كيف تعمل الاشياء بحوث متنوعة ومتجددة

[dododa]

كيف يعمل جهاز السي دي?

انتشر استخدام السي دي CD ليحل محل اشرطة الكاسيت المغناطيسية لما تمتاز به هذه التكنولوجيا من ميزات اهمها سعتها التخزينية الكبيرة وجودة المادة المخزنة عليها وعمرها الأفتراضي الطويل، الـ CD متعددة الاستخدامات حيث يمكن استخدامها لتخزين مواد سمعية أو معلومات، ولأهمية هذا الموضوع سنقوم بتوضيح فكرة عمل اقراص السي دي وجهاز قراءة وكتابة هذه الاقراص.

جاءت تسميتها بهذا الاسم (سي دي) من أول أحرف للاسم الإنجليزي
Compact Disk
سي دي CD

السعة التخزينية لأقراص السي دي
يمكن تخزين ما يقارب 74 دقيقة من المعلومات الصوتية على القرص الواحد، وهذا يعادل 740 ميجابيت من المعلومات على القرص الذي يبلغ قطره 12 سم، مما يعني أن المساحة المخصصة لكل بايت على القرص يجب أن تكون متناهية الصغر وبدراسة تركيب قرص لسي دي يمكن فهم كيف يمكن تخزين هذا الكم الهائل من المعلومات على المساحة الصغيرة نسبياً.
مكونات قرص السي دي
يتكون السي دي من البلاستيك بسمك قدره 1.2 مم تعرف باسم polycarbonate وعلى هذه الطبقة يوجد طبقة رقيقة من الألومنيوم اللامع بسمك 1.25 نانومتر مغطاة بطبقة حماية من مادة الاكريلاك acrylic كما في الشكل.

السي دي يحتوي على مسار متصل من البيانات في شكل لولبي يبدأ من الداخل إلى الخارج، وهذا يعني أنه بالامكان تقليل قطر السي دي عن 12 سم إذا رغبنا في ذلك. وفي الحقيقة يوجد بطاقات بحجم بطاقة business cards يمكن وضعها في جهاز قارئ السي دي وتحتوي على بيانات بسعة تخزينية قدرها 2 ميجابيت

وبالنظر تحت المجهر على شكل هذه المسارات اللولبية التي تحتوي على البيانات نجدها تظهر كما في الشكل المقابل على صورة مرتفعات Bits عرضها لايتجاوز 0.5 ميكرون وارتفاعها 125 نانومتر ويفصل بين المسار والذي يليه مسافة تبلغ 1.6 ميكرون. وهذه مساحات متناهية في الصغر وللتوضيح أكثر نفترض أننا قمنا تحويل المسار اللولبي إلى مسار مستقيم سنحصل على شريط عرضه 0.5ميكرون وطوله يتجاوز الـ 5 كيلومتر!! ولقراءة هذه المعلومات نحتاج إلى جهاز خاص هو جهاز الـ CD ROM Drive.

مشغل اقراص الـ CD
يقوم جهاز مشغل أقراص السي دي بالبحث عن المعلومات المخزنة في صورة Bits على المسارات اللولبية سابقة الذكر وقراءتها وهذا يتطلب دقة عالية. ويمكن تقسيم مشغل اقراص السي دي إلى ثلاثة اقسام رئيسية هي:

• الموتور: يقوم بتدوير قرص السي دي والتحكم بسرعته التي تتراوح من 200-500 دورة في الدقيقة.
• الليزر: وهو الاداة المستخدمة لقراءة البيانات من القرص.
• الباحث: وهو الذي يقوم بتوجيه شعاع الليزر على المسارات المخصصة للبيانات بدقة فائقة.

كما تجدر الاشارة إلى أن مشغل الأقراص يحتوي على قطع الكترونية تقوم بتحويل البيانات المخزنة في صورة رقمية Digital إلى اشارة تناظرية Analogue كما هو الحال في استخدامه لسماع الموسيقى أو لنقل البيانات إلى الكمبيوتر.

إن الوظيفة الاساسية لمشغل اقراص السي دي هي تركيز أشعة الليزر على المسارات التي تحتوي البيانات، حيث تنفذ أشعة الليزر من الطبقة البلاستيكية لتسقط على طبقة الألومنيوم العا**، وحيث أن المسارات تحتوي على البيانات على شكل Bits متقطعة مما يسبب في اختلاف انعكاس شعاع الليزر على هذه المناطق والمناطق التي لاتحتوي على البيانات وبالتالي يكون الشعاع المنع** عبارة عن نبضات متقطعة هي بمثابة 0 , 1 هذه النبضات المتقطعة يقرأها فوتوديود يحول النبضات الضوئية إلى تيار كهربي. تقوم اجهزة الكترونية في مشغل اقراص السي دي بتفسير هذه التيارات الكهربية الناتجة من الـ Bits المخزنة على القرص وتحويلها إلى معلومات.


من المهم التحكم في موقع شعاع الليزر على المسار اللولبي خلال دوران القرص المرن وهذا يتم من خلال موتور خاص مبرمج لتحريك الليزر بسرعات تتناسب مع سرعة دوران البيانات على القرص حيث أن سرعة تدفق البيانات تساوي حاصل ضرب السرعة الزاوية للقرص في نصف قطر المسار. ولهذا يجب على الموتور المتحكم في تحريك الليزر أن يتباطأ كلما اتجهنا من المسار الداخلي إلى المسار الخارجي. لنحافظ على معدل تدفق ثابت للبيانات.


شكل البيانات المخزنة على السي دي
يستطيع كل شخص ان يخزن البيانات التي يريدها على قرص السي دي إذا امتلك جهاز قراءة وكتابة وكل ما عليه هو تحديد نوع البيانات اذا كانت بيانات كمبيوتر CD-ROM أو موسيقى CD-DA فيقوم البرنامج بعملية الكتابة دون تدخل منا ولكن هذه العملية البسيطة تخفي تعقيدات بحاجة إلى متخصص لفهم ألية تخزين البيانات على السي دي وهذا ما يعرف بألية التشفير data encoding methodology. والتي يجب أن تراعى النقاط التالية:

• توجيه الليزر بين مناطق البيانات المخزنة مثل بداية المقطوعة الموسقية ونهايتها والمقطوعة التي تليها.
• أن يتضمن التشفير كاشف للخطأ الناجم عن الخطأ في تفسير بعض الـ Bits وهذا مايعرف بـ error-correcting codes.

• الخدوش التي قد تحدث عن الاستخدام الخاطئ لقرص السي دي مما ينتج عنه انقطاع في تدفق البيانات.

مراجع
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:

How Analog-digital Recording Works
What is a MiniDisc and how does it differ from a CD?
What happens if I touch the surface of a CD?
How do CD-Rs work?
CD Manufacturing
Scientific American: Compact Disc Player

[dododa]

فكرة عمل 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. واعتقد انه 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.. في هذا الجزء من تفسيرات فيزيائية سوف نقوم بتوضيح فكرة عمل محرك السيارة والتعرف على مكوناته...

ماكنة الاحتراق الداخلي
تنقسم المحركات إلى نوعين نوع يعرف باسم ماكنة 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 ماكنة 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 ماكنة 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 اربعة اشواط اساسية نذكرها على النحو التالي:

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

نرى في الشكل السابق الجزء الأساسي من المحرك والذي يسمى المكبس Piston وهو الجزء المماثل للمدفع في المثال السابق. يتصل المكبس بعامود الحركة crank shaft الرمز P في الشكل التوضيحي. 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. وهذا الشوط موضح في الفترة المحددة باللون الأصفر.
(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. وهذا الشوط موضح في الشكل الجانبي باللون البنفسجي.
(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. وهذا الشوط موضح في الشكل الجانبي باللون البرتقالي.
(4) شوط العادم: عندما يصل المكبس في حركته للاسفل إلى ادنى قيمة له يفتح صمام العادم لتخرج نواتج الاحتراق من المكبس ومنه إلى العادم خارج السيارة ويرتفع المكبس نتيجة لدوران ناقل الحركة إلى الاعلى طاردا ما تبقى من نواتج الاحتراق ليبدأ دورة جديدة بسحب كمية جديدة من الهواء والوقود. وهذا الشوط موضح في الشكل الجانبي باللون الاخضر.
مرة اخرى لا حظ ان 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 كما هو موضح في الشكل التالي

ترتيب الاسطوانات في خط مستقيم

ترتيب الاسطوانات في خطين متوازيين

ترتيب الاسطوانات على خطين بزاوية حادة تعمل شكل حرف V

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 plugوهي 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 Valvesلكل اسطوانة صمامين واحد لادخال الوقود والهواء والثاني لاخراج ناتج الاحتراق وكلاهما يفتحا ويغلقا حسب الشوط ولكن في حالة شوط الانضغاط يغلغا تماما.المكبس Piston
وهو قطعة من الصلب تتحرك للأعلى والاسفل داخل الاسطوانة.حلقات المكبس
Piston ringsتوجد حلقات المكبس بين الجزء الخارجي للمكبس والجزء الداخلى 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 لانه 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 الاازاحة Displacement وتقاس بوحدة الليتر أو السنتمتر المكعب (1000 سنتمتر مكعب تعادل لتر). فإذا كان المحرك يحتوي اربعة اسطوانات بحيث أن كل اسطوانة تعمل ازاحة نصف لتر يكون سعة المحرك 2 لتر، أما اذا 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 ازاحة بمقدار نصف ليتر يستهلك وقود ضعف ما يستهلكه اسطوانة تعمل ازاحة مقدارها ربع ليتر وهذا يعني ان قوة المحرك ذو السعة الاكبر تكون اعلى من المحرك ذو السعة الاقل.
يمكن زيادة ازاحة المحرك أما بزيادة عدد الاسطوانات أو بزيادة حجم الاسطوانة نفسها أو زيادة الاثنين معاً.
عمود التوصيل
Connecting rodوهو العمود الذي يوصل المكبس مع عمود ناقل الحركة Crank shaft والذي يجعله يدور في حركة دائرية
Crank shaftوهو الذي يعمل على تحريك المكبس للأعلى وللأسفل.
وعاء الزيت Sumpوهو 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 اصبحت على دراية بفكرة عمل المحرك فإن العديد من الاسباب يمكن ان تسبب في عدم تشغيل المحرك ولكن هناك ثلاثة اسباب رئيسية نذكرها على النحو التالي:
خلل في خليط الوقود والهواء:
وهذا يعود لاحد الاسباب التالية:

• نقص كمية الوقود اللازم لتشغيل المحرك فيدخل الهواء بدون الوقود فلايحدث الاحتراق.
• انسداد في منفذ الهواء فيدخل الوقود بدون كمية هواء كافية فلا يعمل المحرك.
• كمية الوقود اما تكون اكثر 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 الاحيان 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 اطار محدد لتضمن احكام اغلاق رأس الاسطوانة.
تسرب الشرارة الكهربية
خلل يصيب مولد الشرارة (spark) نتيجة ل**ر في احد طرفيه أو ان توقيت الشرارة يحدث في غير الوقت المطلوب كما ذكرنا سابقا.

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

دورة التحكم باغلاق وفتح الصمامات

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

توزيع الشرارة الكهربية يوضح الشكل المقابل الدائرة الكهربية المسؤولة عن توزيع شرارة الاحتراق. لا حظ دور الدتربيوتر distributor (باللون الاحمر) في توزيع الكهرباء على الـ Spark. حيث أنه موصل في مصدر فرق الجهد العالي عند المنتصف ويخرج منه اربعة توصيلات لكل اسطوانة بحيث تحصل كل اسطوانة على الكهرباء في الوقت المناسب.

الرسومات التوضيحية من موقع كيف تعمل الاشياء http://www.howstaffworks.com

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. <LI dir=rtl>زيادة الإزاحة
   <LI dir=rtl>زيادة نسبة الانضغاط
   <LI dir=rtl>تبريد الهواء الداخل للاسطوانة
   <LI dir=rtl>تسهيل مرور الهواء للاسطوانة
   <LI dir=rtl>تسهيل خروج العادم من الاسطوانة بعد الاحتراق
   <LI dir=rtl>صناعة السيارة من مواد خفيفة الوزن
2. ضخ الوقود بنسب احتياج كل اسطوانة لتقليل الاستهلاك.

مراجع
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:

• <LI dir=ltr>InnerAuto: Automotive Learning Online - great set of figures and animations showing different engine types and the parts inside an engine
  <LI dir=ltr>Under the Hood - Automotive Mechanics 101
  <LI dir=ltr>How Things Work: Auto******************************s - questions and answers about cars
  <LI dir=ltr>Erbman's Engine Emporium - great article describing factors affecting engine performance
  <LI dir=ltr>Engine Science
  <LI dir=ltr>Harry's Old Engine Home Page - good list of shows
• Understanding Your Car

[ALTAYEB]

انت مبدع اخي الغالي
شكر على جهودك الرئعة وعلى المعلومات

[ALTAYEB]

انت مبدع اخي الغالي
شكر على جهودك الرئعة وعلى المعلومات

[dododa]

فكرة عمل ضوء الفلوريسنت (النيون)

لا يوجد مكان لا يستخدم مصابيح الاضاءة الفلوريسنت المعروفة باسم ضوء النيون. فهي تستخدم في المنازل وفي المكاتب وفي تزيين المحلات التجارية والأعلانات التجارية. ماذا يحدث داخل انبوبة الفلوريسنت؟ وما هي فكرة عمله لاصدار الضوء الابيض الساطع؟ في هذه الاجزء سنحاول شرح فكرة عمل هذا النوع من المصابيح الذي يصدر ضوء أبيض ساطع وبكفاءة أعلى من المصابيح الكهربية العادية.

ما هو الضوء
لفهم فكرة عمل مصابيح الفلوريسنت سوف نعطي فكرة مبسطة عن الضوء اولاً. فما هو الضوء؟ الضوء هو عبارة شكل من اشكال الطاقة وهذه الطاقة هي التي تنطلق من الذرة. تنطلق الطاقة من الذرة على شكل جسيمات تسمى الفوتونات الضوئيو Light Photons وهي ابسط مكونات الضوء وليس لها كتلة ولكن لها طاقة وكمية حركة.
انبعاث الفوتونات الضوئية من الذرة
نعلم أن الذرة لها مستويات طاقة محددة تسمى مدارات تتوزع فيها الالكترونات بطريقة معينة. عندما تكتسب هذه الالكترونات طاقة فإنها تنتقل إلى مستويات طاقة أعلى وعندها تصبح الذرة في حالة اثارة Excited atom، تزداد درجة اثارة الذرة كلما انتقلت الالكترونات إلى مدارات ذات طاقات اعلى وهكذا.

كيف يصدر الضوء
نستخلص من ذلك أن الذرة عندما تكتسب طاقة أو تفقدها فإن التغير يحدث على اتتقال للالكترونات على مدارات الطاقة للذرة. فالطاقة الحرارية أو التصادمات بين الذرات مع بعضها البعض ت**ب الالكترةونات الطاقة الكافية لتنتقل إلى مدارات اعلى. إن وجود الذرة في حالة الاثارة تعتبر حالة غير مستقرة وما تلبث أن تعود الالكترونات المثارة من المدارات ذات الطاقة العالية إلى مداراتها الأصلية وهنا تطلق الالكترونات اثناء رجوعها كمية من الطاقة على شكل فوتون ضوئي.

تختلف طاقة الفوتون المنبعث من ذرة إلى أخرى وذلك لان طاقة الفوتون تساوي الفرق بين طاقة المدرات التي ينتقل بينها الألكترون. وهذا يؤدي إلى أن ذرات مختلفة تطلق فوتونات مختلفة وهذا ينع** على لون الضوء المنبعث لان هنالك علاقة تربط بين طاقة الفوتون وطوله الموجي وهي

hc/l = E2-E1

حيث ان h هو ثابت فيزيائي يدعى ثابت بلانك، و c هي سرعة الضوء في الفراغ، و l الطول الموجي للفوتون المنبعث، أما المقدار E2-E1 فهو فرق الطاقة بين المدارين الذي انتقل الالكترون بينهما.
كل مصادر الضوء تعمل بنفس الفكرة السابقة ولكن باختلاف طريقة اثارة الذرة فإحياناً تكون الطاقة حرارية مثل المصابيح العادية او مصابيح الغاز، او أن تكون الاثارة ناتجة عن التفاعلات الكيميائية مثل الاصابع المضيئة، او ان تكون الاثارة من خلال التصادمات بين الذرات كما هو الحال في المصابيح الفلوريسنت التي سنوضحها في الجزء القادم.

داخل انبوبة الفلوريسنت
العنصر الأساسي في انبوبة الفلوريسنت هي الانبوبة الزجاجية المفرغة من الهواء. هذه الانبوبة تحتوي على القليل من جزيئات الزئبق Hg وغاز خامل هو الأرجون Ar عند ضغط منخفض. كذلك تغطي سطح الانبوبة الداخلي طبقة من مادة فوسفورية. يوجد على طرفي الانبوبة الكترود للتوصيل الكهربي وفي داخل الأنبوبة يتصل الالكترود بفتيلة حرارية تطلق الالكترونات عندما تسخن بمرور التيار الكهربي بها.

ماذا يحدث عند تشغيل انبوبة الفلوريسنت
بمجرد توصيل التيار الكهربي الموصل على طرفي الالكترود تسخن الفتيلتين على طرفي الأنبوبة وتنطلق الالكترونات منها. هذه الالكترونات تتعجل (تتزايد سرعنها) تحت تأثير فرق الجهد الكهربي المطبق على طرفي الانبوبة والذي يبلغ 240 فولت. تتصادم هذه الالكترونات المعجلة بذرات غاز الارجون فتعمل على تأيينها (تنتزع منها بعض الالكترونات وتترك ذرة الارجون على شكل أيون موجب)، تحت تأثير فرق الجهد الكهربي المطبق على طرفي الالكترود فإن الالكترونات السالبة تتسارع في اتجاه الجهد العالي (الموجب) بينما الأيونات الموجبة تتسارع في اتجاه الجهد المنخفض (السالب). وهذا يشكل دائرة كهربية يمر فيها التيار خلال غاز الأرجون المتأين. (تم تجاهل دور المشغل الابتدائي starter وسيأتي شرح دوره في الجزء القادم). عندما تصطدم الالكترونات والايونات المعجلة بغاز الزئبق داخل الأنبوبة الزجاجية المفرغة تثار ذرات الزئبق حيث تنتقل الكترونات ذرة الزئبق إلى مدارات ذات طاقة اعلى. ولكن هذه الالكترونات المثارة ما تلبث إلا وتعود لمداراتها الاصلية مطلقة بذلك الفوتونات الضوئية.
هذه الفوتونات الضوئية الناتجة عن ذرات الزئبق المثارة تكون في مدى الطيف فوق البنفسجية وذلك لخاصية في مدارات ذرة الزئبق وهذا الفوتونات لا تصلح للاضاءة ولهذا يجب تحويلها إلى مدى الطيف المرئي.

قبل مرور التيار الكهربي

بعد مرور التيار الكهربي الالكترونات والايونات تتصادم مع غاز الزئبق وتسبب في اثارته
اصطدام الفونتونات المنبعثة من ذرات الزئبق المثارة بالغطاء الفسفوري لتطلق بدورها الضوء الأبيض

وهنا يأتي دور الغطاء الفسفورى المحيط بالجزء الداخلي للنبوبة الزجاجية حيث يمتص هذه الفوتونات ذات الأطوال الموجية في المدى فوق البنفسجي وتثار المادة الفسفورية ولكن عندما تعود فإن جزء من طاقة الفوتونات المنبعثة من ذرات الفسفور المثار يبد على شكل طاقة حرارية (ومن هنا نستنتج سبب الارتفاع الطيف في درجة حرارة الانبوبة الفلوريسنت) والجزء الباقي ينطلق على شكل فوتون ضوئي ذو طاقة اقل بحيث يصبح طوله الموجي في مدى الطيف المرئي. مما يعطي الضوء الأبيض والذي هو خليط لما يعرف بالوان الطيف السبعة.
ظاهرة امتصاص الطيف فوق البنفسجي وانبعاث الطيف المرئي بواسطة المواد الفسفورية يسمي بالفلوريسنت ومن هنا اطلقت على هذه المصابيح بأنابيب الفلوريسنت

ما هو دور المشغل أو ما يعرف بالستارتر
من المعروف أنه من الصعب الحصول على الضوء مباشرة من مصباح الفلوريسنت إذا كاان الستارتر Starter معطل وفي اغلب الاحيان يتم استبداله بآخر جديد ليعود المصباح للعمل من جديد.. فما هو الدور الذي يلعبة هذا العنصر في الدائرة الكهربية (موضح في الشكل التالي بالدائرة الحمراء المنقطة).

من المعروف أن غاز الأرجون داخل الانبوبة لا يوصل التيار الكهربي إلا إذا اصبح متأين. ولحين تأينه يمرر التيار الكهربي في دائرة جانبية bypass circuit موضحة بالسلك الأزرق السماوي في الشكل أعلاه. ويستمر التيار يمر في الستارتر لفترة وجيزة وهي الفترة اللازمة لكي تسخن الفتيلتين على طرفي الأنبوبة وتنطلق الالكترونات منها لتأين غاز الأرجون وعندها يتوقف الستارتر عن العمل (يمكنك فكه بعد اضاءة ضوء المصباح وستجد أن المصباح لا زال يعمل). ماذا يحدث داخل الستارتر؟؟
ماذا يحدث داخل الستارتر؟؟
الستارتر هو عبارة عن مصباح ضوئي صغير مثل فلاش الكاميرا يحتوي على طرفين من سلكين موصلين للتيار الكهربي كما في الشكل (1) ادناه. عند بدء تشغيل مصباح الفلوريسنت يبدأ التيار الكهربي في المرور من خلال الستارتر لان الغاز داخل الانبوبة لازل عازلا للتيار الكهربي. يحدث بين طرفي سلك الستارتر تفريغ كهربي ينتج عنه بريق ضوئي يعمل على تسخين السلكين. احد هذين السلكين يتمدد في اتجاه الطرف الاخر فيتلامسان ويمر التيار الكهربي من خلالهما.
يستمر مرور التيار في الستارتر إلى أن يتأين غاز الأرجون كما ذكرنا سابقاً ويجد التيار الكهربي مقاومة أقل في غاز الارجون المتأين. عندها يتوقف مرور التيار في الستارتر ومن ثم يبرد الستارتر وينكمش السلك ليبتعد عن السلك الآخر. وينتهي دوره إلى أن يعاد تشغيل المصباح في المرة القادمة....

التيار الابتدائي يعمل على توليد بريق ضوئي بين طرفي السلكين للستارتر.الحرارة الناتجة عن الضوء تسخن السلك فيتمدد ليلامس الطرف المقابل للسلك.عند توقف التيار في الستارتر يبرد ويعود الطرف المتمدد إلى وضعه الطبيعي.

لا يدخل غاز النيون في فكرة عمل مصباح الفلوريسنت ولكن اشتهر اسم هذا المنوع من المصابيح بضوء النيون !!!!

مراجع
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:

Sam's Fluorescent Lamp F.A.Q.

• <LI dir=ltr>Bright Light, Low Energy
  <LI dir=ltr>How Fluorescent Lighting Works
  <LI dir=ltr>The Fluorescent Lamp: A Plasma You Can Use
  <LI dir=ltr>Compact Fluorescent Lamps
  <LI dir=ltr>How Things Work: Fluorescent Lamps
  <LI dir=ltr>Inside Ballasts
  <LI dir=ltr>Light Guides
  <LI dir=ltr>Lights and Electronics
• Accelerating the Market for Efficient Lighting

[dododa]

فكرة عمل طابعات الكمبيوتر

لم يعد امتلاك جهاز الكمبيوتر قاصراً على الشركات والمؤسسات فحسب بل اصبح امتلاك هذا الجهاز شيئا ضروريا لكل فرد. وحتى تظهر ثمار جهدك على ورق مطبوع فإنك فى حاجة إلى شراء طابعة ما. لكن شراء طابعة ليس بالامر السهل فقد انتشرت فى الاسواق انواع متعددة ومختلفة وباسعار متباينة، وبالتالى وجب عليك عزيزى القارئ قبل اقتناء طابعة ان تعلم الفرق بين الانواع المختلفة ومن ثم تختار مايناسبك.

تقسم الطابعات المستخدم مع الكمبيوتر إلى نوعين حسب طريقة تعامل الطابعة مع الورق. والقسم الأول هو الذي يتعامل مع الورق من خلال تصادم رأس الطابعة مع الورق مثل الألة الكاتبة التي تقوم يصطدم كل حرف بالورق من خلال شريط الحبر ليترك اثاره على الورقة وهذا الطريقة الأولى التي صممت فيها طابعات الكمبيوتر مثل الطابعة الإبرية Dot Matrix Printer. أم النوع الثاني فلا يعتمد على التصادم المباشر بين ارأس الطابعة والورق ويأتي دور الطابعة بالتحكم في الحبر الذي سيرسل إلى الورق مثل طابعات قاذفة الحبر Inkjet Printer أو طابعة الليزر Laser Printer.

على هذه الصفحة سوف نستعرض اكثر طابعات الكمبيوتر شيوعا لنوضح فكرة عملها ومميزاتها.





مراجع
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:

Inkjet Printer

• <LI dir=ltr>The PC Technology Guide: Inkjet Printers
  <LI dir=ltr>A Beginner's Guide to Inkjet Printing
  <LI dir=ltr>Microscopic Tour of an Inkjet Cartridge
  <LI dir=ltr>Journey to the Center of an Inkjet Cartridge
  <LI dir=ltr>WhatIs.com: Printer
• Color Printer Head Technology

Laser Printer

• <LI dir=ltr>PC Technology Guide to Laser Printers <LI dir=ltr>ZD Net's Laser Printer Guide
  <LI dir=ltr>Six Stages of Image Formation
  <LI dir=ltr>CNET's Printer Buying Guide
• Xerography: The Invention No One Ever Wanted

[dododa]

الطابعة الابرية Dot Matrix Printer

اول طابعة ابرية ظهرت فى عام 1964 وهى (Epson DP-101) وظهرت بعد ذلك (Epson FX80) فى عام 1984 وكانت هذه الطابعات بطيئة نوعا ما. سميت بالطابعات الابرية او النقطية نسبة إلى فكرة عمل هذا النوع من الطابعات حيث تستخدم ابرة متحركة لتصطدم بشريط محبر. تكون نتيجة اصطدام الابرة الواحدة على الشريط الحبري المثبت أمام الورق المراد الطباعة عليه هو ظهور نقطة بلون شريط الحبر. فإذا تخيلنا أن اى حرف أو رقم يمكن طباعته على شكل نقاط متراصة لترسم لنا الحرف على الورقة عن طريق عدة ضربات على الشريط الحبرى. وفى أغلب الأحيان يكون هناك تسع ابر او 24 ابرة مثبتة فى الرأس يتحكم بهم برنامج خاص ليرسم شكل الحرف اثناء حركة الراس والورقة.
ان الفكرة الميكانيكية فى تحريك الابر هو عن طريق مغناطيس كهربى يقوم بجذب الابر باتجاه الشريط الحبرى وتعود الابر إلى مكانها بواسطة زنبرك بعد زوال التاثير المغناطيسى.














الطابعات النقطية هى طابعات خطية لانها تطبع سطرا سطرا ولهذا ميزة جيدة حيث يمكن استخدامها فى طباعة فواتير وشيكات وغيره.
والطابعات التي تحتوي على 24-pin تعطى نتائج افضل من ناحية الوضوح من الطابعات التي تحتوي على 9-pin وتستخدم هذه الطابعات في البنوك والشركات والمؤسسات عندما تكون المادة المطبوعة لاتحتوي على الصور والرسومات مثل طباعة الفواتير لل**ائن أو عند الطباعة على أوراق مكربنة للحصول على عدة نسخ.
على الصعيد الشخصي لم يعد لهذا النوع من الطابعات استخدام حيث أن ظهور الطابعات من النوع قاذفة الحبر Inkjet لكفائتها في الطباعة بالألوان ودقتها في طباعة الصور والرسومات وانخفاض سعرها.

[dododa]

الطابعات قاذفة الحبر Inkjet printers
أول شركة صنعت هذا النوع الجديد من الطابعات هى شركة Hewlett-Packard عام 1984 واطلقت عليها اسم Ink jet printers وتبعتها شركة Canon عام 1986 واطلقت على هذا النوع من الطابعات اسم Bubble jet printers وكلاهما له نفس فكرة العمل. هذه الطابعات اخذت مكانه اوسع من الطابعات الابرية سابقة الذكر عند الكثير من المستخدمين للكمبيوتر خاصة بعد انخفاض سعرها فى هذه الايام.

تعتمد طابعة الـ inkjet على قذف قطرات متناهية في الصغر من الحبر على الورق لرسم الصورة أو طباعة النصوص ومن خصائص هذه الطابعات هي:

• يصل حجم القطرات من الحبر إلى 50 مايكرون وهذا ادق من قطر شعرة.
• يتم توجية القطرات إلى الورق بدقة متناهية مما يعطي وضوح يصل إلى دقة 1440x720 نقطة في الإنش. وهذا مايعرف الـ resolution والتي تقدر بوحدة dpi أي dots per inch.
• يمكن الحصول على طباعة ملونة معن طريق التحكم بنسبة خلط الألوان الأساسية لكل قطرة قبل وصولها إلى الورقة.

فكرة عمل الطابعة قاذفة الحبر
تعتمد فكرة عمل هذا النوع من طابعات الكمبيوتر على تسخين جزء من مستودع الحبرإلى درجة حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية. وهذا سوف يحدث فقاعات بخار داخل مستودع الحبر مما تدفع قطرات الحبر إلى الخارج من فتحة خاصة تدعى Jet يصل عدد هذه الفتحات إلى 400 فتحة دقيقة يخرج منها الحبر قطرات الحبر في نفس اللحظة. بمجرد ملامسة قطرات الحبر الورقة تجف مباشرة. هذه العملية تتكرر عدة الاف مرة فى الثانية الواحدة.
وهنا نلاحظ أنه لايوجد أجزاء متحركة فى الرأس -ما عدا الحبر بالطبع- مما يجعل الطابعة اكثر هدوءاً وتصل دقة هذا النوع من الطابعات إلى 300dpi أى تضاهى طابعات الليزر. وهذا سبب تسمية الطابعة من هذا النوع بطابعة نصف ليزر.

بتسخين المعدن الملامس للحبر تخرج فقاعة من بخار الحبرتدفع الفقاعة الحبر ليخرج من الفتحة الدقيقة إلى الورقتدفع الفقاعة الحبر ليخرج من الفتحة الدقيقة إلى الورق

ماذا يحدث عندما نضغط على امر الطباعة في الكمبيوتر؟

1. <LI dir=rtl>عند الضغط على امر الطباعة في الكمبيوتر تحدث الخطوت التالية:
   <LI dir=rtl>يقوم برنامج الطابعة بارسال البيانات إلى معالج الطابعة الـ Driver.
   <LI dir=rtl>يقوم الـ Driver بمعالجة البيانات وترجمتها إلى اللغة التي تفهمها الطابعة ويتأكد البرنامج من ان الطابعة المتصلة بالكمبيوتر وانها تعمل.
   <LI dir=rtl>ترسل البيانات عبر السلك المتصل بين الكمبيوتر والطابعة.
   <LI dir=rtl>تخزن البيانات في ذاكرة الطابعة RAM.
   <LI dir=rtl>يقوم البرنامج بتشغيل موتور رأس الطابعة ويحركه عبر محور الطابعة للتأكد من أنه يعمل ويتم مسح الرأس في هذه الحركة.
   <LI dir=rtl>كذلك يتم تشغيل موتور تحريك الورقة وتجهيز الورقة في المكان المخصص للبدأ في الطباعة.
2. تبدأ الطابعة في العمل بتحريك كلا من الورقة ورأس الطابعة ليقوم برسم البيانات حسب تدفقها من الكمبيوتر إلى ذاكرة الطابعة ويتولى البرنامج بالتحكم بالحبر والالوان وتحريك الورقة كلما انتهى الرأس من مسح السطر وتتكرر العملية إلى ان يتم رسم كافة البيانات المرسلة من الكمبيوتر.

تكاليف الاستخدام لهذا النوع من الطابعات يعتبر الأنسب بالمقارنة بطابعة الليزر وتعتبر تكاليف الطباعة ارخص بكثير إذا ما قورنت بطابعة الليزر الملونة وفي أغلب الاحيان تباع الطابعة بأرخص من تكلفتها وهنا تعتمد الشركات المصنعة في ربحها من بيع الحبر المخصص لكل طابعة. الذي يعتبر سعره مكلفاً لأن تغير الحبر يعنى تغير الرأس.

[dododa]

طابعة الليزر Laser printer

ان طابعة الـ Inkjet تعمل من خلال دفع قطرات الحبر إلى الورق ليتم نقل البيانات والمعلومات من الكمبيوتر إلى الطابعة ولكن كيف تعمل طابعة الليزر التي تستخدم شعاع الليزر؟؟
اخترعت شركة Xerox تكنولوجيا طابعات الليزر فى اوائل السبعينات وفى عام 1977 تم تسويق طابعات ليزر تصل سرعة طباعتها إلى 120 صفحة فى الدقيقة ومنذ 1984 سعت شركة Hewlett-Packard إلى تطوير عدة انواع من طابعات الليزر لتناسب جميع الاعمال واصبحت طابعات الليزر التى تحمل ماركة Hewlett-Packard تحتل 70% من سوق طابعات الليزر.


تختلف طابعات الليزر عن غيرها فى انها تطبع الصفحة كاملة وليس سطر سطر كما فى النوعين سابقى الذكر ولهذا السبب تحتاج طابعة الليزر إلى ذاكرة داخلية 1Mbyte على الأقل. وسعة الذاكرة تلعب دورا في سعر الطابعة.
بعض طابعات الليزر تكون مزودة بـ Post script وسعرها مرتفع عن اخرى لا تحتوى على هذه القطعة، لأنها تزيد من كفاءة الطابعة حيث يقوم الكمبيوتر بإرسال ما تحتويه الصفحة المراد طباعتها من تصاميم ورسومات وغيره فى صورة وصف دقيق إلى الـ Post script الذى بدوره يقوم بباقى العمل تاركا لك الكمبيوتر لتكمل عملك بينما الطابعات التى لا تحتوى Post script فإن البرنامج المستخدم سوف يقوم بعمل كل شئ ليرسل تفاصيل الصفحة مما يستغرق الكمبيوتر وقتا طويلاً لينهى عمله.


فكرة عمل طابعة الليزر
تعتمد فكرة عمل طابعة الليزر على الشحنة الكهروستاتيكية، مثلها مثل فكرة عمل ماكنة تصوير المستندات. والشحنة الكهروستاتيكية هي الي يكتسبها الجسم المعزول مثل الشحنة التي يكتسبها المشط عند تمشيط الشعر أو البالون عند حكة بالصوف ومن المعروف أن الشحن السالبة تجذب الشحنة الموجبة.

وتعمل طابعة الليزر من خلال مادة حساسة للضوء تسمي photoconductive هذه المادة تفقد شحنتها اذا سقط ضوء عليها. ففي البداية يتم شحن الدرم drum بشحنة موجبة بواسطة سلك يمر به تيار يسمى بـ charge corona wire وبدوران الدرم تقوم الطابعة بتسليط شعاع الليزر المنع** من المرأة بمسح الاسطوانة اثناء حركتها على شكل سطور افقية حيث يحتوى كل سطر على مجموعة من النقط، يتحكم بعملية المسح هذه معالج خاص microprocessor موجود داخل الطابعة فيقوم بتشغيل الليزر عند المناطق البيضاء ويطفئه عند المناطق السوداء ليتم تفريغ الشحنة من بعض المواقع بحيث ترسم الحروف والاشكال المرسلة من الكمبيوتر فى صورة مناطق مشحونة كهربيا.

حركة شعاع الليزر على الدرم والتحكم به بواسطة المرأة

بعد ذلك تقوم الطابعة بتمرير الدرم على حبيبات الحبر والذي يسمى بالتونر toner المشحون بشحنة موجبة نتيجة للشحنة الموجبة لحبيبات الحبر فإنها تلتصق على الدرم في المناطق التي مر عليها الليزر أما المناطق من الدرم المشحونة بشحنة موجبة فلن يلتصق بها التونر لأن الشحنات المتشابه تتنافر. وباستمرار دوران الدرم ينتقل الحبر الملتصق به إلى الورق المراد الطباعة عليه حيث تقوم الطابعة با**اب الورقة شحنة سالبة من خلال سلك يمر به تيار corona wire. وهذا يساعد الورقة على جذب حبيبات التونر المشحون بشحنة موجبة لينتقل من الدرم إلى الورقة.



ولمنع الورقة من الانجذاب إلى الدرم فإن الطابعة بمجرد انتقال حبيبات التونر إلى الورقة يتم تفريغ شحنة الدرم من خلال لمبة ضوئية لتجهيز الدرم للدورة الثانية. كل ذلك يعمل خلال دوران الدرم وحركة الورقة بفس السرعة والتوقيت. وفي المرحلة الاخيرة تمرر الورقة قبل خروجها من الطابعة على فرن حراري على شكل اسطوانتين دائريتين لتثبيت التونر على الورقة. وهذا يفسر سخونة الورقة بعد خروجها من الطابعة مباشرة.


خصائص طابعة الليزر
كثير من الاحيان يفضل استخدام طابعة الليزر عن الطابعات الأخرى مثل Inkjet وذبك للأسباب والخصائص التالية:

• <LI dir=rtl>تعتبر طابعات الليزر الأسرع لأن شعاع الليزر يتحرك بسرعة كبيرة لرسم بيانات الصفحة على الدرم.
  <LI dir=rtl>تعتبر تكلفة تشغيلها طابعة الليزر اقل من تكلفة طابعات قاذفة الحبر لأن الحبر المستخدم ارخص ويخدم لفترة أطول ولهذا تستخدم طابعات الليزر في المؤسسات والمكاتب حين الحاجة إلى طباعة مستندات طويلة.
  <LI dir=rtl>قدرة طابعة الليزر على العمل على نظام الشبكات بحيث يمكن لأكثر من مستخدم الطباعة باستخدام طابعة ليزر مركزية جعلها اكثر انتشارا.
  <LI dir=rtl>تصل دقة الطباعة بواسطة طابعة الليزر إلى درجة تضاهي صور الكاميرا وهذا يعود إلى حزمة الليزر المركزة.
  <LI dir=rtl>انخفاض ثمن طابعة الليزر جعل العديد من المستخدمين على الصعيد الشخصي استخدامها بدلاً من الطابعة قاذفة الحبر.
• يمكن دمج طابعة الليزر وماكنة تصوير المستندات والماسح الضوئي وجهاز الفا** في جهاز واحد لتوفير مساحة في المكتب وكذلك تقليل عدد الاسلاك المتصلة بين تللك الاجهزة والكمبيوتر.

طابعة الليزر الملونة Color Laser printer
يتواجد حالياً في الاسواق طابعات ليزر ملونة فكرة عملها شبيهة بفكرة عمل طابعة الليزر العادية سوى ان الورقة تمر بالمراحل سابقة الذكر اربعة مرات مرة للون الاسود وثلاث مرات للألوان الاساسية الثلاث الأحمر والأزرق والأصفر حيث يقوم برنامج الطابعة بفرز الالوان للصفحة المطلوب طباعتها من الكمبيوتر ويطبع كل لون على حدى في مرحلة منفصلة وفي النهاية نحصل على الورقة مطبوعة بنفس اللألون التي تظهر على شاشة الكمبيوتر.

توضح الصورة شكل الدرم المستخدم في طابعات الليزر العادية (اليمين) والملونة (اليسار)

[ALTAYEB]

مشكور على جهودك اخي الغالي
وبما تاتي فية من افادة للجميع