بحث علمي عن علم الفيزياء و تكنولوجيا العصر الحديث

[3isam46]

بحث علمي عن علم الفيزياء و تكنولوجيا العصر الحديث


[gdwl]
المقدمة
الفيزياء من أهم العلوم في حياتنا فهي تكنولوجيا العصر الحديث.
الفيزياء تحاول أن تصف العالم الطبيعي بتطبيق ما يدعى الطرق العلمية. في حين تحاول الفلسفة الطبيعية ، الجزء المقابل ، أن يدرس العالم المتغير عن طريق فلسفة دعيت بالفيزياء في العصور القديمة (ضمن إطار الحضارة اليونانية) لكن تطور الفيزياء الحقيقي تم لاحقا عن طريق فصل الفيزياء عن الفلسفة ليشكل نوعا من علم فاعل positive science .

الفيزياء
لفظ الفيزياء اشتق من اليونانية فيزيكوسφυσικη طبيعي والكلمة مشتقة من الجذر فيزيس φύσις طبيعة

علم الفيزياء هو القاعدة الاساسية لمختلف العلوم فهو يقدم التفاصيل العميقة لفهم كل شيء بدءاً بالجسيمات الاولية إلى النواة والذرة والجزيئات والخلايا الحية والمواد الصلبة والسائلة والغازات والبلازما (الحالة الرابعة للمادة) والدماغ البشري والانظمة المعقدة والكمبيوترات السريعة والغلاف الجوي والكواكب والنجوم والمجرات والكون نفسه. أي ان الفيزيائيين يختصون بمعرفة اصغر عنصر لهذا الكون وهو الجسيمات الاولية إلى الكون الفسيح مرورا بالتفاصيل التي ذكرناها.

تعتبر الفيزياء من أقرب العلوم للرياضيات بمسمى (الفيزياء الرياضية) , التي تزودها بالإطار المنطقي الذي تصاغ به القوانين الفيزياء بدقة و تدقق ضمنه تنبؤات هذه القوانين . التعاريف الفيزيائية و النماذج الفيزيائية و النظريات جميعها تصاغ باستخدام علاقات رياضية .
مقياس الفولت
أداة القياس الفولتية (الفرق في الجهد) بين نقطتي تيار كهربائي. ومعظم مقاييس الفولت التجارية مقاييس جلفانية (جلفانومترات) موصلة بمقاومة عالية وبها تدريج يقرأ بالفولت. ومقياس الفولت ذو التيار المباشر به مغنطيس على شكل حذوة حصان. ويلحق بكل قطب (طرف) من قطبي المغنطيس قطعة حديد رخو شبه دائرية ممغنطة أيضًا. وهذه القطعة من الحديد الرخو (قليل الصلابة نسبياً) توجه الحقل المغنطيسي تجاه أسطوانة حديدية صغيرة موضوعة بين قطبي المغنطيس. ولأن الحديد الرخو يكون ممغنطاً بدرجة عالية، فإن هذه الأسطوانة تعمل على تركيز الحقل المغنطيسي.

ويحيط بالأسطوانة ملف من سلك نحاسي رقيق ملفوف على إطار مستطيل خفيف. وهذا الملف قابل للحركة ويتدفق من خلاله التيار الكهربائي. وكل طرف من ملف السلك موصل إلى زنبرك. وعند تحرك الملف، تتحرك إبرة ملحقة بالملف أيضاً، عبر قرص مدرج مشيرة إلى القراءة بالفولتات. وهناك ملف آخر ذو مقاومة عالية جداً، تصل إلى عدة آلاف أوم، موصول بالملف المتحرك.

وحين يكون مقياس الفولت قيد الاستخدام، لايتحرك الإطار وتقرأ الإبرة صفرًا. وعندما يمر تيار من خلال الملف المتحرك، ينشأ حقل مغنطيسي حول الملف. ونتيجة لذلك يعمل الحقل المغنطيسي لمغنطيس حدوة الحصان على أسلاك الملف الحاملة للتيار لإنتاج قوة في الملف. وهذه القوة تجعل الملف يدور. وتقاوم الزنبركات حركة الملف وتضبط بحيث يشير موقع الإبرة إلى الفولتية الصحيحة. وعند أخذ قراءة الفولتية، يوضع مقياس الفولت دائماً على جزء الدائرة المراد قياسه.

الراديو
الراديو أو المذياع من أهم وسائل الاتصال. مكّن الراديو المجتمعات الإنسانية من إرسال الصوت الإنساني والموسيقى والإشارات بأنواعها المختلفة إلى أرجاء متعددة من العالم. وبفضل الراديو أصبح بإمكان المسافرين على متن السفن والطائرات الاتصال وتبادل المعلومات . كما يمكن استخدام موجات الراديو للاتصال بالفضاء الخارجي.

يعمل الراديو بتحويل الأصوات والإشارات إلى موجات كهرومغنطيسية تدعى أيضًا موجات الراديو. وهي تسافر عبر الهواء والفضاء، كما تستطيع الانتشار عبر بعض الأجسام الصلبة كجدران المباني. وتنتقل موجات الراديو بسرعة الضوء، أي 299,792كم/ث، ويحول جهاز الاستقبال هذه الموجات إلى الصوت الأصلي.

نبذة تاريخية:
أدى تطور الراديو في أواخر القرن التاسع عشر إلى ثورة في الاتصالات. ففي ذلك الوقت لم يكن هناك سوى وسيلتين للاتصال السريع بين المناطق البعيدة، هما: البرق والهاتف، وكلاهما يتطلب أسلاكًا لحمل الإشارات بين المناطق المختلفة. ولكن الإشارات التي تحملها موجات الراديو تنتقل خلال الهواء، مما مكن المجتمعات البشرية من الاتصال بسرعة بين أي نقطتين على الأرض أو البحر أو الجو وحتى في الفضاء الخارجي.

أدى البث الإذاعي الذي بدأ بشكل واسع خلال عشرينيات القرن العشرين الميلادي إلى تحولات رئيسية في الحياة اليومية للناس، وجلب تنوعًًا كبيراً في طرق التسلية داخل المنزل، ومكن الناس ولأول مرة من الاطلاع على تطور الأحداث أثناء حدوثها أو بعد حدوثها مباشرة.

أسهم العديد من العلماء في تطوير الراديو، ولا يمكن اعتبار عالم بعينه بأنه مخترع الراديو. وقد أرسل العالم الإيطالي جوليلمو ماركوني أول إشارة بث إذاعي في عام 1895م. أما في وقتنا الراهن فإن موجات الراديو تُبث من آلاف المحطات والمصادر المختلفة، وتملأ الجو من حولنا بإشاراتها وبثها المتواصل.


وفي عام 1995م، صمم المخترع البريطاني تريفور بيليس جهاز راديو يعمل أوتوماتيكيًا، لمساعدة المجتمعات الإفريقية البعيدة على استقبال النشرات الراديوية عن برامج مكافحة الإيدز. وهذه الأجهزة مناسبة أيضًا للقاطنين في الأماكن البعيدة، حيث يتمكنون بوساطتها التقاط أحدث المعلومات عن الفيضانات والمجاعات والأوبئة.

ومنذ مطلع تسعينيات القرن العشرين تبنت عدد من الدول تقنية تسمى البث السمعي الرقمي. وفي عام 1995م أصبحت هيئة الإذاعة البريطانية أول محطة إذاعية تقدم الخدمة الإذاعية باستخدام البث السمعي الرقمي. وقد وجهت هذه الخدمة إلى منطقة محدودة حول لندن، ووصلت إلى 20% فقط من سكان بريطانيا.

مراحل مهمة في تاريخ الراديو:
1864م تنبأ جيمس كلارك ماكسويل بوجود الموجات الكهرومغنطيسية التي تنتقل بسرعة الضوء.
1880م أثبت هينريتش هرتز نظرية ماكسويل.
1901م استقبل فردينانت براون موجات الراديو بوساطة مذياع بلوري.
1904م حصل جون أمبروز فليمنج على براءة اختراع الصمام الثنائي المستخدم في استقبال موجات الراديو.
1906م بث ريجينالد فسندن أول صوت بشري عبر المذياع.
1907م حصل لي دي فورست على براءة اختراع أول صمام ثلاثي استخدم في تضخيم الإشارة الراديوية.
1915م أول مكالمة هاتفية أرسلت عبر المحيط الأطلسى بين أرلينجتون في ولاية فيرجينيا في أمريكا وبرج إيفل في باريس.
1929م أدخل تضمين التردد FM في البث الإذاعي
الستينيات بدأ الإرسال بالصوت المجسم (الستريو).
1969م حملت إشارات موجات الراديو إلى الأرض أولى الكلمات التي نطقها رائد فضاء على القمر.

بعض المصطلحات في الراديو:
عرض النطاق هو نطاق التردد الذي يحتله مرسل ما. تحتل المرسلات العاملة في نطاق الموجة المتوسطة عرض نطاق يتراوح مابين 8000 و 10,000 هرتز.
الهرتز وحدة قياس التردد. ويعادل الهرتز اهتزازًا واحدًا في الثانية.
الكيلو هرتز يعادل 1,000 هرتز، ميجا هرتز تعني مليون هرتز.
الموجات الحاملة تحمل أصوات برنامج ما، بضمها مع موجات راديو آخر.
الموجات السماوية تتكون من موجات الراديو المرسلة من الهوائي باتجاه السماء.
الموجة الترددية السمعية موجات كهربائية تمثل أصوات البث الإذاعي.

استخدامات الراديو:
يحتل البث الإذاعي الجزء الأكبر من الاتصالات التي تتم عن طريق الراديو، مما يتيح للمستمعين استقبال برامج البث الإذاعي المتنوعة الأغراض، والتي تهدف إلى المتعة والمعرفة. كما تُستخدَم موجات الراديو في العديد من التطبيقات الأخرى، مثل الاتصالات ذات الاتجاهين التي يتم فيها إرسال واستقبال الرسائل. وفي البث الإذاعي ومعظم الاتصالات ذات الاتجاهين تَنقل موجاتُ الراديو الصوت والموسيقى، ولكن في الأنواع الأخرى من الاستخدامات تنقل موجات الراديو إشارات أخرى مثل الحزم الراديوية المستخدمة في أنظمة الملاحة، وإشارات التحكم عن بعد، الخاصة بتشغيل العديد من الأجهزة المختلفة.

ينشأ البث الإذاعي من محطات البث. وتوجد على الأقل محطة بث إذاعي واحدة في كل بلد من بلدان العالم. وفي بعض الدول العربية لم يقتصر البث الإذاعي على العواصم العربية، بل تعداها إلى المدن الرئيسية الأخرى. ويقدر العدد الكلي لمحطات البث الإذاعي في العالم بأكثر من 25,000 محطة، منها نحو 10,000 محطة في الولايات المتحدة الأمريكية وحدها، وهو عدد لا يوجد مثله في دولة أخرى.

يمتلك الناس في العالم أكثر من بليوني مذياع، بمتوسط جهاز واحد لكل ثلاثة أشخاص. وفي الولايات المتحدة 534 مليون جهاز، وهو أكبر عدد من الأجهزة في قطر واحد. وفي الصين حوالي 219 مليون جهاز، أي بمعدل 18 جهازًا لكل مائة مواطن. أما في بريطانيا، فيبلغ عدد أجهزة الراديو 66 مليونًا، أي بمعدل 114 جهازًا لكل مائة نسمة.

والسبب الرئيسي في هذا الانتشار الواسع لأجهزة المذياع يرجع إلى كونها محمولة، ويستطيع الناس نقلها من مكان لآخر بسهولة. وبعض أجهزة الراديو كبيرة، وتعمل بالكهرباء، وهذه تحفظ عادة في المنازل، حيث تتاح الكهرباء. ولكن ملايين الأجهزة صغيرة الحجم، وتشغل بالبطاريات الجافة. وبعض الأجهزة من الصغر بحيث يمكن حملها في الجيوب. ويستمع الناس إلى هذه الأجهزة في أي مكان تقريبًا، مثل المنازل والحدائق والشواطئ والرحلات وأماكن النزهة. كما تستخدم أجهزة المذياع على نطاق واسع في وسائل النقل، متيحة الاستماع إليها في أي وقت.

طريقة عمل الراديو:
يتضمن الإرسال والاستقبال في كل أنواع الاتصالات التي تمر عن طريق موجات الراديو، بشكل عام، عددًا من المراحل، وهي :
1- تكوين إشارات الاتصال وتحويلها إلى موجات راديو.
2- إرسال موجات الراديو الحاملة للمعلومات الصوتية أو غيرها.
3- استقبال هذه الموجات وتحويلها إلى شكل يمكن فهمه.
موجات الراديو تضم نوعين من الاهتزازات الكهربائية الموجات الترددية السمعية والتي تمثل الصوت والسمعيات الأخرى، والموجات الترددية الراديوية التي تحمل الموجات الترددية السمعية
يرسل الهوائي نوعين من موجات الراديو: الموجات الأرضية والموجات السماوية، حيث ينتشر النوع الأول بشكل أفقي متبعًا تعرج سطح الأرض لمسافة قصيرة نسبيًا، بينما تنتشر الموجات السماوية باتجاه الفضاء. وعندما يصل هذا النوع من الموجات إلى طبقة الغلاف الأيوني، فإنها تنعكس باتجاه الأرض
ويتيح هذا الانعكاس وصول البث الإذاعي إلى أماكن بعيدة جداً عن هوائي الإرسال. ويعكس الغلاف الأيوني موجات الراديو المتوسطة بشكل أوضح خلال الليل منها خلال النهار؛ ولذلك نتمكن من التقاط محطات إذاعية بعيدة تستخدم هذا المجال الترددي بصورة واضحة أثناء الليل منه أثناء النهار.

كيف تُسْتَقبل البرامج الإذاعية؟
لا نستطيع رؤية أو سماع أو تحسس موجات الراديو، لكن أجهزة الاستقبال تستطيع ذلك، محولة هذه الموجات إلى أصوات تمثل البرامج المذاعة.

وتزوَّد أجهزة الاستقبال عادة بإمكانية التقاط البث بطريقة تضمين الاتساع أو تضمين التردد أو بكلتيهما معًا، حيث يمكن للمستمع أن يحرك مؤشراً لاختيار نطاق (مجموعة من الترددات) موجة تضمين الاتساع المتوسطة، أو نطاق تضمين التردد. وتوفر أجهزة الاستقبال متعددة النطاقات إمكانية استقبال نطاقات أخرى مثل الموجات القصيرة والاتصالات الجوية والبحرية.

وتعمل أجهزة المذياع بالقدرة الكهربائية المنزلية أو البطاريات الجافة، بالإضافة إلى نوع ثالث يعمل بوساطة قدرة الموجات الراديوية الملتقطة. وقد كان هذا النوع المسمى بالراديو البلوري شائعًا عند بدايات البث الإذاعي.
*تضع العديد من المحطات هوائياتها على أبراج، في أماكن عالية أو مكشوفة، بعيدة عن المباني التي قد تمنع انتشار الموجات. وتضع المحطات الصغيرة هوائياتها في أعلى مبنى المحطة أو بالقرب منها.

مم يتكون الراديو؟؟
يتكون الراديو الذي يعمل بالقدرة الكهربائية من أربعة أجزاء رئيسية وهي:
1- الهوائي.
2- الموالف.
3- المضخمات.
4- المجهار.

الهوائي:
هو قضيب أو سلك فلزي يلتقط موجات البث الإذاعي ويمررها إلى الجهاز. وقد يكون الهوائي بأكمله داخل المذياع، أو يكون جزءٌ منه داخل المذياع والجزء الآخر خارجه، كما هو معمول به في مذياع السيارات. ويتكون الهوائي في معظم مستقبلات الموجات الطويلة والمتوسطة من ملف موضوع حول قضيب من مادة مغنطيسية خاصة تسمى الفريت.
وعند اصطدام موجة راديو بالهوائي تولد تيارات كهربائية ضعيفة جدًَا. وبسبب استقبال الهوائي للعديد من المحطات في الوقت نفسه يجب على المستمع أن يوالف المستقبل على محطة معينة.

الموالف:
هو الجزء من المذياع الذي يمكنه من تحسس ترددات معينة. ويوضح ناخب متصل بالموالف الترددات، أو قنوات المحطات المولفة فيه. فلكي نتمكن من توليف المذياع للاستماع إلى محطة الإذاعة البريطانية مثلاً، والتي تبث على تردد قدره 648 كيلو هرتز، يجب علينا اختيار الرقم 648 على مجال الموالف.
ويسمى قلب الموالف أو مؤشر الاختيار المكثف المتغير، ويتكون من مجموعتين من ألواح شبه دائرية، تتداخلان معًا، وتكون إحداهما ثابتة بينما تتحرك الأخرى عند تحريك مفتاح التوليف. وينتج هذا التحرك تغييرات في دوائر جهاز المذياع، مسببًا حساسية المذياع للترددات المختلفة.

المضخمات:
تقوم المضخمات بتضخيم إشارة البرنامج المستقبلة بوساطة الموالف. والمضخمات في المذياع العادي أجزاء من دائرة تسمى الدائرة المغايرة الفوقية. وأهم أجزاء الدائرة في الأجهزة التي تباع الآن هي الترانزستورات والدوائر المتكاملة. وكانت معظم أجهزة الراديو المصممة قبل عام 1960م تستخدم صمامات تسمى الصمامات المفرغة.

المجهار:
(مكبر الصوت) هو المرحلة الأخيرة بين قاعة بث الإرسال والمستمع، حيث يحول الإشارة الكهربائية إلى شكلها الأصلي، أي الترددات السمعية. وتتكون الأجزاء الأساسية للمجهار من مغنطيس دائم وملف من الأسلاك يسمى ملف الصوت، يرتبط ببوق يصنع من الورق المقوى. وتمر الإشارة السمعية القادمة من المضخم الأخير خلال الملف وتمغنطه، مسببًا بذلك تحرك الملف في مجال المغنطيس الدائم، وهذا يجعل البوق يهتز نتيجة تواتر الإشارة الصوتية المارة في الملف. ويولد اهتزاز البوق موجات صوتية، تشبه تلك التي بدأ منها البث من خلال الميكروفون، منتجًا الصوت الأصلي.


وقد ظهرت حديثًا في الأسواق مستقبلات ذات قدرة على الموالفة بشكل رقمي. وتزود هذه الأجهزة آليًا بلوحة إدخال رقمية شبيهة بتلك الخاصة بأجهزة الهاتف، ذات المفاتيح المرقمة، وما على المستمع إلا إدخال رقم يمثل التردد المراد الاستماع إليه، حيث يظهر هذا الرقم على شاشة إظهار صغيرة مصنوعة من بلور سائل. ويمكن تخزين عدد من الترددات في ذاكرة جهاز الاستقبال، بحيث يمكن استدعاء أي منها حسب رغبة المستمع، بالضغط على رقم. فبإمكانك، على سبيل المثال، تخزين الترددات في نطاق ترددات مختلفة للمحطة نفسها، وتختار بسرعة نطاق الموجة الذي يعطي أفضل استقبال ممكن لتلك المحطة.

حساب سرعه الضوء بالقران الكريم
القران الكريم كتاب نزل من الله سبحانه وتعالى علي خاتم الأنبياء محمد صلي الله عليه وسلم.
و هو يحتوي على حقائق علمية كثيرة و منها :
سرعة الضوء
جرت اول المحاوات لتقدير سرعة الضوء بواسطة العالم اولاس رومر في عام 1767م، وتوصل إلى أنها تساوي 299792كم/الثانية، وفي المؤتمر الدولي للمعاير المنعقد في باريس عام1983 اعلن العلماء ان سرعة الضوء تساوي: 99792.458كم/الثانية
وفي القران الكريم:
في سورة السجدة الاية 5 يقول المولى سبحانه وتعالى (يُدَبّرُ الأمْرَ مِنَ السّمَاءِ إِلَى الأرْضِ ثُمّ يَعْرُجُ إِلَيْهِ فِي يوْمٍ كَانَ مِقْدَارُهُ أَلْفَ سَنَةٍ مّمّا تَعُدّونَ)) بواسطة العالم الدكتور محمد دودح تم التوصل الي سرعة الضوء في القران الكريم توجد قاعدة عامة في الفيزياء تنص على أن:
سرعة اي جسم= المسافة / الزمن .
الزمن / زمن يوم ارضي = 86164.09966 ثانية
المسافة/ مقدار الف سنة من مسيرة القمر=12000 دورة قمرية.
وهي مسافة المجرة التي يقطعها القمر في مدار منعزل
=> 12000 × متوسط السرعة المدارية للقمر × زمن الشهر القمري
=> 12000×368207×0. 89157×655. 7198395
وبذلك تكون المسافة = 25.83134723 بليون كم
و بتطبيق المعادلة: سرعة الجسم = المسافة / الزمن
بقسمة رقم المسافة (25831347230 كم) على رقم الزمن(86164.09966 ثانية) تكون
سرعة الضوء تساوي = 299792.458 كم/ثانية
وهو نفس الرقم الذي توصل إليه العلماء وأعلن عنه في المؤتمر الدولي للمعايير
المنعقد في باريس عام 1983 بعد أكثر من ألف سنة
فسبحان الخالق الذي انزل هذا الكتاب علي النبي محمد  وبه حقائق توصل إليها العلماء بعد أكثر من ألف سنة من نزوله.وهذا دليل علي صدق آياته لمن يكفر بذلك.

تجارب مختلفة مع التيار الكهربائي
بطارية من البطاطس:
أغرز قطعة من سلك نحاس و قطعة من الزنك ( التوتياء) في حبة بطاطس عادية نيئة ، و الأن لو أخذت سماعة تلفون عادي و جعلت طرفي السلك الموجود فيها يلامسان قطعتي السلك المغروزتين في البطاطس لسمعت صوت طقة واضحة عند اجراء التلامس

التفسير :ـ هذا الصوت ناجم عن وجود تيار كهربائي حاصل في حبة البطاطس تماماً كما يحدث في البطارية الصغيرة عند ضعفها خاصة و نعلل ذلك كيميائياً بتأثير عصير أو سائل حبة البطاطس على كل من قطعتي السلكين المعدنيين مما يسبب حصول طاقة كهربائيةـ و تسمى هذه العملية بعملية غلفنة أو طلي العناصر كهربائياً-
تيار من المعادن :
خذ قطعة معدنية عملة ( عملة نقدية ما مثلاً) من معدن النحاس و كذا قطعاً مناسبة من معدن الزنك ثم قص قطع من ورق النشاف المغموس بالماء المالح و رتب القطع النحاسية و قطع الزنك و ورق النشاف بحيث يكون بين قطعتين مختلفتين و بذلك تحصل على طاقة كهربائية

و يتبين لنا ذلك إذا أخذنا سلك نحاس رفيع و لفيناه حول بوصلة ( 50 لفة تقريبا) و أخذنا الطرف الأول منه ليلامس قطعة الزنك في الأعلى و الطرف الثاني ليلامس قطعة النحاس في الأسفل نلاحظ تحرك ابرة البوصلة دليل على وجود تيار كهربائي في السلك تحت تأثير السائل الملحي على المعادن و منه ينتج مرور التيار الكهربائي في طرفي السلك
المغناطيس الكهربائي:

لف سلك نحاسي رفيع و معزول بطول (1 أو 2 م ) على محور من الحديد (مسمار) ثم أوصل قطبي السلك ببطارية و عندها تلاحظ بأن المحور الحديدي يجذب الأشياء العدنية ـ و السبب هو أن مرور التيار الكهربائي في السلك و خاصة حول المحور ينتج مجال مغناطيسي يكسب المحور خاصية المغنطة فيتكون فيه قطباً شمالياً و أخر جنوبي ـ فإذا كان المحور من الحديد الخفيف النوعية فإن المغنطة تزول منه بسرعة فور قطع التيار الكهربائي ، أما إذا كان المحور مصنوع من الفولاذ فإن المغنطة تبقى فيه رغم قطع التيار الكهربائي

الناقل الجرافيتي:

خذ قلماً رصاصياً و ثبت في عقبه لمبه صغيرة و أوصل رأس القلم بقطب بطارية ثم أحضر مقصاً و أوصل طرفه الأول بجسم اللمبة المعدني و الطرف الآخر للمقص بقطب البطارية الثاني ، و عندها تضيء اللمبة حيث يمر التيار الكهربائي عبر فحم الجرافيت إلى اللمبة مسبباً اضاءتها حيث أن مادة الجرافيت ناقل جيد للكهرباء فلو أنك رسمت على ورقة كتابة عادية خطاً ثقيلاً بقلم الرصاص الغرافيتي فإن هذا الخط ينقل التيار الكهربائي كأنه سلك و يمكن التحقق من ذلك باستخدام سماعة هاتف
المذياع المصغر:

خذ علبة كبريت فارغة ( الدرج الذي يحتوي على العيدان فقط) و أدخل فيها قضيبين من قلم رصاص بحيث تكونان متوازيتان و ضع قضيب آخر صغير بصور عرضية فوقهما ثم أوصل القضيب الأول بقطب بطارية و القضيب الثاني بسماعة هاتف و الطرف الثاني من السماعة بقطب البطارية الثاني ، و الأن إذا وضعت السماعة في غرفة بعيدة ثم تكلمت في علبة الكبريت لسمع كلامك في السماعة.
التفسير :ـ أن اهتزازات الصوت توثر على حركة القضيب العرضي الذي يوصل التيار بذبذبات و اهتزازات تتناسب مع ذبذبات و اهتزازات الكلام التي تتحول بالتالي إلى كلام مماثل في سماعة المكبر

تجارب الكهرباء الساكنة
البالون المكهرب:

انفخ عدة بوالين هوائية و اربط فوهتها باحكام و قم بدعكها بقطعة قماش صوفية ثم قربها من زاوية سقف الغرفة فتلاحظ أنها تبقى في مكانها فترة طويلة و كأنها عالقة . و السبب في ذلك أنه عند دعك البالونات بقطعة الصوف تكتسب شحنات كهربائية و هذا يعني بأن البالونات قد حصلت على شحنات كهربائية سالبة من قطعة الصوف ، هذه الشحنات تسمى الإلكترونات و بقاء البالونات في زاوية سقف الغرفة عالقة سببه هو اجتماع الإلكترونات السالبة من البالونات بالبروتونات الموجبة في سقف الغرفة والتي تجذب الإلكترونات السالبة. والإلكترونات الموجودة في سقف الغرفة تتجول فيها حتى تتعادل إلكتروناته و تتوازن و يكون السقف سيء أو رديء التوصيل الكهربائي لعدة ساعات عندما يكون هواء الغرفة جافاً
انحناء مسار سيلان الماء :

خذ ملعقة من البلاستيك و ادعكها عدة مرات على قطعة قماش صوفية ثم افتح حنفية الماء قليلاً حتى يسيل منها الماء سيلاناً خفيفاً و حاول أن تقرب الملعقة البلاستيكية يعد دعكها كما ذكرنا من مسيل الماء فتلاحظ فوراً كيف ينحني سيلان الماء و يميل مقترباً من الملعقة . فالشحنات الكهربائية التي اكتسبتها الملعقة نتيجة الدعك أثرت على جزيئات الماء و سببت في جذبها نحوها . و إذا وصل سيلان المياه إلى الملعقة تحررت شحناتها فوراً و تلاشت وعاد سيلان المياه إلى التساقط عمودياً كالمعتاد و السبب في ذلك هو أن المياه أفقدت الملعقة من شحناتها المكتسبة.
فرز الملح عن الفلفل المطحون:

أخلط قليلاً من الملح المطحون غير الناعم مع قليل من الفلفل الناعم . فكيف نعمل لفرز الفلفل عن الملح ؟
خذ ملعقة صغيرة من البلاستيك المستعملة عادة في الأكل و ادعكها على قطعة صوف و ضع الملعقة المدعوكة فوق الخليط فتلاحظ فوراً قفز و ارتفاع الفلفل ليلتصق بالملعقة . و السبب في ذلك هو ان الدعك يكسب الملقة شحنات كهربائية تؤدي إلى جذب الخليط إلى الملعقة . و إذا وضعت الملعقة على بعد كافي غير قريبة من الخليط تلاحظ أن الفلفل الناعم هو الذي ينجذب إلى الملعقة لأنه اخف من الملح و إذا رغبت بجذب الملح أيظاً فما عليك إلا أن تقرب الملعقة من الخليط أكثر فأكثر
قلم الرصاص المتحرك:

خذ قلماً رصاصياً مضلعاً و ضعه على الطاولة ثم خذ قلماً آخر طويلاً دائري المقطع و ركزه معامداً القلم الأول ثم قرب من رأس القلم مغناطيس جيد فتلاحظ كيف ينجذب القلم الرصاص للمغناطيس
لأن الغرافيت الموجود داخل قلم الرصاص يتمتع بقابلية التمغنط إلا أنه لا يتمتع بنفس المزايا التي يتمتع بها الحديد في قابليته للتمغنط .
البطات الممغنطة :

قص قطعة من الورق المقوى الرقيق على شكل بطة من نسختين و ألصقهما مع بعضهما البعض و أغرز بين النسختين دبوساً ممغنطاً ثم قص نموذجاً أخر مشابهاً للأول و ضع فيه دبوساً مماثلاً و ثبت كل نموذج داخل غطاء فلين أو قرص فلين مستدير و أترك النموذجين في صحن يحتوي على ماء فتلاحظ كيف يجتمع النموذجان من ناحية الرأس أو من ناحية الذيل باتجاه جنوب ـ شمال و فقاً لمغنطة الدبوسين

و حركة النموذجين من البطات يسببان قوى و فعاليات مختلفة : جذب كل من القطبين غير المتساويين ، التأثير المتنافر للقطبين المتساويين و فعالية المغنطة الأرضية.

الأشعة تحت الحمراء
الأشعة تحت الحمراء تسمى في الغالب الأشعة الحرارية، وتشبه أشعة الضوء، ولكن لا يمكن رؤيتها بالعين البشرية. وهي شكل من الإشعاع الكهرومغنطيسي، وتعمل بطريقة مماثلة لأشعة الضوء فيما يتعلق بالانعكاس على حد سواء. انظر: الضوء.

وأي شيء مثل الكرسي على سبيل المثال، يطلق أشعة تحت حمراء لها علاقة بدرجة حرارته. وعندما تزداد حرارة الشيء فإنه يطلق المزيد من الأشعة تحت الحمراء. وهنالك نبائط مثل مرقب القناص، الذي اختُرع أثناء الحرب العالمية الثانية (1939-1945م) يستطيع التقاط الأشعة تحت الحمراء من الأشياء التي تكون درجة حرارتها أعلى من محيطها. وبهذه الطريقة فإن تلك النبائط تستطيع رؤية مثل هذه الأشياء في الظلام أو من خلال الضباب.

ويستخدم المصورون الأفلام الحساسة للأشعة تحت الحمراء لالتقاط الصور في الأماكن التي لا يوجد فيها ضوء مرئي.كما يستخدم الأطباء مصابيح الأشعة تحت الحمراء لعلاج أمراض الجلد والعضلات المتقرِّحة. وبهذه العلاجات، تمر الأشعة تحت الحمراء عبر جلد المريض، وتولد حرارة عندما تصيب أعضاءه المتأثرة بالمرض.

وتوجد الموجات تحت الحمراء خلف النهاية الحمراء لطيف الضوء المرئي مباشرة. وكان السير وليم هيرشيل، عالم الفلك البريطاني هو الذي اكتشف هذه الأشعة عام 1800م بملاحظة أثر الحرارة الذي تخلفه.

المحرك الكهربائي

المُحَرِّك الكهربائي آلة تحوِّل الطاقة الكهربائية إلى قدرة ميكانيكية لإنجاز عمل. وتُستَخدم المحركات الكهربائية لتشْغيل عدة آلات ومعدات ميكانيكية مثل غسالات الملابس وأجهزة التكييف والمكانس الكهربائية ومجفِّفات الشعر وآلات الخياطة والمثاقب الكهربائية والمناشير. وتشغل أنواعٍ شتى من المحركات الأدوات الميكانيكية، والروبوتات، وأيضاً المعدات التي تسهِّل العمل داخل المصانع.
نبذة تاريخية:
بدأ تطوير المحركات الكهربائية في بداية القرن التاسع عشر باكتشاف المغانط الكهربائية. ففي عام 1820م، اكتشف الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد أن السلك الذي يمر فيه تيار كهربائي يولد حوله مجالا مغنطيسيًا. وفي العشرينيات من القرن التاسع عشر وجد عدد آخر من العلماء طرقاً لعمل مغانط كهربائية أقوى، وجعلها عملية بشكل أفضل. ففي عام 1825م، قام كهربائي إنجليزي يدعى وليم ستيرجون بلف موصل حول قضيب حديدي لينتج مغنطيسًا كهربائيًا أقوى. وفي أواخر العشرينيات من القرن التاسع عشر، أوضح الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري أنه يمكن ابتكار مغنطيس كهربائي أكثر قوة بلف عدة طبقات من الأسلاك المعزولة حول قطعة من الحديد.

وفي عام 1831م، قام الكيميائي الفيزيائي الإنجليزي مايكل فارادي بالعديد من التجارب التي تضمنت مغنطيسات وتيارات كهربائية. وفي إحدى التجارب، قام بتدوير قرص نحاسي بين قطبين مغنطيسيين على هيئة حدوة حصان. وعملت هذه المعدات مولدًا بسيطًا، حيث ولدت جهداً كهربائياً بين المركز وحافة القرص النحاسي. ثم عرَّض فارادي مركز القرص وحافته لجهد كهربائي بينهما عندما كان القرص في حالة السكون، فبدأ القرص في الدَّوران. وكانت هذه الآلة البسيطة أول محرك كهربائي، ولكنها لم تكن ذات قوة كافية لتقوم بعمل مفيد، وكانت غير مجدية على الإطلاق. ولكن رغم ذلك كان فارادي قد أسس بها مبدأ المحرك الكهربائي - وهو أن الحركة المستمرة يمكن إنتاجها بإمرار تيار كهربائي خلال موصل في وجود مجال مغنطيسي قوي.

وفي عام 1873م، ظهر أول محرك تيار مستمر ناجح تجاريا، حيث عرضه مهندس كهربائي بلجيكي يُدعى زينوب ثيوفيل جرام في فيينا.وقدم جرام أيضاً حافظة من شأنها تحسين كفاءة المحركات والمولدات الكهربائية البدائية.

وفي عام 1888م، اخترع مهندس صربي الأصل يدعى نيقولا تسلا محرك التيار المتناوب. وفي بداية القرن العشرين الميلادي، تم تطوير كثير من المحركات الكهربائية المتقدمة.

وفي العقد الأول من القرن العشرين، أجرى العديد من المهندسين والمخترعين تجارب مع المحركات الكهربائية الخطية. فبدلا من الدوران تنتج مثل هذه المحركات موجة كهرومغنطيسية تستطيع مباشرة تسيير عربة. وأصبح استخدام المحرك الخطي أكثر شيوعاً بفضل العمل الرائد للمهندس الكهربائي إيريك ليثويت في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين


ويتنوع حجم وسعة المحركات الكهربائية تنوعًا كبيرًا. فقد يكون جهازاً صغيراً يقوم بوظائفه داخل ساعة يد أو محرِّكاً ضخماَ يمد قاطرة ثقيلة بالقدرة. ففي الوقت الذي تحتاج فيه الخلاطات ومعظم أدوات المطبخ الأخرى لمحركات كهربائية صغيرة لأنها تحتاج فقط لقدرة بسيطة، تتطلب القطارات استخدام محركات أكبر وأكثر تعقيدا، ذلك لأن المحرك في هذه الحالة عليه أن يبذل جهدًا كبيرًا في وقت قصير.

بناء على نوع الكهرباء المستخدمة، هناك نوعان رئيسيان للمحركات:
1- محركات تعمل بالتيار المتناوب.
2- محركات تعمل بالتيار المستمر.
يعكس التيار المتناوب اتجاه سريانه خمسين أو ستين مرة في الثانية. وهو التيار المستعمل في المنازل. وتستعمل محركات التيار المستمر أيضاً بشكل شائع في الأدوات المنزلية. ويسير التيار المستمر في اتجاه واحد فقط، ومصدره الرئيسيّ هو البطارية.
وتستخدم محركات التيار المستمر استخداماً شائعا لتشغيل المعدات الميكانيكية في المصانع. كما أنه يستخدم باديء تشغيل في المحركات التي تعمل بالبنزين.
وتعتمد المحركات الكهربائية على مغانط كهربائية لتنتج القوة اللازمة لإدارة الآلات أو المعدات الميكانيكية. وتسمى الآلات أو المعدات التي تدار بالمحرك الكهربائي الحمْل. ويُوصَّل عمود إدارة المحرك بالحمل.
مبادئ أساسية

كيف يعمل المحرك الكهربائي يتكون المحرك الكهربائي أساسًا من مغنطيس ثابت وموصل متحرك. وتشكل خطوط القوى بين أقطـاب المغنطيس مجـالاً مغنطيـسيًا ثابتًا. وعندما يمر تيـار كهربائي خلال الموصل يصبح الموصل كهرومغنطيسيًا وينتج مجـالاً مغنطيسيًا آخر. ويقوي المجالان المغنطيسيان كل منهما الآخر ويدفعان ضد الموصل.

يعتمد تشغيل المحرك الكهربائي على ثلاثة مبادئ رئيسية: 1ـ يولِّد التيار الكهربائي مجالاً مغنطيسيا، 2ـ يحدد اتجاه التيار في المغنطيس الكهربائي موقع الأقطاب المغنطيسية، 3ـ تتجاذب الأقطاب المغنطيسية أو تتنافر مع بعضها.

فعندما يمر تيارٌ كهربائيٌ خلال سلك يولّد مجالاً مغنطيسيًا حول السلك. وإذا تم لف السلك على هيئة ملف حول قضيب معدني، فإن المجال المغنطيسي يتعاظم حول السلك ويصبح القضيب المعدني ممغنطًا. وهذا الترتيب للقضيب وسلك الملف هو مغنطيس كهربائي بسيط، وتعمل نهايتاه كقطبين شمالي وجنوبي.

وإحدى الطرق التي توضح العلاقة بين اتجاه التيار والأقطاب المغنطيسية هي قاعدة اليد اليمنى. امسك سلكاً على هيئة ملف في يدك اليمنى، واعتبر هذا الملف مغنطيسًا كهربائيًا. لف أصابعك حوله بحيث تشير إلى اتجاه التيار، عندها يشير إصبع الإبهام إلى القطب الشمالي المغنطيسي ولا تنطبق هذه الطريقة إلا في حالة سريان التيار من الطرف الموجب إلى الطرف السالب.

والأقطاب المغنطيسية المتشابهة تتنافر كما هو الحال بالنسبة لقطبين شماليين، والأقطاب المغنطيسية المختلفة تتجاذب مع بعضها. فإذا تم تعليق قضيب مغنطيسي بين طرفي مغنطيس على هيئة حدوة حصان، فإنه سيدور حتى يصبح قطبه الشمالي في مقابل القطب الجنوبي لمغنطيس حدوة الحصان، في حين يكون القطب الجنوبي لمغنطيس القضيب في مقابل القطب الشمالي لمغنطيس حدوة الحصان.
أجزاء المحرك الكهربائي
يتكون المحرك الكهربائي أساساً من:
موصل كهربائي دوار
موضوع بين قطبين شمالي وجنوبي لمغنطيس ثابت. ويعرف الموصل باسم الحافظة (غلاف الأرماتور)، بينما يعرف المغنطيس الثابت باسم بِنْيَة المجال. وهناك أيضًا المبدِّل الذي يعدّ جزءاً ضرورياً في كثير من المحركات الكهربائية وخاصة محركات التيار المستمر.

بنية المجال
تولد بنية المجال مجالاً مغنطيسياً داخل المحرك، حيث يتكون المجال المغنطيسي من خطوط قوى توجد بين قطبي المغنطيس الثابت. وتتكون بنية المجال في محرك التيار المستمر البســيط من مغنطيس دائم يســـــــمى مغنطيس المجال. وفي بعض المحركات الأكبر حجماً والأكثر تعقيدا تتركب بنية المجال من أكثر من مغنطيس كهربائي تتغذى بالكهرباء عن طريق مصدر خارجي. وتسمى مثل هذه المغانط الكهربائية ملفات المجال.

الحافظة
تصبح الحافظة ـ التي عادة ما تكون أسطوانية الشكل ـ مغنطيسا كهربائيًا عندما يمر التيار من خلالها. وهي متصلة بعمود إدارة، حتى تتمكن من إدارة الحمل. وتدور الحافظة في محركات التيار المستمر البسيطة الصغيرة بين أقطاب المجال المغنطيسي حتى يصبح قطبها الشمالي مقابلاً للقطب الجنوبي للمغنطيس. ويعكس عندها اتجاه التيار لتغيِّر قطب الحافظة الشمالي ليجعله قطباً جنوبيا، فيتنافر القطبان الجنوبيان، مما يجعل الحافظة تقوم بنصف دورة. وعندما يصبح قطبا الحافظة مقابليْن للقطبين المختلفين للمجال المغنطيسي مرة أخرى يتغير اتجاه التيار مرة أخرى.

وفي كل مرة ينعكس فيها اتجاه التيار، تدور الحافظة نصف دورة. وتتوقف الحافظة عن الدوران عندما لا ينعكس اتجاه التيار. وعندما تدور الحافظة فإنها لاتقطع خطوط القوى المغنطيسية التي تولِّدها بنية المجال. وينتج قطع المجال المغنطيسي جهداً في الاتجاه المعاكس للقوة المحرِّكة. وهذا الجهد الكهربائي يسمى القوة الدافعة الكهربائية المعاكسة التي تقلِّل من سرعة دوران الحافظة، كما أنها تقلل من التيار الذي تحمله. فإذا كان المحرك يدير حملاً بسيطاً فإن الحافظة ستدور بسرعة عالية وتولِّد قوة دافعة كهربائية معاكسة أكبر. وعندما يزداد الحمل تدور الحافظة أبطأ حيث تقطع عدداً أقل من خطوط القوى المغنطيسية. وعلى ذلك، فإن المحرك الذي يحمل حملاً أكبر يعمل بكفاءة أكثر لأنه يستخدم طاقة أقل لبذل شغل.

المبدل
يستخدم المبدِّل بصفة أساسية في محركات التيار المستمر، حيث يعكس اتجاه التيار في الحافظة ويساعد على نقل التيار بين الحافظة ومصدر القدرة. ويتكون المبدل في محرك التيار المستمر من حلقة مقسمة إلى جزءين أو أكثر، ومثبتة في عمود الإدارة مقابل الحافظة. وتتصل نهايات ملفات الحافظة بالأجزاء المختلفة.

يوصل التيار الكهربائي القادم من مصدر القدرة الخارجي بالمبدل عن طريق قطعة صغيرة تسمى الفرشاة. وهناك أيضاً فرشاة أخرى موضوعة في الجانب الآخر للمبدل تعمل على حمل التيار، وإرجاعه إلى مصدر القدرة. وعندما تتصل إحدى الحلقات مع الفرشاة الأولى، تلتقط التيار الكهربائي من الفرشاة وترسله عبر الحافظة، وعندما تقع الأقطاب المغنطيسية التي تتكون على الحافظة بعد الأقطاب المتشابهة لمغنطيس المجال، تدور الحافظة نصف دورة مارة بإحدى الفجوات التي تفصل الحلقات. ثم تتصل الحلقة الثانية من المبدِّل مع الفرشاة الأولى وتصبح حاملة للتيار إلى الحافظة، وبهذا ينعكس اتجاه التيار كما ينعكس موضع الأقطاب في الحافظة. وعندما تتقابل الأقطاب المتشابهة لمغنطيس المجال والحافظة تستمر الحافظة في الدوران.

لا تحتوي معظم محركات التيار المتناوب على مبدلات، لأن التيار يعكس نفسه تلقائيا. وفي بعض محركات التيار المتناوب، يسري التيار القادم من المصدر الخارجي إلى الأجزاء المتحركة من المحرك وبالعكس، عبر مجموعة من الفرش تعمل متصلة بحلقات انزلاق بدلا من حلقات منفصلة.

أنواع المحركات الكهربائية:

أجزاء محرك التيار المستمر المصدر الشائع لقدرة المحرك هو التيار المستمر من البطارية. ولأن التيار المستمر يسير في اتجاه واحد، فإن محركات التيار المستمر تعتمد على مبدلات ذات حلقات مشقوقة لتعكس اتجاه سريان التيار. ويساعد المبدل أيضًا على نقل التيار بين مصدر القدرة والحافظة.

محركات التيار المستمر. تحتاج محركات التيارالمستمر إلى مبدِّلات حتى تعكس اتجاه التيار. وهناك ثلاثة أنواع رئيسية من محركات التيار المستمر وهي: محركات توالي، وتوازي، ومُركبة. والاختلاف الرئيسي فيما بينها هو في ترتيب الدائرة بين الحافظة وبين بنية المجال.

ففي محركات التوالي، يتصل كل من الحافظة ومغنطيس المجال كهربائيا على التوالي. ويسري التيار خلال مغنطيس المجال ثم الحافظة. وعندما يسري التيار خلال البنية بهذا الترتيب يزيد قوة المغانط. وتبدأ محركات التوالي العمل سريعاً، حتى وإن كانت تعمل على حِمْل ثقيل رغم أن هذا الحمل سيقلل من سرعة المحرك.

وفي محركات التوازي، يُوصَّل كل من المغنطيس والحافظة على التوازي. ويسري جزء من التيار خلال المغنطيس بينما يسري الجزء الآخر خلال الحافظة. ويلف سلك رفيع حول مغنطيس المجال عدة مرات من أجل زيادة المغنطيسية. ويخلق إنشاء المجال المغنطيسي بهذه الطريقة مقاومة للتيار. وتعتمد قوة التيار ودرجة المغنطيسية تبعاً لذلك، على مقاومة السلك بدلا من حِمْل المحرك.

ويعمل محرك التوازي بسرعة ثابتة بغض النظر عن الحِمْل، ولكن إذا كان الحمل كبيرا جداً تحدث مشاكل للمحرك عند بدء التشغيل.

وللمحرك المُرَكَّب مجالان مغنطيسيان متصلان بالحافظة، أحدهما على التوالي والآخر على التوازي. وللمحركات المركبة مميزات كلً من محرك التوالي ومحرك التوازي، إذ يسهل بدء تشغيلها مع حمل كبير وتحافظ على سرعة ثابتة نسبياً حتى ولو زاد الحمل فجأة.

[/gdwl]

[gem]

بحث علمي عن علم الفيزياء و تكنولوجيا العصر الحديث
:Tunisia cafe 0: