمان فعندما يمر التيار الكهربائي من مصدر الطاقة عبر الأسلاك إلى داخل الفرن فإنه تعترض \ه سلسلة من الفيوزات والدوائر الكهربائية المصممة لإبطال عمل الفرن ذاتيا عند حدوث ماس كهربائي أو أي خلل تشغيلي آخر.

وحدة إنتاج الفولت العالي

بعد مرور التيار الكهربائي والتأكد من سلامة الأجهزة التشغيلية بالفرن تقوم وحدة إنتاج الفولت العالي والمكثف بمضاعفة الفولت الناتج من 115 فولت إلى 3.000 فولت تقريبا، وعندئذ تقوم وحدة المجنيترون بطريقة ديناميكية بتوليد ذبذبات موجية ذات قوة عالية والمعروفة بالموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بدورها عبر قناة معدنية تغذي منطقة الطهي ويتم توجيه هذه الموجات إلى الطعام من جميع الجهات

كيف يقوم فرن المايكروويف بالطهي؟

يقوم فرن المايكروويف بطهي الطعام من الداخل إلى الخارج بعكس الأفران العادية التي تقوم بالطهو من الخارج إلى الداخل حيث تنتقل حرارة الفرن منه إلى الوعاء وتنتقل الحرارة من الوعاء إلى المواد الملاصقة له بالتوصيل بينما لا يزال وسط الطعام باردا وهذا ما يسبب احتراق الأجزاء الملاصقة للوعاء عند نهاية الطهي، في حالة الطهو باستخدام أشعة المايكروويف فإن أمواج الراديو تمتص بواسطة جزيئات الماء والدهون المكونة للطعام وبالتالي ترتفع درجة حرارة كل جزيئات الطعام في نفس الوقت وبنفس الدرجة لأن كل الجزيئات تثار بنفس الدرجة ولا حاجة لنقل الحرارة بالتوصيل ومن هنا نعرف الفرق بين الطريقة التقليدية للطهو وطريقة فرن المايكروويف وهي أن الأول يعمل بنقل الحرارة بالتوصيل بينما الميكروويف يسخن من خلال إثارة جزئيات الماء المكون للطعام.

ومن هنا نستنتج من توضيح فكرة عمل فرن المايكروويف أن لا خطر من استخدامه حيث أن الأشعة المستخدمة هي أشعة الراديو التي تحيطنا والأشعة المنبعثة من الفرن لا تخرج إلى خارجه كما أن نظام الحماية يوقف هذه الأشعة بمجرد فتح باب الفرن.

مشكلة البقع الساخنة وكيفية حلها

وجد عمليا أن الطهي بفرن الميكروويف ينتج عنه توزيع غير منتظم للحرارة على مساحة الفرن وهذا يعود إلى ما يعرف بتكون البقع الساخنة Hot Spot والذي يعود إلى أن أشعة المايكروويف تنعكس على جدران الفرن مما تتسبب في تداخل بين الأشعة الساقطة والأشعة المنعكسة كما يحدث في أمواج الماء، هذه التداخلات تؤدي إلى تراكبات بناءة تكون عندها شدة الأشعة اكبر ما يمكن وأخرى هدامة تكون عندها شدة الأشعة اصغر ما يمكن وهذا يسبب اختلاف توزيع الحرارة.

وهذا يسبب عدم نضج بعض أجزاء الطعام داخل الفرن بينما أجزاء أخرى تنضج جيداً ولحل هذه المشكلة تم إضافة موتور لإدارة الوعاء داخل المايكروويف باستمرار لضمان توزيع منتظم للحرارة على أجزاء الطعام.

حقائق حول فرن الميكروويف

كما علمنا أن فرن الميكروويف يستخدم إشعاع الميكروويف التي تعمل على تسخين الطعام أولا ثم قد تؤثر على العبوات أو الأطباق التي تحتوي على الطعام لذلك فإنه يجب التأكد من أن نوع أوعية وأغلفة البلاستيك المستخدمة أنها خاصة لاستخدام الميكروويف ولابد كذلك التأكد بعد عملية الطبخ بالميكروويف انه لا توجد أي رائحة أو طعم حيث انك إذا شممت وشككت في وجود رائحة غريبة أو طعم غريب يشبه البلاستيك فيجب التخلص من الغذاء وعدم أكله حيث أن الخطر من استخدام الميكروويف ان هناك احتمالات من هجرة مواد بلاستيكية إلى الغذاء عند الطبخ والتسخين، ورغم المراقبة على أنية وأغلفة البلاستيك المستخدمة في الميكروويف إلا انه يجب علينا الحذر من استخدام الأدوات والآنية البلاستيكية التي لم تعد لاستخدامات الميكروويف حيث انه ثبت خطورتها عند التسخين وخصوصاً مع وجود الدهون في الطعام التي لابد من استخدام درجة حرارة عالية لتسخينها تجعل وصول الحرارة إلى الآنية والأغلفة. ورغم نجاح موجات الميكروويف في عملية التسخين والطبخ لسرعتها الفائقة واختزال وقت الطبخ بشكل سريع إلا أن استخدام أوان خاصة ضروري

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:09 pm


تكنولوجيا أشعة الليزر.. كيفية عملها واستخداماتها



دخلت أشعة الليزر في العديد من المنتجات التكنولوجية فتجدها عنصر أساسي في أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة أو في آلات طبيب الأسنان أو في معدات قطع ولحام الحديد أو في أدوات القياس وغيرها من المجالات. كل تلك الأجهزة تستخدم الليزر ولكن ما هو الليزر وما الذي يجعل الليزر مميز عن غيره من المصادر الضوئية. في هذه المقالة سوف نقوم بشرح كل ما يتعلق بالليزر بشكل مبسط وواضح.

جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولي لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية :

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

وتعني تكبير الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث الاستحثاثي Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي Radiation. وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت اينشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث الاستحثاثي stimulated emission وتم تصميم أول جهاز ليزر في 1960 بواسطة العالم ميمان T.H. Maiman باستخدام بلورة الياقوت ويعرف بليزر الياقوت Ruby laser.

أساسيات فيزيائية حول الذرة

يوجد في الكون 100 نوع مختلف من الذرات وكل شيء حولنا هو مكون من الـ 100 ذرة تلك، ولكن كيف تتحد وتترابط الذرات مع بعضها البعض لتكون المواد مثل الماء المكون من ذرتين هيدروجين وذرة اكسجين أو كيف تكونت قطعة من الحديد أو النحاس. إن الذرات في حركة مستمرة حيث تتذبذب الذرات حول موضع استقرارها في المادة كما أن الذرات لها حركة دائرية أو حركة انتقالية أيضاً. فلو نظرت إلى طاولة خشبية مثلاً وبالرغم من أنها ثابتة في مكانها إلى أنها ذراتها التي كونت الخشب في حركة مستمرة.

نتيجة لحركة الذرات التي تكتسبها من الطاقة الحرارية فإنها تتواجد في حالات مختلفة من الإثارة أو بمعنى آخر أن الذرات لها طاقات مختلفة، فلو زودت ذرة ما بكمية من الطاقة فإن الذرة تنتقل من المستوى الأرضي ground state الذي تتواجد فيه إلى مستوى طاقة أعلى يسمى بمستوى الإثارة excited state. يعتمد مستوى الإثارة على كمية الطاقة التي ذودت بها الذرة ومصدر الطاقة إما حرارة أو ضوء أو كهرباء.

تحتوي الذرة على النواة (المكونة من البروتونات والنيوترونات) والإلكترونات التي تدور حول النواة في مدارات مختلفة كل مدار هو عبارة عن مستوى طاقة.

إذا ذودت الذرة بطاقة حرارية لأول طاقة من مصدر ضوئي أو كهربائي فإن بعض الإلكترونات في الذرة سوف تنتقل من المدار ذو مستوى الطاقة الأدنى إلى مدار طاقته أعلى وابعد من النواة.

امتصاص الطاقة

تمتص ذرة الطاقة من الحرارة أو الضوء أو الكهرباء. تنتقل الإلكترونات من مستوى الطاقة الأقل إلى مستوى طاقة أعلى.

هذه الفكرة السابقة هي مبسطة عن امتصاص الطاقة في الذرة ولكن تعتبر الأساس في دور الذرة لإنتاج الليزر.

عندما ينتقل الإلكترون إلى المدار ذو مستوى الطاقة الأعلى فإنه ما يلبث إلا أن يعود وينتقل إلى المستوى الطاقة الأدنى، وعندها فإن الإلكترون يحرر طاقة في صورة فوتون (ضوء).

تصدر الإلكترونات الفوتونات عند إثارتها وعلى سبيل المثال عند تسخين معدن مثل سلك السخان الكهربي فإنه يتحول لونه من اللون المعتم إلى اللون المتوهج وهذا التوهج ناتج من الفوتونات التي انطلقت بعد إثارة ذرات مادة سلك السخان الكهربي. كذلك لو فكرنا في فكرة عمل شاشة التلفزيون فهي تعطي الصورة من خلال الفوتونات التي تنتجها مادة الشاشة (الفوسفور) عند إثارتها بشعاع إلكتروني.

إذا نستنتج أن الضوء ينتج من الفوتونات المنبعثة من إثارة إلكترونات الذرة وتعتمد لون الفوتون (لون الضوء) على طاقة الفوتون.

علاقة الذرة بالليزر

لتعريف مبسط لليزر نقول معتمدين على الشرح السابق أنه جهاز يقوم بالتحكم في كيفية تحرير الذرات للفوتونات.

وكما ذكرنا فإن كلمة ليزر هي اختصار للجملة light amplification by stimulated emission of radiation والتي معناها يشرح بالتفصيل فكرة عمل الليزر والذي يعتمد على إن الليزر ما هو إلا ضوء مكبر بواسطة عملية تسمى الانبعاث الإستحثاثي للإشعاع وهذا ما قصدنا به التحكم بكيفية تحرير الذرة للفوتون.

بالرغم من وجود عدة أنواع من الليزر إلا أنهم جميعاً يشتركون في نفس الخصائص. ففي الليزر يوجد المادة التي تنتج الليزر يتم إثارتها بواسطة عملية ضخ pumping للإلكترونات من المستوى الأرضي إلى مستوى الإثارة. يستخدم للضخ الإلكتروني ضوء فلاش قوي أو بواسطة التفريغ الكهربي ويساعد هذا الضخ على تزويد أكبر قدر ممكن من الإلكترونات لتنتقل إلى مستويات الطاقة الأعلى فتصبح مادة الليزر مكونة من ذرات ذات إلكترونات مثارة ونسميها بالذرة المثارة. ومن الجدير بالذكر أن أنه من الضروري جداً إثارة عدد كبير من الذرات للحصول على ليزر وتسمى هذه العملية بانقلاب التعداد population inversion أي جعل عدد الذرات المثارة في مادة الليزر أكبر من عدد الذرات الغير مثارة.

قلب التعداد هو الذي يجعل الضوء الذي تنتجه المادة ليزراً وإذا لم نصل إلى مرحلة انقلاب التعداد نحصل على ضوء عادي.

وكما امتصت الإلكترونات طاقة كبيرة من خلال عملية الضخ فإن الإلكترونات هذه تطلق الطاقة التي امتصتها في صورة فوتونات أي ضوء.

الفوتونات المنبعثة لها طول موجي محدد (ضوء بلون محدد) يعتمد على فرق مستويات الطاقة التي انتقل بينها الإلكترونات المثارة. وإذا كان الانتقال لكافة الإلكترونات بين مستويين طاقة محددين، فإن كل القوتونات المنبعثة سيكون لها نفس الطول الموجي.

الإلكترون باللون الأحمر مثار ينتقل إلى مستوى طاقة أدنى (الإلكترون باللون الأزرق) ويفقد طاقته في صورة فوتون

ضوء الليزر :

ضوء الليزر يختلف عن الضوء العادي حيث يكون له الخصائص التالية:

الضوء المنبعث أحادي اللون monochromatic أي أن له طول موجي واحد. يحدد الطول الموجي لون الضوء الناتج وكذلك طاقته.

الضوء المنبعث من الليزر يكون متزامن coherent أي أن الفوتونات كلها في نفس الطور مما يجعل شدة الضوء كبيرة فلا تلاشي الفوتونات الضوئية بعضها البعض نتيجة لاختلاف الطور بينها.

الضوء المنبعث له اتجاه واحد directional حيث يكون شعاع الليزر عبارة عن حزمة من الفوتونات في مسار مستقيم بينما الضوء العادي يكون مشتت وينتشر في أنحاء الفراغ.

المسئول عن هذه الخصائص هي عملية الانبعاث الإستحثاثي stimulated emission بينما في الضوء العادي يكون الانبعاث تلقائي حيث يخرج كل فوتون بصورة عشوائية لا علاقة له بالفوتون الآخر.

العامل المهم في إنتاج الليزر هو المرايا المثبتة على جانبي مادة إنتاج الليزر. تساعد المرايا على عكس بعض الفوتونات إلى داخل مادة الليزر عدة مرات لتعمل هذه الفوتونات على استحثاث الكترونات مثارة أخرى لتطلق مزيدا من الفوتونات بنفس الطول الموجي ونفس الطور، وهذه هي عملية التكبير للضوء light amplification. تصمم إحدى هاتين المرأتين لتكون عاكسيتها اقل من 100% لتسمح لبعض الفوتونات من الخروج عبرها وهو شعاع الليزر الذي نحصل عليه.

ليزر الياقوت Ruby Laser

مكونات ليزر الياقوت عبارة عن مصدر ضوء فلاش وساق من الياقوت ومرآتين مثبتتين على طرفي الساق إحدى هاتين المرأتين لها مقدار انعكاس 90%. يعتبر المصدر الضوئي مسؤولاً عن عملية الضخ وساق الياقوت هو مادة إنتاج الليزر.

(1) مكونات ليزر الياقوت

(2) فرق جهد عالي يعمل على تزويد الفلاش بالطاقة الكافية لتوليد ضوء ذو شدة عالية ولفترة زمنية قصيرة. هذا الضوء يعمل على إثارة الذرات في بلورة الياقوت إلى مستويات الطاقة الأعلى.

(3) تطلق بعض الذرات فوتونات

تنطلق الفوتونات بموازاة محور ساق الياقوت لتصطدم بالمرآة وتنعكس إلى داخل الياقوت عدة مرات لتستحث إلكترونات أخرى لتطلق فوتونات.

(5) فوتونات بطول موجي واحد وفي نفس الطور ومتجمعة في حزمة تعبر من المرآة لتعطي ضوء الليزر.

أنواع الليزر

يأتي الليزر بأنواع مختلفة حسب الاستخدامات وتنوع الليزر يأتي من تنوع المادة المستخدمة لإنتاجه فهناك من المواد الصلبة والسائلة والغازية، ويعتبر نوع المادة الأساس الأكثر استخداماً للتميز بين الأنواع المختلفة. ويسمى الليزر من خلال نوع المادة المستخدمة فمثلاً ليزر الهيليوم نيون He-Ne يعني أن المادة المستخدمة هي خليط من الهيليوم والنيون وليزر الياقوت يعني أن المادة المنتجة لليزر هي الياقوت وهكذا لباقي الأنواع الأخرى. ولنأخذ بعض الأمثلة لأنواع مختلفة لليزر:

ليزر الحالة الصلبة solid-state laser هو الليزر الذي ينتج بواسطة مادة أو خليط من مواد صلبة مثل الياقوت ruby أو خليط الالومنيوم واليتريم والنيودينيم neodymium:yttrium-aluminum ويسمى بليزر الـ TAG اختصاراً ويكون طوله الموجي في منطقة الأشعة تحت الحمراء.

ليزر الغاز Gas laser وهو يعتمد على مادة غازية مثل الهيليوم والنيون وغاز ثاني اكسيد الكربون وتكون اطوالها الموجية في مدى الأشعة تحت الحمراء وتستخدم في قطع المواد الصلبة لطاقتها العالية.

ليزر الإكسيمر Excimer laser وتطلق على أنواع الليزر التي تستخدم الغازات الخاملة مثل غاز الكلور أو الفلور أو الكربتون أو الأرجون وتنتج هذه الغازات أشعة ليزر ذات أطوال موجية في مدى الأشعة فوق البنفسجية.

ليزر الأصباغDye laser وهي عبارة عن مواد عضوية معقدة مثل الرودامين rhodamine 6G مذابة في محلول كحولي وتنتج ليزر يمكن التحكم في الطول الموجي الصادر عنه.

ليزر أشباه الموصلاتSemiconductor laser ويطلق عليه أحيانا بليزر الديود ويعتمد على المواد شبه الموصلة ويمتاز بحجم ليزر صغير ويستهلك طاقة قليلة ولذلك يستخدم في الأجهزة الدقيقة مثل أجهزة السي دي وطابعات الليزر.

يتميز الليزر بطوله الموجي فمثلا الطول الموجي لليزر الياقوت هو 694nm، ويتم أختيار مادة الليزر بناء على الطول الموجي المطلوب كما في الجدول التوضيحي أدناه، فمثلاً يستخدم ليزر غاز ثاني أكسيد الكربون في قطع المعادن الصلبة لأن طوله الموجي في مدى الأشعة تحت الحمراء وهي أشعة حرارية إذا سقطت بتركيز على سطح معدن تذيبه.

تصنيفات الليزر

يصنف الليزر بأربعة تصنيفات تعتمد على خطورتها على الخلايا الحية. فعند التعامل مع الليزر يجب الانتباه إلى الإشارة التي توضح تصنيفه.

التصنيف الأول Class I هذا يعني أن شعاع الليزر ذو طاقة منخفضة ولا يشكل درجة من الخطورة.

التصنيف الأول Class IA هذا التصنيف يشير إلى أن الليزر يضر العين إذا نظرنا في اتجاه الشعاع ويستخدم في السوبرماركت كماسح ضوئي وتبلغ طاقة الليزر الذي يندرج تحت هذا التصنيف 4mW.

التصنيف الثاني Class II هذا يشير إلى ليزر ضوئه مرئي وطاقته لا تتعدى 1mW.

التصنيف الثالث Class IIIA طاقة الليزر متوسطة وتبلغ 1-5mW وخطورته على العين إذا دخل الشعاع المباشر في العين. ومعظم الأقلام المؤشرة تقع في هذا التصنيف.

التصنيف الثالث Class IIIB طاقة هذا الليزر أكثر من المتوسط.

التصنيف الرابع Class IV وهي انواع الليزر ذات الطاقة العالية وتصل إلى 500mW للشعاع المتصل بينما لليزر النبضات فتقدر طاقته بـ 10 J/cm2 ويشكل خطورة على العين وعلى الجلد واستخدام هذا الليزر يتطلب العديد من التجهيزات وإجراءات الوقاية.

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:09 pm


الهاتف المحمول.. القطعة الإلكترونية التي اختصرت العالم



جهاز الجوال هو جهاز يشبه في عمله جهاز الراديو، ولكن راديو بدرجة عالية من الدقة والتعقيد. أخترع التلفون العادي العالم الكسندر جراهام بل Alexander Graham Bell في 1876، والاتصالات اللاسلكية تطورت نتيجة لاختراع وتطور أجهزة الراديو الذي اخترع بواسطة العالم نيكولاي تسلا Nikolai Tesla في 1894. ومن الجدير بالذكر أنه من الطبيعي أن تتحد وتندمج فكرة الهاتف والراديو معا.

هذا بالنسبة لتلفونات الراديو، أما في نظام تلفون الجوال فإن المدينة تقسم إلى خلايا صغيرة cells وفي كل خلية يوجد محطة إرسال (أنتينا)، وبهذه الطريقة يمكن إعادة استخدام نفس التردد على كل المدينة وبالتالي فإن الملايين من الأفراد يمكنهم استخدام الجوال في نفس الوقت

تقسيم المدينة إلى خلايا Cells أدى إلى تسمية الجوالات بالانجليزية Cell Phone أي الجوال الخلوي وهذا هو الأساس في التسمية، أما كلمة المحمول والجوال فهي دلالات على قابلية التحدث من أي مكان في العالم.

لفهم دقيقة لفكرة عمل الجوال سوف نقوم بمقارنة الجوال مع بعض الأجهزة اللاسلكية مثل جهاز CB radio وهو اختصار لما يعرف باسم جهاز راديو موجة المدينة (City Band Radio) كما سوف نقارن الجوال بجهاز أخر معروف أكثر لنا وهو أو جهاز walkie-talkie وهو جهاز يعمل بنظام راديو إرسال واستقبال.

عناصر المقارنة بين جهازي CB radios و Walkie-Talkie وجهاز الجوال هي

1. طريقة الاتصال Duplex

2. القنوات Channels

3. المدى Range

كلا من جهازي CB radios و Walkie-Talkie يعتبران أجهزة ذات half-duplex، حيث أن في أجهزة CB Radio يتم الاتصال بين شخصين باستخدام نفس التردد، لذا فإن شخص واحد فقط يستطيع التحدث والأخر يستمع. أما الجوال فيعمل بنظام full-duplex وهذا يعني أن هناك تردد مخصص للحديث وتردد اخر مختلف للاستماع مما يعني أن كلأ الشخصين يمكنهما التحدث في نفس الوقت.

إن مصطلح كلمة "Duplex" يعني إمكانية إرسال واستقبال البيانات بين الأجهزة الإلكترونية باستخدام الصوت.

يوجد في أجهزة walkie-talkie قناة واحدة للاتصال بينما في أجهزة CB radio يوجد 40 قناة للاتصال. ولكن في أجهزة الجوال يتعامل مع أكثر من 1664 قناة

اتصال بين سائقي شاحنتين يستخدما نظام راديو يعمل على تردد واحد (half-duplex) حيث يتحدث أحدهما والأخر يستمع،

في أجهزة الراديو التي تعمل بنظام full-duplex فإن الشخصين المتحدثين يستخدما ترددات مختلفة مما يسمح لهما التحدث في نفس الوقت.

حيث تقسم المدينة إلى خلايا كل خلية بمساحة 26 كيلومتر مربع وتأخذ شكل سداسي الأضلاع كل خلية من الخلايا التي قسمت إليها المدينة تحتوي على محطة تقوية تحتوي على برج يحمل معدات إرسال راديو.

وبسبب أن أجهزة الجوال ومحطات الإرسال تعمل بقدرة منخفضة فإن نفس الترددات يمكن ان تستخدم في الخلايا البعيدة مثل الخليتين المميزتين باللون الداكن.

ملاحظة

أنظمة الهواتف الخلوية التي تعمل بالنظام التناظري analog تسمى بتكنولوجيا جوال الجيل الأول first-generation mobile technology ويرمز لها بالرمز 1G. ونظام الهواتف الخلوية التي عملت بالنظام الرقمي تسمى تكنولوجيا الجيل الثاني 2G حيث ازدادت عدد القنوات المتوفرة للاستخدام بحوالي ثلاثة أضعاف أي أصبح 168 قناة متوفرة للاتصال في نفس الوقت للخلية الواحدة. وسوف نشرح تطور تكنولوجيا الجوال وأجياله المعروفة بالاختصارات TDMA, CDMA, GSM لاحقاً.

مزايا اتصالات الجوال عن الأنظمة القديمة للاتصالات اللاسلكية

يستخدم الجوال قدرة منخفضة تصل ما بين 0.6 إلى 3 وات فقط وهذا أقل بما هو مستخدم في CB radio حيث كانت القدرة 4 وات. كما أن محطات الإرسال تعمل بطاقة منخفضة أيضا، مما يعني أن منطقة التغطية للترددات بين محطة الإرسال والجوال لن تزيد عن مساحة الخلية السداسية الشكل وهذا يجعل إعادة استخدام نفس الترددات في خلايا أخرى ممكن. أي 56 شخص لكل خلية يمكنهم التحدث مع بعضهم البعض في نفس الوقت باستخدام نفس الترددات.

في النهاية فإن عدد كبير من محطات الإرسال توجد في كل مدينة تستخدم هواتف الجوال وقد يصل عدد هذه المحطات بالمئات ويتحكم بها محطة مركزية للتحويلات تعرف باسم Mobile Telephone Switching Office (MTSO). تعمل هذه المحطة على الحكم في المحطات المنتشرة في المدينة (الخلايا) وتعمل ايضا على ربط كل الاتصالات من الهواتف الجوالة مع الهواتف الأرضية التي تعمل بنظام الاتصال التقليدي.

مكتب التحويلات Mobile Telephone Switching Office (MTSO) وهو عبارة عن كمبيوتر في محطة الإرسال الخاصة بالجوال ويتحكم في كل نظام الجوال ويتعقبه ويقيس قوة الإشارة التي تصل لجوالك ويعطي الأمر للانتقال إلى خلية أخرى عندما تضعف الإشارة، كما ويربط كل محطات التقوية الموجودة في كل الخلايا التابعة لمحطة المركزية ومن مهامه أيضا حساب قيمة الفاتورة لمكالماتك.

بينما تنتقل أثناء الاتصال فإن الإشارة تتحول من خلية إلى أخرى دون أن ينقطع الاتصال ويقوم بذلك ويشرف عليه مكتب التحويلات MTSO

والآن سوف نقوم بدراسة وشرح تركيب جهاز الجوال

يعتبر جهاز الجوال من أكثر الأجهزة التقنية تعقيداً من ناحية تكدس الدوائر الالكترونية فيه على مساحة صغيرة ويقوم جهاز الجوال بإجراء الملايين من الحسابات كل ثانية أثناء ضغط الموجات الصوتية التي يرسلها وإعادة فك الموجات الصوتية التي يستقبلها لتتمكن من الحديث والاستماع الى من تتصل بهم.

مكونات وأجزاء الجوال

يحتوي الجوال على الأجزاء التالية:

اللوحة الإلكترونية للجوال وعلى اليمين الواجهة الأمامية وعلى اليسار الواجهة الخلفية

اللوحة الالكترونية قلب نظام الجوال وترى فيها عدة قطع تشبه قطع الكمبيوتر chips ومن هذه القطع الكمبيوترية ما يقوم بتحويل الإشارة التناظرية إلى رقمية وأخرى تقوم بتحويل الإشارة الرقمية إلى تناظرية حيث تعمل على تحويل الإشارة الصوتية وتترجمها إلى إشارة رقمية وتعمل القطعة الأخرى على استقبال الإشارة الرقمية التي تحتوي على شفرة الصوت وتترجمها وتحولها إلى إشارة تناظرية. ويقوم بعمل التحويل والترجمة ميكروبروسسور خاص بنظام التعامل مع الإشارات الرقمية ويعرف باسم digital signal processor ويختصر DSP وهو ميكروبروسسور عالي الكفاءة ويقوم بانجاز الحسابات المتعلقة بالتحويل بين الإشارات التناظرية والرقمية بسرعة عالية جداً

ويعمل الميكروبروسسور على الربط بين لوحة المفاتيح وشاشة العرض من خلال الأوامر التي تعضيها للجوال بواسطة لوحة المفاتيح ويظهر كل ما تقوم به على شاشة العرض، كما يعمل على إرسال بعض الأوامر التي تتطلب تنفيذها من محطة الجوال الرئيسية ويستقبل المعلومات منها ويفهمها ويعرضها لك باللغة التي اخترتها مسبقاً.

كما تحتوي اللوحة الالكترونية على ذاكرة عشوائية والتي تعرف باسم ROM في مصطلحات الكمبيوتر وتحتوي أيضا على ذاكرة فلاش لتعطي مساحة اكبر لتخزين نظام تشغيل الجوال والعديد من البرامج المساعدة مثل برنامج إدارة دليل الاتصالات وبرنامج الأجندة وتنظيم المواعيد.

تحتوي اللوحة الالكترونية أيضا على مولد أمواج الراديو RF الذي يتعامل مع المئات من ترددات قنوات FM وتحتوي على قسم الطاقة الكهربية المسئول عن إدارة الطاقة الكهربية وإعادة الشحن. كما تحتوي اللوحة الالكترونية على مكبر أمواج الراديو التي تتعامل مع الإشارات المرسلة والمستقبلة من والى الجوال عبر الانتينا.

شاشة العرض LCD

تطورت شاشات العرض كثير من حيث دقة العرض والألوان والمساحة لتتماشى من التطور الحادث على الجوال وعلى الخدمات التي نحصل عليه منها حيث الجوالات الحديثة أصبحت تحتوي على دليل هاتف وعلى آلة حاسبة وعلى العديد من الألعاب الالكترونية كما أصبح الجوال يستخدم لإرسال واستقبال الرسائل الالكترونية وكذلك لتصفح الانترنت وهذا يتطلب الجودة العالية والدقة والوضوح والألوان الزاهية والمساحة الكبيرة لشاشة العرض. وفكرة عمل شاشات العرض هذه قد سبق شرحها في موضوع منفصل بعنوان كيف تعمل شاشات البلورات السائلة LCD.

بعض انواع الجوالات تحتوي على المعلومات الخاص بشفرة الجوال مثل SID و MIN مخزنة على ذاكرة فلاشية داخلية أو على شريحة الجوال الخارجية والتي تشبه كثيراً شريحة الذكية SmartMedia.

تحتوي أجهزة الجوال على سماعة وميكرفون بأحجام صغيرة جداً وكفاءة عالية كما توجد بطارية صغيرة لتغذية الساعة الداخلية للجوال بالطاقة الكهربائية.

وبالحديث عن الجوال وكل مكوناته هذه فإنه لو وجد الجوال من 30 عام لكانت هذه المكونات تشغل حيز كبير يصل إلى مساحة غرفة بتسع كل ما ذكر من ميكروبروسسور ومزود الطاقة الكهربائية والسماعة والميكرفون وشاشة العرض. ولكن شكرا للتقدم العلمي والتقنيات الصناعية المذهلة التي جعلت من كل هذه الأجهزة تتجمع في جهاز واحد اسمه الجوال ولا يزيد عن حجم كف اليد.

أجيال الجوال

الجيل الأول

في العام 1983 ظهرت التلفونات الجوالة بنظام التناظري analog وسميت بـ Advanced Mobile Phone System والتي تكتب اختصاراً AMPS أي انظمة التلفونات الجوالة المتطورة والتي حصلت على الاعتماد من مؤسسة الاتصالات الدولية FCC وأول ما استخدمت في ولاية شيكاغو الأمريكية.

استخدمت جوالات AMPS مدى من الترددات بين 824 ميجاهيرتز و894 ميجاهيرتز. وعملت الحكومة الأمريكية كل ما في وسعها لدعم شبكة هواتف لاسلكية جديدة وتنافس شبكة التلفونات السلكية من حيث التكاليف والأسعار بالنسبة للمستخدم، فخصصت لذلك مزود خدمة للشبكة اللاسلكية ووضعته في كل مكان وسمي بمزود الخدمة المحلي، ويتكون كل مزود خدمة من ناقلين سمي الأول A والثاني B.

تم تخصيص 832 تردد مختلف للناقلين A و B منهم 790 تردد للصوت و42 تردد للبيانات. وتكونت كل قناة اتصال من ترددين واحد للإرسال والثاني للاستقبال. واختيرت الترددات باتساع 30 كيلوهيرتز وذلك لضمان نقل الصوت بجودة الاتصال السلكي حيث ان الترددات السمعية.

فكرة عمل الجيل الأول من الجوالات

اعتمدت فكرة عمل جوالات الجيل الأول على ترددات راديوية متغيرة بطريقة مستمرة لنقل أصوات المستخدمين. حيث يتيح ذلك الاتصال المتعدد لأكثر من هاتف خلوي بمحطة الإرسال ويستخدم كل جوال تردد مختلف كما هو موضح في الشكل بالأشرطة الملونة حيث كل لون يعبر عن تردد مخصص لمكالمة واحدة، ويشير الانقطاع في تلك الأشرطة إلى أن استخدام تلك القنوات لا يكون بشكل دائم.

تحول تكنولوجيا الجوال من النظام التناظري إلى الرقمي

تعتبر جوالات الجيل الثاني 2G هي اول جوالات تعمل بالنظام الرقمي والتي بدأ استخدامها في التسعينات من القرن الماضي، ويستخدم جوال الجيل الثاني نفس تكنولوجيا الراديو كما في التلفون الجوال التناظري (جوال الجيل الأول) ولكن تستخدم بطريقة مختلفة، ففي النظام التناظري لا تستخدم كل امكانيات الإشارة المتبادلة بين الجوال والشبكة التابع لها. حيث انه من غير الممكن ان يتم ضغط وتشفير الإشارة التناظرية مثل الإشارة الرقمية. ولكن في الإشارة الرقمية يتم ضغط واعادة معالجة الإشارة مما يسمح بزيادة عدد القنوات لنفس المدى الترددي المستخدم.

ولكن قبل ان نشرح نظام GSM سوف نقوم بشرح التقنيات المستخدمة لتشغيل الجيل الثاني من الجوالات. وهناك ثلاث تقنيات مختلفة تستخدم في جوالات الجيل الثاني لنقل المعلومات الرقمية من الجوال إلى الشبكة والعكس هي:

الوصول المتعدد بالتقسيم التردديFrequency division multiple access (FDMA)

الوصول المتعدد بالتقسيم الزمنيTime division multiple access (TDMA)

الوصول المتعدد بالنظام الكودي Code division multiple access (CDMA)

والمصطلح الإنجليزي لكل تقنية من التقنيات الثلاثة يشرح نفسه فهذه التسمية العلمية اشتقت من فكرة عملها. فمثلا لو أخذنا الكلمة الأولى من كل تقنية وهي Frequency و Time و Code فنجد أنها تشير إلى التقنية المستخدمة لطريقة الدخول إلى الشبكة في تناقل المعلومات، فالأولى يعتمد على التردد والثانية تعتمد على الزمن والثالثة تعتمد على شفرة. أما الكلمة الثانية division فهي تشير إلى أن طريقة فصل المكالمات يعتمد على طريقة الدخول الى الشبكة، ونستنتج من ذلك اننا من خلال فهمنا للمصطلح الانجليزي يمكننا أن نوصف كل تقنية على النحو التالي:

الوصول المتعدد بالتقسيم التردديFrequency division multiple access (FDMA)

في كل محطة اتصال جوال توجد محطة إرسالة راديوية ترسل الإشارة بترددات مختلفة خلال النطاق المخصص من المدى الترددي. وتعتمد تقنية FDMA على تقسيم هذا المدى الترددي إلى عدة قنوات ترددية أصغر حيث تم تخصيص مدى ترددي مقداره 45 ميجاهيرتز وكل محطة إرسال تستخدم تردد مختلف لإرسال الاشارات بطريقة تناظرية للاتصال وتدعم نقل البيانات الرقمية، ولكن لا تعتبر هذه التقنية فعالة للاتصالات الرقمية.

في تقنية FDMA كل جوال يستخدم تردد مختلف

الوصول المتعدد بالتقسيم الزمنيTime division multiple access (TDMA)

يخصص لكل مستخدم حيز زمني متكرر كما هو موضح في تعاقب تكرار الألوان في الشريط الأول مثلاً، ويمثل كل شريط قناة ذات تردد محدد وعلى نفس التردد تجد ثلاثة ألوان مختلفة تتكرر خلال الزمن، يمثل كل لون مكالمة مرسلة وبهذا يمكن على نفس التردد إرسال ثلاثة مكالمات في نفس الوقت.

الوصول المتعدد بالنظام الكودي Code division multiple access (CDMA)

تستخدم تقنية CDMA وسيلة مختلفة تماما عن تقنية TDMA فهذه التقنية تقوم بعد عملية التحويل (من التناظري إلى الرقمي) بنشر البيانات الرقمية المضغوطة على ما هو متوفر في النطاق الترددي، أي ان البيانات ترسل في صورة حزم أو رزم على ترددات متفرقة متاحة للاستخدام خلال اي فترة زمنية.

بدلاً من إرسال البيانات على قنوات مخصصة وترددات محددة فإنه هذه التقنية تقوم بتقسيم المعلومات والبيانات إلى حزم (رزم) ثم ترسلها على أحد القنوات المتاحة. وكل لون من الوان المربعات يعود إلى حزم صادرة من جوال محدد ترسل على نطاقات ترددية مختلفة ثم يعاد تجميعها عند الاستقبال، وبهذه الطريقة اجراء عدد كبير من المكالمات على نفس النطاق الترددي في نفس اللحظة.

في تقنية CDMA كل مكالمة تحول الى بيانات رقمية وتقسم إلى رزم ترتبط مع بعضها البعض بشفرة مميزة.

كيف يعمل التلفون المحمول (الجوال)؟

النظام العالمي للاتصالات اللاسلكية Global System for Mobile Communication GSM هو نظام معتمد لتشغيل شبكات الاتصالات اللاسلكية ويعمل على الميكروبروسيسور الخاص بأجهزة الجوال التي تعمل على نظام GSM كما أن هناك نظام تشغيل أخر هو IS-136، ويمكن تشبيه أنظمة تشغيل الجوال بأنظمة تشغيل الكمبيوتر مثل الويندوز واللينكس.

تعتبر تكنولوجيا الجيل الثالث من الجوال احدث أنظمة الاتصالات اللاسلكية، فقد سبق وان شرحنا أن جوالات التي تعمل بالنظام التناظري analog هي جوالات الجيل الأول والجوالات التي تعمل بنظام الرقمي digital هي جوالات الجيل الثانيز. أما جوال الجيل الثالث فيعد جوال الوسائط المتعددة multimedia cell phone. وتسمى هذه الجوالات بالجوالات الذكية smartphones ويمتاز بقدرته على تبادل البيانات بسرعة كبيرة ليساعد المستخدم لتصفح الأنترنت بسرعة كبيرة كما يمكن إرسال واستقبال الرسائل الصوتية والفيديو.

تقنية الوصول المتعدد بالتقسيم الكودي المتزامن مع التقسيم الزمني TD-SCDMA أي Time-division Synchronous Code-division Multiple Access.

وتقنيات الجيل الثالث هذه تعمل على سرعة نقل بيانات كبيرة تصل إلى 3Mbps (بمعنى انك تحتاج إلى 15 ثانية لتحميل مقطوعة موسيقية مدتها 3 دقائق على جوالك) وبالمقارنة فإن أسرع جوالات الجيل الثاني لا يعمل بأكثر من 144Kpbs (أي أنك تحتاج إلى 8 دقائق لتحميل مقطوعة موسيقية مدتها 3 دقائق) ولهذا فإن جوالات الجيل الثالث تعتبر جوالات الوسائط المتعددة لدعمها نقل البيانات بسرعات كبيرة وتواصلها مع شبكة الانترنت وتحميل الأفلام وتبادل البريد الالكتروني والفاكس.

النمط المتعدد Multiple Mode في مواصفات الجوالات تشير هذه الخاصية إلى نوع تكنولوجيا الإرسال المستخدم فالجولات التي تدعم AMPS و TDMA من الممكن أن تستخدم كلا من هذين التقنيتين في استقبال وإرسال البيانات من وإلى الشبكة اللاسلكية حسب الحاجة، بمعنى لو وجد الجوال في منطقة لا يوجد فيها شبكة رقمية فإن الجوال سوف يستخدم الشبكة التناظرية فينقل اتوماتيكياً إلى خاصية AMPS ولكن بمجرد أن يصل إلى منطقة تدعم الشبكة الرقمية يعود إلى TDMA.

من الممكن أن تجد جوال من مواصفاته أنه جوال tri-mode إشارة إلى أن الجوال بعمل بثلاثة تقنيات متعددة وهنا من الممكن أن تكون خدعة قد يقصد بها أحياناً أن الجوال يدعم تقنيتين رقميتين CDMA وTDMA وتقنية تناظرية AMPS. وهذا ممتاز ولكن قد تعني أيضا أن الجوال يعمل بتقنية رقمية واحدة بترددين وتقنية تناظرية، وهذا في الحقيقة من ناحية تقنية جوال تقنيات متعددة ثنائي dual mode.

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:10 pm


التليفزيون.. الصندوق الصغير الذي ينقل لك أخبار العالم

دائرة عمل التلفزيون


يعتبر التلفزيون واحد من أهم القوى المؤثرة في العصر الحالي حيث يمكنك من خلاله معرفة الأخبار السياسية والأوضاع الاقتصادية وأخبار الرياضة والطقس أو قد تستخدمه للتسلية ومشاهدة البرامج الترفيهية فقد وجد انه في المتوسط يقضي الناس ما بين ساعتين إلى خمس في مشاهدة التلفزيون كل يوم.

هل فكرت يوما في التكنولوجيا التي أنتجت مثل هذا الجهاز وكيف يمكن لمئات من القنوات أن تصل لبيتك تحمل أحداثا كاملة الحركة والصوت وغالبا مجانا؟ ما هي الإشارة التي تبثها محطات الإرسال وكيف يستقبلها جهازك و يفك شفرتها ليحولها إلى صورة متحركة؟ إن كنت تساءلت يوما حول كل هذا أو حتى حول شاشة كمبيوترك قد تجد هنا تفسيرا.

فكرة عمل التليفزيون

أنبوبة أشعة المهبط cathode ray tube

أنبوبة أشعة المهبط في تركيبها الأساسي لا تحتوي على أي وسيلة لتوجيه الالكترونات فالشعاع دائما سيسقط على نقطة صغيرة في منتصف الشاشة. لهذا السبب تلاحظ إن أنبوب أشعة الكاثود المستخدم في أجهزة التلفزيون يكون دائما ملفوف بملفات نحاسية عندما يمر تيار كهربي في الملفات النحاسية يتولد عنه مجال مغناطيسي يمكنه أن يوجه شعاع الالكترونات حسب اتجاه و شدة التيار المار به.

يوجد دائما مجوعتين من الملفات المجموعة الأولى تتحكم في المسار الأفقي لشعاع الالكترونات ويكون مصدر التيار الذي يغذي هذا الملف النحاسي هو الشعاع الكهرومغناطيسي المرسل من محطة الإرسال ويحمل خصائص الصورة وعندما يصطدم بالهوائي (antenna) يتحول إلى إشارة كهربية تغذي الملف النحاسي. و المجموعة الثانية تتحكم بمساره الرأسي وهي إشارة كهربية على شكل سن المنشار ويتحكم بها دائرة الكترونية في جهاز التلفزيون.

التلفزيون الأبيض والأسود

عندما يتحرك الشعاع من اليسار إلى اليمين تتغير شدته تبعا للصورة التي يرسمها بحيث تنتج عنه حين يسقط على الشاشة نقاط متباينة من الأسود للأبيض مرورا بالرمادي ولأن هذه النقاط صغيرة ومتقاربة جدا يقوم الدماغ بتجميعها ليكون منها صورة كاملة. غالبا ما تحتوي شاشة التلفزيون على 480 خط من الأعلى للأسفل.

التلفزيونات العادية تستخدم تقنية تسمى interlacing لمسح الشاشة حيث يمسح شعاع الالكترونات الشاشة 60 مرة في الثانية ولكنه يمر فقط بنصف الخطوط في كل مرة فمثلا يقطع الخطوط الفردية من أعلى الشاشة لأسفلها إلى أن ينتهي يعود للأعلى ليمر بالخطوط الزوجية و بالتالي فان كل خط يرسم 30 مرة كل ثانية.

التقنية البديلة لذلك هي progressive scanning و فيها يرسم كل خط من خطوط الشاشة 60 مرة في الثانية و هي الأكثر استخداما في شاشات الكمبيوتر لأنها تقلل الاضطراب.

عندما تبث محطة الإرسال إشارة تلفزيونية لجهازك أو عندما تعرض فيلم من شريط فيديو فلابد للإشارة أن تشبك بالدوائر الالكترونية التي تتحكم بشعاع الالكترونات حتى يستطيع إن يرسم على الشاشة بدقة الصور التي تأتي من محطة الإرسال أو جهاز الفيديو. وهذا يعني أن الإشارة التي تصل لتلفزيونك لابد أن تحتوي على ثلاث أجزاء مختلفة:

Intensity information معلومات تتحكم بشدة شعاع الالكترونات إثناء رسمه للخطوط عبر الشاشة من اليسار لليمين.
horizontal-retrace signal وهي التي تحدد الزمن الذي يجب عنده أن يعود الشعاع لليسار من جديد عند نهاية كل خط.
vertical-retrace signal وهي إشارات ترسل 60 مرة في الثانية لتحرك الشعاع من الزاوية السفلية اليمنى للزاوية العلوية اليسرى.

الإشارة التي تحتوي على هذه المعلومات الثلاث تسمى composite video signal وتكون horizontal-retrace signal عبارة عن ومضات مدتها 5 ميكرثانية بفرق جهد مقداره صفر حيث تلتقطها الالكترونيات داخل التلفزيون و تستخدما للتحكم في حركة شعاع الالكترونات إثناء عودته عند نهاية كل خط. بينما الإشارة الأصلية التي تتحكم بشدة شعاع الالكترونات إثناء رسمه لكل خط هي عبارة عن موجات تتغير ما بين 0.5 فولت إلى 2 فولت حيث يمثل 0.5 فولت اللون الأسود بينما 2 فولت تمثل اللون الأبيض. vertical-retrace signal هي ومضات مشابهة لتلك التي تتحكم بالمسار الأفقي و لكن مدتها تكون ما بين إلى 400 إلى 500 ميكروثانية.

التلفزيون الملون

تختلف شاشة التلفزيون الملون عن شاشة التلفزيون الأبيض و الأسود في ثلاث أشياء هي على النحو التالي:

(1) بدلا من شعاع الالكترونات الواحد يوجد ثلاث أشعة تقطع الشاشة في آن واحد و هي الشعاع الأحمر والأخضر والأزرق. وهي الألوان الأساسية والتي تختصر بـ RGB

(2) الشاشة ليست مطلية بطبقة واحدة من الفسفور وإنما مغطاة بقطاعات أو نقاط من الألوان الأحمر والأزرق و الأخضر

تختلف الإشارة التلفزيونية الملونة عن تلك المرسلة للتلفزيون الأبيض و الأسود في أنها تحمل إشارة تشبع ضوئي الـ chrominance signal تنتج عن تحميل موجة جيبية ترددها 3.579545 ميجاهيرتز على إشارة التلفزيون الأبيض و الأسود الأصلية. هنا تضاف ثمان دورات من هذه الموجة مباشرة بعد الإشارة الخاصة بتزامن المسح الأفقي و العمودي لشعاع الالكترونات و تكون هي مصدر اللون في الإشارة التلفزيونية حيث عند نهاية الدورة الثامنة تحدد اللون بمعرفة طور الموجة بينما درجة اللون تتحدد من شدة الموجة.

بينما يتخلص التلفزيون الأبيض و الأسود من هذه الإشارة فان التلفزيون الملون يلتقطها ويفك شفرتها ويضيفها إلى الإشارة الأصلية المشتركة بينه وبين التلفزيون الأبيض والأسود والتي تتحكم بشدة شعاع الالكترونات.

مصادر الإشارة التلفزيونية

الآن بعد أن تعرفت على تركيب التلفزيون و عرفت مما تتكون الإشارة التلفزيونية نكون قد وصلنا للجزء الأخير والذي سنتحدث فيه فقط عن الطرق المختلفة التي تصل بها الإشارة التلفزيونية إلى جهازك والتي غالبا ما تعرفها و هي :

الهوائي العادي أو ما يعرف باسم الانتينا والذي يستقبل البث التلفزيوني من المحطات التقليدية.

هذا في حالة استقبال الإشارة من خلال محطة بث عادية لكن لو كنت ستشاهد البرنامج عن شريط فيديو فان جهاز الفيديو يحتوي على دائرة الكترونية تقوم بتحويل الإشارات الخاصة بالصورة و الصوت المحفوظة على الشريط إلى إشارات مماثلة لتلك التي ترسلها محطات الإرسال و لكنها فقط تكون مناسبة لواحد من قنوات التلفزيون.

تلفزيون الكوابل وتصل إليه إشارات تلفزيونية عن طريق الكوابل إلى جهاز الرسيفر ليفك شيفرتها و تذهب إلى مدخل الانتينا التقليدي بعد ذلك.

في تلفزيون الكوابل يكون هناك عدد كبير جدا من القنوات التي تنتقل إشاراتها عبر الكابل إلى بيتك و لكن الشارات تكون مشفرة بحيث تحتاج إلى ما يسمى جهاز الرسيفر ليفك شيفرتها ويحولها إلى إشارة تلفزيونية عادية ثم تدخل إلى جهاز تلفزيونك من خلال مدخل الهوائي العادي إلى إحدى القنوات فقط.

Large satellite dish antennaوهي الأطباق التي تعتمد على الأقمار الصناعية وقد يصل قطرها ما بين 6-12 قدم.

في الأطباق لكبيرة المعتمدة على الأقمار الصناعية فانك في البداية توجه الطبق إلى احد الأقمار الصناعية ثم تختار احد القنوات التي يبثها ثم يقوم جهاز الرسيفر باستقبال الإشارة ويفك شفرتها و يحوله لإشارة تلفزيونية عادية تستقبلها احد محطات تلفزيونك.

في حالة الأطباق الصغيرة فان الإشارات التلفزيونية تشفر وتحول إلى ملفات MPEG-2 ترسل إلى الأرض حيث يقوم جهاز الرسيفر بجهد كبير لفك شيفرتها و تحويلها إلى إشارة تلفزيونية يدركها جهازك.

ربما تكون الآن قد شعرت بالملل فمشاهدة ذلك الجهاز الجميل و متابعة برامجه المسلية لم تكن بحاجة لكل هذا الجهد لفهم كيف يعمل ولكن أحيانا حين نفهم بعض الأشياء تعجبنا أكثر وربما نحبها أكثر.

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:11 pm


جهاز إنذار الحريق أهميته وفكرة عمله



جهاز كشف الدخان المستخدم للتحذير من اندلاع حريق في غرفة أو مبني من الأجهزة الهامة والضرورية فبالرغم من انخفاض تكلفتها التي تبلغ في حدود 15 دولار فإنها تقي من نشوب حريق قد يقضي على ممتلكات مؤسسة بكاملها. يتكون جهاز كاشف الدخان Smoke Detector من جزأين أساسيين أولهما مجس حساس للضوء وهو الفوتوديود Photodiode والجزء الثاني هو جهاز الكتروني يصدر صوت منبه مرتفع. يعمل جهاز إنذار الحريق من خلال بطارية 9 فولت أو من خلال مزود الكهرباء المنزلي.

فكرة عمل جهاز إنذار الحريق

يعتمد هذا النوع من كاشف الدخان على فوتوديود وهو حساس للضوء، وإذا ما تم تصميم دائرة إلكترونية بحيث إذا سقط الضوء على الفوتوديود تصدر الدائرة الإلكترونية جرس منبه ذو صوت عالي. وهذه فكرة عمل جهاز إنذار الحريق حيث أن الجهاز يحتوي على شعاع ضوئي عادي يصدر من ديود باعث للضوء LED مثبت في نهاية أنبوبة اسطوانية الشكل وعلى زاوية 90 درجة يتفرع اسطوانة أخرى مثبت في نهايتها فوتوديود . في حالة تواجد دخان كثيف في الغرفة فإن هذا الدخان سيدخل من الجهة المقابلة للاسطوانة المثبت بها المصدر الضوئي وسيعمل على تشتيت الضوء ليسقط على الفوتوديود وبالتالي سيتم تفعيل الدائرة الإلكترونية التي بدورها ستطلق صفارة الإنذار

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:12 pm


أسرار عمل الكاميرا الرقمية



في العشرين سنة الماضية أصبحت تحيطنا العديد من الأجهزة المنزلية ذات التقنيات الرقمية مثل CDs, DVDs, HDTVs, MP3s, DVRs, والتي نشأت جميعها وتطورت مع تطور العصر الرقمي، لتعمل بنفس نظرية المعالجة وهي تحويل المعلومات التماثلية التقليدية (والتي تُمثل بموجات) إلى معلومات رقمية والتي تُمثل بأصفار وآحاد أو ما يسمى بالـ Bits)).

الكاميرا الرقمية digital camera تُعد واحدة من أهم الأمثلة الملحوظة لهذه الوسيلة لأنها تختلف تماماً عن الكاميرات التقليدية (التي تستخدم الفيلم) التي تعتمد كلية على المعالجة الكيميائية والميكانيكية لالتقاط الصورة وطباعتها حتى أن بعضها لا يحتاج لطاقة كهربية لتشغيلها. ومن ناحية أخرى فإن كل الكاميرات الرقمية تحوي بداخلها معالج صغير (Microprocessor) يقوم بمعالجة الصور إلكترونياً.

وفي الحقيقة لم تحل الكاميرات الرقمية محل الكاميرات التقليدية حتى الآن وذلك لأن الفيلم ما زال يعطي جودة عالية للصورة ولكن بتقدم تكنولوجيا الصور الرقمية أصبحت الكاميرات الرقمية أكثر انتشاراً وشعبية.

أساسيات

لنفترض أننا نريد أخذ صورة وإرسالها بالبريد الالكتروني، ولعمل ذلك يجب تحويل الصورة إلى اللغة التي تدركها الحواسيب وهي الاصفار والآحاد. فالصورة الرقمية عبارة عن سلسلة طويلة من الاصفار والآحاد التي تمثل كل النقاط الملونة الصغيرة أو ما يسمى بالبكسل (Pixel) والتي تشكل مجتمعة الصورة.

ولأخذ صورة في هذه الهيئة فلدينا خياران:

(1) أخذ الصورة بكاميرات تقليدية ومعالجة الفيلم كيميائياً ومن ثم طباعته على ورق فوتوغرافي، وأخيراً استخدام الماسحة الضوئية (Scanner) لأخذ عينات من الصورة (تحويل عينات الضوء على حسب شدة الإضاءة ودرجة اللون وتحويلها لسلسلة من النقاط ذات قيم البكسيل.

(2) اخذ عينات مباشرة من الضوء الأصلي المرتد من الجسم المراد تصويره وتحويل هذه العينات لسلسلة من البكسيل مما يعني أننا استخدمنا كاميرا رقمية.

كما للكاميرا التقليدية مجموعة من العدسات التي تركز الضوء المنعكس عن الجسم المراد تصويره على الفيلم لأخذ صورة من المشهد، فان للكاميرات الرقمية عوضاً عن الفيلم يوجد شريحة من أشباه الموصلات والتي تقوم بتسجيل الضوء الكترونياً تسمى الـ CCD، ليقوم بعدها المعالج الذي تحتويه الكاميرا بتحويل هذه المعلومات الالكترونية لبيانات رقمية وتحفظها على ذاكرة الكاميرا.

الصورة الرقمية ويظهر عناصر الصورة (البكسيل) على اليمين عند تكبير جزء من الصورة على اليسار

كيف تعمل الكاميرا الرقمية

تحتوي الكاميرات الرقمية بدلاً عن الفيلم على مجسات ضوئية (Sensors) والتي تعتمد فكرة عملها على تحويل الضوء لشحنات كهربية.

وأكثر تقنيات المجسات الضوئية انتشاراً في الكاميرات الرقمية هي تقنية Charged Coupled Device وتختصر بـ (CCD) أو (العنصر مزدوج الشحنة).و بالرغم من إن بعض الكاميرات الرقمية تستخدم تقنية المجسات الضوئية CMOS (Complementary Metal Oxide Semi Conductor) (شبه موصل معدن الأكسيد المتمم) بدلاً عن الـ (CCD) إلا أن كلا التقنيتين CCD أو CMOS تقومان بتحويل فوتونات الضوء إلى الكترونات. وتتكون المجسات من شبكة مصفوفات ثنائية الأبعاد تحوي الملايين من الخلايا وكل خلية عبارة عن عنصر الصورة الذي يسمى PIXEL وهي اختصار لكلمة Picture elements.

يقوم كل مجس بتحويل الضوء إلى الكترونات فكلما كانت كمية الضوء أكبر كلما كانت كمية الشحنة المتحررة (الإلكترونات) أكبر وعن طريق قراءة الشحنة المتراكمة في كل خلية يمكن للميكروبروسيسور من إعادة بناء الصورة.

الجهاز مزدوج الشحنة (CCD):

هو شريحة إلكترونية مستخدمة من زمن يصل إلى عشرون عاما وتسمى أحيانا بالعين الالكترونية وكانت تستخدم في الإنسان الآلي وفي المراصد الفلكية وكذلك في كاميرات تصوير الفيديو وحديثا تم استخدامها في كاميرا التصوير الفوتوغرافي لتصبح الكاميرا معروفة باسم الكاميرا الرقمية.

تتكون الـ CCD من شريحة مربعة طول ضلعها لا يزيد عن 3سم هذه الشريحة تحتوي على مجسات ضوئية (الديود) من مواد أشباه موصلة (Semiconductors) مرتبة على شكل صفوف متوازية. عندما تتكون الصورة على هذه الدايودات يتم تحرير شحنة كهربية من الدايود يتناسب مع كمية الضوء، فكلما كان الضوء الساقط على الدايود كبيرا كانت الشحنة المتحررة كبيرة. تعمل الشحنة الكهربية المتحررة على تفريغ مكثف مشحون متصل مع كل دايود. يتم اعادة شحن هذه المكثفات من خلال تيار يعمل على مسح كل المكثفات ويقوم ميكروبروسسور باحتساب قيمة الشحنة التي أعيدت إلى المكثف ليتم تخزين قيمة عددية لكل ديود في الذاكرة المثبتة بالكاميرا. تحتوي على معلومات عن موضع الدايود وشدة الضوء الذي سقط عليه لتكوين في النهاية صورة رقمية للجسم الذي تم التقاط صورته.

تصطدم الفوتونات بالألواح الضوئية لشريحة CCD وتطلق الالكترونات

وفيما يلي الاختلافات الرئيسية بين تقنيتي CCD وCMOS

تقوم تقنية CCD بنقل الشحنة عبر الرقاقة وقراءتها عند احد أركان المصفوفة، وبعدها يقوم محول (تماثلي – رقمي) ADC بتحويل كل قيمة بكسل لقيمة رقمية وذلك عن طريق قياس مقدار الشحنة في كل موضع ضوئي وتحويل ذلك القياس إلى صيغة ثنائية (Binary Form).

أما تقنية CMOS تستخدم عدة ترانسيستورات لكل عنصر صورة (البكسيل) لتكبير ونقل الشحنة عبر أسلاك توصيل تقليدية ولهذا فهذه التقنية لا تستخدم محول ACD.

صورة لشريحة CCD

هذا الاختلاف جعل لكل تقنية ميزات وعيوب وهي

(1) تتمتع تقنية CCD بنقاء عالي وقلة تشويه (ناجم عن الضجيج) مقارنة بتقنية CMOS فهي أكثر تأثراً بالضجيج.

(2) لكل بكسل في تقنية CMOS عدة ترانزستورات، وحساسية الضوء ضعيفة في هذه الرقاقة وذلك لان الفوتونات الضوئية قد تصطدم بالترانستورات بدلاً عن الدايودات الضوئية (Photodiode)

(3) تستهلك رقاقات CMOS مقداراً ضئيلاً من الطاقة وفي المقابل فان المعالجة التي تقوم بها رقاقة CCD تستهلك الكثير من الطاقة (أكثر بـ 100 مرة) مقارنة برقاقة CMOS

(4) تصنع رقاقات CCD لتدوم طويلاً وتعطي دقة عالية الوضوح للصور.

(5) بالرغم من الاختلافات السابقة بين رقاقات CCD وCMOS فإنهما يلعبان نفس الدور في الكاميرات الرقمية وهو تحويل الضوء إلى شحنات كهربية باستخدام الديود.

الدقة

إن مقدار التفاصيل التي تستطيع الكاميرات التقاطها يطلق عليها الدقة Resolution وتقاس بالبكسيل Pixel فكلما زاد عدد البكسل كلما زادت تفاصيل الصورة وتصبح الصور ذات الأبعاد الكبيرة أكثر وضوحاً.

بعض مستويات الدقة:

(1) 256×256 ونجدها في الكاميرات رخيصة الثمن فالدقة ضعيفة جداً ويكون إجمالي عدد البكسيل المكون للصورة هو 65.000 بكسيل.

(2) 480×640 وهو أقل حد لمستوى الدقة النموذجي وهو مثالي جداً لإرسال الصور عبر البريد الإلكتروني وصفحات الويب.

(3) 912×1216 ويقاس فيها حجم الصورة بالميجابكسل (Megapixel) واجمالي البكسيل المكون للصورة هو 1.109.000 بيكسيل ويفي هذا المقاس لغرض طباعة الصور.

(4) 1200×1600 وتتميز هذه الدقة بمجموع 2 مليون بكسيل وهي دقة عالية، حيث بإمكاننا طباعة صورة بمقياس 5×4 بوصة كتلك التي نتحصل عليها في معامل الألوان.

(5) 1680×2240 وتوجد في الكاميرات الرقمية ذات (4 Megapixel) وتسمح بطباعة صورة كبيرة بدقة عالية حتى 20×16 بوصة.

(6) 2704×4064 وهي اعلى دقة للكاميرات الرقمية (11.1 Megapixel) ويمكننا الطباعة بها بدقة عالية جداً حتى 9×13.5 بوصة.

بعض الكاميرات التجارية الجيدة يمكنا التقاط أكثر من 12 مليون بكسل، أما الكاميرات الاحترافية فتلتقط صور بدقة 16 مليون بكسل. وتقدر شركة هيليوباكارد إن دقة الصورة المأخوذة في الفيلم باستخدام الكاميرا التقليدية يصل إلى 20 مليون بيكسيل.

كيف تلتقط الكاميرا الرقمية الألوان

تعتبر المجسات الضوئية في الكاميرا الرقمية غير مدركة للألوان ولا تميزها، وذلك لأن فكرة عمل هذه المجسات هي قياس شدة الضوء وتحويله إلى شحنات كهربية. ولكي يتم التقاط الصورة بكامل ألوانها فانه لابد من استخدام مرشحات (filtering) للضوء بحيث يكون لكل لون من الألوان الأساسية مرشح خاص به، فمثلا المرشح الأحمر هو عبارة عن شريحة زجاجية ذات لون أحمر تسمح بدخول اللون الأحمر وتمنع باقي الألوان وكذلك بالنسبة للون الأزرق يستخدم مرشح أزرق ونفس الشيء بالنسبة للون الأخضر يستخدم مرشح أخضر، وبمجرد التقاط الكاميرا الصورة لأي مشهد فإنه يتم تحليل ألوان هذا المشهد إلى الألوان الأساسية الثلاث (الأخضر والأزرق والأحمر) ومن ثم يتم تجميعها للحصول على المشهد بكافة ألوانه.

عملية دمج الألوان الأساسية للحصول على عدة ألوان

وهنالك طرق مختلفة لالتقاط الألوان الأساسية في الكاميرا الرقمية. فالكاميرات الرقمية عالية الجودة تستخدم ثلاث وحدات من رقاقات الـ CCD منفصلة ومثبت فوق كل رقاقة CCD مرشح لوني حتى تتخصص كل رقاقة برصد اللون الأساسي الخاص بها، عندما يتم تركيز الضوء المنعكس من الجسم إلى داخل الكاميرا بواسطة عدستها فإن الضوء يتم تجزئته باستخدام مجزئ ليسقط على المرشح اللوني ثم إلى الـ CCD. يتم تجميع الإشارات الصادرة من الثلاثة رقائق CCD بواسطة الميكروبروسيسور لتكوين الصورة الملونة بالكامل.

عملية تجزئة الصورة (يسار) عبر مجزئ الحزمة الضوئية (Beam Splitter)

من ميزات هذه الطريقة أن الكاميرات تلتقط كل لون من الألوان الثلاثة الأساسية على نفس الموضع على البكسيل المخصص على الـ CCD، ولكن هذه الكاميرات تكون كبيرة الحجم نسبياً وباهظة الثمن.

الطريقة الأخرى المتبعة وهي تدوير قرص يحتوي على المرشحات الثلاثة امام رقاقة CCD واحدة، ويقوم الـ CCD بتسجيل ثلاث لقطات منفصلة في عملية سريعة، هذه العملية تزودنا ايضاً بكل لون في كل موضع بكسل. ولان اللقطات الثلاث لا تؤخذ في نفس الزمن فانه يتوجب على الكاميرا والهدف المراد تصويره البقاء ساكنين لبرهة نسبية حتى يتم اخذ القراءات الثلاث مما يجعل هذه الطريقة غير عملية ولابد من تثبيت الكاميرا على حامل وأن يكون المشهد المراد تصويره ثابت.

مرشح قرص دوار

أما الطريقة الاقتصادية والعملية والمستخدمة في التقاط الألوان الأساسية تتمثل في تثبيت مرشح يسمى بمصفوفة مرشح الألوان Color Filtering Array على رقاقة الـ CCD.

وأكثر أنواع مصفوفة المرشحات استخداماً هو نموذج مرشح باير (Bayer Filter Pattern) ويتكون من عمودين متبادلين احدهما مكون من مرشح للون الأخضر والأحمر والعمود الآخر مرشح للون الأخضر والأزرق ونلاحظ هنا وجود الكثير من البكسل الخضراء مقارنة بالأزرق والأحمر وذلك لان العين البشرية لا تكون حساسيتها متساوية بالنسبة للألوان الثلاث الأساسية فالكثير من اللون الأخضر يجعل الصورة تبدو للعين وكأنها حقيقية.

نموذج مرشح باير Bayer Filter

من محاسن هذه الطريقة أننا نحتاج لرقاقة CCD واحدة ويتم التقاط الألوان (احمر، اخضر، ازرق) في نفس اللحظة. وهذا يعني ان الكاميرا ستكون اصغر وارخص وعملية في كثير من الأحيان.

تستخدم الكاميرات الرقمية لوغاريتمات خاصة تسمى (Demosaicing Algorithm) تعمل على معالجة المعلومات الواردة من مخرج المرشحات والتي تكون في شكل فسيفساء ملونة للصورة الملتقطة وحساب الألوان الحقيقة من متوسط قيم البكسيل المحيطة لإعطاء اللون الحقيقي للصورة.

التعريض والتركيز

كما في الفيلم فإن الكاميرا الرقمية تتحكم في كمية الضوء الذي يصل إلى الـ CCD من خلال جزأين هما فتحة العدسة aperture وسرعة الغالق shutter speed.

فتحة العدسة: تتحكم بنصف قطر الفتحة التي يدخل منها الضوء للكاميرا ويكون التحكم فيه أوتوماتيكيا في أغلب الأحيان إلا في بعض الكاميرات التي يستخدمها مصورون محترفون.

سرعة الغلق: تتحكم في الزمن اللازم لمرور الضوء عبر فتحة العدسة ويتم التحكم به الكترونيا ويكون الغالق الكتروني وليس ميكانيكي كما في الكاميرا التقليدية.

تتحكم الكاميرا في كلا من فتحة العدسة وسرعة الغالق لتحديد كمية الضوء المناسبة لالتقاط أفضل صورة، كما أن العدسة المستخدمة في الكاميرا الرقمية لا تختلف عن العدسة في الكاميرا التقليدية وسنقوم بشرح فكرة عمل التبئير الأوتوماتيكي في مقال منفرد.

إن البعد البؤري للعدسة في الكاميرا الرقمية يختلف عن ذلك في الكاميرا الرقمية التي تستخدم فيلم 35mm. البعد البؤري هو المسافة بين العدسة وشريحة الـ CCD، وحيث أن ابعاد الشريحة تختلف حسب الشركة المنتجة وفي معظم الأحيان تكون اصغر من فيلم 35mm، وهذا يعني ان العدسة المستخدمة لتكوين الصورة على شريحة الـ CCD ذات بعد بؤري اقصر ولمزيد من المعلومات حول حجم الـ CCD ومقارنتها بفيلم 35mm يرجى زيارة الموقع Photo.net على الانترنت.

ملاحظة: تذكر أن شريحة الـ CCD في الكاميرا الرقمية تحل محل الفيلم في الكاميرا التقليدية.

كما ويلعب البعد البؤري للعدسة دورا رئيسياً في تحديد قيمة التكبير أو التحجيم للكاميرا، ففي كاميرا الـ 35mm تستخدم عدسة بعدها البؤري 50mm صورة مساوية للجسم بدون تكبير. زيادة البعد البؤري يزيد من التكبير وتبدو الصورة أقرب من الوضع الحقيقي للجسم. ويحدث العكس إذا كان البعد البؤري أقل..

عدسة التكبير أو التحجيم zoom lens هي عدسة يتغير بعدها البؤري وفي الكاميرات الرقمية هناك يمكن أن نجد تحجيم بصري optical zoom أو تحجيم رقمي digital zoom أو الاثنتين معا في نفس الكاميرا كما أن بعض الكاميرات تحتوي على تبئير دقيق macro focusing أي أن الكاميرا لها القدرة على اخذ صور قريبة جداً من الكاميرا مثل تصوير مستند ورقي.

الكاميرات الرقمية يمكن ان تكون مزودة بأحد الأنواع الأربعة التالية:

عدسة تبئير ثابت وتحجيم ثابت Fixed-focus, fixed-zoom lenses وهي عدسات رخيصة الثمن وتستخدم في الكاميرات التي تستخدم لمرة واحدة ولهدف اخذ صور ثابتة وبسيطة.

عدسة تحجيم بصري وتبئير أوتوماتيكي Optical-zoom lenses with automatic focus تشبه العدسة المستخدمة في كاميرات الفيديو ويمكن التحويل من عدسة التيليفوتو Telephoto Lens ذات التصوير البعيد إلى عدسة الزاوية العريضة Wide-Angle Lens للتصوير القريب، وذلك من خلال تغيير البعد البؤري للعدسة.

عدسة تحجيم رقمي Digital-zoom lenses وهي عبارة عن قيام ميكروبروسيسور الكاميرا بأخذ جزء من الصورة التي تكونت على شريحة الـ CCD وعرضها على كل إطار الكاميرا، وتشبه هذه العملية قيامك بتكبير صورة على شاشة الكمبيوتر من خلال استخدام عدسة برنامج التحرير لتكبير الصورة، ويجب استخدام حامل للكاميرا عند تشغيل هذه الخاصية لأن اية اهتزازات تؤثر على جودة الصورة.

نظام عدسات الإستبدالها Replaceable lens systems وهي مجموعة من العدسات المختلفة في البعد البؤري يمكن للمصور المحترف تثبيتها على الكاميرا حسب المشهد المراد تصويره.

الفرق بين التحجيم الرقمي (الصورة على اليمين) والتحجيم البصري (الصورة في الوسط) عند تصوير عين الأرنب على اليسار لاحظ أن التحجيم البصري اوضح من الرقمي

نقل الصورة إلى الحاسوب وتخزينها

تحتوي الكاميرات الرقمية على شاشة البلورات السائلة LCD تمكنك من مشاهدة الصورة قبل التقاطها وتخزينها في ذاكرة الكاميرا وهذا ما سنقوم بشرحه، حيث يوجد عدة طرق لتخزين الصورة في الكاميرا قبل نقلها إلى جهاز الحاسوب ومن هذه الطرق استخدام الذاكرة الثابتة داخل الكاميرا ويتطلب الأمر في هذه الكالة توصيل الكاميرا نفسها بجهاز الحاسوب لنقل الصور إليه، وطريقة التوصيل يمكن ان تتم من خلال عدة خيارات تعتمد على نوع الكاميرا والشركة المنتجة ومن هذه الخيارات التوصيل التتابعي serial أو التوصيل المتوازي parallel أو توصيل السكازي SCSI او اليو اس بي USP او الفيرواير FireWire.

كما يمكن ان تزود بعض الكاميرات بذاكرة خارجية يمكن إخراجها من الكاميرا وتوصيلها للحاسوب من خلال الوصلات المعدة لذلك ومن الذاكرات الخارجية ذاكرة الفلاش flash memory أو ذاكرة الفلاش المضغوطة compactflash أو الذاكرة الذكية smartmedia. كما يمكن استخدام القرص المدمج CD او القرص DVD لتخزين الصورة عليها.

بغض النظر عن مختلف الوسائل المستخدمة لتخزين الصور الرقمية فإن مساحة التخزين ونوعية الملفات التي تخزن في الذاكرة تلعب دوراً رئيسياً في نوعية الكاميرا وجودة الصور المستخرجة منها. فمثلاً هناك عدة صيغة لحفظ ملفات الصور مثل الصيغة TIFT التي تكون ملفاتها غير مضغوطة أو ملفات ال JPEG وهي ملفات مضغوطة. وتستخدم معظم الكاميرات الرقمية الصيغة التي تضغط فيها الصور لحفظها على الذاكرة لأنها تحتاج مساحة أقل بالمقارنة مع الملفات الغير مضغوطة كما يمكن ضبط صيغة الضغط بأن تتحكم في جودة الصورة فمثلاً إذا تم ضبط الكاميرا على صورة بجودة عالية تكون نسبة الضغط للصورة قليل ويكون حجم الصورة كبيراً أما إذا تم ضبط الكاميرا عل صورة بجودة قليلة يكون الضغط بنسبة عالية وهذا يعني جودة صورة أقل ولكن يمكن تخزين عدد كبير من الصور على ذاكرة الكاميرا. في الجدول التالي توضيح للعلاقة بين حجم الصورة وصيغة حفظها في ذاكرة الكاميرا.

تعتمد فكرة الضغط في الكاميرا على تحليل الصورة فمثلاًَ لو كان هناك ما يقارب من 30% من الصور عبارة عن سماء زرقاء فإن فهذا يعني أن جزء من الصورة مكرر على مساحة محددة تقوم هذه الفكرة من الضغط بحفظ هذه الجزيئة من الصورة وتكرارها على المساحة المطلوبة وهنا إعادة بناء الصورة لا يفقدها أية معلومات وتسمى هذه الطريقة من الضغط بطريقة الضغط بالتكرار repetition أما الطريقة الأخرى فتعرف باسم حذف التخلص من بعض البيانات الغير ضرورية irrelevancy حيث ان الكاميرا تأخذ الكثير من التفاصيل الدقيقة التي لا تدركها العين وعند ضغط الصورة بهذه الطريقة يتم التخلص منها لأنها لا تؤثر في محتويات الصورة.

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

رد: كيف تعمل الأشياء

مُساهمة من طرف نجلاء السويكت في السبت يناير 08, 2011 6:14 pm

هل تعرف كيف يعمل محرك السيارة؟



يعتبر محرك السيارة من التطبيقات العملية لعلم الديناميكا الحرارية حيث أن هذا العلم يركز على تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. ولا شك ان كل شخص يمتلك سيارة أو يستخدمها للتنقل من مكان إلى آخر.. فهل سألت نفسك يوما كيف يعمل محرك السيارة وما دور كل قطعة فيه لتجعل السيارة تسير بسرعات تصل إلى 200 كيلومتر في الساعة.

من الضروري على كل شخص يستخدم السيارة معرفة ماذا يجري بعد تشغيلها وخصوصا عن حدوث عطل ما والذهاب إلى الميكانيكي لإصلاحها وقد نجهل تماماً ماذا فعل لإصلاحها؟ وما هي قطعة التي قام بتغيرها؟ كذلك عند شراء سيارة جديدة فإن ثمنها يعتمد على مواصفاتها فماذا تعني سعة المحرك 2 ليتر أو إنها تحتوي على 6 صمامات أو إنها تعمل بطريقة ضخ الوقود Fuel Injection وغيره من هذه الأمور..

ماكينة الاحتراق الداخلي

تنقسم المحركات إلى نوعين نوع يعرف باسم ماكينة الاحتراق الخارجي external combustion engine وهو المستخدم قديما في محركات القطارات البخارية والسفن البحرية حيث يتم استخدام الطاقة الحرارية الناتجة من حرق الفحم لتبخير الماء واستخدام ضغط البخار في دفع المكابس التي بدورها تكون متصلة بعامود الحركة لإدارة العجلات ولكن هذا النوع من المحركات قل استخدامه لقلة كفاءته وصعوبة تصنيعه وصيانته، أما النوع الثاني فيعرف باسم ماكينة الاحتراق الداخلي internal combustion engines وهو المستخدم حاليا في اغلب السيارات لما لهذه المحركات من كفاءة في التشغيل وسهولة تزويد السيارة بالوقود وتكلفة تصنيعها اقل نسبياً من المحركات الاحتراق الخارجي.

لتوضيح فكرة عمل ماكينة الاحتراق الداخلي والتي على أساسها يعمل محرك السيارة سنقوم بتشبيه ذلك على نحو قذيفة المدفع القديمة التي قد نشاهدها في الأفلام السينمائية القديمة حيث يقوم الشخص بوضع بودرة البارود في الطرف الخلفي للمدفع ومن ثم يقوم بوضع الكرة المعدنية في فوهة المدفع. ولإطلاق القذيفة يتم إشعال البارود لتتولد طاقة حرارية هائلة تزيد مقدار الضغط الذي يتجه إلى دفع الكرة المعدنية بقوة من فوهة المدفع..

قد يتساءل القارئ عن العلاقة بين فكرة عمل المدفع السابق الذكر ومحرك السيارة؟؟ في الواقع إن ما يحدث داخل محرك السيارة مشابه تماماً من ناحية المبدأ لفكرة عمل المدفع السابق الذكر، فهذه هي فكرة عمل الاحتراق الداخلي حيث أن الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق البارود تولدت داخل مكونات المحرك نفسها لتعطي طاقة الدفع الناتجة عن ارتفاع في درجة الحرارة والضغط.

خطوات عمل محرك السيارة

يعمل محرك السيارة ذو الاحتراق الداخلي من خلال دورة متكاملة يمكن تقسيمها إلى أربعة أشواط أساسية نذكرها على النحو التالي:

(1) شوط الأخذ Intake stroke
(2) شوط الانضغاط Compression stroke
(3) شوط الاحتراق Combustion stroke
(4) شوط العادم Exhaust stroke

الجزء الأساسي من المحرك والذي يسمى المكبس Piston وهو الجزء المماثل للمدفع في المثال السابق. يتصل المكبس بعامود الحركة crank shaft وبدوران عامود الحركة يمكن إعادة المكبس إلى وضعه الابتدائية كما ويعمل هذا الجزء على تحويل الحركة الرأسية للمكبس إلى حركة دائرية.

وصف الدورة الكاملة لمحرك السيارة

(1) شوط الأخذ: يبدأ المكبس عمله في الحركة من أعلى موضع له ليتحرك إلى الأسفل حيث يكون صمام الإدخال مفتوح ليدخل خليط من الوقود والهواء إلى داخل اسطوانة الاحتراق. وتكون نسبة الوقود صغيرة بالنسبة للهواء ولكن كافية لإحداث الاحتراق.

(2) شوط الانضغاط: يغلق صمام الأخذ عندما يبدأ المكبس في الحركة للأعلى ليضغط خليط الوقود والهواء وترتفع درجة حرارته تدريجياً ليساعد على رفع كفاءة الاحتراق.

(3) شوط الاحتراق: في اللحظة التي يصل إليه المكبس إلى أعلى ارتفاع له يصبح الخليط عند ضغط عالي تنطلق شرارة كهربية لينتج عنها احتراق (انفجار) للوقود المكون للخليط فترتفع كلا من درجة الحرارة والضغط ارتفاعاً هائلاً لتدفع المكبس بقوة للأسفل.

(4) شوط العادم: عندما يصل المكبس في حركته للأسفل إلى أدنى قيمة له يفتح صمام العادم لتخرج نواتج الاحتراق من المكبس ومنه إلى العادم خارج السيارة ويرتفع المكبس نتيجة لدوران ناقل الحركة إلى الأعلى طاردا ما تبقى من نواتج الاحتراق ليبدأ دورة جديدة بسحب كمية جديدة من الهواء والوقود.
مرة أخرى لا حظ أن حركة المكبس كانت دائما حركة رأسية للأعلى وللأسفل ولكن هذه الحركة تتحول بواسطة الجزء المغمور في الزيت (لتقليل الاحتكاك) من حركة رأسية إلى حركة دائرية ليأخذها عمود ناقل الحركة crank shaft ليدير عجلات السيارة والتي ستحرك السيارة للأمام أو للخلف.

مكونات محرك السيارة

الاسطوانة Cylinder

هذا هو الجزء الرئيسي للمحرك وعادة ما تحتوي محركات السيارات على اربعة اسطوانات أو ستة أو ثمانية وفي هذه الحالة يتم ترتيب الاسطوانات في المحرك بثلاثة أوضاع فإما تكون مرتبة على خط مستقيم أو ترتب في خطين متوازيين أو على شكل حرف V

ترتيب الاسطوانات في خط مستقيم

ترتيب الاسطوانات في خطين متوازيين

ترتيب الاسطوانات على خطين بزاوية حادة تعمل شكل حرف V

يلعب ترتيب وعدد الاسطوانات في محرك السيارة دوراً رئيسيا في نعومة حركة المحرك وكفاءته وكذلك سعر السيارة.

البوجيه

Spark plug وهي التي تولد الشرارة الكهربية في لحظة انضغاط الخليط لتحدث الاحتراق وللعلم في محركات الديزل لا توجد هذه القطعة حيث يحترق الوقود نتيجة لارتفاع حرارته.

الصمامات Valves لكل اسطوانة صمامين واحد لإدخال الوقود والهواء والثاني لإخراج ناتج الاحتراق وكلاهما يفتحا ويغلقا حسب الشوط ولكن في حالة شوط الانضغاط يغلقا تماما.

المكبس Piston

وهو قطعة من الصلب تتحرك للأعلى والأسفل داخل الاسطوانة.

حلقات المكبس Piston rings

توجد حلقات المكبس بين الجزء الخارجي للمكبس والجزء الداخلي للاسطوانة لتسمح بحركة المكبس دون السماح لتسرب خليط الوقود والهواء أو ناتج الاحتراق من التسرب كذلك تمنع من تسرب الزيت إلى داخل الاسطوانة. وعادة ما يحتاج المحرك إلى تغيير هذه الحلقات إذا لوحظ نقصان متكرر في معدل الزيت لأنه يكون قد تسرب إلى داخل الاسطوانة.

غرفة الاحتراق Combustion chamber

وهي المساحة التي يحدث فيها الانضغاط والاحتراق وكما لاحظنا فهي تتغير بين قيمة صغرى (عند الانضغاط) وقيمة عظمى (عند سحب الخليط). إن الفرق بين القيمة العظمى والقيمة الصغرى تسمى الإزاحة Displacement وتقاس بوحدة اللتر أو السنتمتر المكعب (1000 سنتمتر مكعب تعادل لتر). فإذا كان المحرك يحتوي أربعة اسطوانات بحيث أن كل اسطوانة تعمل إزاحة نصف لتر يكون سعة المحرك 2 لتر، أما إذا كان عد الاسطوانات 6 على شكل حرف V فإن سعة المحرك في هذه الحالة تكون 3 لتر وتكتب "3.0 liter V-6."

بصفة عامة سعة المحرك يعطى معلومات عن قوة المحرك. فمحرك يعمل إزاحة بمقدار نصف لتر يستهلك وقود ضعف ما يستهلكه اسطوانة تعمل إزاحة مقدارها ربع لتر وهذا يعني أن قوة المحرك ذو السعة الأكبر تكون أعلى من المحرك ذو السعة الأقل.

يمكن زيادة إزاحة المحرك أما بزيادة عدد الاسطوانات أو بزيادة حجم الاسطوانة نفسها أو زيادة الاثنين معاً.

عمود التوصيل Connecting rod

وهو العمود الذي يوصل المكبس مع عمود ناقل الحركة Crank shaft والذي يجعله يدور في حركة دائرية

Crank shaft

وهو الذي يعمل على تحريك المكبس للأعلى وللأسفل.

وعاء الزيت Sump

وهو وعاء يحتفظ بالزيت ليغمر عمود ناقل الحركة Crank shaft

سبب عدم عمل المحرك

في حالة عدم قبول محرك السيارة من العمل فإن هذا يعود إلى خلل ما وحيث أنك أصبحت على دراية بفكرة عمل المحرك فإن العديد من الأسباب يمكن أن تسبب في عدم تشغيل المحرك ولكن هناك ثلاثة أسباب رئيسية نذكرها على النحو التالي:

خلل في خليط الوقود والهواء:

وهذا يعود لأحد الأسباب التالية:

* نقص كمية الوقود اللازم لتشغيل المحرك فيدخل الهواء بدون الوقود فلا يحدث الاحتراق.

* انسداد في منفذ الهواء فيدخل الوقود بدون كمية هواء كافية فلا يعمل المحرك.

* كمية الوقود إما تكون أكثر أو اقل من اللازم فيحدث خلل في الاحتراق الناتج.

* وجود شوائب في الوقود مثل بعض الماء الذي سيمنع الوقود من الاحتراق.

ضعف في شوط الانضغاط

وهذا يعود إلى وجود تسريب في الاسطوانة تمنع من عدم الوصول إلى الضغط المطلوب الذي سيتحول إلى قوة دافعة لتحريك السيارة وخذا التسريب يعود في أغلب الأحيان إلى اهتراء في الحلقات المبطنة للاسطوانة نتيجة للحرارة العالية أو تسريب في المكان الذي يثبت فيه رأس الاسطوانة مع الاسطوانة نفسها حيث يوجد gasket وهي قطعة تثبت في إطار محدد لتضمن إحكام إغلاق رأس الاسطوانة.

تسرب الشرارة الكهربية

خلل يصيب مولد الشرارة (spark) نتيجة لكسر في احد طرفيه أو أن توقيت الشرارة يحدث في غير الوقت المطلوب كما ذكرنا سابقا.

الجزء الخارجي للمحرك

الجزء الداخلي للمحرك والمكون من الاسطوانة لا يمكن أن يعمل بدون الأجزاء الأخرى التابعة له فدورة المحرك تمر بعد ذلك خلال العديد من الحلقات المتكاملة المتزامنة فهناك دورة لماء التبريد ودورة كهربية مسئولة عن توزيع الشرارة الكهربية على الاسطوانات وهناك دائرة التغذية الكهربية لشحن البطارية ودورة الوقود والهواء ودورة التحكم بإغلاق وفتح الصمامات وكل هذه الدورات يجب أن تعمل معا وبشكل متكامل وأي خلل في احدها يؤدي إلى توقف المحرك بعد أحداث خلل فيه.

دورة التحكم بإغلاق وفتح الصمامات

في المحركات الحديثة يثبت عمود ناقل الحركة أعلى الصمامات حيث أن دورانه يؤدي إلى التحكم في فتح وإغلاق الصمامات من خلال القطع المعدنية (باللون الأخضر) المثبتة على ذراعه.

رفع كفاءة محرك السيارة للحصول على قوة دفع اكبر

هناك العديد من العوامل التي يمكن من خلالها رفع كفاءة المحرك ويسعى منتجي السيارات لتعديل هذه المتغيرات للحصول على نتائج أفضل وهذه العوامل هي:

1. زيادة الإزاحة
2. زيادة نسبة الانضغاط
3. تبريد الهواء الداخل للاسطوانة
4. تسهيل مرور الهواء للاسطوانة
5. تسهيل خروج العادم من الاسطوانة بعد الاحتراق
6. صناعة السيارة من مواد خفيفة الوزن
7. ضخ الوقود بنسب احتياج كل اسطوانة لتقليل الاستهلاك

نجلاء السويكت
أميرة
أميرة

عدد المساهمات : 4192
تاريخ التسجيل : 31/08/2008

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة


 
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى