كيف تعمل الاشياء بحوث متنوعة ومتجددة

[dododa]

كيف يعمل جهاز الفا**



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/Fax1.jpg


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/2006-08-25_00-59-38-084.png
وفي هذا المقال سنقوم بالقاء الضوء على فكرة عمل جهاز الفا** وسيجد القارئ بعض التشابه مع اجهزة اخرى مثل طابعة الليزر والماسح الضوئي وماكنة تصوير المستندات.


الفكرة والنشأة
http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/bain1847.gifكلمة فا** FAX جاءت من كلمة Facsimile اي عمل نسخة عن مستند وارساله عبر خطوط الهاتف إلى مكان اخر. ومخترع الفا** هو العالم الاسكتلندي Alexander Bain في عام 1843 وحصل على براءة أختراع سجل بأسمه للفكرة البسيطة التي صممها والتي تتلخص في تعليق مجس في بندول ليقوم بمسح سطح معدني عليه صورة بمعالم بارزة وسجل تفاصيل الصورة. ولكن لم يتم ادخال هذا الاختراع للاستخدام في البريد والاتصالات مثل ما حدث مع جهاز التيلي** Telegraph الذي اخترعه العالم Samuel Morse بعد سبع سنوات من أختراع الفا**. إلا ان جهاز التيلي** كان يعتمد على ارسال البيانات باستخدام اشارات موريس واصبح احد الخدمات المعتمدة في البريد والاتصالات لفترة من الزمن إلى ان حل محله جهاز الفا** للمزايا العديدة التي لا تقارن بجهاز التيلي** الذي يتطلب معرفة باشارة موريس لترجمة الرسائل ولعدم قدرة جهاز التلي** من ارسال صورة طبق الاصل عن المستند الأصلي. إلا انه يجب الا ننكر ان Alexander Bain قام بتطوير جهازه باضافة فكرة عمل جهاز التيلي** إلى جهازه.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/a_fax04.jpghttp://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/bakewell.jpg



صور لبعض اجهزة الفا** الاولية



طرأت عدة تطورات على جهاز الفا** اهمها ما قام به العالم Arthur Korn في عام 1902 في ادخال نظام الفوتوديود لتطوير عملية المسح ونقل البيانات ومن ثم قيام العالم Edouard Belin في عام 1914 بارسال بعض الصور لاسلاكيا من مكان لاخر، إلى ان تبنت شركة الاتصالات الامريكية AT&T تطوير تكنولوجيا عمل الفا** عام 1924 واطلقت على المشروع اسم تكنولوجيا ارسال المستندات بالتلفون telephone facsimile technology وصممت جهاز اسمته telephotography machine اي جهاز ارسال الصور عن بعد وهو ما يعرف حالياً بالفا**، وكانت اول استخدامات هذا الجهاز هو في ارسال الصور من موقع الحدث إلى مسافات بعيدة حيث دور الطباعة والنشر.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/2006-08-25_01-00-25-773.png لمزيد من المعلومات عن نشأة جهاز الفا** تجدها على الموقع


http://www.hffax.de/history/index.html



http://www.hffax.de/html/hauptteil_faxhistory.htm



فكرة عمل جهاز الفا** القديم
اجهزة الفا** القديمة تحتوي على اسطوانة Drum تدور حول محورها. ولارسال فا** يتم تثبيت المستند على الاسطوانة ويقوم جهاز الفا** بالعمليات التالية:
يتم تسليط ضوء ابيض ساطع على الورقة والضوء المنع** عن الورقة يجمع بواسطة عدسة ليسقط على مجس ضوئي photo sensor مثبت على ذراع متحرك يمسح المستند من اليمين إلى اليسار بينما تدور الاسطوانة لتعرض باقي المستند للمسح الضوئي.
يستطيع المجس الضوئي التقاط بيانات المستند بدقة تصل إلى 0.25mm2، وحيث ان البيانات المسجلة على المستند أما صور أو نصوص فإنها عبارة عن مناطق بيضاء وأخرى سوداء، يتم تجميع هذه البيانات بواسطة الضوء المنع** من المناطق البيضاء أما المناطق السوداء فلا ينع** منها ضوء.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/mufax.jpg



صورة جهاز فا** قديم



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/2006-08-25_01-00-57-498.png
فكرة عمل جهاز الفا** الحديث
تطورت فكرة عمل جهاز الفا** كلياً بالتحول إلى العصر الرقمي وتطور تكنولوجيا الاتصالات فتحولت فكرة عمله من الفكرة التماثلية analog لتصبح فكرة عمله رقمية digital، واجهزة الفا** الحديثة لا تحتوي على اسطوانة مما جعله يقوم بعمله بسرعة اكبر ودقة أعلى.
يتم تثبيت المستند على سطح زجاجي مثل ماكنة تصوير المستندات وبعض اجهزة الفا** تحتوي على حاوية لتمكن من ادخال مستند تلو الآخر لتسهل عملية ارسال

[dododa]

عدة مستندات تلقائياً.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/Fax3.jpg



صورة جهاز فا** حديث

يستخدم في مسح المستند بواسطة شريحة الكترونية CCD وهي المستخدمة في الكاميرات الرقمية والتي سبق شرحها، تحتوي شريحة الـ CCD على مصفوفة من الفوتوديود يصل عددها إلى 1728 مجس ضوئي (فوتوديود) اي ما يعادل 203 ب**يل لكل انش، وبهذا تتمكن الشريحة من مسح سطر كامل من المستند مرة واحدة بعد اضاءة المستند بمصباح فلورسنت. البيانات المستقبلة على شريحة الـ CCD تشفر encoded بطريقة خاصة ترسل عبر خطوط الهاتف ويتم فك التشفير بواسطة جهاز الفا** المستقبل والذي يظهر المناطق السوداء على الورقة البيضاء.


كل اجهزة الفا** اليوم تعرف رسمياً بـ CCITT (ITU-T) Group 3 Facsimile machine اي اجهزة المجموعة 3 و CCITT هي مؤسسة الاتصالات العالمية التي تحدد المقاييس العالمية للاتصالات وكل اجهزة الفا** التابعة لهذه المجموعة تع** عدة مواصفات هي:

<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #333399" dir=rtl class=MsoNormal>
الاتصال وتبادل المعلومات مع أجهزة نفس المجموعة Group 3.

<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #333399" dir=rtl class=MsoNormal>
تصل الدقة الافقية إلى 203 بي**ل لكل انش.


<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #333399" dir=rtl class=MsoNormal>
ثلاثة درجات من الدقة العمودية هي:

<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #3366ff" dir=rtl class=MsoNormal>
الدقة القياسية: أي 98 خط كل انش

الدقة العالية: أي 196 خط لكل انش

الدقة الفائقة: 391 خط لكل انش




سرعة تراسل البيانات يصل إلى 14400bps ويمكن ان تقل إلى 12000bps، 9600bps، 7200bps، 4800bps أو قد تصل إلى 2400bps حسب الخط الهاتفي وقيمة التشويش فيه.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/2006-08-25_00-52-21-086.png


ولتوضيح فكرة قراءة وتشفير البيانات دعنا نفترض ان المستند المراد ارساله عبر الفا** يحتوي على النص الموضح في الشكل ادناه.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/2006-08-25_00-50-56-144.png

تستقبل شريحة الـ CCD البيانات الضوئية الناتجة عن انعكاس الضوء من خط محدد من المستند يسمى خط المسح ويظهر هنا باللون الأحمر. وتكون البيانات التي تنع** إلى شريحة الــ CCD عبارة عن مجموعات من النقاط السوداء والبيضاء. تظهر في اسفل الشكل مستطيل يع** البيانات التي حصلت عليها الشريحة والتي تقابل خط المسح، هذه البيانات تشفر وترسل عبر خطوط الهاتف بينما يتم مسح خط اخر من المستند وهكذا حتى تتم عملية مسح المستند بالكامل. ولا شكل ان تجميع بيانات خط المسح مرة واحدة وارسالها جعلت من عملية الفا** اسرع.


ما هو حجم البيانات المرسل في كل مستند فا**؟
يقوم المجس الضوئي CCD بالنظر إلى المناطق البيضاء والسوداء في المستند. وعليه فإن كل خط مسح يتم تخزين بياناته في 1728bits حجم مصفوفة الفوتوديود في شريحة الـ CCD. واذا افترضنا ان المستند يحتوي على 1145 خط فإن الحجم الكلي لبيانات المستند عبارة عن



1728 ب**يل لكل خط مسح x 1145 خط في المستند = تقريباً 2 مليون بت من المعلومات



ولتقليل حجم البيانات عند ارسالها فإن فا** المجموعة 3 يقوم بضغط وتشفير هذه البيانات باستخدام ثلاثة طرق مختلفة تعرف بـ Modified Huffman (MH) و Modified Read (MR) و Modified Modified Read (MMR) .


تتلخص فكرة ضغط البيانات في تطبيق الغوريثم رياضي يقوم بعدم ارسال البيانات اذا كان خط المسح كله ابيض بالكامل مما يقلل من الحجم الكلي للمستند الذي يحتوي على مناطق بيضاء كثيرة حيث نلاحظ ان ارسال المستند اسرع كلما كانت مساحة المنطقة البيضاء اكبر بينما تحتاج عملية الارسال وقتاً اطول اذا كان المستند يحتوي صور.


استقبال الفا** المرسل
تصل البيانات المرسلة من جهاز الفا** عبر خطوط الهاتف الى جهاز الفا** المستقبل. فيتم فك تشفير البيانات وفك الضغط وتجميع البيانات لتجهيزها للطباعة. وهناك عدة طرق لاخراج البيانات هي:
http://www.hazemsakeek.com/QandA/Fax/2006-08-25_01-01-47-520.png
طابعة الليزر Laser printer تستخدم بعض اجهزة الفا** طابعة ليزر كجزء منها للحصول على المستند المستقبل.
جهاز الكمبيوتر وهذا في حالة تثبيت كرت فا** مودم fax modem على جهاز الكمبيوتر فيتم تخزين البيانات المستقبلة في ذاكرة الكمبيوتر ويمكن تخزينها على شكل ملف وورد ويمكن طباعتها على اية طابعة متصلة مع الكمبيوتر.


لمزيد من المعلومات عن فكرة عمل جهاز الفا** ينصح بزيارة المواقع المختارة التالية:

http://home.maine.rr.com/randylinscott/fax.htm


http://webopedia.internet.com/TERM/C/CCITT.html

[dododa]

كيف تعمل الطائرة العمودية "الهيليكوبتر"


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-26-59-023.png



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/Bell-206L-USA.jpg




http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-27-24-159.png
مقارنة بين وسائل النقل المعروفة
لفهم كيف تعمل طائرة الهيليوكبتر ولماذا فكرتها معقدة بعض الشيء، سنقوم بمقارنتها بوسائل النقل المختلفة مثل القطار والسيارة والطائرة. وسوف نعرف في النهاية لماذا تميزت الهيليوكبتر بمرونتها.
لنبدأ بوصف حركة القطار، فالقطار وسيلة نقل سهلة القيادة وذلك لانه يوجد فقط اتجاهين للحركة الاتجاه الامامي او الخلفي، يحتوي القطار على نظام ايقاف "فرامل" لايقاف القطار في الاتجاهين ولكن لا يحتوي على عجلة قيادة حيث ان حركة القطار محكومة بالقضبان الحديدية التي تغير اتجاه القطار تبعاً لتصميمها.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/helicopter-train.jpg


ولأن القطار يتحرك في اتجاهين فإن قائد القطار يمكنه السيطره عليه باستخدام يد واحدة فقط. أما في حالة السيارة فإنه تتحرك للأمام والخلف مع امكانية ان تغير مسارها لليمين واليسار في كلا الاتجاهين.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/helicopter-car.jpg



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-27-44-698.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/helicopter-plane.jpg

ولكن الطائرة لا تحتاج ان تتحرك للخلف ولهذا فإن الطائرة تتحرك في خمس اتجاهات في حين ان السيارة تتحرك في اربعة اتجاهات. إن المقدرة على الحركة للأعلى والاسفل يضيف بعد جديد للحركة يجعل الطائرة مختلفة تماماً عن السيارة. وللتحكم في الحركة للأعلى وللاسفل فإن الطائرة تزود بمقوض على شكل عصا الالعاب joystick تتحرك للامام والخلف ولليمين واليسار بدلا من عجلة القيادة الدائرية الثابتة التي تتحرك لليمين واليسار فقط. كما يوجد دواستين للتحكم في حركة ذيل الطائرة والعجلات. لذلك يستطيع قائد الطائرة التحليق بالطائرة والسيطرة عليها باستخدام يداً واحدة وقدمين.
ولكن في طائرة الهيليوكبتر فإنها تستطيع القيام بثلاثة اشياء اضافية لا توجد في الطائرة العادية وهذه هي:


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/helicopter-copter.jpg



<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%" dir=rtl class=MsoNormal>الهيليوكبتر تستطيع الرجوع للخلف <LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%" dir=rtl class=MsoNormal>الهيليوكبتر تستطيع الدوران حول محورها في الجو
الهيليوكبتر تستطيع البقاء مكانها محلقة في الجو
http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-28-12-058.png

[dododa]

أجزاء الهيليوكبتر
تتكون الهيليكبتر من عدة أجزاء وهي موضحة في الشكل التخطيطي التالي:


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/DI27G2.jpg


أجزاء طائرة الهيليكوبتر

سوف نركز على أهم الاجزاء فيها بالشرح والتفصيل.
(1) المروحة الرئيسية
http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-28-41-490.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/tail.jpg

شكل تخطيطي يوضح المروحةا الرئيسية ومروحة الذيل



(2) المروحة المضادة للازدواج

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-29-04-183.png

الحركة الانتقالية

لكي تتحرك الهيليكوبتر إلى الأمام فإنها تتحول نوعا ما إلى طائرةعادية، أي أنها تحدث ميلا إلى الأمام في المستوى الذي تدور فيه المروحة. وعندئذ، فإن المروحة الرئيسية تولد قوة شد إلى الإمام،مع استمرارها في المساعدة على توازن الهيليكوبتر .
وواضح أنه إذا مال مستوى الدوران إلى الخلف أو إلى أحد الجانبين فإن الهيليكوبتر تتحرك إلى الخلف أو إلى أحد الجانبين .
كما أنه يمكن تحريك الهيليكوبتر إلى الأمام، بتغيير معدل حركة شفراتالمروحة الرئيسية ويتم هذا التغيير عن طريق رافعة تسمى " جهاز التحكم فيالحركة الدوارة".


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/helicopter-rotor.jpg

مخطط توضيحي لتركيب أجزاء المروحة الرئيسية



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-29-29-629.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/heli-main-hub.jpg

صورة للمروحة الرئيسية توضح الأذرع الختلفة التي تتحكم في تغير مستو دوران المروحة بالنسبة للمستوى الأفقي، كما تظهر في الصورة الطبقتين الثابتة والمتحركة



الهبوط

ما الذي يجب على قائد الهيليكوبتر أن يفعله ليهبط بها بعد أن تصل فوقهدفها؟ إن الأمر بسيط. كل ما عليه أن يفعله، هو تقليل قوة الحمل فيالمروحة الرئيسية .
ولكي يفعل ذلك، فإنه يعمل على تغيير معدل حركة شفرات المروحة . ومنالناحية العملية، فإنه يعدل بذلك زاوية اصطدام الشفرات بالهواء . وبهذهالطريقة تقل قوة الحمل، وإذا صارت هذه الأخيرة أقل من وزن الهيليكوبتر،هبطت هذه من تلقاء نفسها . فإن الهيليكوبتر تصعد إذا زادت قوة الحمل علىوزنها، وتهبط إذا زاد وزنها على قوة الحمل وتظل ثابتة في الهواء إذا تساوتقوة الحمل مع وزنها . وتعود فنكرر أن قوة الحمل تتوقف على معدل حركة شفراتالمروحة الرئيسية .
التحليق

يمكن ان يقوم الطيار بتثبيت الهيليوكبتر في الجو وذلك بالتحكم في سرعة دوران المروحة الرئيسية للوصول الى السرعة المطلوبة للحفاظ على توازنها في الجو وهذا يتطلب مهارة كبيرة من القائد.


استخدامات الهيليكوبتر

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-29-49-578.png

مزايا الهيليكوبتر وعيوبها

إلى جانب ما للهيليكوبتر من مزايا رائعة فإن لها أيضا بعض العيوب ، فيالوقت الحاضر على الأقل . فهي أولا جهاز دقيق معقد في تشغيله وصعب التوجيه .
وعلاوة على ذلك، فهي جهاز يتطلب محركا أقوى كثيرا مما يلزم لطائرة عادية تماثلها في الوزن والقدرة .
http://www.hazemsakeek.com/QandA/Helicopters/2006-10-22_20-30-17-438.png
لمزيد من المعلومات يرجى زيارة المواقع التالية:



<LI style="TEXT-ALIGN: left; unicode-bidi: embed; DIRECTION: ltr; MARGIN-LEFT: 0.5in; MARGIN-RIGHT: 0in" dir=ltr class=MsoNormal>The Helicopter Page (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=helicopter.h tm&url=http://www.helicopterpage.com) <LI style="TEXT-ALIGN: left; unicode-bidi: embed; DIRECTION: ltr; MARGIN-LEFT: 0.5in; MARGIN-RIGHT: 0in" dir=ltr class=MsoNormal>Robinson Helicopter Company (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=helicopter.h tm&url=http://www.robinsonheli.com/)
Helicopter History Site (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=helicopter.h tm&url=http://www.helis.com/)






www.hazemsakeek.com (http://www.hazemsakeek.com/)



www.physicsacademy.org (http://www.physicsacademy.org/)

[dododa]

كيف تعمل الثلاجة المنزلية Refrigerator
http://www.hazemsakeek.com/QandA/refrigerator/2006-08-01_11-41-53-257.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/refrigerator/refrigerator.jpg

الغرض من الثلاجة

http://www.hazemsakeek.com/QandA/refrigerator/2006-08-01_11-42-50-980.png
إذا يتضح لنا أن الهدف من الثلاجة هو منع البكتيريا من ممارسة نشاطها في موادنا الغذائية فنتمتع بها إلى اكبر فترة ممكنة بالاضافة الى مذاق بعض الاطعمة التي لا يمكن تناولاها الا وهي باردة مثل المشروبات.

الفكرة الاساسية
إن الفكرة الأساسية التي تعتمد عليها فكرة عمل الثلاجة هي ببساطة تحويل سائل إلى غاز عن طريق امتصاص حرارة من الوسط فيسبب في برودته، ولتوضيح هذه الفكرة دعنا نذكرك عزيزي القارئ عندما تضع الماء على وجهك في يوم حار تشعر بعد ذلك ببرودة نتيجة لتبخر الماء وتحوله إلى بخار عن طريق امتصاص الحرارة من الجلد فتشعر بالبرودة كما أنك اذا ما قمت بوضع بعض قطرات من الكحول على يدك وانتظر لمدة 20-30 ثانية فستشعر ببرودة في يدك عند المنطقة التي كان عليه الكحول وستكون البرودة اكثر من تلك التي سببها الماء لأن درجة حرارة التبخر الكحول أقل من الماء، والسبب في ذلك ان الكحول يمتص حرارة من يدك ليتبخر ويتحول الى غاز.
إذا نستنتج من ذلك بأن عملية التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية تحتاج إلى حرارة وهذه الحرارة توفرت من خلال يدك وكانت النتيجة انخفاض في درجة حرارة اليد واذا استمرت عملية التحول من سائل إلى غاز استمر التبريد.
إن السائل أو المبرد refrigerant الذي يستخدم في الثلاجة يتبخر عند درجة حرارة منخفضة مما يسبب التجمد في داخل الثلاجة ولو صدف وان قمت وضع السائل المستخدم في الثلاجة على يدك ستشعر بتجمد الجلد اثناء تبخر هذا السائل.
أجزاء الثلاجة


http://www.hazemsakeek.com/QandA/refrigerator/2006-08-01_11-44-26-918.png

دورة عمل الثلاجة
تقوم الثلاجة بالتبريد بصفة مستمرة لمحتوياتها الداخلية من خلال تكرار عملية تحويل السائل إلى غاز داخل الثلاجة فتأخذ حرارة من داخل الثلاجة وتكون النتيجة تبريد محتوياتها وتحويل الغاز إلى سائل خارج الثلاجة عن طريق ضغطه وتبديد الحرارة إلى خارج الثلاجة وتتكر العميلة باستمرار لسحب الحرارة من داخل الثلاجة حيث درجة الحرارة منخفضة نسبية إلى خارج الثلاجة حيث درجة الحرارة مرتفعة ولكي تؤدي الثلاجة هذه الوظيفة فإن لها دورة تعمل من خلال عدة مراحل هي على النحو التالي:
(1) يقوم الموتور Compressor بضغط غاز الأمونيا مما يرفع درجة حرارته وضغطه كما هو موضح في الشكل أعلاه الجزء (B) على الشكل وبالتالي فإن أنابيب التبادل الحراري الخارجية تسمح بتبديد الحرارة الناتج عن الضغط إلى الخارج.
(2) عند تلك المرحلة وخلال فقدان الحرارة للوسط الخارجي من خلال الأنابيب السوداء التي تكون خلف الثلاجة، فإن غاز الامونيا يتكثف في الجزء الباقي من أنابيب التبادل الحراري الخارجية ويتحول إلى سائل ليمر عبر صمام التمدد الموضح في الشكل بالرمز (C).
(3) يعمل صمام التمدد على الفصل بين منطقتين مختلفتين في الضغط وعند مرور سائل الأمونيا من خلال صمام التمدد فإنه ينتقل من منطقة ضغط مرتفع إلى منطقة ضغط منخفض فيتمدد ويتبخر سائل الأمونيا ويتحول إلى غاز مرة أخرى عن طريق امتصاص الحرارة من الوسط الداخلي للثلاجة وتنخفض درجة الحرارة بها.
(4) يمرر غاز الأمونيا عبر انابيب التبادل الحراري الداخلية والتي تكون على شكل التفافي لتغطي اكبر مساحة ممكنة وتعطي الفرصة لامتصاص اكبر قدر ممكن من الحرارة من داخل الثلاجة لتبقى باردة إلى أن يصل غاز الأمونيا إلى الموتور الذي يقوم بضغط الغاز مرة أخرى ويحوله إلى سائل عند النقط (B) وتتكرر العملية.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/refrigerator/2006-08-01_11-45-46-613.png

ثلاجات غاز البروبان
في الحالات التي لا تتوفر فيها مصدراً للتيار الكهربي فإنه يمكنك استخدام ثلاجة غاز البروبان التي لا تعمل بالكهرباء. هذه النوع من الثلاجات لا يوجد به اجزاء متحركة ويستخدم غاز البروبان كمصدر للطاقة الحرارية لتنتج عنه البرودة. هذه الثلاجات تستخدم الامونيا كمادة مبردة وتستخدم ايضا الماء لدورة التبريد، وتتكون أجزاء ثلاجة البروبان من خمسة أجزاء هي
<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; unicode-bidi: embed; DIRECTION: rtl; COLOR: navy; MARGIN-LEFT: 0mm; MARGIN-RIGHT: 36pt" dir=rtl class=MsoNormal>المولد Generator لتوليد غاز الأمونيا <LI style="TEXT-ALIGN: right; unicode-bidi: embed; DIRECTION: rtl; COLOR: navy; MARGIN-LEFT: 0mm; MARGIN-RIGHT: 36pt" dir=rtl class=MsoNormal>الفاصل Separator لفصل غاز الأمونيا عن الماء <LI style="TEXT-ALIGN: right; unicode-bidi: embed; DIRECTION: rtl; COLOR: navy; MARGIN-LEFT: 0mm; MARGIN-RIGHT: 36pt" dir=rtl class=MsoNormal>المكثف Condenser لتحويل غاز الامونيا الساخن إلى سائل <LI style="TEXT-ALIGN: right; unicode-bidi: embed; DIRECTION: rtl; COLOR: navy; MARGIN-LEFT: 0mm; MARGIN-RIGHT: 36pt" dir=rtl class=MsoNormal>المبخر Evaporator لتبخير سائل الامونيا وتحويله إلى غاز وينتج عن ذلك برودة
الماص Absorber يقوم بامتصاص غاز الامونيا من الماء

وتعمل دورة ثلاجة غاز البروبان على النحو التالي:
(1) يتم احتراق لغاز البروبان فتتولد حرارة داخل المولد Generator.
(2) يوجد داخل المولد خليط مكون من محلول الماء والامونيا فترتفع درجة حرارة المحلول داخل المولد نتيجة لاحتراق البروبان وتصل درجة الحرارة إلى درجة الغليان للأمونيا.
(3) يمر المحلول إلى الفاصل Separator حيث يتم فصل الأمونيا عن الماء.
(4) تتدفق الامونيا بعد فصلها إلى الاعلى حيث المكثف Condenser المكون من الواح رقيقة من المعدن لتفقد الامونيا حرارتها بالتكثيف ويتحول الى سائل.
(5) يصل سائل الأمونيا إلى إلى المبخر Evaporator حيث يختلط مع غاز الهيدروجين ويتبخر مما ينتج عنه انخفاض في درجة الحرارة داخل الثلاجة.
(6) يتدفق في هذه المرحلة كلا من الامونيا والهيدروجين إلى الماص absorber وهنا يختلط الماء مع الامونيا والهيدروجين.
(7) تشكل الامونيا مع الماء محلول ويتحرر الهيدروجين ويعود إلى المبخر بينما يتدفق كلا من الامونيا والماء إلى المولد مرة أخرى لاتعيد الدورة نفسها.
ولمزيد من المعلومات عن دورة عمل هذا النوع من الثلاجات يرجى الاطلاع على الموقع التالي

http://www.nh3tech.org/absorption.html


http://www.hazemsakeek.com/QandA/refrigerator/2006-08-01_11-47-06-337.png

[dododa]

فكرة عمل البلوتوث Bluetooth
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/whatis.asp_txt_big_symbol2[1]_small.gif
الاتصال بين الاجهزة المختلفة بدون اسلاك
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/howitworks03202002.jpg


http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/91147-181.jpgتكنولوجيا الاتصال (بلوتوث) اللاسلكية هي مواصفات عالمية لربط كافة الاجهزة المحمولة مع بعضها البعض مثل الكمبيوتر والهاتف النقال والكمبيوتر الجيبي والاجهزة السمعية والكاميرات الرقمية. بحيث تتمكن هذه الاجهزة من تبادل البيانات ونقل الملفات بينها وبنها وبين شبكة الانترنت لاسلكياً. تم تطوير تكنولوجيا الاتصال اللاسلكي البلوتوث بواسطة مجموعة من المهتمين يطلق عليهم اسم Blutooth Special Interest Group GIS



http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/91147-143.jpg
هناك الكثير من الطرق التي من خلالها يمكن ربط الاجهزة الالكترونية مع بعضها البعض مثل توصيل الكمبيوتر بلوحة المفاتيح او بالماوس أو بالطابعة أو بالماسحة الضوئية وذلك من خلال اسلاك التوصيل المؤلوفة. كما يمكن توصيل المفكرة الشخصية الالكترونية بجهاز الحاسوب لتبادل المعلومات من خلال اسلاك خاصة. كما ان جهاز التلفزيون وجهاز الفيديو وجهاز استقبال المحطات الفضائية كلها تتصل مع بعضها من خلال كوابل خاصة ويتم التحكم بها من خلال اجهزة الرموت كنترول التي تعمل في مدى الاشعة تحت الحمراء. اما جهاز التلفون المتنقل يتصل بالقاعدته من خلال امواج الراديو تعمل على مسافة محدودة (50 متر). وجهاز الستيريو يتصل بالسماعات من خلال اسلاك توصيل.
الاجهزة السابقة الذكر وغيرها الكثير تتواجد في كل بيت ويطلق عليها اجهزة الكترونية. وحتى هذا اليوم تترابط هذه الاجهزة من خلال اسلاك توصيل. إن توصيل هذه الاجهزة في اغلب الاحيان مزعج من الناحية الجمالية ومربك من الناحية العملية. وقد يشعر المرء أنه عليه دراسة تخصص الهندسة الالكترونية ليتمكن بنسه من ضبط هذه الاجهزة والاستفادة القصوى منها.
في هذا الموضوع من تفسيرات فيزيائية سوف نقدم شرح مبسط لتكنولوجيا جديدة تعرف باسم البلوتوث التي ستخلصنا من كل هذه المتاعب بالاضافة إلى توصيل اجهزة عديدة مع بعضها البعض لم تكن تخطر على بالنا ان ذلك سيصبح ممكنا في يوم من الايام.

توضيح مشكلة التوصيل بين الاجهزة
ان توصيل جهازين الكترونين مع بعضهما البعض يحتاج إلى توافق في العديد من النقاط، من هذه النقاط نذكر
(1) كم عدد الاسلاك اللازمة لتوصيل جهازين؟ ففي بعض الاحيان يكون سلكين فقط مثل توصيل الستيريو بالسماعات وفي احيان اخرى يتطلب الامر 8 اسلاك أو 25 سلك كالوصلات المستخدمة في الكمبيوتر واجهزته الطرفية.
(2) ما نوع التوصيل المستخدم بين الأجهزة لتبادل المعلومات؟ هل هو على التوالي أم على التوازي؟ فمثلا الكمبيوتر يستخدم الطريقتين للتوصيل من خلال المخارج المثبتة في لوحة الأم فتصل الطابعة مع الكمبيوتر على التوازي أما لوحة المفاتيح والمودم فيتصلا مع الكمبيوتر على التوالي.
(3) ما نوع البيانات المتبادلة بين الأجهزة؟ وكيف تترجم إلى اشارات خاصة تستجيب لها الاجهزة؟ هذا ما يعرف باسم البروتوكول Protocol. وهذا البروتوكولات يتم استخدامها من قبل جميع الشركات المصنعة فمثلاً يمكن توصيل جهاز فيديو من نوع Sony مع جهاز تلفزيون من نوع JVC. وذلك لان البروتوكولات المستخدمة لتبادل المعلومات موحدة مسبقاً.
هذه النقاط التي استخدمها المنتجون (الشركات المصنعة للاجهزة الالكترونية) جعلت من الصعب التحكم في كمية الوصلات المستخدمة حتى ولو تم استخدام اسلاك ملونة للتميز بينها كما أنه لا يمكن ربط كافة الاجهزة الالكترونية مع بعضها البعض مثل الكمبيوتر وملحقاته واجهزة الاتصالات واجهزة الترفيه المنزلية بعضها البعض لان ذلك يتطلب اعداد بروتوكولات جديدة واضافة المزيد من الاسلاك.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/91147-136.jpg
فكرة التوصيل اللاسلكي (البلوتوث Bluetooth)
البلوتوث هي تكنولوجيا جديدة متطورة تمكن من توصيل الاجهزة الالكترونية مثل الكمبيوتر والتلفون المحمول ولوحة المفاتيح وسماعات الرأس من تبادل البيانات والمعلومات من غير اسلاك أو كوابل أو تدخل من المستخدم.
وقد انضمت أكثر من 1000 شركة عالمية لمجموعة الاهتمام الخاص بالبلوتوث Bluetooth Special Interest Group وهي ما تعرف اختصارا بـ SIG وذلك لتحل هذه التكنولوجيا محل التوصيل بالاسلاك

ما الفرق بين البلوتوث والاتصال اللاسلكي
لاشك أن الاتصال اللاسلكي مستخدم في العديد من التطبيقات مثل التوصيل من خلال استخدام اشعة الضوء في المدى الاشعة تحت الحمراء وهي اشعة ضوئية لا ترى بالعين وتعرف باسم تحت الحمراء لان لها تردد اصغر من تردد الضوء الأحمر (ارجع إلى الاشعة الكهرومغناطيسة للمزيد من المعلومات (http://www.hazemsakeek.com/hazemsakeek/QandA/em_wave/emr.htm)).
تستخدم الاشعة تحت الحمراء في اجهزة التحكم في التلفزيون (الرموت كنترول) وتعرف باسم Infrared Data Association وتختصر بـ IrDA كما انها تستخدم في العديد من الاجهزة الطرفية للكمبيوتر. بالرغم من ان الاجهزة المعتمدة على الاشعة تحت الحمراء إلا أن لها مشكلتين هما:
المشكلة الأولى: أن التكنولوجيا المستخدمة فيها الاشعة تحت الحمراء تعمل في مدى الرؤية فقط line of sight أي يجب توجيه الرموت كنترول إلى التلفزيون مباشرة للتحكم به.
المشكلة الثانية: أن التكنولوجيا المستخدمة فيها الاشعة تحت الحمراء هي تكنولوجيا واحد إلى واحد one to one أي يمكن تبادل المعلومات بين جهازين فقط فمثلا يمكن تبادل المعلومات بين الكمبيوتر وجهاز الكمبيوتر المحمول بواسطة الاشعة تحت الحمراء أما تبادل المعلومات بين الكمبيوتر وجهاز الهاتف المحمول فلا يمكن.
تكنولوجيا البلوتوث جاءت للتغلب على المشكلتين سابقتي الذكر حيث قامت شركات عديدة مثل Siemens و Intel و Toshiba, Motorola و Ericsson بتطوير مواصفات خاصة مثبته في لوحة صغيرة radio module تثبت في اجهزة الكمبيوتر والتلفونات واجهزة التسلية الالكترونية لتصبح هذه الاجهزة تدعم تكنولوجيا البلوتوث والتي سيصبح الاستفادة من ميزاتها على النحو التالي:

اجهزة بدون اسلاك: وهذا يجعل نقل الاجهزة وترتيبها في السفر او في البيت سهلا وبدون متاعب.
غير مكلفة بالمقارنة بالاجهزة الحالية.
سهلة التشغيل: تستطيع الاجهزة من التواصل ببعضها البعض بدون تدخل المستخدم وكل ما عليك هو الضغط على زر التشغيل واترك الباقي للبلوتوث ليتحوار مع الجهاز المعني بالامر من خلال الموديول مثل تبادل الملفات بكافة انواعها بين الاجهزة الالكترونية.

تعمل وسيلة اتصال البلوتوث عند تردد 2.45 جيجاهيرتز وهذا التردد يتفق مع الاجهزة الطبية والاجهزة العلمية والصناعية مما يجعل انتشار استخدامه سهل. فمثلا يمكن فتح باب الكارج من خلال اشعة تحت الحمراء يصدرها جهاز خاص لذلك ولكن باستخدام البلوتوث يمكن فتح الكراج باستخدام جهاز الهاتف النقال.

ماذا عن التشويش الذي قد يحدث نتيجة للتداخلات بين الاشارات المتبادلة
من المحتمل أن يتسائل القارئ إذا كانت الاجهزة سوف تبادل المعلومات والبيانات باشارات راديو تعمل عند تردد 2.45 جيجاهيرتز. فماذا عن التداخلات التي قد تسبب في التشويش الذي قد نلاحظه على شاشة التلفزيون عندما تتداخل مع اشارات لاسلكية!!
مشكلة التداخل تم حلها بطريقة ذكية حيث أن اشارة البلوتوث ضعيفة وتبلغ 1 ميليوات إذا ما قورنت باشارات اجهاز الهاتف النقال التي تصل إلى 3 وات. هذا الضعف في الإشارة يجعل مدى تأثير اشارات البلوتوث في حدود دائرة قطرها 10 متر ويمكن لهذه الاشارات من اختراق جدراان الغرف مما يجعل التحكم في الأجهزة يتم من غرفة لاخرى دون الحاجة للانتقال مباشرة للأجهزة المراد تشغيلها.


عند تواجد العديد من الاجهزة الالكترونية في الغرفة يمكن أن يحدث تداخل لاننا ذكرنا أن مدى تأثير البلوتوث في حدود 10 متر وهو اكبر من مساحة الغرفة ولكن هذا الاحتمال غير وارد لان هناك مسح متواصل لمدى ترددات اشارة البلوتوث، وهذا مايعرف باسم spread-spectrum frequency hopping حيث أن المدى المخصص لترددات البلوتوث هي بين 2.40 إلى 2.48 جيجاهيرتز ويتم هذا المسح بمعدل 1600 مرة في الثانية الواحدة. وهذا ما يجعل الجهاز المرسل يستخدم تردد معين مثل 2.41 جيجاهيرتز لتبادل المعلومات مع جهاز أخر في حين أن جهازين في نفس الغرفة يستخدموا تردد آخر مثل 2.44 جيجاهيرتز ويتم اختيار هذه الترددات تلقائيا وبطريقة عشوائية مما يمنع حدوث تداخلات بين الاجهزة، لانه لا يوجد اكثر من جهازين يستخدما نفس التردد في نفس الوقت. وان حدث ذلك فإنه يكون لجزء من الثانية.

بيتك يدعم (البلوتوث Bluetooth)
لنفترض انك حصلت على بيت عصري اجهزته تعمل بتكنولوجيا البلوتوث مثل جهاز تلفزيون ورسيفر وجهاز DVD واجهزة ستيريو سمعية وكمبيوتر وهاتف نقال. كل جهاز مما سبق يستخدم البلوتوث. كيف ستعمل هذه الاجهزة؟
عندما تكون الاجهزة مزودة بتكنولوجيا البلوتوث فإن هذه الاجهزة تتمكن من معرفة المطلوب منها دون تدخل من المستخدم حيث يمكنها الاتصال فيما بينها فتعرف فيما اذا كان مطلوب منها نقل بيانات مثل بيانات البريد الالكتروني من جهاز الهاتف المحمول إلى الكمبيوتر أو التحكم بأجهزة أخرى مثل تحكم جهاز الستيريو بالسماعات. حيث تنشئ شبكة تواصل صغيرة بين الأجهزة وتوابعها تعرف باسم الشبكة الشخصية personal-area network وتختصر PAN أو باسم البيكونت piconet تستخدم كل شبكة احد الترددات المتوفرة في المدى من إلى 2.48 جيجاهيرتز.


لنأخذ على سبيل المثال جهاز الهاتف النقال وقاعدته فالشركة المصنعة قد وضعت شريحتي بلوتوث في كل منهما، وتم برمجة كل وحدة بعنوان address محدد يقع في المدى المخصص لهذا النوع من الاجهزة. فعند تشغيل القاعدة فإنها ترسل اشارة راديو لاجهزة الاستقبال التي تحمل نفس العنوان وحيث أن الهاتف النقال يحمل نفس العنوان المطلوب فإنه يستجيب للاشارة المرسلة ويتم انشاء شبكة (بيكونت) بينهما. وعندها لا يستجيب هذين الجهازين لأية اشارات من أجهزة مجاورة لانها تعتبر من خارج تلك الشبكة.
كذلك الحال مع الكمبيوتر واجهزة الترفيه الالكترونية تعمل بنفس الالية حيث تنشئ شبكات تربط الاجهزة بعضها ببعض طبقا للعناوين التي صممت من قبل الشركات المصنعة. وعندها تتواصل هذه الاجهزة التي تصبح ضمن الشبكة الخاصة وتتبادل المعلومات بينها باستخدام الترددات المتاحة. ولا تتدخل اجهزة شبكة بأجهزة شبكة مجاورة لان كل منها يعمل بتردد مختلف.
وقد تمت برمجة هذه شرائح البلوتوث بكل المعلومات اللازمة لتشغيلها وعمل المطلوب منها دون تدخل من المستخدم.


لماذا سميت هذه التكنولوجيا باسم بلوتوث؟
تعود التسمية إلى ملك الدينمارك هارولد بلوتوث Harald Bluetooth الذي وحد الدنمارك والنوروي وادخلهم في الديانة المسيحية توفى في 986 في معركة مع ابنه. واختير هذا الاسم لهذه التكنولوجيا للدلالة على مدى اهمية شركات في الدينمارك والنوروي والسويد وفنلند إلى صناعة الاتصالات، بالرغم من أن التسمية لا علاقة لها بمضمون التكنولوجيا...
Harald Bluetooth was king of Denmark around the turn of the last millennium. He managed to unite Denmark and part of Norway into a single kingdom then introduced Christianity into Denmark. He left a large monument, the Jelling rune stone, in memory of his parents. He was killed in 986 during a battle with his son, Svend Forkbeard. Choosing this name for the standard indicates how important companies from the Baltic region (nations including Denmark, Sweden, Norway and Finland) are to the communications industry, even if it says little about the way the technology works.



مراجع
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:


<LI dir=ltr>Bluetooth (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=bluetooth.ht m&url=http://www.bluetooth.com)
<LI dir=ltr>Bluetooth Overview (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=bluetooth.ht m&url=http://www.abc.se/~m10183/usblue.htm)
<LI dir=ltr>Bluetooth.Tech (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=bluetooth.ht m&url=http://www.bluetooth.tech.new.net)
<LI dir=ltr>PaloWireless: Bluetooth Resource Center (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=bluetooth.ht m&url=http://www.palowireless.com/bluetooth/)
<LI dir=ltr>IrDA versus Bluetooth: A Complementary Comparison (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=bluetooth.ht m&url=http://www.extendedsystems.com/ESI/Products/Wireless+Connectivity+Products/Bluetooth+Embedded+Protocols/Product+Detail/BT_vs_IR.htm)
Study: Bluetooth Development Outpacing 802.11 (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=bluetooth.ht m&url=http://ayg.com/wireless/Article.po%3Ftype=Article_Arch ives%26page=491317)

[ALTAYEB]

دائما وابدا انت مبدع اخي الغالي
شكر على جهودك الرئعة

[ALTAYEB]

دائما وابدا انت مبدع اخي الغالي
شكر على جهودك الرئعة

[ALTAYEB]

دائما وابدا انت مبدع اخي الغالي
شكر على جهودك الرئعة

[ALTAYEB]

دائما وابدا انت مبدع اخي الغالي
شكر على جهودك الرئعة

[dododa]

كيف يعمل جهاز السي دي?
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/audiocd.gif
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.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/cd-crosssection.gif
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/discsection.gif

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

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/cd-spiral.gif
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.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/cd-bumps.gif
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.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/0998working_top.jpg

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.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/cd-parts.jpg

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/cdwrite3.jpg
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 (http://www.howstuffworks.com/analog-digital.htm)
What is a MiniDisc and how does it differ from a CD? (http://www.howstuffworks.com/question55.htm)
What happens if I touch the surface of a CD? (http://www.howstuffworks.com/question23.htm)
How do CD-Rs work? (http://www.howstuffworks.com/question287.htm)
CD Manufacturing (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=cd.htm&url=http://www.discusa.com/cdref/cd_manufacturing.htm)
Scientific American: Compact Disc Player (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=cd.htm&url=http://www.sciam.com/1998/0998issue/0998working.html)

[dododa]

فكرة عمل محرك السيارة

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/026_small.jpgيعتبر 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.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/engine-potato-cannon.gifلتوضيح 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

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/car_en1.gif

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
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/engine-inline-4.gif
ترتيب الاسطوانات في خطين متوازيين
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/engine-flat-4.gif
ترتيب الاسطوانات على خطين بزاوية حادة تعمل شكل حرف V
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/engine-v-6.gif
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:
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/off[1].gif 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.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/off[1].gif 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.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/off[1].gif 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.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/engine-cam.gif



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:
<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
ضخ الوقود بنسب احتياج كل اسطوانة لتقليل الاستهلاك.

مراجع
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:
<LI dir=ltr>InnerAuto: Automotive Learning Online (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=engine.htm&url=http://www.innerauto.com/default.htm) - 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 (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=engine.htm&url=http://library.advanced.org/19199/index.html)
<LI dir=ltr>How Things Work: Auto******************************s (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=engine.htm&url=http://rabi.phys.virginia.edu/HTW//auto******************************s.html) - questions and answers about cars
<LI dir=ltr>Erbman's Engine Emporium (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=engine.htm&url=http://www.eaa1000.av.org/technicl/engemp/engemp1.htm) - great article describing factors affecting engine performance
<LI dir=ltr>Engine Science (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=engine.htm&url=http://www.auto-ware.com/combust_bytes/eng_sci.htm)
<LI dir=ltr>Harry's Old Engine Home Page (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=engine.htm&url=http://old-engine.com/) - good list of shows
Understanding Your Car (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=engine.htm&url=http://www.familycar.com/auto101.htm)

[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.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore2.jpg

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.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore1.jpg

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

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore3.jpgبعد مرور التيار الكهربي الالكترونات والايونات تتصادم مع غاز الزئبق وتسبب في اثارته
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore4.jpgاصطدام الفونتونات المنبعثة من ذرات الزئبق المثارة بالغطاء الفسفوري لتطلق بدورها الضوء الأبيض
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore5.jpg

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).

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore7.jpg
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore6.jpg
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....

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore7.gifhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore8.gifhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Fluore9.gifالتيار 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. (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://www.misty.com/people/don/f-lamp.html)


<LI dir=ltr>Bright Light, Low Energy (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://abcnews.go.com/sections/tech/Geek/geek990218.html)
<LI dir=ltr>How Fluorescent Lighting Works (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://www.thekrib.com/Lights/fluor-tech.html)
<LI dir=ltr>The Fluorescent Lamp: A Plasma You Can Use (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Education/wfluor.html)
<LI dir=ltr>Compact Fluorescent Lamps (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://www.ladwp.com/energyadvisor/EA-2.html)
<LI dir=ltr>How Things Work: Fluorescent Lamps (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://howthingswork.virginia.edu/fluorescent_lamps.html)
<LI dir=ltr>Inside Ballasts (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://www.southwestlighting.com/Inside_Ballasts.html)
<LI dir=ltr>Light Guides (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://www.lightsearch.com/resources/lightguides/index.html)
<LI dir=ltr>Lights and Electronics (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://www.epanorama.net/lights.html)
Accelerating the Market for Efficient Lighting (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=fluorescent-lamp.htm&url=http://eetd.lbl.gov/CBS/Lab2Mkt/Lighting.html)

[dododa]

فكرة عمل طابعات الكمبيوتر

[/URL]

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.




[URL="http://www.hazemsakeek.com/QandA/printers/laserprinters.htm"] (http://www.hazemsakeek.com/QandA/printers/laserprinters.htm)


مراجع
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:


Inkjet Printer
<LI dir=ltr>The PC Technology Guide: Inkjet Printers (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=inkjet-printer.htm&url=http://www.pctechguide.com/13inkjets.htm)
<LI dir=ltr>A Beginner's Guide to Inkjet Printing (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=inkjet-printer.htm&url=http://www.inkjet.com.au/begin%20guide.html)
<LI dir=ltr>Microscopic Tour of an Inkjet Cartridge (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=inkjet-printer.htm&url=http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/artjan99/inkjet.html)
<LI dir=ltr>Journey to the Center of an Inkjet Cartridge (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=inkjet-printer.htm&url=http://inkjet.cfriends.com/journey/journey.htm)
<LI dir=ltr>WhatIs.com: Printer (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=inkjet-printer.htm&url=http://whatis.techtarget.com/definition/0,289893,sid9_gci213450,00.htm l)
Color Printer Head Technology (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=inkjet-printer.htm&url=http://www.industrialtechnology.co.uk/epson.htm)

Laser Printer
<LI dir=ltr>PC Technology Guide to Laser Printers (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=laser-printer.htm&url=http://www.pctechguide.com/12lasers.htm) <LI dir=ltr>ZD Net's Laser Printer Guide (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=laser-printer.htm&url=http://www.zdnet.co.uk/pcdir/*******/1999/08/peripherals/eb_laser_printers/)
<LI dir=ltr>Six Stages of Image Formation (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=laser-printer.htm&url=http://www.oasis-imaging.com/tech/related.html)
<LI dir=ltr>CNET's Printer Buying Guide (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=laser-printer.htm&url=http://computers.cnet.com/hardware/0-1063.html?tag=st.cg.122729.dir 1063)
Xerography: The Invention No One Ever Wanted (http://www.howstuffworks.com/framed.htm?parent=laser-printer.htm&url=http://home.nycap.rr.com/useless/xerox/xerox.html)

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Dot_Ma1.jpg


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.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Printe1.jpg
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
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Printe3.jpgتعتمد 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 الحبرhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Inkjet4.gifتدفع الفقاعة الحبر ليخرج من الفتحة الدقيقة إلى الورقhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Inkjet5.gif

ماذا يحدث عندما نضغط على امر الطباعة في الكمبيوتر؟
<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.
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.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Lase_%201.gif

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.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Lase_%203.gifhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Lase_%204.gifحركة شعاع الليزر على الدرم والتحكم به بواسطة المرأة


http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Lase_%206.gifبعد 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.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Lase_%205.gifولمنع 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.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Lase_%201.jpg
http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/Lase_%202.jpg
توضح الصورة شكل الدرم المستخدم في طابعات الليزر العادية (اليمين) والملونة (اليسار)

[ALTAYEB]

مشكور على جهودك اخي الغالي
وبما تاتي فية من افادة للجميع

[ALTAYEB]

مشكور على جهودك اخي الغالي
وبما تاتي فية من افادة للجميع

[محمد طلال هديب]

مشكور وبارك الله فيك

[محمد طلال هديب]

مبدع

[Raed Saadeh]

http://www.merkaz.net/up/uploads/61511.gif (http://www.merkaz.net/up/61511.html)

[Raed Saadeh]

http://www.merkaz.net/up/uploads/61511.gif (http://www.merkaz.net/up/61511.html)

[Raed Saadeh]

http://www.merkaz.net/up/uploads/61511.gif (http://www.merkaz.net/up/61511.html)

[dododa]

كيف تعمل طائرة الأباتشي Apache

http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-11-19-942.png

تحدثنا في مقال سابق بعنوان كيف تعمل طائرة الهيليوكبتر والامكانيات العديدة لهذه الطائرة وكيف تطير وتحلق في الجو، أما في موضوعنا اليوم فسوف نتحدث عن الطراز الحربي لطائرة الهيليوكبتر والذي يعرف باسم طائرة الأباتشي Apache التي تعد الافضل تطوراً في منظومة الاسلحة الحربية والتي يمكن ان نطلق عليها اسم الدبابة الجوية التي تتحمل الظروف الجوية القاسية سواء بالليل او بالنهار، وذلك لما تحتويه من تقنيات عديدة جعلت منها المقاتلة الاكثر شراسة وخطورة على القوات البرية في المواجهات والمعارك الحربية.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache111.jpg




سوف نقوم بشرح مفصل لطائرة الاباتشي مع التركيز بالشرح على نظام الطيران ونظام الاسلحة ونظام المراقبة ونظام الدفاع فيها. وكل نظام من هذه الانظمة عبارة عن تكنولوجيا مستقلة بذاتها ولكنها تعمل مع بعضها البعض لتعطي قدرات هائلة لمقاتلة حربية خطيرة.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-06-39-746.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-08-36-945.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache2.jpg


المروحة الرئيسية مثبتة في اعلى الطائرة وتتكون من اربع شفرات بطول 6 امتار ويمكن لقائد الطائرة ان يتحكم في محور الدوارن وزاويته من خلال القاعدة الحاملة للمروحة ومن خلال التحكم في سرعة الدوران يمكن للطائرة الارتفاع او الهبوط او الثبات في الجو، كما يمكنه ان يجعل الطائرة تندفع للأمام أو تتحرك للخلف حسب زاوية مستوى الدوران مع سطح الارض. والشكل التالي يوضح القاعدة التي تتحكم في المروحة الرئيسية.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-diagram.jpg





مخطط للأجزاء الرئيسية في طائرة الأباتشي


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-09-00-508.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-20.jpg





صورة لطائرة اباتشي وقد تم تفكييك المروحة لتسهل عملية نقلها

وبهذا يمكننا القول ان طائرة الأباتشي هي عبارة عن طائرة هيليكوبتر ولكن مضاف إليها الكثير من الكماليات. والأن سوف ننتقل إلى نظام الاسلحة المتطور الذي نقل هذا الطائرة إلى مراتب متقدمة من الناحية التقنية.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-06-23-513.png طائرة الأباتشي AH-64A هي إحدى منتجات شركةبوينغ،تعتبر طائرة الهجوم الرئيسية للجيش الأمريكي. فهي عبارة عن سلاح محمولجوا، ذات ردود افعال سريعة، بحيث تستطيع أن تهاجم من مسافات قريبة أو فيالعمق، بحيث تكون قادرة على التدمير، و الإخلال بقوات العدو. تم تصميمالأباتشي بحيث تكون قادرة على العملليلا ونهارا، و بجميع الظروف المناخية. و تستعمل الأباتشي عدة انواع من الأسلحة وهي على النحو التالي:




http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/ah156.jpg

[dododa]

صواريخ الجحيم HellFire
الهدف الرئيسي لطائرة الأباتشي في المعارك الحربية هو مهاجمة الدبابات والمدرعات، ولتحقيق ذلك فقد تم تزويدها بنظام اطلاق صواريخ متطورة جداً تسمى hellfire أو صواريخ الجحيم التي له القدرة على اختراق المدرعات وتدميرها. وكل صاروخ مزود بنظام كمبيتري خاص به للتحكم فيه وتوجيهه نحو الهدف.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/hellfire_03.jpg





صاروخ من نوع Hellfire اطلق من طائرة اباتشي في أحد التدريبات

http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-09-23-381.png
نظام توجه صوواريخ hellfire
صممت هذه الصواريخ لتكون موجه بواسطة اشعة الليزر حيث يقوم الطيار المسؤول عن المدفعية باطلاق شعاع ليزر باتجاه الهدف على الارض على شكل نبضات متقطع تعني اشارة مشفرة.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/longbowhellfire1.jpg


صاروخ Hellfire وتظهر اجنحة التوجيه

وقبل اطلاق الصاروخ فإن الكمبيوتر يعطي هذه الاشارات للصاروخ ويخزنها في ذاكرة كمبيوتر الصاروخ ليتم الاستجابة لها فقط، ويقوم الصاروخ من خلال مجس ضوئي بتتبع الاشارات الضوئية المنع**ة من سقوط نبضات اليزر على الهدف ويعمل كمبيوتر الصاروخ بحساب المسافة بينه وبين الهدف وتحديد المسار الذي سيسلكه للوصول الى الهدف، وذلك من خلال التحكم في الاجنحة المثبتة على جانبي الصاروخ عند الذيل، وذلك حتى يضمن ان يكون اصطدام الصاروخ بالهدف اصطدام عمودي ليكون له تأثير مباشر وقوي.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-4.jpg

صاروخ موجه بالليزر ينطلق في اتجاه الهدف




http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-09-47-546.png
الصواريخ والمدفع الرشاش
بالاضافة الى صواريخ hellfire فإنه في بعض الاحيان يتم تثبيت صاروخين أخرين بدلاً من صاروخين من نوع hellfire ويسمى بصواريخ 2.75inch aerial وهذين الصاروخين يمكن اطلاقهم واحد تلو الأخر او اطلاق مجموعة من الصواريخ مرة واحدة حسب الغرض من ذلك.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-45.jpg


على اليمين نشاهد قاذفة الصواريخ وبجانبه حاملة صواريخ Hellfire لطائرة اباتشي من طراز AH-64A

كما يمكن ان يكون رأس كل صاروخ يحتوي على مواد متفجرة وفي بعض الاحيان يكون داخل رأس الصاروخ مواد تعمل على اطلاق دخان كثيف بهدف التمويه والاختفاء، كما يمكن ان يثبت في الصاروخ صواريخ أخرى صغيرة الحجم تنفصل عن الصاروخ الرئيسي عندما تصل إلى هدفها.
وفي حالة قرب الطائرة من الهدف تصبح تلك الصواريخ عديمة الفائدة ولا جدوى من استخدامها فيعتمد الطيار المدفعي على مدفع رشاش اوتوماتيكي عيار 30mm مثبت اسفل الطائرة وفي مقدمتها، ويقوم الطيار المدفعي بتوجيه الرشاش في اتجاه الهدف باستخدام كمبيوتر متطور يتحكم في موقع الرشاش واتجاهة.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache19.jpg





المدفع الرشاش اسفل مقدمة الطائرة من طراز اباتشي AH-64A

ويتحكم في الرشاش الاوتوماتيكي ماتور كهربائي خاص يعمل على تحريك سلسلة الرصاص حركة دائرية لتمرير حزام الرصاص الذي يحمل 1200 رصاصة وتسحب كل رصاصة من الحزام بواسطة ميكانيكية خاصة شبيه بالمدفع الرشاش لتضع الرصاصة في المكان المخصص لاطلاقها ويستطيع الرشاش الاوتوماتيكي من اطلاق اطلاق 600 إلى 650 رصاصة في الدقيقة الواحدة.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-06-08-431.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-10-12-202.png


(http://www.fas.org/man/dod-101/sys/missile/agm-114.htm)

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-46.jpg



كابينة القادة وفيها القسم الأمامي للمدفعي والقسم الخلفي لقائد الطائرة ونلاحظ ان القسم الخلفى مرتفع عن القسم الأمامي لكي يتكن قائدة الطائرة من الرؤية بوضوح.

تشبه طريقة قيادة طائرة الاباتشي قيادة الهيليكوبتر والتي تم شرحها في مقال سابق وتعتمد قيادة الاباتشي على اجهزة التحكم التي تعمل على السيطرة والتحكم في محور دوران المروحة الرئيسية والجانبية وكذلك سرعة دورانهما، بواسطة اجزاء ميكانيكية هدروكلوركية مدعمة بنظام توازن رقمي ليعمل بواسطة كمبيوتر ليساعد القائد في الحفاظ على توازن الاباتشي خاصة عند اطلاق القذائف. كما يمكن ان يقوم الكمبيوتر بالتحكم الكامل في الطيران والتحليق.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-49.jpg



داخل كابين القيادة في طائرة الاباتشي



http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-10-34-273.png







طائرة اباتشي من طراز longbow ويظهر الرادار اعلى الطائرة



http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-10-49-155.png



http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-47.jpg



صورة توضح المجسات المختلفة لطائرة الاباتشي


كما ان الطيار او المدفعي يمكنه توجيه الكاميرا في اي اتجاه بمجرد تحريك رأسه للنظر إلى منطقة او مشهد اخر فتتحرك الكاميرا المثبته على الاباتشي بنفس الاتجاه لتنقل ما يريد المدفعي مشاهدته عبرها.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-41.jpg



صورة للخوذة التي يرتديها المدفعي ولاحظ العدسة المثبتة على العين اليمنى


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-05-48-673.png
افضل وسيلة لطائرة الاباتشي للحماية هو ان تكون بعيدة عن مرمى النيران، هذا بالاضافة الى امكانية الاباتشي ان تطير بقرب سطح الارض والاختفاء خلف اي جسم على الارض كلما كان ذلك ممكناً، كما انها مصممة للتخفي عن نظام رادار القوات المعادية باستخدام نظام تشويه يعمل على اخفاء وخداع راردار العدو فلا يمكن رصدها عبر الرادار.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-36.jpg



http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/2006-11-17_20-11-13-690.png



http://www.hazemsakeek.com/QandA/apache/apache-helicopter-40.jpg

وفي النهاية فإن طائرة الاباتشي طائرة خطيرة جدا في المعارك بكل معنى الكلمة فهي طائرة تجمع القوة والشدة وسرعة الحركة.

لمزيد من المعلومات حول طائرة الاباتشي يمكنك عزيزي القارئ الاستعانة بالمواقع على الروابط التالية:


Jolly-Rogers.com: AH-64D "Longbow" Apache

http://www.jolly-rogers.com/airpower/ah-64d/64d-arm.htm





FAS Military Analysis Network: AH-64 Apache

http://www.fas.org/man/dod-101/sys/ac/ah-64.htm





AH-64A Apache Info Web Site

http://hometown.aol.com/ah64info/index.htm





Airforce-Technology.com: Apache Helicopter

http://www.airforce-technology.com/projects/apache/





AH-64 Apache

http://www.voodoo.cz/ah64/index.html





AGM-114 Hellfire

http://www.fas.org/man/dod-101/sys/missile/agm-114.htm (http://www.fas.org/man/dod-101/sys/missile/agm-114.htm)

[dododa]

فكرة عمل نظام GPS

في العصور القديمة عندما كان مجموعة من الأشخاص يرغبون في الذهاب في رحلة استكشافية في مكان ما على الأرض لإإنهم كانوا يستخدموا احد افراد المنطقة كدليل ليرشدهم للطريق الصحيح هذا بالاضافة الى استخدام البوصلة لتحديد الاتجاهات ولكن ماذا لو فقد هذه الدليل وأختفى فكيف ستجد المجموعة الكشفية طريقها لابد أن الأمور ستصبح صعبة، كذلك لو افترضنا ان شخص حصل على قارب بحري وانطلق في البحر ولكن فجأة اكتشف أنه لا يعرف كيف يعود الى نقطة البداية فهو يحتاج الى من يرشده، فماذا لو كان مرشدك هذا هو مجموعة من الأقمار الصناعية التي تراقبك باستمرار من خلال جهاز استقبال هذا ما يعرف بنظام تحديد الموقع على الارض والمعروف باسم جهاز GPS.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-19-54-273.png
باقل من 100 دولار يمكنك الحصول على جهاز بحجم الجوال يخبرك بموضعك على الأرض في اي لحظة وفي اي مكان هذا الجهاز هو جهاز استقيال GPS والذي يعني نظام تحديد الموقع Global Positioning System.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-15-50-472.png

جهاز من شركة كومباك يستخدم نظام GPS لتحديد الموقع.

في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نقوم بالتعرف على فكرة عمل جهاز GPS والتعرف على مكوناته وفوائدة الهامة في حياتنا.
ما هو نظام GPS؟


http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-19-28-055.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-16-11-312.png

شبكة الأقمار الصناعية المتكاملة في نظام GPS
أنظمة تحديد الموقع Global Positioning System (GPS) هي عبارة عن منظومة من 27 قمر صناعي يدور حول الكرة الأرضية (فعليا 24 قمر صناعي مستخدم و3 اقمار أحتياطية تعمل في حالة تعطل اي من الأقمار الرئيسية). وأنظمة استقبال المعلومات من GPS تشبه اجهزة الجوال تستطيع تحديد موقعك بدقة في الابعاد الثلاثة على سطح الارض. ويكون هذا النظام فعالاً في حالة التواجد في الأماكن المكشوفة فتستخدم في الرحلات الاستكشافية وفي الملاحة الجوية والبحرية وفي التطبيقات العسكرية والتطبيقات المدنية.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-16-24-871.png

أحد الأقمار الصناعية العاملة في نظام GPS


فجهاز تحديد الموقع GPS يستخدم في الحروب الحديثة على سبيل المثال في حرب الخليج، هذا الجهاز جعل من الحرب وكأنها لعبة كمبيوتر يقوم فيها المهاجم بتحديد احداثيات الهدف بدقة ووالقذيفة الموجهة تعتمد على نظام GPS للوصول الى الهدف المحدد. فقد شاهدنا كيف يمكن مهاجمة أهداف معينة بدقة متناهية وكأن تلك القذائف ترى وتعرف ماذا تفعل.
فكرة عمل نظام الــــ GPS

http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-20-25-147.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-16-44-940.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-16-56-327.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-17-13-852.png

معلومة واحدة من شخص تعطي ابعاد كبيرة لمكان تواجدك على الارض.

معلومتان من شخصين تحدد مكانك بدقة اكثر.

ثلاث معلومات من ثلاث اشخص تعطي مكانك بالضبط.

[dododa]

وبهذه الفكرة تعمل الاقمار الثالثة لتحديد موقعك على سطح الأرض حيث يصنع كل قمر سطح كروي ومن تقاطعات هذه الأسطح مع سطح الكرة الأرضية يتم تحديد الموقع بدقة كبيرة.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-17-30-656.png

تقاطع الاسطح الكروية عن الأقمار الصناعية الثالثة مع سطح الأرض يعطي نقطة هي المكان الموجود فيه جهاز الاستقبال GPS

كل قمر من الأقمار الــ 24 يرسل باستمرار على نفس التردد إشارة كهرومغناطيسية محملة على موجة ترددها 1575MHz كل قمر صناعى له شفرة معينة Code خاصة به ترسل مع الإشارة الحاملة وبالتالى يمكن لأى قمر صناعى يلتقط هذه الشفرة أن يحدد مكان وزمان تواجد هذا القمر.
أما المستقبل فهو جهاز في حجم راديو صغير يحتوى على دوائر إلكترونية معقدة يتحكم بها ميكروبروسسر Microprocessor متطور يقوم المستقبل بتحديد الموقع بإستخدام طريقتين مختلفتين الأولى تعتمد على إزاحة دوبلر Doppler Shift للاشارات الكهرومغناطيسية المرسلة من الأقمار الصناعية وهذه الإزاحة تكون ناتجة عن السرعة النسبية بين الأرض والأقمار الصناعية.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-21-31-102.png
إستخدامات نظام الــ GPSالحالية والمستقبلية.
كثيرون جدا الذين يستخدمون هذا النظام مثل البواخر الكبيرة وحتى القوارب الخاصة تستعين بالــ GPS لتحديد موقعها في البحار والمحيطات كذلك شركات النقل تستخدم هذا النظام لتحديد مواقع سياراتها فمثلا شركات السيارات الأجرة في أوربا تستخدم الـــ GPS حتى ترسل أقرب سيارة متواجدة بجوار صاحب الطلب.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/GPS/2006-10-21_18-20-58-345.png وفي النهاية أتمنى أن أكون قد أوضحت فكرة تحديد الموقع بالأقمار الصناعية ومدى تأثيرها على حياتنا فى السنوات القادمة من حيث زيادة الكفاءة وتقليل المخاطر في جميع أنواع المواصلات وكذلك مراقبة كل التحركات على الأرض سواء كانت بشرية أو حتى تغيرات في الظروف المناخية أو حركة الزلازل.
لمزيد من المعلومات عن نظام تحديد الموقع GPS تجدها على هذه المواقع
http://www.trimble.com/gps/whygps.shtml
http://www.nasm.si.edu/exhibitions/gps/
http://electronics.howstuffworks.com/gps.htm

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-49-41-604.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_02-03-06-331.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-50-01-062.png

سيارة المستقبل من مرسيدس تعمل بالوقود الهيدروجين

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_02-02-24-651.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-50-12-678.png

جهاز كمبيوتر دفتري يحصل على الطاقة الكهربية من خلية وقود



في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نقوم بشرح فكرة عمل خلايا الوقود وميزاتها واستخداماتها الحالية والمستقبلية.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-56-09-491.png

أصبح البحث عن بدائل للوقود التقليدي "النفط" أمرًا ضرورياً بالنسبة للدول الصناعية المتقدمة ولا سيما بعد الارتفاع الملحوظ لاسعار الوقود على مستوى العالم وترصد هذه الدول المبالغ المالية الطائلة لتمويل ابحاث البحث عن مصادر للطاقة البديلة والمقصود هنا بديلة عن النفط، وفي المقابل عكف العلماء والباحثون على إجراء الدراسات والابحاث للحصول على مصادر بديلة للطاقة، فقد تم تطوير استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية، واستخدام طاقات المد والجذر وأمواج البحر كطاقات حركية يمكن تحويلها لطاقة كهربائية، أو استخدام المياه الساقطة من الشلالات لتويد الطاقة الكهربية والاستعاضة بالعديد من مصادر الطاقة البديلة عن الوقود التقليدي.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_02-03-26-329.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-55-53-388.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/William-Robert-Grove.jpgتم اختراع تقنية خلايا الوقود في انجلترا في منتصف القرن التاسع عشر الميلادي على يد السير وليام روبرت جروف William grove، منذ اكثر من 160 عاماً حيث لم يكن يعلم ان اختراعه الذي وضعه في العام 1839 سيحل مشكلة تواجه العالم في القرن الواحد والعشرين لاكتشاف خلايا الوقود التي يمكن عن طريقها الحصول على الكهرباء من الهيدروجين أو الكحول دون أي عملية احتراق؛ وبذلك يكون قد حل المعادلة الصعبة، وهي الحصول على طاقة نظيفة من غير أن نلوث البيئة وبأقل الأسعار؛ حيث إن المشكلة ثلاثية الجوانب: الطاقة، والبيئة، والتكلفة. وهي الاتجاهات الثلاثة التي يصبو العلماء لحلها.
والحل يكمن في هذه الخلية الصغيرة التي تدعى خلية الوقود، ولكن نظرا لعدم جدوى استخدامه في تلك الفترة، ظل هذا الاختراع حبيس الأدراج لأكثر من 130 سنة، ولكن عادت خلايا الوقود مرة أخرى للحياة في عقد الستينيات، وذلك عندما طورت شركة «جنرال إليكتريك» خلايا تعمل على توليد الطاقة الكهربائية اللازمة لإطلاق سفينتي الفضاء الشهيرتين «أبوللو» و«جيمني»، بالإضافة إلى توفير مياه نقية صالحة للشرب، كانت الخلايا في تلك المركبتين كبيرة الحجم وباهظة التكلفة، لكنها أدت مهامها دون وقوع أي أخطاء، واستطاعت أن توفر تيارا كهربائيا وكذلك مصدرا للمياه النقية الصالحة للشرب.


تتميز خلايا الوقود عن البطاريات التقليدية في اعتمادها على دمج عنصري الهيدروجين والأ**يجين لإنتاج الكهرباء والتي تحصل الخلية عليهما من مصدر خارجي ولا تعدان من مكونات خلية الوقود نفسها وهذا ما يعطي لهذه الخلايا الاهمية بالمقارنة مع البطاريات، حيث أن في البطاريات التقليدية فإن مكونات البطارية هي اساس توليد الطاقة حيث يحدث التفاعل الكيميائي لمكونات البطارية لانتاج الطاقة الكهربية وتستمر هذه العملية الى حين انتهاء المواد الكيميائية المتفاعلة فتتوقف البطارية لحين إعادة شحنها مرة أخرى، في حين إن خلايا الوقود تعمل بصفة مستمرة لأن وقودها الهيدروجين والأ**جين يأتيان من مصادر خارجية، كما أن خلايا الوقود في حد ذاتها ليست سوى رقائق مسطحة تنتج كل واحدة منها فولطاً كهربائياً واحداً، وهذا يعني أنه كلما زاد عدد الرقائق المستخدمة كلما زادت قوة الجهد الكهربائي.

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-55-39-869.png

تعتبر خلية الوقود أداة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية اي انها تقوم من خلال تفاعلات كيميائية بتحويل الهيدروجين والا**جين إلى ماء وينتج عن هذه العملية طاقة كهربية. وبالمقارنة مع البطارية التقليدية المعروفة فإن الاختلاف يكمن في ان المواد الكيميائية الداخلة في التفاعل لتوليد الكهرباء هي جزء من تركيب البطارية وتوجد في داخلها، وبانتهاء المواد الكيميائية هذه فإن البطارية تصبح عديمة الفائدة ويتم استبداله أو اعادة شحنها مرة اخرى، في حين ان خلايا الوقود لا يمكن ان تنتهي فهي تعمل باستمرار لان مصدر المواد الكيميائية هي من الهواء.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-50-24-515.png


شرائح من خلايا الوقود تستخدم كمصدر للطاقة في السيارات

يوجد العديد من خلايا الوقود تصنف حسب المواد الكيميائية التي تستخدمها، وكذلك صفائح المحلل electrolyte التي تستخدماها. والنوع الاكثر شيوعا ورواجا هو خلية الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) والموضح فكرة عملها في الشكل التالي:



http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/Fuel-cell-1.jpg


فكرة عمل وتركيب خلية الوقود لانتاج الطاقة الكهربية




يوضح الشكل اعلاه تركيب خلية الوقود وفكرة عملها تتلخص في المراحل التالية:
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_02-04-01-600.png هذه هي التفاعلات الكيميائية التي تحدث على طرفي الخلية

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-57-42-084.png
إن النماذج البسيطة التي تصنع منها الخلية الهيدروجينية و المستخدمة فيوسائط النقل تنتج حوالي 1.16 Volt لذلك يتم وصل عدد كبير من الخلايالتوليد الطاقة الكهربائية المطلوبة . يبين الشكل التالي خلية هيدروجينية مكونة من عدد كبير من الشرائح لتوليد فرق الجهد المطلوب.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/Fuel-cell-3.jpg


لقد تنوعت أماكن استخدام الخلية الهيدروجينية و اختلفت التصاميم و الأبعاد الموضوعة لها تبعاً للطاقة المطلوبة منهاوفي الصورتين التاليتن مثالاً لذلك



http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/aprilia_fuel_cell_2l.jpg


دراجة نارية تستخدم وقود الهيدروجين بدلا من الوقود التقليدي من خلال خلايا الوقود




http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/morgan-fuel-cell-uncropped.jpg


سيارة تعمل بواسطة محرك كهربي يحصل على الطاقة من خلايا الوقود الهيدروجيني


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-55-15-454.png

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_02-04-33-616.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-54-57-388.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fuel_cell/2006-10-16_01-59-13-977.png
لعلك عزيزي القارئ لاحظت بساطة الفكرة وسهولة تطبيقها وحالياً تعقد الكثير من الأبحاثعلى إيجاد تطبيقات جديدة لخلاياالوقود؛ حتى تصبح بديلًا لكل صور الطاقةالأخرى، وتكون بحق وقود المستقبل وقود القرن الواحد والعشرين.
لمزيد من المعلومات يرجى الاطلاع على المواقع التالية

http://www.howstuffworks.com/fuel-cell.htm

http://academic.evergreen.edu/g/grossmaz/macombbd.htm

http://www.estarfuturecorp.com/fuelcellworks.html

http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/grove.htm

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-42-15-505.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-35-27-218.png



http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-35-11-696.png



http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-43-20-018.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-54-43-972.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-43-46-496.png



http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-35-27-218.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-36-11-622.png
من المدهش أن تعرف أن جهاز الجوال هو جهاز يشبه في عمله جهاز الراديو، ولكن راديو بدرجة عالية من الدقة والتعقيد. أخترع التلفون العادي بواسطة العالم الا**ندر جراهام بل Alexander Graham Bell في 1876، والاتصالات اللاسلكية تطورت نتيجة لاختراع وتطور اجهزة الراديو الذي اخترع بواسطة العالم نيكولاي تسلا Nikolai Tesla في 1894. ومن الجدير بالذكر أنه من الطبيعي أن تتحد وتندمج فكرة الهاتف والراديوا معا.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-44-27-175.png هذا بالنسبة لتلفونات الراديو، أما في نظام تلفون الجوال فإن المدينة تقسم إلى خلايا صغيرة cells وفي كل خلية يوجد محطة ارسال (أنتينا)، وبهذه الطريقة يمكن اعادة استخدام نفس التردد على كل المدينة وبالتالي فإن الملايين من الأفراد يمكنهم استخدام الجوال في نفس الوقت،




http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-34-46-820.png

[dododa]

تقسيم المدينة إلى خلايا Cells ادى إلى تسمية الجوالات بالانجليزية Cell Phone أي الجوال الخلوي وهذا هو الاساس 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 ووهو اختصار لما يعرف باسم جهاز راديو موجة المدينة (City Band Radio) وللتعرف أكثر على هذا الجهاز اطلع على الموقع التالي على الانترنت http://en.wikipedia.org/wiki/Cb_radio



http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-34-33-661.png


CB Radio


كما سوف نقارن الجوال بجهاز أخر معروف أكثر لنا وهو أو جهاز walkie-talkie وهو جهاز يعمل بنظام راديو ارسال واستقبال. وستجد المزيد عن هذا الجهاز على الموقع التالي على شبكة الإنترنت http://en.wikipedia.org/wiki/Walkie-talkie



http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-34-22-816.png




Walkie-Talkie


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


<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #cc3300" dir=rtl class=MsoNormal>طريقة الاتصال Duplex <LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #cc3300" dir=rtl class=MsoNormal>القناوات Channels
المدى Range

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-38-24-053.png
كلأ 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 يستطيح 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 امكانية ارسال واستقبال البيانات بين الأجهزة الإلكترونية باستخدام الصوت. ولمزيد من المعلومات عن هذا المصطلح تجده على الموقع التالي


http://telecom.hellodirect.com/docs/Tutorials/DuplexExplained.1.080801.asp



http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-38-11-464.png
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

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-37-57-955.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-45-17-257.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-34-06-763.png




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


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-33-52-372.png




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


ولتوضيح فكرة تقسيم المدينة إلى خلايا فسوف نستعين بالشكل التوضيحي أدناه، حيث تقسم المدينة إلى خلايا كل خلية بمساحة 26 كيلومتر مربع وتأخذ شكل سداسي ا لأضلاع كما في الشكل. كل خلية من الخلايا التي قسمت إليها المدينة تحتوي على محطة تقوية تحتوي على برج يحمل معدات ارسال راديو.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-33-35-167.png


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

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-45-39-348.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-33-19-485.png



ملاحظة: أنظمة الهواتف الخلوية التي تعمل بالنظام التناظري analog تسمى بتكنولوجيا جوال الجيل الأول first-generation ****************************** technology ويرمز لها بالرمز 1G. ونظام الهواتف الخلوية التي عملت بالنظام الرقمي تسمى تكنولويجا الجيل الثاني 2G حيث ازدادت عدد القنوات المتوفرة للاستخدام بحوالي ثلاثة اضعاف 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 الارسال تعمل بطاقة منخفضة ايضا، مما يعني أن:
أن منطقة التغطية للترددات بين محطة الارسال والجوال لن تزيد عن مساحة الخلية السداسية الشكل وهذا يجعل اعادة استخدام نفس الترددات في خلايا اخرى ممكن. أي 56 شخص لكل خلية يمكنهم التحدث مع بعضهم البعض في نفس الوقت باستخدام نفس الترددات.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-46-08-310.png







http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-33-08-459.gif






في النهاية فإن عدد كبير من محطات الارسال توجد في كل مدينة تستخدم هواتف الجوال وقد يصل عدد هذه المحطات بالمئات ويتحكم بها محطة مركزية للتحويلات تعرف باسم ****************************** 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.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_1/2006-09-28_05-46-30-031.png

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-04-46-188.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-13-45-744.png
التلفون المحمول يمتلك شيفرات خاصة مرتبطة به ويعمل من خلالها. تستخدم هذه الشيفرات لتعريف جهاز الجوال، ومالكه، ومزود الخدمة او الشركة التابع لها.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-15-40-509.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-10-14-551.png



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


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-16-22-119.png


بينما تنتقل اثناء الاتصال فإن الاشارة تتحول من خلية إلى أخرى دون أن ينقطع الاتصال ويقوم بذلك ويشرف عليه مكتب التحويلات MTSO وهو الصندوق الاسود المبين في الرسم


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-17-01-145.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-14-06-534.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-17-22-786.png
والأن سوف نقوم بدراسة وشرح تركيب جهاز الجوال

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-14-17-750.png
يعتبر جهاز الجوال من اكثر الاجهزة التقنية تعقيداً من ناحية تكدث الدوائر الالكترونية فيه على مساحة صغيرة ويقوم جهاز الجوال باجراء الملايين من الحسابات كل ثانية اثناء ضغط الموجات الصوتية التي يرسلها واعادة فك الموجات الصوتية التي يستقبلها لتتمكن من الحديث والاستماع الى من تتصل بهم.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/cell-phone-exploded.jpg

مكونات واجزاء الجوال
اذا ما قمنا بالنظر إلى مكونات جهاز الجوال كما هو في الصورة أعلاه فإن الجوال يحتوي على الاجزاء التالية:

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/2006-10-04_05-14-33-453.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/cell%20phone1.jpg

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 الكمبوترية ما يقوم بتحويل الاشارة التناظرية الى رقمية وأخرى تقوم بتحويل الاشارة الرقمية إلى تناظرية حيث تعمل على تحويل الاشارة الصوتية وتترجمها إلى اشارة رقمية وتعمل القطعة الاخرى على استقبال الاشارة الرقمية التي تحتوي على شيفرة الصوت وتترجمها وتحولها إلى اشارة تناظرية. ويقوم بعمل التحويل والترجمة ميكروبروسسور خاص بنظام التعامل مع الاشارات الرقمية ويعرف باسم digital signal processor ويختصر DSP وهو ميكروبروسسور عالى الكفاءة ويقوم بانجاز الحسابات المتعلقة بالتحويل بين الاشارات التناظرية والرقمية بسرعة عالية جداً.
ويعمل الميكروبروسسور على الربط بين لوحة المفاتيح وشاشة العرض من خلال الاوامر التي تعضيها للجوال بواسطة لوحة المفاتيح ويظهر كل ما تقوم به على شاشة العرض، كما يعمل على ارسال بعض الأوامر التي تتطلب تنفيذها من محطة الجوال الرئيسية ويستقبل المعلومات منها ويفهمها ويعرضها لك باللغة التي اخترتها مسبقاً.




http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/cell-phone-processor.jpg
ميكروبروسيسور الجوال
كما تحتوي اللوحة الالكترونية على ذاكرة عشوائية والتي تعرف باسم ROM في مصطلحات الكمبيوتر وتحتوي ايضا على ذاكرة فلاش لتعطي مساحة اكبر لتخزين نظام تشغيل الجوال والعديد من البرامج المساعدة مثل برنامج ادارة دليل الاتصالات وبرنامج الاجندة وتنظيم المواعيد.
تحتوي اللوحة الالكترونية ايضا على مولد امواج الراديو RF الذي يتعامل مع المئات من ترددات قنوات FM وتحتوي على قسم الطاقة الكهربية المسؤول عن ادارة الطاقة الكهربية واعادة الشحن. كما تحتوي اللوحة الالكترونية على مكبر امواج الراديو التي تتعامل مع الاشارات المرسلة والمستقبلة من والى الجوال عبر الانتينا.

شاشة العرض LCD
تطورت شاشات العرض كثير من حيث دقة العرض والالوان والمساحة لتتماشى من التطور الحادث على الجوال وعلى الخدمات التي نحصل عليه منها حيث الجوالات الحديثة اصبحت تحتوي على دليل هاتف وعلى الة حاسبة وعلى العديد من الالعاب الالكترونية كما اصبح الجوال يستخدم لارسال واستقبال الرسائل الاكترونية وكذلك لتصفح الانترنت وهذا يتطب الجودة العالية والدقة والوضوح واللوان الزاهية والمساحة الكبيرة لشاشة العرض. وفكرة عمل شاشات العرض هذه قد سبق شرحها في موضوع منفصل بعنوان كيف تعمل شاشات البلورات السائلة LCD.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/cell-phone-pccard3.jpg
المكان المخصص لشريح الجوال
بعض انواع الجوالات تحتوي على المعلومات الخاص بشيفرة الجوال مثل SID و MIN مخزنة على ذاكرة فلاشية داخلية أو على شريحة الجوال الخارجية والتي تشبه كثيراً شريح الذكية SmartMedia.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_2/cell-phone-parts.jpg

صورة توضح بعض أجزاء الجوال: من اليمين البطارية الداخلية والميكروفون والسماعة
تتحتوي اجهزة الجوال على سماعة وميكرفون باحجام 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 الى مساحة غرفة بتسع كل ماذكر 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 ولايزيد عن حجم كف اليد.

مراجع

كل ما ترغب في الاستفسار عنه عن الجوال والمصطلحات وماذا تعني تجدها على هذا الموقع
http://www.tech-faq.com/
معلومات عن تركيب الجوال
http://www.cellular.co.za/in-fone.htm
موقع مؤسسة الاتصالات الدولية FCC
http://www.fcc.gov/
موقع الاتحاد الدولي للاتصالات
http://www.itu.int/home/index.html

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-24-08-950.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-29-10-123.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-31-30-425.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-29-22-822.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-28-24-267.png في العام 1983 ظهر التلفونات الجوالة بنظام التناظري analog وسميت بـ Advanced ****************************** 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 الامريكية. استخدمت جوالات AMPS مدى من الترددات بين 824 ميجاهيرتز و894 ميجاهيرتز. وعملت الحكومة الامريكية كل ما في وسعها لدعم شبكة هواتف لاسلكية جديدة وتنافس شبكة التلفونات السلكية من حيث التكاليف والاسعار بالنسبة للمستخدم، فخصصت لذلك مزود خدمة للشبكة اللاسلكية ووضعته في كل مكان وسمي بمزود الخدمة المحلي، ويتكون كل مزود خدمة من ناقلين سمي الاول 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 للارسال 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.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-27-50-018.png






http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-31-57-184.png
تحول تكنولوجيا الجوال من النظام التناظري إلى الرقمي
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-29-50-992.png
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 الاشارة المتبادلة بين الجوال والشبكة التابع لها. حيث انه من غير الممكن ان يتم ضغط وتشفير الاشارة التناظرية مثل الاشارة الرقمية. ولكن في الاشارة الرقمية يتم ضغط واعادة معالجة الاشارة مما يسمح بزيادة عدد القنوات لنفس المدى الترددي المستخدم.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-32-27-778.png 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 والع** 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 اخذنا الكلمة الاولى من كل تقنية وهي Frequency و Time و Code فنجد انها تشير إلى التقنية المستخدمة لطريقة الدخول اإلى الشبكة في تناقل المعلومات، فالاولى يعتمد على التردد والثانية تعتمد على الزمن والثالثة تعتمد على الشيفرة. 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:
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-32-47-175.png

[dododa]

الوصول المتعدد بالتقسيم التردديFrequency division multiple access (FDMA)
في كل محطة اتصال جوال توجد محطة ارسالة راديوية ترسل الاشارة بترددات مختلفة خلال النطاق المخصص من المدى الترددي. وتعتمد تقنية FDMA على تقسيم هذا المدى الترددي إلى عدة قنوات ترددية أصغر كما في الشكل الموضح حيث تم تخصيص مدى ترددي مقداره 45 ميجاهيرتز وكل محطة ارسال تستخدم تردد مختلف لارسال الاشارات بطريقة تناظرية للاتصال وتدعم نقل البيانات الرقمية، ولكن لا تعتبر هذه التقنية فعالة للاتصالات الرقمية.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-27-39-723.png

في تقنية FDMA كل جوال يستخدم تردد مختلف

الوصول المتعدد بالتقسيم الزمنيTime division multiple access (TDMA)

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-33-08-877.png
شرح توضيحي لنظام TDMA
يخصص لكل مستخدم حيز زمني متكرر كما هو موضح في تعاقب تكرار الالوان في الشريط الأول مثلاً، ويمثل كل شريط قناة ذات تردد محدد وعلى نفس التردد تجد ثلاثة الوان مختلفة تتكرر خلال الزمن، يمثل كل لون مكالمة مرسلة وبهذا يمكن على نفس التردد ارسال ثلاثة مكالمات في نفس الوقت.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-27-29-469.png




ويوضح الشكل ادناه النطاقات الزمنية المستخدمة لكل جوال لارسال البيانات الصوتية من خلال تخصيص فترة زمنية تقدر بـ 6.7ms وبمدى ترددي قدره 30 كيلوهيرتز ترسل على نفس قناة اتصال واحدة تعمل على تردد محدد.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-27-21-387.png

يقسم التردد في تقنية TDMA إلى فترات زمنية

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-33-33-212.png
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.


شرح توضيحي لنظام CDMA
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. كما هو موضح بالشكل 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.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-27-12-855.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-33-50-817.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-27-03-161.png

في تقنية CDMA كل مكالمة تحول الى بيانات رقمية وتقسم إلى رزم ترتبط مع بعضها البعض بشيفرة مميزة.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-26-50-082.png
تعرفنا في هذا الجزء على فكرة عمل الجيل الأول والجيل الثاني للاتصالات اللاسلكية والتقنيات المختلفة المستخدمة لكل جيل، وفي الجزء الرابع سوف نشرح فكرة نظام الاتصالات العالمي GSM ونستكمل شرح الجيل الثالث من الجوالات اللاسلكية.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_3/2006-10-06_19-26-38-375.png
لمزيد من المعلومات عن TDMA و CDMA اطلع على هذين الموقعين
http://en.wikipedia.org/wiki/Time_division_multiple_access
http://en.wikipedia.org/wiki/CDMA

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-11-48-951.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-20-40-376.png

النظام العالمي للاتصالات اللاسلكية Global System for ****************************** 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 انظمة تشغيل الجوال بأنظمة تشغيل الكمبيوتر مثل الويندوز واللين**.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-11-37-665.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-21-06-363.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-11-17-236.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-21-25-500.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-17-59-134.png
تعتبر تكنولوجيا الجيل الثالث من الجوال احدث انظمة 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 ارسال واستقبال الرسائل الصوتية والفيديو.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-11-04-367.png

جوال من الجيل الثالث من شركةSony Ericsson

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-18-22-207.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-21-52-089.png تقنية الوصول المتعدد بالتقسم الكودي المتزامن مع التقسيم الزمني TD-SCDMA (http://electronics.howstuffworks.com/framed.htm?parent=cell-phone.htm&url=http://www.umtsworld.com/technology/tdscdma.htm) أي Time-division Synchronous Code-division Multiple Access.

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-10-53-151.png
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 اسرع جوالات الجيل الثاني لا يعملبأكثر 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 الافلام وتبادل البريد الالكتروني والفا**.




http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-19-05-139.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-13-25-450.png النمط المتعدد Multiple Mode في مواصفات الجوالات تشير هذه الخاصية إلى نوع تكنولوجيا الارسال المستخدم فالجولات التي تدعم AMPS و TDMA من الممكن أن تستخدم كلا من هذين التقنيتين في استقبال وارسال 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.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-22-16-604.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-10-37-238.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-19-29-644.png
من الممكن أن تجد جوال من مواصفاته أنه جوال tri-mode أشارة 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.

يمكنك عزيزي القارئ ان تطلع على الموقع التالي www.gsmarena.com (http://www.gsmarena.com/) والذي يزودك بمواصفات الجوال وستجد أن من اول المواصفات التي تحدد الجوال هي الجيل الذي ينتمي له الجوال والترددات والنطاقات التي يدعمها.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-19-43-384.png
الجوال مثله مثل باقي الأجهزة الإلكترونية له بعض العيوب والمشاكل منها:
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-22-41-289.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_4/2006-10-09_19-19-52-086.png

لمزيد من المعلومات http://www.privateline.com/PCS/GSM0.html
كل شيء عن الـ GSM
http://en.wikipedia.org/wiki/Global_System_for_******************************_Commu nications
موضوع شامل عن اساسيات الجوال
http://www.privateline.com/mt_cellbasics/index.html
مصطلحات تقنية للاتصالات اللاسلكية http://www.wirelessadvisor.com/glossary.cfm
كل المعلومات عن الجوال http://en.wikipedia.org/wiki/******************************_phone
احدث انواع الجوالات ومواصفاتها www.gsmarena.com (http://www.gsmarena.com/)

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-27-06-377.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-30-42-187.png
وكثيراً ما نسمع ونقرأ في الاخبار عن المضار الصحية للجوال على الانسان وخصوصاً ان الجوال يستخدم بجوار الدماغ مباشرة وهو الجزء الأكثر حساسية في جسم الانسان، وهذا يعني ان الاشارات الراديوية التي يتبادلها الجوال مع محطة الارسال خلال المحادثة التلفونية تعرض أغشية الدماغ مباشرة لطاقة هذه الأشعة. وفي الحقيقة هناك الكثير من التجارب العلمية التي تخبرنا مرة بأن استخدام الجوال ضار وتجارب علمية اخرى تأتي لنا بأخبار مفادها ان الجوال لا مضار من استخدامه على صحة الانسان وكلا الطرفين يقدم أدلته من خلال التجارب والأبحاث العلمية التي قام كل طرف باجرائها والحقائق التي استند عليها.
في هذا المقال سوف نلقى الضوء على هذا الموضوع في محاولة لتوضيح الاختلاف وشرح كيف يصدر الجوال الاشعاع الكهرومغناطيسي، وكيف نقوم بتحديد مستوى الاشعاع، وستجد في نهاية المقال عزيزي القارئ انك قادراً على أن تحكم على مدى خطورة أو سلامة استخدام الجوال.
مصدر الاشعاع
عند التحدث عبر الجوال فإن جهاز الارسال في الجوال يقوم باستقبال الاشارة الصوتية الصادرة عن المتحدث ويقوم بتحويلها وبتشفيرها ثم تحميلها على موجة جيبية متصلة كما هي موضح في الشكل ادناه. (في مقالات اخرى قادمة سوف نقوم بشرح فكرة عمل الراديو وارسال الصوت واستقباله)




http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-26-15-924.png



الموجة الجيبية
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-31-34-122.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-25-58-329.png



الاشعاع الصادر عن الجوال مصدره المرسل transmitter ويخرج عبر الانتينا antenna
يستخدم الجوال مرسل transmitter ذو طاقة ضعيفة فعلى سبيل المثال في السيارات المزودة باجهزة الجوال اللاسلكي تصل طاقة الارسال فيها إلى 3 وات، في حين أن الجوال اليدوي الذي نستخدمه فإن طاقة الارسال فيه تتراوح بين 0.75 إلى 1 وات فقط. ويكون موضع المرسل في داخل الجوال حسب الشركة المصنعة ولكن في الأغلب يكون بجوار الانتينا كما هو في الشكل اعلاه.
الأمواج الراديوية التي تحمل الاشارات الصوتية المشفرة عبارة عن أشعة كهرومغناطيسية تنتشر بواسطة الانتينا. ووظيفة الانتينا في أي جهاز ارسال هو بث أمواج الراديو التي يصدرها المرسل في الفراغ. وفي حالة الجوال يتم التقاط تلك الامواج مرة اخرى عبر الاننينا من قبل أجهزة الاستقبال في ابراج محطات الجوال لتوجيهها إلى الجوال الذي تم الاتصال معه.
الأشعة الكهرومغناطيسية
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-33-07-516.png الاشعة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة ثابتة هي سرعة الضوء وقيمتها 3x108m/s وهي سرعة كبيرة جداً بدليل ان الاشعة الكهرومغناطيسية تستطيع ان تلف محيط الكرة الارضية 7 مرات بمجرد ان تنتهي من نطق كلمة واحد. وتنتقل هذه الاشعة في الفراغ وتنقل الطاقة من المصدر source إلى المستقبل receiver. وقد تم اكتشاف هذه الاشعة على مراحل حيث كان العالم هيرتز Hertz 1887 أول من عمل في هذا المجال وكان في ذلك الوقت فقط اشعة الراديو والاشعة المرئية ومن ثم تم اكتشاف باقي الطيف الكهرومغناطيسي من خلال الملاحظات والظواهر الفيزيائية العديدة.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-33-25-272.png
كما يجب ان نعلم أن الاشعة الكهرومغناطيسية لها طاقة تتناسب طردياً مع التردد وع**يا مع الطول الموجي من خلال المعادلة


طاقة الاشعاع الكهرومغناطيسي = ثابت بلانك x التردد
نستنتج من ذلك أنه كلما زاد التردد ازدادت طاقة الأشعة الكهرومغناطيسية، وعليه فإن طاقة أشعة جاما أكبر ما يمكن في الطيف الكهرومغناطيسي وكما نعلم أن جسم الانسان يتحمل طاقة اقصاها طاقة الطيف المرئي وتعتبر طاقة الطيف فوق الازرق ultra-violet ضارة وتسبب حرق لخلايا الجسم وكذلك طاقة اشعة ا** تستطيع اختراق جلد البشري والتعرض لها يسبب خطورة كبيرة.
من المعلومات السابقة التي تحدثنا عنها في الاجزاء السابقة نستطيع ان نحدد المدى الذي تستخدمه شبكة الاتصالات اللاسلكية من الأشعة الكهرومغناطيسية والتي في منطقة الميكروويف الموضحة في الشكل أدناه.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-25-44-039.png

[dododa]

الطيف الكهرومغناطيسي
نلاحظ من الشكل السابق للطيف الكهرومغناطيسي أن أشعة الميكروويف تقع في مدى الترددات الأقل من تردد الضوء المرئي وهذا يعني ان طاقة أشعة الميكروويف أقل من طاقة الضوء المرئي كما أنها تقع ضمن المنطقة المحددة بالأشعة الغير مؤينة non-ionizing radiation.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-33-52-631.png
مخاطر الاشعة المنبعثة من الجوال على الانسان
كل الهواتف المحمولة تبعث قدراً من الاشعة الكهرومغناطيسية التي تحدثنا عنها سابقاً، والابحاث التي يقوم بها العلماء تعتمد على تحديد الكمية التي لو تعرض لها الدماغ فإن هذه الاشعة تصبج غير أمنة للانسان، وكذلك تحديد مخاطر تعرض الانسان لتلك الأشعة الصادرة من أجهزة الجوال على المدى الزمني البعيد.
يمكن تقسيم الاشعة الكهرومغناطيسية إلى نوعين هما:
اشعة مؤينة Ionizing radiation وهي تلك الاشعة التي تحتوي على قدر من الطاقة كافي لانتزاع الذرات والجزيئات من الخلايا الحية، وتعتبر اشعة جاما واشعة ا** من الاشعة المؤينة. وهذا الاشعة بدون شك تسبب اضراراً على الخلايا الحية.
اشعة غير مؤينة Non-ionizing radiation وهي اشعة امنة ولا تشكل خطر على الانسان. ولكن تسبب ارتفاع درجة حرارة الجزء من الجسم الذي يتعرض لها. ومن هذه الاشعة امواج الراديو والضوء المرئي وامواج الميكروويف.
الابحاث العلمية اثبتت عدم وجود اية مخاطر للاشعة المنبعثة عن الجوال على صحة الانسان، ولكن هذا لا يعني انه لا يوجد اي ضرر من استخدام الجوال، فالاشعة الصادرة من الجوال هي من نوع اشعة الراديو RF وقد ثبت التأثير الضار لاشعة الراديو المركزة على خلايا الانسان، حيث ان لهذه الاشعة القدرة على تسخين الخلايا التي تتعرض لها بنفس فكرة امواج الميكروويف التي تستخدم في الافران لتسخين الاطعمة. وبالتالي فإن الضرر من هذه الاشعة يكمن في الاثر الحراري الذي تحدثه تلك الاشعة في الخلايا التي لا تستطيع تبديد الحرارة الزائدة بسهولة مثل الخلايا الموجودة في العين، حيث ان معدل تدفق الدم فيها قليل. هذا بالاضافة الى التأثير على المدى الزمني البعيد والعلماء والباحثون حتى هذه اللحظة لا يجزمون بنفي او اثبات ضرر اشعة الجوال على جسم الانسان، وبعض الدراسات ربطت بين الامراض التي يصاب بها الانسان واستخدامه للجوال ومن هذا الامراض هي السرطان وورم الدماغ والصداع والضعف العام الزهيمر.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-34-20-541.png
في الصورة المقابلة تجربة قام بها باحثون وضعوا بيضة بين جهازين جوال وقاما بالتحدث من خلالهما عبر السماع الخاصة بكل جوال حتي لا تتغير المسافة بينهما وبين البيضة في الوسط. والذي يدعو للدهشة هو ما ورد على لسان الباحثين ان بعد 15 دقيقة لم يلحظا اي تأثير يذكر ولكن بعد 25 دقيقة بدأت قشرة البيضة تسخن تدريجياً وبعد 40 دقيقة بدأ بياض البيضة يجمد دون الصفار وبعد 65 دقيقة اصبحت البيضة مسلوقة تماماً.


ان التقليل من مخاطر الجوال على صحة الانسان والاثار الضارة التي من الممكن ان تسببها لنا تطمس في ظل التنافس الشديد بين الشركات لدرجة اننا لا نفكر بمخاطر هذه التقنيات على حياتنا بقدر سعينا لامتلاك الاحدث دائماً، وفي اغلب النشرات العلمية التي تخفف من مخاطر الجوال على الانسان فإنها تكون صادرة من الشركات المصنعة للجوال، ولهذا يتطلب منا الحذر والتقنين قدر الامكان من التحدث لفترات زمنية طويلة ومنع الاطفال تماماً عن استهدامه وهذه بعض النصائح والارشادات للتقليل من مضار الاشعة الصادرة عن الجوال.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/cell_phone_5/2006-10-13_03-24-53-666.png



معلومات تفصيلية عن الاشعة الكهرومغناطيسية تجدها على الانترنت على الرابط التالي:
http://www.hazemsakeek.com/QandA/EMR/electromagneticradiation.htm

[dododa]

كيف تنشأ النار؟





http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-48-44-840.png


النار يمكنها ان تدمر كل ما هو حولنا في غضون ساعة أو أقل، كما ان النار قادرة على ان تأتي على غبة من الاشجار وتحولها إلى كومة من الرماد. وتستخدم النار **لاح فتاك في الحروب وحسب الاحصائيات السنوية تعتبر كوارث النار الاكثر سببا للوفيات كل عام.
ولكن وبالرغم من الصوةر القاتمة التي بدأنا بها المقال فإن النار مفيدة للغاية. فهي الوسيلة الأولى للنسان استخدمها للاضاءة والتدفئة، هذا بالطبع استخدامها لطهو الطعام ودخل استخدام النار في الصناعة لتشكيل الحديد وتحويله الى الات مفيدة للبشرية. لا يوجد مثيل للنار في المضار التي يمكن أن تسببها للانسان وفي نفس الوقت للنار الكثير من الفوائد. ولذلك فإن النار بالتأكيد مهمة جداً لنا وعنصرا اساسياً للحياة وقوة مهمة للبشرية ولكن ماهي النار؟
في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نقوم بشرح من كيف تتولد النار وما مصدرها وكيف تتصرف؟؟!!

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-50-59-113.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-53-56-579.png فيما يلي نستعرض الخطوات التي تحدث لاشتعال الخشب وانطلاق النار.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-54-21-044.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-49-05-089.png





اذا نستنتج مما سبق ان حرق الخشب يحدث على مرحلتين منفصلتين كل مرحلة عبارة عن تفاعل كيميائي وهما كما يلي:

<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #993366" dir=rtl class=MsoNormal>عندما تكون الغازات القابلة للاحتراق والتي تنطلق في صورة دخان عند درجة حرارة 260 درجة مئوية فإن جزيئات الخشب تت**ر وتنفصل عن بعضها البعض وتتحد ذراتها مع الا**جين لتكون الماء واول ا**يد الكربون ومواد أخرى وتلك العملية نسميها عملية الاحتراق.
الكربون الموجود في الخشب بعد الاحتراق يكون في صورة فحم يتحد مع الا**حين ايضاً في تفاعل كيميائي ولكن عملية الاتحاد مع الأ**حين في هذا التفاعل تكون أبطىء ولهذا نلاحظ ان الفحم المشتعل يبقى حاراً لفترات طويلة. ينتج عن التفاعلات الكيميائة السابقة انطلاق الحرارة والتي تؤدي الى استمرار وبقاء النار مشتعلة.

ولهذا السبب تعلم الانسان كيف يستفيد من تلك الخاصية في الابقاء على النار مشتعلة لفترات زمنية طويلة فنحن نعلم مثلا ان وقود مثل البنزين يحترق في لمح البصر نتيجة لتبخر البنزين بارتفاع درجة الحرارة وتحوله الى غازات قابلة للاشتعال بدون ترك مخلفات مادية مثل الفحم ولكن بااستخدام مادة الشمع يمكن ان نجعل النار مستمرة لفترة طويلة نتيجة لان تبخر الشمع ابطىء بكثير من تبخر البنزين لذا بتقليل معدل التبخر للمادة المحترقة "الوقود" يمكننا الحصول على نار لفترة زمنية طويلة.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-49-15-925.png




ينتج الضوء من النار لان ذرات الكربون في المادة المحترقة تسخن وبالتالي تثار هذه الذرات بالحرارة وتتخلص تلك الذرات من اثارتها باصدار الضوء المرئي كما يحدث في المصباح الكهربي عندما يمر التيار الكهربي في فتيلة المصباح وترتفع درجة حرارتها نتيجة لمقاومتها للتيار فينطلق الضوء منها طالما استمرت درجة حرارة الفتيلة مرتفعة.
ينطلق الضوء من النار في صورة لهب Flame والهب له لون مميز يعتمد على مادة الاحتراق بدرجة رئيسية ويعتمد أيضا على درجة الحرارة. الالوان المختلفة والصادرة من اللهب هي بسبب تغير درجة الحرارة في شعلة اللهب نفسها. فالجزء الاسخن في اللهب يكون في اسفله والجزء الاكثر برودة في اعلى منطقة في اللهب.ولهذا يبدو لون اللهب في الاسفل ازرق بينما أعلى اللهب يكون اللون قريبا من اللون البرتقالي أو الأصفر.

وبالاضافة الى الضوء المنبعث من اللهب فإن جسميات من الكربون تتجمع حول اللهب في صورة شبيه بجسميات الغبار كما في الشكل التالي:


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-49-24-267.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-54-47-542.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-49-36-465.png


الغازات المحيطة وتأثيرها على شكل اللهب


ولكن لو نظرنا الى اللهب في مكان عديم الجاذبية مثل على سطح مركبة فضائية فإن اللهب يأخذ شكل كروي كما في الشكل التالي:


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-49-47-370.png


(A) شكل النار على الأرض، (B) شكل النار في حالة انعدام الجاذبية

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-51-28-285.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-51-53-121.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-55-20-539.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-52-09-344.png
تختلف درجات الحرارة اللازم توفرها للوقود لكي يشتعل وينتج النار. وهذا بالتأكيد بسبب اختلاف طبيعة المادة ودرجة الحرارة اللازمة للتحول من حالتها الصلبة او السائلة الى الحالة الغازية.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-52-21-782.png
يلعب حجم المادة القابلة للاشتعال "الوقود" في درجة انتشار النار واتساع تأثيره، فمثلاً في منطقة تكثر فيها الاشجار فإنها تمتص الحرارة بكمية كبيرة وبالتالي سوف توفر الغازات القابلة للاشتعال بكثافة مما يساهم في انتشار النار بسرعة كبيرة.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-49-56-634.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-52-37-955.png
عند احتراق الوقود فإن الحرارة المنطلقة منها تختلف في مقدارها حسب نوع مادة الوقود وكذلك سرعة انتشاره الذي يعتمد على سرعة تفاعله مع الا**جين.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-52-51-855.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/fire/2006-10-22_00-55-46-306.png
لمزيد من المعلومات يرجى الاطلاع على الروابط التالية
http://webexhibits.org/causesofcolor/3B.html
http://science.nasa.gov/headlines/y2000/ast12may_1.htm
http://microgravity.grc.nasa.gov/combustion/cfm/cfm_index.htm

[dododa]

كيف يعمل الموتور الكهربي

http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/2006-11-30_18-25-00-512.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/modified-electric-motor.jpg

موتور كهربي

وفي هذا الموضوع من كيف تعمل الأشياء سوف نتعرف على فكرة عمل الموتور وهذا من خلال دراسة بعض لخواص المغناطيسية وعلاقتها بالكهرباء لان الموتور هو نتاج العلاقة بين الخواص المغناطيسية والخواص الكهربية والتي سوف نستعرضها بشكل مبسط لفهم فكرة عمل هذه الاداة المفيدة "الموتور الكهربي"


مكونات الموتور

لنستعرض مكونات موتور بسيط مكون من قطبين ويعمل بالتيار المستمر وهذا الموتور سوف نجد انه يحتوي على 6 اجزاء موضحة في الشكل ادناه وهذه القطع هي:

<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #000099" dir=rtl class=MsoNormal>المحرك الدوراني rotor <LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #000099" dir=rtl class=MsoNormal>الموصل commutator <LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #000099" dir=rtl class=MsoNormal>الفرشاة Brushes <LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #000099" dir=rtl class=MsoNormal>المحور Axle <LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: #000099" dir=rtl class=MsoNormal>المجال المغناطيسي field magnet
مزود التيار الكهربي المستمر DC power supply

فكرة عمل الموتور


http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/motor-labels.jpg

اجزاء الموتور الكهربي البسيط



http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/2006-11-30_18-33-07-602.png
الموتور الصغير
ابسط موتور يمكن ان نجده هو ذلك الموتور الذي يعمل على تشغيل لعب الاطفال مثل الموتور الذي يحرك سيارة والموضح في الشكل ادناه.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/motor1a.jpg

الجزء الخارجي للموتور
يتكون الجسم الخارجي للموتور من اسطوانة معدنية تخرج منها محور الدوران axle وغطاء بلاستيكي مثبت عليه سلكين للتوصيل مع البطارية. لو قمت بتوصيل السلكين بقطبي بطارية فإن محور الدوران سوف يدور طالما استمر مرور التيار الكهربي في السريان. واذا قمت بع** قطبي البطارية فإن محور الدوران سوف يدور في الاتجاه المعا**.




http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/motor2.jpghttp://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/motor3.jpg




الصورة على اليمين لموتور يوضح المحور والصورة على اليسار للجزء المقابل ويوضح الغطاء البلاستيكي واسلاك التوصيل.


لو قمت بانتزاع الغطاء البلاستيكي لرؤية الجء الداخلي منه فسجد الفرشتين brushes الداخليتين التي تعمل على نقل الكهرباء من البطارية الى قطعة الموصل commutator



http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/motor5.jpg


الجزء الداخلي للموتور
يثبت على المحور بعض الاجزاء الداخلية للموتور مثل الموصل commutatorوالاطار الحامل armature. ويتكون الاطار الحامل من مغناطيس كهربي في صورة ثلاثة ملفات كهربائية تتكون من اسلاك نحاسية تشكل ثلاثة اقطاب. يخرج من كل ملف سلكين للتوصيل يتم توصيلهم في الموصل commutator كما هو موضح في الشكل ادناه.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/motor7a.jpg

الجزء المتبقي في تركيب الموتور هو المغناطيس الدائم والذي يثبت على الجدار الداخلي للغلاف المعدني الاسطواني ويكون عبارة عن ثلاثة قطع في صورة مغناطيس منحني كما في الشكل ادناه./ (http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/)

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/motor8.jpg


المغناطيسات الدائمة داخل الموتور الكهربي


الموتور والمجال المغناطيسي
http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/2006-11-30_18-32-09-258.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/motor-nail-in-horseshoe.jpg



مغناطيس كهربي المسمار محاط بمغناطيس دائم




http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/2006-11-30_18-31-05-346.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/Untitled-5.jpg




اجزاء الموتور الداخلية: المغناطيس الدائم على الجانبين N و S المحور في الوسط تماما ومثبت عليه الموصل commutator ومتصل مع الفرشاتين والمحور يحمل ايضا الملفين الذان يشكلان المغناطيس الكهربي.

سنقوم باستبدال المسمار بالاطار الحامل armature في الموتور الكهربي. وكما ذكرنا فإن هذا الاطار الحامل عبارة عن مغناطيس كهربي في صورة ملف حول قطعتين او ثلاثة قطع معدنية لينتج عنه قطبين او ثلاثة اقطاب. مغناطيسية.

يحتوي الاطار الحامل على الموصل commutator والمتصل بمحور الدوران axle كما هو موضح في الشكل السابق حيث يوضح التركيب الداخلي لاجزاء الموتور التي تعمل مع بعضها البعض للحصول على دوران مستمر للمحور بين قطبي المغناطيس الدائم. وتلاحظ من الشكل ان الموصل commutator عبارة عن زوج من الالواح المتصلة مع المحور وتتصل هذه الالواح ايضا مع الملف المغناطيسي.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/2006-11-30_18-26-31-432.png


أين يستخدم الموتور؟
http://www.hazemsakeek.com/QandA/motor/2006-11-30_18-29-07-627.png
ولمزيد من المعلومات استعن بالمواقع التالية على شبكة الانترنت.
Simple Electric Motors - http://www.simplemotor.com/
http://en.wikipedia.org/wiki/Motor
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor
Beakman's Electric Motor - http://fly.hiwaay.net/~palmer/motor.html
Control of Stepping Motors - http://www.cs.uiowa.edu/%7Ejones/step (http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/)

[dododa]

كيف يعمل فرن المايكروويف


في عصر السرعة والتطور التكنولوجي اصبح فرن الميكروويف ضرورة من الضروريات الملحة وربما لا يخلو بيت من فرن المايكروويف، وربما تتمنى كل ربة بيتاقتناءها مع جهازي التكييفوالكومبيوتر في عصر يعطي الأولويةلما هو "أسرع".

http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/microwave.jpg
يعتبر الطهي بواسطة اشعة الميكروويف من تكنولوجيا القرن العشرين لما توفره من سرعة في تحضير الطعام أو تسخينه وكفائته العالية في توفير الطاقة المستخدمة في الافران التقليدية التي تعمل بالكهرباء أو الغاز حيث أنها تعمل على تسخين المواد الغذائية فقط دون غيرها. وتجدر الاشارة إلى أن هذه الاجهزة موجودة في كل بيت في امريكا وأوروبا وبدأت تنتشر عندنا، ولكن كثيراً ما دار التساؤل عن خطورة استخدام هذه الاجهزة على سلامة الانسان، وقبل الاجابة على هذا التساؤل يتوجب علينا شرح فكرة عمل فرن المايكروويف.

ماهي أشعة الميكروويف؟
اشعة المايكروويف هي جزء من الاشعة 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 الاشعة استخدامات عديدة منها في طهي الطعام وهو مايعرف بفرن المايكروويف Microwave oven كما تستخدم في الاتصالات ونقل المعلومات واجهزة الاستشعار عن بعد واجهزة الرادار ومن هنا فإن استخدامها في الطهي هو جزء بسيط من تطبيقاتها العملية العديدة،

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/microw.gif
http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/2006-11-02_10-01-32-914.png
فكرة عمل فرن المايكروويف
يستخدم فرن المايكروويف اشعة المايكروويف لتسخين الطعام الموضوع في داخل الفرن، وللعلم فإن اشعة المايكروويف هي أمواج راديو ذات ترددات 2500 ميجاهيرتز وهذه امواج الراديو عند هذا التردد تمتلك خاصية هامة هي:

http://www.hazemsakeek.com/QandA/qaimages/microwve.jpg
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 الاشعة من خلال ذرات وجزيئات تلك المواد وامتصاص هذه الاشعة (المايكروويف) ت**بها طاقة تجعلتا تتذبذب بدرجة كبيرة مما تتصادم مع بعضها البعض وتنتج حرارة التسخين اللازمة لطهيها.

الخاصية الثانية
أن المواد البلاستيكية بجميع انواعها والمواد الزجاجية والسيراميك والفخار لا تمتص أشعة المايكروويف ولا تتأثر بها، وهذا يعني أنها لن ترتفع درجة حرارتها، أما المواد المعدنية اللامعة مثل الالومنيوم فيع** تلك الاشعة ولذا يحظر استخدامها داخ افران المايكروويف

تاريخ فرنالميكروويف وتصميم
http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/2006-11-02_10-02-06-182.png
التصميم الفنيلفرن الميكروويف
يعتمدالتصميم الفني للفرن على تركيبات متداخلة من الدوائر الكهربائية والأجهزةالميكانيكية لإنتاج وتنظيم الطاقة اللازمة لتسخين وطهي الطعام، وبصفة عامةفإن فرن الميكروويف يتكون من نظامين رئيسيين للتشغيل وهما: وحدة التحكمووحدة إنتاج الفولط العالي.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/2006-11-02_10-02-39-349.png

كيف يقوم فرن المايكروويف بالطهي
http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/2006-11-02_10-02-59-068.png



http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/cooktrky.gif


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

مشكلة البقع الساخنة وكيفية حلها

وجد عمليا ان الطهي بفرن الميكروويف يتنج عنه توزيع غير منتظم للحرارة على مساحة الفرن وهذا يعود إلى مايعرف بتكون البقع الساخنة Hot Spot والذي يعود إلى أن اشعة المايكروويف تنع** على جدران الفرن مما تتسبب في تداخل بين الاشعة الساقطة والاشعة المنع**ة كما يحدث في أمواج الماء، هذه التداخلات تؤدي إلى تراكبات بناءة تكون عندها شدة الاشعة اكبر ما يمكن واخرى هدامة تكون عندها شدة الاشعة اصغر ما يمكن وهذا يسبب اختلاف توزيع الحرارة كما في الشكل.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/microw3.gif




التداخل البناء والهدام في امواج الماء




http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/microw2.gif




التداخل البناء والهدام في امواج الميكروويف

[dododa]

والشكل التالي يوضح تأثير ذلك على طعام وضع في فرن ميكروويف ووزع بانتظام داخله وعند تشغيل الفرن لمدة من الزمن وجد أن بعض القطع وصلت الى درجة حرارة عالية وقطع اخرى لازالت باردة وهذا بسبب التداخلات التي تحدث في اشعة الميكروويف



http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/micrwave-oven-2.jpg


هذا يسبب عدم نضج بعض اجزاء الطعام داخل الفرن بينما اجزاء أخرى تنضج جيداً ولحل هذه المشكلة تم اضافة موتور لادارة الوعاء داخل المايكروويف باستمرار لضمان توزيع منتظم للحرارة على اجزاء الطعام.

حقائق حول فرن الميكروويف
http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/2006-11-02_10-03-22-331.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/micrwave-oven-1.jpg

كما علمنا ان فرن الميكروويف يستخدم اشعاع الميكروويف التي تعمل على تسخين الطعام اولاً ثم قد تؤثرعلى العبوات او الصحون التي تحتوي على الطعام لذلك فإنه يجب التأكد من اننوع اوعية واغلفة البلاستيك المستخدمة انها خاصة لاستخدام الميكروويفولابد كذلك التأكد بعد عملية الطبخ بالميكروويف انه لا توجد أي رائحة اوطعم حيث انك اذا شممت وشككت في وجود رائحة غريبة او طعم غريب يشبهالبلاستيك فيجب التخلص من الغذاء وعدم اكله حيث ان الخطر مناستخدام الميكروويف ان هناك احتمالات من هجرة مواد بلاستيكية الىالغذاء عند الطبخ والتسخين واحب ان اوضح ورغم المراقبة على انية واغلفةالبلاستيك المستخدمة في الميكروويف إلا انه يجب علينا الحذر من استخدامالادوات والآنية البلاستيكية التي لم تعد لاستخدامات الميكروويف حيث انهثبت خطورتها عند التسخين وخصوصاً مع وجود الدهون في الطعام التي لابد مناستخدام درجة حرارة عالية لتسخينها تجعل وصول الحرارة الى الآنية والاغلفة. ورغم نجاح موجات الميكروويف في عملية التسخين والطبخ لسرعتهاالفائقة واختزال وقت الطبخ بشكل سريع إلا ان استخدام اوان خاصة ضروري.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/2006-11-02_10-03-46-155.png
أسئلة واستفسارات
هل استخدام المايكروويف يضر بالصحة أم لا؟ وإذا كان ضارا ماهي الية تفادي هذا الضرر؟؟
لاشك ان ربات البيوت يخشون من استخدام الميكروويف لاعتقادهن بانها اجهزةضارة وان كلمة اشعة ميكروويف اسم غير مألوف، لذا اود ان اؤكد انه لا ضررمن استخدام اجهزة الميكروويف على ولا ضرر منها على الصحة لان اجهزة افرانالميكروويف مصممة على ان تكون اشعة الميكرويف مركزة على الوعاء الداخليللفرن والاشعة التي تنع** يتم امتصاصها على الزجاج الداخلي للميكروويفوبالتالي لا تخرج ابدا من الجهاز وعند فتح باب الفرن يتوقف انتاج هذهالاشعة مباشرة وللعلم اجهزة الجوال تستخدم اشعة الميكيوويف في الاتصال وهياشعة تحيط بنا من كل جانب ولكن في فرن الميكروويف تكون طاقتها اكبر بكثبرمن تلك المستخدمة في شبكات الجوال.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/2006-11-02_10-04-04-802.png
هل هناك فرق بين استخدام المايكروويف والفرن العادي؟
http://www.hazemsakeek.com/QandA/microwave_oven/2006-11-02_10-04-22-187.png

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-13-01-898.png

لم يمض وقت طويل على انتشار اجهزة الفيديو واشرطة الـ VHS التي لا يخلو بيت منها حتى بدأت الأقراص المدمجة المعروفة باسم السي دي CD بالانتشار واصبحنا نمتلك العديد منها بالاضافة الى شراءنا لاجهزة تقوم بتشغيلها للاستمتاع بمشاهدة الافلام والاستماع الى الموسيقى ولكن اصبحت هذه التكنولوجيا قديمة واصبحنا نبحث عن الافضل في تكنولوجيا جديدة بتقنيات عالية تسمى مشغل اقراص الديفيدي DVD لتحل محل اشرطة الفيديو والسي دي، فما هي اقراص DVD وما هو الاختلاف بينها وبين السي دي CD وماذا اضافت عن اشرطة الفيديو؟ هذا ما سوف نقوم بشرحه في هذه المقالة.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-08-28_13-17-17-160.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-06-47-240.png


ونلخص الامكانيات التي يمكن ان يشملها قرص الـ DVD وهي

<LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: navy" dir=rtl class=MsoNormal>فيلم يصل طوله لـ 135 دقيقة بجودة ونقاوة عالية جداً تصل إلى 720 نقطة كدقة افقية. <LI style="TEXT-JUSTIFY: kashida; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; COLOR: navy" dir=rtl class=MsoNormal>خمس قنوات صوتية لتعطي نظام سمعي يسمى بنظام 5.1 لاعطاء صوت مماثل لدور العرض السنمائية.
ترجمة بعدة لغات تصل إلى 32 لغة.
واذا ما قورنت السعة التخزينية للـ DVD بالسعة التخزينية للـ CD فانه يمكن تخزين ثماني ساعات من الصوت بجودة الصوت المخزن على الـ CD والذي لا يزيد عن ساعة واحدة
اما اذا ما قورن الـ DVD باشرطة الفيديو فإن للـ DVD عدة مزايا هي
http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-07-13-357.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-08-28_13-16-39-757.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-06-12-440.png

والسؤال الذي يطرح نفسه الآن هو كيف يمكن أن نحصل على سبعة أضعاف سعة القرص المدمج العادي CD، على قرص له الأبعاد ذاتها؟
ببساطة تكمن الفكرة في تصغير أبعاد العناصر المكونة للبيانات، ولتوضيح تلك الفكرة فإننا نحتاج الى فهم تركيب قرص الـ DVD وكيف تتم كتابة البيانات عليه وكيف تتم قرأتها،

يتكون قرص الـ DVD منعدة طبقات من البلاستيكبسمك إجمالي قدره 1.2 ممتعرفباسم polycarbonate وعلىهذهالطبقةيوجدطبقةرقيقةمنال ألومنيوماللامعبسمك 1.25 نانومترمغطاةبطبقةحمايةمنمادة lacquer.ويمكن ان نحصل على قرص DVD بطبقة مفردة أو بطبقة مزدوجة كما هو موضح في الشكل مقاطع لتكوين قرص DVD.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-08-28_13-11-31-794.png


مكونات قرص الـ DVD بانواعه المختلفة والسعة التخزينية لكل قرص




http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-08-28_13-12-25-291.png

كل طبقة من طبقات قرص الـ DVD تحتوي على مسار حلزوني لتخزين البيانات ويبدأ هذا المسار من الداخل إلى الخارج. وبهذه الطريقة يمكن ان نحصل على قرص DVD بنصف قطر سمكه 12 سم اذا كان ذلك مطلوباً.





http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-08-28_13-12-59-930.png

وبالنظر تحتالمجهر الإلكتروني لتكبير سطح الـ DVD والتعرف علىشكلهذهالمساراتاللولبيةالتيت حتويعلىالبياناتنجدهاتظهركمافيا لشكلأدناهعلىصورةمرتفعات Bits عرضهالايتجاوز320 نانومتر وارتفاعها 120 نانومترويفصلبينالمساروالذي

يليه مسافة تبلغ 740 نانومتر وهذه مساحات متناهية في الصغر وللتوضيح أكثر نفترض أننا قمنا تحويل المسار اللولبي إلى مسار مستقيم سنحصل على شريط عرضه 320 نانومتر وطوله يتجاوز الـ 12 كيلومتر!! ولقراءة هذه المعلومات نحتاج إلى جهاز خاص هو جهاز الـ DVD player اي مشغل اقراص الديفيدي.
من الأرقام المتناهيه في الصغر نستنتج كم هي حجم البيانات الرقمية التي يمكن تخزينها على قرص DVD وهذا للنوع المكون من طبقة واحدة اما قرص الDVD المكون من طبقتين على وجهي الاسطوانة فإنه يمكن ان نصف طول المسار الحلزوني الذي تسجل عليه المعلومات بـ 48 كيلومتر!

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-08-28_13-14-47-305.png
http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-07-47-406.png
يمكن للانش الواحد من مسار قرص DVD، وعن طريق تقليص أبعاد تجاويف البيانات، أن تستوعب حوالي ضعف كمية البيانات، التي تستوعبها البوصة الواحدة من مسار قرص CD. ولكي نحصل على معدل نقل قريب من 600 كيلوبايت في الثانية، الذي نحتاجه للفيلم السينمائي، يجب أن يدور قرص DVD بشكل أسرع من دوران قرص CD القياسي.
وتقدم سواقات DVD-ROM معدلات أعلى لنقل البيانات، للاستخدامات المتعلقة بتطبيقات البيانات، فالسرعة الأحادية تبلغ 1.3 ميجابايت في الثانية، وتتوفر في الأسواق سواقات تعمل بضعف هذه السرعة.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-08-14-155.png
وفي الجدول التالي تلخيص للبيانات الخاصة قرص الـ CD وقرص DVD



قرص DVD


قرص CD


المواصفات


740 nanometers


1600 nanometers


المسافة بين المسارات


400 nanometers


830 nanometers


طول التجويف (Bit)

وفي الجدول التالي تلخيص للقدرة الاستيعابية لاقراص الـ DVD المختلفة

زمن تسجيل الفيديو


السعة


نسق قرص DVD


ساعتين


4.38 GB


طبقة واحدة / وجه واحد Single-sided/single-layer
اربع ساعات


7.95 GB


طبقتين / وجه واحد Single-sided/double-layer


اربع ساعات ونصف


8.75 GB


طبقة واحدة / وجهين Double-sided/single-layer


اكثر من 8 ساعات


15.9 GB


طبقتين / وجهيين Double-sided/double-layer

http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-08-28_13-14-11-844.png
يقومجهازمشغلأقراص DVD بالبحثعنالمعلوماتالمخزنةفيصورة Bits علىالمساراتاللولبيةسابقةالذكرو قراءتهاوهذايتطلبدقةعالية. ويمكنتقسيممشغلاقراصالسيديإلىثل اثةاقسامرئيسيةهي:
الموتور:يقومبتدويرقرصالسيديوال تحكمبسرعتهالتيتتراوحمن 200-500 دورةفيالدقيقة.
الليزروالعدسة: وهوالاداةالمستخدمةلقراءةالبيان اتمنالقرص حيث تعمل العدسة على تركيز اشعة الليزر على القرص ويمتاز شعاع الليزر بقصر طوله الموجي (780 نانومتر) ليتمكن من قراءة البيانات الدقيقة على القرص.
الباحث: وهوالذييقومبتوجيهشعاعالليزرعلى المساراتالمخصصةللبياناتبدقةفائ قة.
كماتجدرالاشارةإلىأنمشغلالأقراص يحتويعلىقطعالكترونيةتشكل كمبيوتر لتقومبتحويلالبياناتالمخزنةفيصو رةرقمية Digital مشفرة إلىاشارةتناظريةAnalogue .



http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-08-42-005.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-08-28_13-13-20-600.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/dvd/2006-09-16_15-09-05-509.png
نلاحظ في نهاية هذه المقالة كيف ان التطور السريع في التكنولوجيا من اشرطة الفيديو الى اقراص الCD ألى اقراص الـ DVD وقريباً سوف نسمع عن اقراص جديدة طورتها شركة سوني تسمى البلوراي Blu-Ray ذات قدرات تخزينية كبيرة جدأ سنأتي إلى شرحها في الوقت المناسب

[dododa]

كيف تعمل كاميرا الفيديو
بدأت كاميرات الفيديو الشخصية في الانتشار منذ حوالي 20 عاماً وكانت باهظة الثمن وكان اقتناءها يقتصر على الهواة والمحترفين، و في يومنا هذا اصبحت كاميرات الفيديو في كل بيت تقريباً وان لم توجد واحدة فلا بد انك استخدامتها من خلال صديق أو قريب. تستخدم كاميرات الفيديو في تسجيل المناسبات السعيدة والرحلات السياحية حيث يمكنك تسجيل الصوت والصورة معاً وتعرضها على شاشات التلفزيون لتعيد ذكريات واحداث مرت، في حين أن كاميرات التصوير العادية تستخدم لالتقاط الصور الثابتة فقط حيث يتراوح سعر كاميرا الفيديو 300$ ويمكن ان يصل سعر بعض الانواع منها إلى 100000$.

في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نتعرف على كيف يمكن لجهاز بحجم الكف ان يقوم بالتقاط الصوت والصورة بضغطة زر واحدة، كما سنقوم بشرح الانواع العديدة من كاميرات الفيديو حتى لا نكون عرضة لاستغلال بائعيها فنحصل على النوع الذي نريد والذي يلبي احتياجاتنا.


أساسيات
http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-27-39-961.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder1.jpg


كاميرا فيديو من النوع التناظري بعد ازالة الغطاء ونرى لوحة وحدة الفيديو ولوحة التحكم فيه




http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder2.jpg


وحدة الفيديو المثبت على الكاميرا ويظهر حاوية الشريط المستخدم للتسجيل




http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder3.jpg


وحدة النظام البصري لكاميرا الفيديو


وحدة المنظار viewfinder أي الباحث عن المشهد وهو القسم الثالث الذي يقوم باستقبال صورة الفيديو التي تقوم بتصويرها. والمنظار في الحقيقة هو عبارة عن تلفزيون ابيض واسود مصغر ثم تطور التصميم في بعض الكاميرات ليكون المنظار عبارة عن تلفزيون ملون وفي الكاميرات الحديثة يتم تثبت تلفزيون ملون من نوع LCD حيث يمكنك التصوير دون النظر في المنظار من خلال استخدام شاشة الـ LCD التي يمكن ان تتحرك في كل الاتجاهات مع ثبات باقي اقسام الكاميرا مما جعل التصوير بواسطتها اسهل.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder7.jpg

http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-28-21-090.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/lemelson.jpg


جيروم ليميلسون مخترع كاميرا الفيديو


سجل اول برائة اختراع لكاميرا الفيديو في العام 1980 بواسطة العالم المخترع جيروم ليميلسون Jerome Lemelson الذي توفي في عام 1997 وكان قد سجل اكثر من 500 براءة اختراع وهو مخترع جهاز الفيديو وجهاز قراءة الباركود وجهاز المسجل المحمول walkman. علما بأن مكتب تسجيل براءات الاختراعات في امريكا رفضت تسجيل فكرة عمل الفيديو لاعتقاد اللجنة بانه من المستحيل ان تتمكن اية شركة من تصنيع هذه الفكرة وتحويلها الى واقع.


في الجزء التالي سوف نقوم بشرح العنصر الرئيسي لكاميرا الفيديو وهو شريحة الـ CCD المستخدمة لتحويل الصورة إلى اشارة كهربية.

مثلما تقوم الكاميرا العادية بالتقاط الصورة وتجميعها على الفيلم فإن كاميرا الفيديو ايضا تقوم بالتقاط المشاهد (الصور المتتالية) من خلال مجموعة من العدسات. تعمل العدسات على تجميع الضوء المنع** عن الجسم المراد تصويره -وبدلا من تجميعه على الفيلم- فإنه في كاميرا الفيديو يتم تجميعه على شريحة الكترونية تعرف بالـ CCD عبارة عن مجسات ضوئية (Sensors) تعتمد فكرة عملها على تحويل الضوء إلى شحنات كهربية.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder5.jpg


شريحة الـ CCD التي تقوم بتحويل البيانات الضوئية المستقبلة من النظام البصري إلى اشارة كهربية


الاسم العلمي للشريحة الالكترونية هو Charged Coupled Device وتختصر بـ (CCD) أو (العنصر مزدوج الشحنة).وتقوم بتحويل فوتونات الضوء إلى الكترونات. وتتكون شريحة الـ CCD من شبكة مصفوفات ثنائيةالابعاد تحوي الملايين من المجسات الفوتوضوئية، وكل مجس يمثل 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 قراءةالشحنة المتراكمة في كل خلية بواسطة ميكروبروسيسور يتم إعادة بناء الصورة.


الجهاز مزدوج الشحنة (CCD):
هو شريحة إلكترونية مستخدمة من زمن يصل الى عشرون عاما وتسمى احيانا بالعين الالكترونية وكانت تستخدم في الانسان الالي وفي المراصد الفلكية وحديثاً تم استخدامها في كاميرا التصوير الفتوغرافي لتصبح الكاميرا معروفة باسم الكاميرا الرقمية.





http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/CCD.jpg


هذه صورة تشريحية لـ CCDوكيف تقوم بتحويل الضوء إلى الكترونات.




http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-29-07-577.png

[dododa]

كيف تلتقط كاميرا الفيديو الألوان
تعتبر المجسات الضوئية في كاميرا الفيديو غير حساسة للألوان ولا يمكن أن تميزها، وذلك لأن فكرة عمل هذه المجسات هي قياس شدة الضوء وتحويله إلى شحنات كهربية. ولكي يتمالتقاط 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 التقاطالكاميرا 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.




عمليةدمج الالوان الاساسية للحصول على عدة الوان


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-29-45-362.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/digital-camera-splitter.jpg


يوضح عمليةتجزئة الصورة (يسار) عبر مجزئ الحزمة الضوئية (Beam Splitter)


من ميزات هذه الطريقة ان الكاميرات تلتقط كل لون منالالوان الثلاثة الاساسية على نفس الموضع على الب**يل المخصص على الـ CCD مما ينتج عنه دقة عالية في الألوان ووضوح الصورة، ولكن هذه الكاميرات تكون كبيرة الحجم نسبياً وباهظة الثمن.

أما الطريقة الاقتصادية والعملية والمستخدمة في التقاط الألوان الأساسية في كاميرات الفيديو الشخصية فتتمثل في تثبيت مرشح يسمى بمصفوفةمرشح الألوان Color Filtering Array على رقاقة الـ CCD.

واكثر انواع مصفوفة المرشحات استخداماً هو نموذج مرشح ب*** (Bayer Filter Pattern) ويتكون من عمودين متبادلين احدهما مكون من مرشح للونالاخضر والاحمر والعمود الاخر مرشح للون الاخضر والازرق ونلاحظ هنا وجود الكثير منالب**ل الخضراء مقارنة بالازرق والاحمر وذلك لان العين البشرية لا تكون حساسيتهامتساوية بالنسبة للالوان الثلاث الاساسية فالكثير من اللون الاخضر يجعل الصورة تبدوللعين وكأنها حقيقية.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/digital-camera-bayer.jpg


Bayer Filter



منمحاسن هذه الطريقة اننا نحتاج لشريحة CCD واحدة ويتم التقاط الالوان (احمر، اخضر، ازرق)في نفس اللحظة. وهذا يعني ان الكاميرا ستكون اصغر وارخص وعملية في كثير من الاحيان.
تستخدم الكاميرات لوغاريثمات خاصة تسمى (Demosaicing Algorithm) تعمل على معالجة المعلومات الواردة من مخرج المرشحات والتي تكون في شكل فسيفساء ملونة للصورة الملتقطة وحساب الالوان الحقيقة من متوسط قيم الب**يل المحيطة لإعطاء اللون الحقيقي للصورة.
لعلك تلاحظ أن المبدأ الأساسي لفكرة عمل كاميرات الفيديو يشابهة فكرة عمل الكاميرات الرقمية من حيث اعتمادهما على شريحة الـ CCD. ولكن كاميرا الفيديو تقوم بتصوير فيديو مكون من عدة مشاهد متتابعة في الثانية وليس صور واحدة ثابتة.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-30-16-877.png

العدسات

كما ذكر سابقاً بأن العدسات هي الخطوة الاولي لتصوير الفيديو حيث تقوم العدسات بتجميع الضوء عن الجسم وتركيزه على شريحة الـ CCD. ولعل البعض منا لا زال يزكر صعوبة انتاج فلم فيديو بدقة عالية خصوصا وان تلك الكاميرات في السابق لم تكن مزودة بنظام التركيز الاتوماتيكي مما كان يتطلب من المصور ان يحرك العدسات باستمرار كلما تغير المشهد للحصول على افضل تركيز قبل الضغط على زر التسجيل للحصول على افضل وضوح للصورة. اما الكاميرات الحديثة فكلها مزودة بنظام التركيز الاوتوماتيكي autofocus.


نظام التركيز الاوتوماتيكي autofocus
يستخدم نظام التركيز الاتوماتيكي مصدراً من ضوء الاشعة تحت الحمراء يصدر تلقائيا من الكاميرا ويوجه على الجسم المراد تصويره وترتد الاشعة تحت الحمراء إلى الكاميرا حيث تسقط على عدة مجس حساس للضوء.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder-focus.jpg





http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder6.jpg


Infrared autofocus mechanism


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-31-01-721.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder-zoom.jpg

النوع الثاني من الزووم هو الزووم الرقمي والذي لا يعتمد على العدسات انما يستخدم تقنيات الكترونية في اخذ جزء من المشهد الكلي والمكون عدد محدد من عناصر الصورة الب**ل ((pixel على الـ CCD وتكبيره على مساحة الـ CCD مثلما تقوم بتكبير صورة على شاشة الحاسوب. وهنا ينتج تشويه للصورة في حالة استخدام زووم رقمي اكبر من 50 مرة.
وفي الحقيقة تسعى الشركات المنتجة لكاميرات الفيديو بتدوين رقم الزووم الرقمي أيضاً على الكاميرا وعلى الصندوق للدلالة على قوة الكاميرا وهذا لا يعد في الحقيقة الا احد اساليب التسويق لان سعر الكاميرا يرتفع مع ارتفاع الزووم البصري بالاضافة الى بعض التقنيات الاخرى ولكن الزووم الرقمي ما هو الا تطوير في برمجيات الكاميرا.
فتحة العدسة iris

http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-31-24-454.png
.

[dododa]

الخلاصة كل ما عليك ان تحدد المشهد وتصوب الكاميرا له واترك الباقي للكاميرا لتقوم بكل م***زم.

أنواع الكاميرات وانساقها Formats


أولاً النوع التناظري Analog Formats
http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-31-43-742.png
Standard VHS
وهي كاميرات الفيديو التي تستخدم نفس الشريط المستخدم في أجهزة الفيديو، مما يجعل من عملية التسجيل والعرض أمراً سهلاً وتفضل هذه الكاميرات ايضاً لتوفر الأشرطة من نوع VHS ورخص ثمنها وطول مدة التسجيل التي تصل إلى 180 دقيقة حسب مدة الشريط. ولكن كبر حجم الشريط يجعل من الكاميرا نفسها كبيراً مقارنة بالانواع الحديثة الأخرى. كما ان مستوى الدقة الذي يصل إلي 250 خط افقي يعتبر قليلاً.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/cs-loans_videocamera_vhs.jpg

VHS-C
ظهر هذا النوع كتحسين اضيف إلى النوع السابق standard VHS حيث استخدم نفس الشريط المغناطيسي ولكن تم تثبيته في علبة اصغر لجعل تصميم الكاميرا يظهر اقل حجماً، ويمكن تشغيل شريط VHS-C` مباشرة من خلال جهاز الفيديو ولكن باستخدام حاوية خاصة بنفس ابعاد شريط الـ standard VHS، ولكن تصغبر حجم الشريط جعل مدة التسجيل أقل تصل إلى 45 دقيقة فقط.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/JVCP6BK.jpg


Superhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-32-06-785.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/B00005YV4H.01.LZZZZZZZ.jpg

8mm
هذا النوع يستخدم أشرطة مغناطيسية ذات عرض 8mm أي قريب من شريط الكاسيت مما ساعد المصممين على انتاج كاميرات فيديو صغيرة الحجم ودقتها تصل إلى دقة standard VHS وجودة الصوت المسجل افضل من سابقاتها. واسعار اشرطة الفيديو المغناطيسية 8mm اكثر بكثير من سابقاتها. ولمشاهدة التسجيل لا يتم الا من توصيل الكاميرا بجهاز التلفزيون أو توصيلها بجهاز فيديو لعمل نسخة من التسجيل على شريط VHS.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/samsungscl91.gif

[dododa]

Hi-8
وهي تطوير في الدقة على كاميرات 8mm وتصل الدقة في الـ Hi-8 إلى 400 خط أفقي وسعرها بالطبع اعلى من 8mm.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder-hi8.jpg

Sony Hi-8 Handycam



ثانياً النوع الرقمي Digital Formats
تختلف الكاميرات الرقمية عن الكاميرات التناظرية في أن الكاميرات الرقمية تتعامل مع البيانات الصوتية والمرئية في صورة رقمية تتكون من الـ 0 والـ 1 وهذا مما يعني تحميل المشاهد المصورة بالكاميرات الرقمية إلى الكمبيوتر وعدد مرات النسخ لا يؤثر على جودة الصورة أو الصوت. تصل دقة الصورة في الكاميرات الرقمية إلى 500 خط افقي وأنواع الكاميرات الرقمية ما يلي:
MiniDV
وهو من نوع كاميرات الفيديو الرقمية وتمتاز بحجمها الصغير ودقتها التي تصل إلى 500 خط أفقي وتستخدم اشرطة خاصة للتسجيل منخفضة السعر وتصل مدة التسجيل على الشريط 90 دقيقة. وهذه الكاميرات خفيفة الوزن ولها القدرة إلى التقاط الصور الثابتة مثل الكاميرا الرقمية.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder-canon-minidv.jpg


Canon MiniDV Camcorder


Digital8
هذا النوع من الكاميرات الرقمية هو من انتاج شركة سوني فقط وتشبه كاميرا Mini DV ولكن تستخدم اشرط التسجيل 8mm الاقل تكلفة. ويمكن توصيل الكاميرا بالكمبيوتر.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder-digital8.jpg


Sony Digital8 Handycam

DVD


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/2006-08-21_18-33-02-054.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/camcorder-dvd.jpg


Sony DVD Handycam

Memory card
هذا النوع من الكاميرات يستخدم الذاكرة Flash memory بدلاً عن الاشرطة.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/camcorder/101_panasonic_sdr_s100_camc.jp g


Handycam IP records onto both MicroMV and Memory stick

[dododa]

كيف تعمل الكاميرا؟


لاشك أن التصوير الفوتوغرافي يعتبر واحد من أهم الاختراعات التي شهدها تاريخ البشرية، فالتصوير الفوتوغرافي في الحقيقة ينقل الينا مشاهد مختلفة من العالم يبعد عنا آلاف الأميال مكانياً وعبر مختلف الأزمان. وتقوم الكاميرا بعملية التصوير لالتقاط مشاهد من حياتنا تبقى لسنين.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-1.jpg


كاميرا غير أتوماتيكية من بينتا**

التكنولوجيا التي تعمل بها الكاميرا سهلة وبسيطة ذات أساس فيزيائي، ولتوضيح ذلك سنقوم بتوضيح العناصر الرئيسية للكاميرا والتي هي عبارة عن ثلاثة اجزاء رئيسية هي على النحو التالي:



<LI dir=rtl>الجزء البصري (العدسات)
<LI dir=rtl>الجزء الكيميائي (الفيلم)
الجزء الميكانيكي (جسم الكاميرا)

ويكمن سر التقاط الصورة باستخدام الكاميرا في ضبط وتجميع الأجزاء الثلاثة، فيقوم الجزء البصري بتجميع الضوء المنع** من الجسم المراد التقاط صورة له وإدخال كمية محسوبة من الضوء يتحكم فيها عمل الأجزاء الميكانيكية لتسقط على الفيلم الذي بدوره يخزن معالم الصورة في شكل تغيرات كيميائية لمادة الفيلم. هذا باختصار وللتوضيح سنقوم بشرح تفصيلي لما سبق.
ولكن قبل ذلك يجب أن نعلم أن هناك أنواع مختلفة للكاميرات فمنها الكاميرات اليدوية (غير الأتوماتيكية) وهناك الكاميرات الاتوماتيكية والكاميرات الفورية وكاميرات الديجيتال الرقمية، وحتى نوضح فكرة عمل الكاميرا سنتعامل في البداية مع الكاميرات اليدوية والتي تعرف بالانجليزية بـ manual single-lens-reflex (SLR)على ان يتم شرح فكرة عمل الأنواع الأخرى فيما بعد.
تعتمد فكرة الكاميرا اليدوية على أن المصور المستخدم للكاميرا يرى من خلال الكاميرا بالضبط المشهد الذي يراه الفيلم، ويمكن للمصور ضبط كل التفاصيل الخاصة بالكاميرا والتحكم بكل جزئياتها قبل التقاط الصورة، وحيث أن التدخل الإلكتروني في تشغيل الكاميرا قليل جداً فإن شرح فكرة عمل هذا النوع يمكن القارئ من الأستفادة أكثر في فهم معمق لفكرة عمل الكاميرات.


الأساس الفيزيائي للتصوير
الجزء البصري في الكاميرا هو العدسة والتي هي ببساطة جزء كروي من الزجاج، تقوم العدسة بتجميع الأشعة الضوئية المنع**ة من الجسم المراد تصويره وتكوين صورة لهذا الجسم. ولكن السؤال هو كيف تقوم العدسة الزجاجية بهذا العمل وما هو الأساس الفيزيائي لذلك؟
الضوء ينتقل من وسط الهواء (الفراغ) إلى وسط مختلف مثل الزجاج (العدسة هنا) فيحدث انحناء للضوء نتيجة لظاهرة فيزيائية تدعى ان**ار للضوء Refraction نتيجة لاختلاف سرعة الضوء في الفراغ عنه في الزجاج حيث تكون سرعة الضوء أكبر مايمكن في الفراغ وتقل عند عبورها لأي وسط آخر.
ولمزيد من الفهم لظاهرة انحناء الضوء نتيجة لظاهرة الان**ار دعنا نتأمل في المثال التالي:
تخيل انك تدفع عربة بقوة منتظمة كما في الشكل أدناه، وحيث أن القوة التي تدفع بها العربة منتظمة أي ثابتة فإن سرعة العربة ستكون ثابتة ايضا، هذا إذا كان الوسط الذي تتحرك فيه العربة متجانساً أي له طبيعة منتظمة كأن تدفع العربة على الرصيف. ولكن ماذا يحدث لو بدأت تدخل بالعربة على أرض عشبية؟ فإن العربة سوف تقل سرعتها حيث ان قوة الاحتكاك تصبح اكبر ولهذا تحتاج ان تزيد قوة الدفع لتحافظ على نفس السرعة التي كانت على الرصيف.
والآن تخيل أنك قمت بدفع العربة إلى الأرض العشبية بزاوية فإن شيئاً آخر سيحدث! حيث إن العجلة اليمين للعربة تدخل إلى منطقة الأرض العشبية قبل العجلة اليسار فإن العجلة اليمين تقل سرعتها بينما العجلة اليسار لازالت محتفظة بسرعتها الأصلية، وهذا سيؤدي الي انحراف العربة إلى اليمين نتيجة لاختلاف سرعة العجلتين للعربة.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-2.jpg
شرح ظاهرة انحناء الضوء نتيجة لظاهرة الان**ار
يكون هذا التأثير مشابه لنفس التأثير الذي يحدثه الزجاج على الضوء عندما يسقط عليه بزاوية ما، فينحني الضوء عندما يخرج من الجهة الأخرى للزجاج لأن جزء من حزمة الضوء ستكون في الفراغ فتزداد سرعتها بينما الجزء المتبقي لازال بسرعته داخل الزجاج إلى أن يترك الزجاج، وحيث أن العدسة المستخدمة في الكاميرا من الزجاج وتتكون من سطحين كرويين منحنيين للخارج كما في الشكل التالي تسمى بالعدسة المجمعة أو العدسة المحدبة Convex Lens وعندما تسقط حزمة الضوء على العدسة أو تنفذ منها فإنها تنحني باتجاه مركز العدسة.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-3.jpg

فكرة عمل العدسة لتكوين الصورة بظاهرة ان**ار الضوء
لنفترض مصدراً ضوئياً مثل شمعة فإن الضوء الصادر من لهب الشمعة المركز في نقطة محددة ينتشر في كل مكان، وتكون هذه الأشعة متباعدة باستمرار، وباستخدام عدسة مجمعة تعمل على تجميع الأشعة المتباعدة من ضوء الشمعة وتكون صورة للهب الشمعة، انظر الى الشكل السابق ودقق في مسارات الضوء الثلاثة التي انع**ت من رأس القلم الرصاص (الجسم) حيث تجدها متباعدة وتقوم العدسة باعادة تجميعها لتكون الصورة على الفيلم.


التركيز أو التبئير Focus
وجدنا في الشرح السابق أن الصورة تتكون بواسطة الضوء النافذ عبر العدسة المجمعة، وتعتمد خصائص الصورة على مسار الضوء الذي ينفذ عبر العدسة والذي يعتمد على:



<LI dir=rtl>زاوية سقوط الضوء على العدسة
شكل العدسة نفسها

تتغير زاوية سقوط الضوء على العدسة بتقريب الجسم من العدسة او إبعاده. والشكل التوضيحي التالي يوضح صورة الجسم (قلم الرصاص في الشكل) فعندما يكون القلم قريباً من العدسة تكون زاوية السقوط أكثر حدة منها عندما يكون القلم بعيداً عن العدسة. وينتج عن ذلك انه في حالة الجسم القريب من العدسة فإن الضوء النافذ يتم تجميعه على مسافة بعيدة بينما عندما يكون الجسم بعيداً عن العدسة فإن الضوء النافذ يتم تجميعه على مسافة قريبة. وهذا يعني أن مجموع زوايا الانحناء الكلي للضوء قبل سقوطه على العدسة وبعد نفاذه يبقى ثابتاً.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-4.jpg

العلاقة بين بعد الجسم عن العدسة وتأثيره على بعد الصورة

والخلاصة هي أن الضوء الساقط من مصادر قريبة من العدسة يتجمع بعيدا عنها، والضوء الساقط من مصادر بعيدة يتجمع على مسافة قريبة من العدسة. بمعنى آخر تتكون الصورة بالقرب من العدسة عندما يكون الجسم بعيدا عن العدسة والع** صحيح.
يمكنك أن تجرب هذه الظاهرة بوضع عدسة قراءة بين شمعة وجدار الغرفة باستخدام شمعة وعدسة قراءة فتشاهد تكون صورة مقلوبة للشمعة على الجدار، ولكن الصورة لا تكون واضحة تماماً حيث لا تكون معالمها واضحة وتظهر على الجدار مشوهة وهذا يعني أن صورة الشمعة لا تسقط بالضبط على الجدار فتحتاج إلى تحريك العدسة قليلاً لإظهار الصورة بأوضح شكل لها وهذا ما يعرف بالتبئير أو تركيز الصورة Focus.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-5.jpg

الصورة الواضحة تتكون بضبط المسافة بين العدسة والفيلم

وفي الكاميرا اليدوية نقوم بنفس الشيء عندما نحرك عدسة الكاميرا في التجويف الخاص بها لنحصل على أوضح صورة حيث تتحرك العدسة لتغير المسافة بينها وبين الفيلم. وعند إيجاد الموضع الدقيق للعدسة نقول أنه تم ضبط التبئير In Focus فنحصل على صورة واضحة. (الكاميرات الأوتوماتيكية تقوم بالتبئير بطريقة إلكترونية سنشرحها في مقال آخر).


العلاقة بين شكل العدسة وحجم الصورة
لاحظنا أن العدسة تعمل على انحناء الضوء الساقط عليها بزاوية محددة لا تعتمد على زاوية السقوط ولكن تعتمد على شكل العدسة المستخدمة. فالعدسة ذات الشكل الكروي الأكثر تحدباً تكون زاوية انحناء الضوء لها أكبر، وهذا له الأثر على تكوين صور أقرب إلى العدسة، بينما العدسات التي لها سطح كروي أقرب إلى السطح المستوي فإنها تكون صورة بعيدة نسبياً عن العدسة.
زيادة المسافة بين العدسة والصورة يعمل على تكبير حجم الصورة المتكونة مثلما لو كان عندك بروجكتور وقمت بإبعاده عن الحائل فإن الصورة ستكبر بزيادة المسافة بين البروجكتور والحائل حيث يعمل ذلك على انتشار الضوء على مساحة أكبر كلما زادت المسافة، وهذا ما يحدث في الكاميرا ولكن مع اعتبار أن مساحة الفيلم التي تستقبل الصورة ثابتة، فهذا يعني ان زيادة المسافة بين العدسة والصورة سيتيح للفيلم التركيز على جزء محدد من الصورة وهو ما يعرف بالتكبير Magnification ، وفي الكاميرات المتخصصة يتم تزويدها بمجموعة مختلفة من العدسات لتتيح للمصور تغيير التكبير للمشهد المراد تصويره.
قدرة التكبير للعدسة المستخدمة في الكاميرا تحدد بالطول البؤري Focal Length وهو المسافة بين العدسة والصورة عندما يكون عندها الجسم بعيداً جداً، ويحدد البعد البؤري عن طريق تكوين صورة للقمر فالمسافة بين صورة القمر والعدسة تحدد البعد البؤري لها.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-6.jpg

عدسة كاميرا بعدها البؤري 50 مم
يستخدم المصورون المحترفون عدسات مختلفة لحالات مختلفة، فمثلاً لتصوير مشهد لجبل نستخدم عدسة ذات بعد بؤري كبير تسمى تليفوتو Telephoto Lens، ولتصوير مشاهد قريبة وذات اتساع كبير تستخدم عدسة ذات بعد بؤري قصير وتسمى عدسة الزاوية العريضة Wide-Angle Lens. أما في الحالات العادية حيث يكون التصوير لمشاهد ليست بعيدة أو قريبة فتستخدم العدسة العادية ذات بعد بؤري 5 سم والتي لا يكون لها تكبير او تأثير على الصورة.

تخزين الصورة
هذا هو الجزء الكيميائي في فكرة عمل الكاميرا وهو عبارة عن الفيلم، ويكون دور الفيلم في الكاميرا بمثابة الوسيلة التي تخزن فيها الصورة لنتمكن من طباعتها فيما بعد والاحتفاظ بها. وتعتمد فكرة تخزين محتويات الصورة على الفيلم على التغيرات الكيميائية التي يحدثها الضوء على مكونات الفيلم. حيث يتكون الفيلم من حبيبات دقيقة حساسة للضوء موزعة على شريحة بلاستيكية، وعندما تتعرض تلك الحبيبات للضوء تحدث تفاعلات كيميائية تحدث تغيرات لتلك الحبيبات التي تعرضت للضوء وتترك الباقي بدون تغيير، فهكذا يكون الفليم قد اختزن محتويات الصورة ونحتاج إلى طريقة كيميائية أخرى لإظهار الصورة ومن ثم طباعتها. سيتم تخصيص موضوع مفصل لفكرة عمل الفيلم لا مجال لشرحها هنا حتى لا نبتعد عن موضوعنا.


إلتقاط الصورة
تحدثنا فيما سبق عن الفكرة الأساسية لعملية التصوير الفوتوغرافي والتي تتلخص في تكوين صورة باستخدام عدسة مجمعة، وتخزين الصورة على شريحة من مواد حساسة للضوء. هذا باختصار فيما يتعلق بعملية التصوير ولكن لاخذ صورة واضحة ودقيقة فإن هناك العديد من أدوات التحكم الي لابد من القاء مزيد من الضوء عليها.
بداية لا يمكن أن تتكون الصورة إلا بعزل الفيلم عن الضوء تماماً حتى اللحظة التي نقوم فيها بالتقاط الصورة حيث نسمح في تلك اللحظة للضوء بالسقوط على الفيلم، ولهذا فإن جزء الكاميرا الداخلي عبارة عن صندوق مظلم مغلق بواسط غالق يسمى Shutter يفتح ويغلق بين العدسة والفيلم. وكلمة كاميرا هي يونانية الأصل وتعني حجرة مظلمة.
وتكمن عملية الحصول على صورة واضحة في التحكم بكمية الضوء التي تسقط على الفيلم، فكمية ضوء عالية تعني تعني تسليط ضوء أكثر من اللازم على حبيبات الفيلم الحساسة فتظهر الصورة بدون معالم أي نحصل على هالة بيضاء محل الصورة، وإذا كان الضوء أقل من المطلوب فإن حبيبات اقل من اللازم لا تكفي لإظهار الصورة ونحصل على صورة معتمة تقترب إلى السواد. وفي الشرح التالي سنوضح كيفية تحكم الكاميرا بكمية الضوء.

التحكم في كمية التعريض

إن المقصود في التحكم في كمية التعريض Exposure هي التحكم في كمية الضوء اللازمة لاظهار صورة واضحة وهذا يتم من خلال التحكم في

<LI dir=rtl>كمية الضوء الذي ينفذ من العدسة إلى الفيلم
فترة تعريض الفيلم للضوء

أولاً التحكم في كمية الضوء الذي ينفذ من العدسة إلى الفيلم
لزيادة وإنقاص كمية الضوء الذي يعبر من العدسة نقوم بتغيير فتحة العدسة Aperture وهو عبارة عن شرائح رقيقة من المعدن في صورة أقراص دائرية يمكن أن تغلق وتفتح معطية فتحة يمكن التحكم في نصف قطرها وتكون مثبتة خلف العدسة تماماً وهي تشبه حدقة العين التي تتسع وتضيق حسب كمية الضوء التي تتعرض لها العين. فعندما تكون فتحة العدسة ضيقة تكون كمية الضوء قليلة، وإذا كانت فتحة العدسة واسعة فإن كمية ضوء أكثر تنفذ إلى الفيلم.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-7.jpg

شكل يوضح حالتين لفتحة العدسة عندما تكون واسعة (على اليمين) والثاني لفتحة عدسة ضيقة على (اليسار) لاحظ تداخل الشرائح المعدنية لتعطي فتحة دائرية.
ثانياً التحكم في فترة تعريض الفيلم للضوء
يتم التحكم في الفترة الزمنية لتعريض الفيلم للضوء من خلال سرعة الغالق Shatter Speed، ومعظم الكاميرات يدوية التحكم تستخدم حاجز مكون من شريحتين كل شريحة لها نفس مقاس الفيلم، قبل التقاط الصورة تكون الشريحة الأولى أمام الفيلم مغلقة فنضمن أن يكون الفيلم معزولاً تماماً عن الضوء، وعند التقاط الصورة تنزلق الشريحة الأولى بسرعة معينة لتسمح للضوء بالنفاذ إلى الفيلم وبعدها تنزلق الشريحة الثانية لتحجب الضوء عن الفيلم.





اضغط على الزر على يسار اسفل الصورة لمشاهدة فكرة عمل الغالق ولاحظ حركة الحاكز الأول ثم الحاجز الثاني.
تتم العملية السابقة بواسطة حركة ميكانيكية معقدة مكونة من زنبركات ومفاتيح وتروس مثل تلك الموجودة في داخل الساعة. فعندما نقوم بالضغط على زر التقاط الصورة وهو زر تشغيل الغالق فإن عمليات ميكانيكية متسلسلة تعمل حسب توافق زمني دقيق، بحيث تعمل حركة الغالق على تحريك ذراع يعمل على تحريك مجموعة من التروس، ويمكن شد أو تخفيف الشد على الزنبركات من خلال ضبط سرعة الغالق للكاميرا، فهذا يعمل على زيادة أو تقليل الزمن اللازم لانزلاق الحاجز الأول ليفتح المجال أمام الضوء لينفذ إلى الفيلم قبل إغلاق الفتحة بواسطة الحاجز الثاني. فعند اختيار سرعة الغالق لتكون بطيئة فإن الفتحة تبقى لمدة أطول مما لو ضبطنا سرعة الغالق لتكون سريعة فينزلق الحاجز الثاني مباشرة بعد حركة الحاجز الأول مما يسمح للفتحة أن تبقى لفترة قصيرة من الزمن وبالتالي كمية أقل من الضوء.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-10_small.jpg (http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-10.jpg) http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-11_small.jpg (http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-11.jpg)

صورة لأجزاء كاميرا يدوية
(لمزيد من الوضوح اضغط على الصورة لرؤيتها بحجمها الطبيعي)
مما سبق نرى أن هناك الكثير من الأمور التي يجب ضبطها للحصول على صورة واضحة وبجودة عالية، ومن هذه الأمور سرعة الفيلم واتساع فتحة العدسة وسرعة الغالق، وفي معظم الكاميرات اليدوية ولمساعدة المصورين المستخدمين للكاميرات اليدوية في ضبط الكاميرا على القياسات الصحيحة يتم تزويد الكاميرات بمقياس لشدة الضوء، وهذا المقياس هو عبارة عن مجس ضوئي من المواد اشباه الموصلات (فوتوديود) يقوم بتحويل شدة الضوء إلى طاقة كهربية يتم تفسيرها من خلال سرعة الفيلم وسرعة الغالق.
لنقوم الآن بتجميع ماسبق ونشرح آلية عمل الكاميرا لتوجيه الضوء إلى الفيلم لالتقاط الصورة.
آلية عمل الكاميرا اليدوية
هناك نوعان من الكاميرات المستخدمة النوع الأول هو الكاميرات اليدوية والنوع الثاني هو الكاميرات الاوتوماتيكية أو ما يعرف بمصطلح صوب والتقط الصورة Point-and-Shoot، ويختلف النوعان في الطريقة التي يرى بها المصور المشهد، ففي الكاميرات الأتوماتيكية يعمل المنظار عمل نافذة خارجية في الكاميرا حيث يكون مسار الضوء الذي يعطى صورة المشهد عبر المنظار مختلف عن مسار الضوء الذي يسقط على العدسة ومن ثم على الفيلم. لذا فإن المنظار في هذا النوع يعطي صورة تقريبية للمشهد الذي سيتم تصويره على الفيلم ولكن في نوع الكاميرات اليدوي يكون المسار الضوئي الذي يعطي صورة المشهد عبر المنظار هو نفسه الذي جمعته عدسة الكاميرا ليسقط على الفيلم بمجرد الضغط على زر تحريك الغالق.
نرى في الشكل التوضيحي التالي مسار الشعاع الضوئي الذي يحمل تفاصيل المشهد المراد تصويره حيث يسقط الضوء على مرآة مثبتة بين العدسة والغالق حيث تقوم المرأة بع** الشعاع الضوئي ليسقط عموديا على شاشة شفافة ومن ثم على مجموعة من المرايا لتوجيه الضوء للمنظار.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera-9.jpg

مسار الضوء في الكاميرا اليدوية
الهدف من الشاشة الشفافة هي استقبال الصورة المنع**ة من المرآة، ووظيفة المرايا هي إعادة ع** الصورة لتكون صورة مماثلة غير معكوسة ومن ثم توجيهها إلى المنظار ليراها المصور قبل التقاط الصورة.
عندما نضغط على زر أخذ الصورة فإن الكاميرا مباشرة تقوم بلف المرآة لتبتعد عن مسار الضوء وعند لف المرآة فإنها ستشغل الغالق ليفتح الطريق للضوء ليسقط على الفيلم، تعود المرآة إلى مكانها بمجرد عود الغالق، والمستخدم لهذا النوع من الكاميرات سيعرف الآن لماذا تختفي الصورة من المنظار لحظة التقاط الصورة.

وللعلم لا يستخدم الكاميرات اليدوية الا المصورون الممحترفون لما يتطلب استخدامها من مهارات ذاتية عديدة للحكم على الصورة قبل التقاطها وضبط كل المقاييس المناسبة لكل ظرف على الكاميرا لالتقاط صورة في افضل حالاتها. أما في أيامنا هذه وللتسهيل على الكثير من المستخدمين غير المتمرسين على التصوير فقد تم دمج التصوير اليدوي والتصوير الأوتوماتيكي في نفس الكاميرا ليترك المجال للمستخدم لاختيار الوضعية المناسبة لأخذ الصورة.

وقبل ان ننتهي من هذا المقال يجب التنويه على أن الكاميرا الأوتوماتيكية تعمل بنفس الآلية إلا أن ميكروبروسسور يقوم بمهمة المصور المحترف في ضبط المعايير الخاصة بجودة الصورة وذلك معتمداً على نظام للتبئير الأوتوماتيكي والذي يغذي الكاميرا بالمعلومات حول ضبط الإضاءة وسرعة الغالقة وفتحة العدسة.

الخلاصة
نستنتج مما سبق أن فكرة التصوير فكرة بسيطة ولا تتعدى عن حجب الفيلم عن الضوء في صندوق مغلق والتحكم بكمية محددة من الضوء لتسقط على الفيلم. ولا شك أن التعقيدات التي شهدناها ما هي إلا أدوات ميكانيكية تعمل بتزامن دقيق للتحكم في الضوء بعد الضغط على زر الكاميرا لالتقاط الصورة.

مراجع

مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:

<LI dir=ltr>PhotoZone (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=camera.htm&url=http://www.photozone.de/)
<LI dir=ltr>WebSLR (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=camera.htm&url=http://www.webslr.com/)
<LI dir=ltr>Kodak: How to Make and Use a Pinhole Camera (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=camera.htm&url=http://www.kodak.com/global/en/consumer/education/lessonPlans/pinholeCamera/)
<LI dir=ltr>Photo.net (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=camera.htm&url=http://www.photo.net/)
<LI dir=ltr>CameraReview.com (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=camera.htm&url=http://www.camerareview.com/)
<LI dir=ltr>Oatmeal Box Pinhole Photography (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=camera.htm&url=http://www.nh.ultranet.com/~stewoody/)
<LI dir=ltr>The American Museum of Photography (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=camera.htm&url=http://www.photographymuseum.com/)
A History of Photography (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=camera.htm&url=http://www.rleggat.com/photohistory/index.html)

[dododa]

كيف يعمل فيلم الكاميرا؟

اعتاد الناس على استخدام الكاميرا في التصوير على فيلم للحصول على صور ثابتة منذ اكثر من 100 عام كانت في البداية صور باللونين الأسود والأبيض ودرجات الرمادي وتطورت لتتضمن الصور كافة الوان الطيف. بغض النظر عن تسلسل التطور التاريخي للتصوير إلا أنه في الحقيقة يبقى الفيلم هو أفضل وسيلة للحصول على صور ثابتة او متحركة لقدرة الفيلم العالية على التقاط التفاصيل الدقيقة للمشهد المراد تصويره. سوف نحاول في هذا المقال شرح الجزء الكيميائي المصاحب لعملية التصوير من خلال تفسير فكرة عمل الفيلم داخل الكاميرا وكذلك بعد اخراج الفيلم من الكاميرا.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film5.jpg
اساسيات هامة
في الحقيقة إن عملية التقاط أو أخذ صورة باستخدام الكاميرا اننا تقوم بتخزين المعلومات الضوئية المنع**ة من الجسم إلى داخل الكاميرا في زمن أخذ الصورة وحفظها على الفيلم داخل الكاميرا. إن عملية التخزين التي تحدث على الفيلم داخل الكاميرا ما هي إلا تغيرات كيميائية تحدث لمادة الفيلم عند سقوط الضوء عليها وتبقى هذه التغيرات الكيميائية ثابتة طالما كان الفيلم محجوباً عن الضوء بعد التقاط الصورة، يتم بعد ذلك تحميض الفيلم وتجهيزه لطباعة الصورة على ورق مخصص. لحفظها في البوماتك الخاصة او لطباعتها ملاين المرات مثلما يحدث في صور المجلات والجرائد او يمكنك ايضا استخدام المساحات الضوئية لادخالها للحاسوب ونشرها على موقعك على الإنترنت.
لمزيد من الفهم الدقيق لعملية التصوير سوف نقوم بشرح علمي مفصل للخلفية العلمية للتصوير والمعالجة الصورة وطباعتها، وسنبدأ بالجزء الأساسي المتعلق بالضوء والطاقة الضوئية.
الضوء والطاقة الضوئية
يأتي الضوء من الشمس في صورة أشعة مرئية وأشعة غير مرئية وكلا الاشعة المرئية والغير مرئية هي جزء من الأشعاع الكهرومغناطيسي. إن عين الانسان حساسة لجزء صغير من طيف الاشعاع الكهرومغناطيسي وهو ما نطلق عليه الأشعة المرئية أو الطيف المرئي والموضح في الشكل التالي بالحزمة الضوئية التي تبدأ باللون الأحمر ذو الطول الموجي الأكبر وتنتهي باللون الأزرق ذو الطو الموجي الأصغر.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film6.jpg
خصائص الطيف الكهرومغناطيسي


أشعة الميكروويف وأمواج الراديو والاشعة تحت الحمراء والاشعة فوق البنفسجية هي عبارة عن أجزاء أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي لا ندركها بأعييننا وتسمى الأشعة غير المرئية أو الطيف الغير مرئي. ولكن لكل طيف مما سبق استخداماته وقد ور الانسان اجهزة ذات خصائص معينة لتستخدم الاطياف غير المرئية وقد جائ ذكرها في هذا الموقع تحت باب تفسيرات فيزيائية مثل اجهزة الرؤية الليلية (http://www.hazemsakeek.com/QandA/infrared.htm).
إن للضوء خاصية مزدوجة فهو يسلك في بعض الأحيان السلوك الموجي وفي أحيان أخرى يسلك سلوك الجسيات، ولقد وضح العالم آينشتين من خلال تفسير الظاهرة الكهروضوئية أن الضوء عبارة عن جسيمات تسمى الفوتونات تحمل طاقة تتناسب ع**ياً مع الطول الموجي للضوء، فعلى سبيل المثال الضوء الأزرق له صول موجي قصير في الطيف المرئي فهذا يعني أنه يمتلك طاقة أكبر من الضوء الأحمر لان طوله الموجي أكبر من الأزرق. اما الضوء في منطقة الطيف فوق الأزرق فيكون ذو طاقة كبيرة جداً ولا تدركها العين البشرية وتسبب لها المشاكل اذا سقطت مباشرة على العين، أما الضوء في منطقة الاشعة تحت الحمراء فهي ذات طاقة قليلة وكذلك لا تدركها العين البشرية. والأشعة تحت الحمراء هي اشعة غير مرئية ويمكن الشعور بها على شكل حرارة عندما تسقط على جلد الانسان.
النقطة الهامة هنا هي أن كل لون من ألوان الضوء يمتلق طاقة (طاقة فوتون) مختلفة هي التي تحدث التغيرات الكيميائية للفيلم وتعرف هذه العملية في الكيمياء بالكيمياء الضوئية Photochemistry. وتصنع مادة الفيلم من مواد مستقرة إلى أن تتعرض للضوء فتحدث عملية التفاعل بين مكونات الفيلم والضوء الساقط عليها من خلال الكاميرا.


مكونات الفيلم
اكثر الافلام استخداما تلك التي تعرف بافلام 35mm فإذا قمنا بفتح العلبة الاسطوانية التي تحتوي الفيلم سنشاهد شريط طويل من البلاستيك، يتكون الشريط البلاستيكي من طبقة شفافة تسمى الاساس base من مادة السليلويد celluloid يصل سمكها إلى 0.025mm. يحمي طبقة الاساس هذه طبقة داعمة من مادة لامعة لتحمي الفيلم وتقويه اثناء التعامل معه خلال عملية التحميض او الطباعة.
على الجانب الأخر يوجد الطبقة الحساسة للضوء والتي عليها تحدث عملية التفاعل الكيميائي عند سقوط الضوء عليها، وهذه الطبقة مكونة من ما يقارب 20 طبقة رقيقة ويتم تثبيتها على الفيلم من خلال طبقة اضافية من مادة جلاتينية، بعض من تلك الطبقات لا يكون له علاقة مباشرة مع صورة وإنما وجدت كمرشحات للضوء Light Filter أو للتحكم في التفاعلات الكيميائية خلال عملية المعالجة للحصول على الصورة خارج الكاميرا.
تتكون الطبقة أو الطبقات المسؤولة عن تكوين الصورة من حبيبات دقيقة جداً Grains من بلورات هليد الفضة silver-halid crystal والتي تعمل كمجسات وكواشف حساسة للضوء. هذه الحبيبات هي المسؤولة بالكامل عن فكرة التصوير الفوتوغرافي. حيث تحدث التغيرات الكيميائية لهذه الحبيبات عندما تتعرض للضوء.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film7.jpg
شكل الحبيبات تحت المجهر الإلكتروني


يتم تصنيع حبيبات هاليدات الفضة من دمج نترات الفضة مع املاج الهاليديات مثل (chloride, bromide and iodide) فينتج من الدمج ومن خلال طرق معقدة الحصول على بلورات في مختلف الأحجام والأشكال حسب حساسية الفيلم المراد الحصول عليه كما سنعلم لا حقا علاقة حساسية الفيلم بحجم البلورات المكونة لحبيبات الفيلم.
يتم اضافة جزيئات عضوية spectral sensitizers كطبقة اضافية على الحبيبات لتعزيز حساسية الحبيبات للضوء وبالأخص الألوان الاساسية الأحمر والاخضر والأزرق. فتقوم هذه الطبقة بامتصاص طاقة الضوء الأزرق أو الأحمر أو الأخضر وتحولها الى البلورات هليدات الفضة في شكل الكترونات.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film3.jpg
الطبقات المكونة للفيلم الملون



خيارات متعددة للفيلم
تطرح الشركات الصانعة للأفلام أنواعاً كثيرة وبمجالات استخدام متنوعة، الافلام التي تحتوي على كلمة color تعنيان الصور الناتجة ستطبع ملونة والافلام التي تحتوي على كلمة chrome تستخدم لانتاج شرائح شفافة لعرض الصور من خلال البروجكتور.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film4.jpg



سرعة الفيلم
تحتوي الافلام على رقم ASA وهو اختصار لمؤسسة القياسات الامريكية American Standards Association أو رقم ISO وهو اختصار لمنظمة القياسات الدولية International Standards Organization هذا الرقم هو بمثابة المؤشر لسرعة الفيلم فعلى سبيل المثال:
ISO 100 يستخدم للتصوير في ضوء الشمس أو في ظروف الإضاءة العالية.
ISO 200 يستخدم للتصوير في ظروف إضاءة واسعة الاختلاف. وهو مثالي للاستعمال في الكاميرات المتوسطة والرخيصة.
ISO 400 يستخدم عندما تكون ظروف الإضاءة غير مواتية مثل في الطقس البارد, عند التصوير داخل الأماكن الواسعة مع فلاش. وكذلك يستخدم في تصوير المواضيع المتحركة بسرعة خاصة الأنشطة الرياضية. هذا الفيلم مثالي للغاية مع الكاميرات المدمجة ذات عدسات الزووم واسعة المجال (28-150ملم).
ISO 1000 & ISO 1600 للتصوير بدون استخدام الفلاش وتحت ظروف الإضاءة العادية.

بعد تحديد ما اذا كنت تريد الحصول على الصور في شكل كرتات او شكل شرائح عرض عليك ان تحدد سرعة الفيلم، وفي الاغلب يكون اسم الفيلم مقترناً بسرعته. لكما ازدات قيمة الرقم المصاحب للرمز ASA أو ISO كلما زادت سرعة الفيلم، زيادة سرعة الفيلم هي في الحقيقة زيادة حساسية الفيلم للضوء فتحتاج فيلم سريع عندما ترغب في التصوير في ظروف اضاءة منخفضة وعندما يكون الجسم المراد تصويره متحرك.
ولكن هناك جانب آخر يجب التنويه له وهو أنه كلما زادت سرعة الفيلم كلما كانت حجم حبيبات هاليدات الفضة أكبر وهذا يعني ان دقة الصورة او القدرة التحليلية للفيلم تصبح أقل وهذا يعني انه لا نستطيع الحصول على طباعة للصور بحجم كبير. أما الفيلم البطيء نسبياً ISO 100 فهو المفضل للتصوير العادي (للهواة) ويستخدم عندما تكون الاضاءة ساطعة أو باستخدام ضوء الفلاش ايكون الجسم المراد تصويره ثابت وتسمح حجم الحبيبات الصغير جداً المستخدم في الفيلم عند السرعات البطيئة بالحصول على طباعة للصور باحجام كبيرة وبدقة عالية.
هناك افلام تنتج خصيصا للمصورين المحترفين بحيث تزود تلك الافلام بطبقة حساسة للضوء الصادر من مصباح التنجستين او الضوء العادي لتحقق توازن الألوان في الصورة.
التقاط الصورة وعلاقته مع سرعة الفيلم
الخطوة الأولى بعد ادخال الفيلم للكاميرا وتثبيته في المكان المخصص لذلك هي ضبط الكاميرا لالتقاط الصورة من خلال ضبط عدسة الكاميرا في احسن موضع لالتقاط الصزروة، ووظيفة عدسة الكاميرا هو تركيز الضوء المنع** عن الجسم على الفيلم والكاميرات الحديثة تقوم بهذه الوظيفة أوتوماتيكياً. الخطوة الثانية تحديد التعريض exposure المناسب معتمداً على الإضاءة المحيطة بالمشهد، والكاميرات الحديثة تستطيع معرفة وسرعة الفيلم المستخدم اوتوماتيكياً. يعتمد التعريض على عاملين هما شدة الضوء وزمن التعريض يتم التحكم بشدة الضوء من خلال فتحة العدسة ويتم التحكم بزمن التعريض من خلال سرعة الغالق. وبالتأكيد هناك نطاق محدد من درجات الحساسية للفيلم يستجيب فيها الفيلم بشكل خطي وبالتالي شدة الضوء يجب ان لا تتعدى هذا النطاق للحصول على صورة بالوان متوازنة وعملية ضبط التعريض في الكاميرا هو التحكم في كمية الضوء ليقع ضمن نطاق حساسية الفيلم، فإذا كان التعريض يسمح بسقزط كمية كبيرة من الضوء فإن استجابة الفيلم تكون في خارج النطاق الخطي وتظهر الصورة مخفية في شكل هالة مضيئة وإذا كان التعريض للكاميرا يسمح بكمية أقل من المطلوب تظهر الصورة معتمة. لمزيد من المعلومات ارجع إلى موضوع كيف تعمل الكاميرا؟ (http://www.hazemsakeek.com/QandA/Camera/Camera.htm)


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film2.jpg
توضيح لتكون الصورة في الكاميرا



التقاط الصورة وعلاقته مع التعريض الضوئي
بعد عملية ضبط الكاميرا تكون جاهزة لالتقاط الصورة بالضغط على الزر الحاص بذلك ليسمح للغالق ان يفتج لفترة زمنية محددة ليدخل الضوء المنع** من الجسم على الفيلم وبعدها يغلق. سنشرح الآن ماذا يحدث للفيلم عند سقوط الضوء عليه.
عند فتح الغالق لجزء من الثانية تتكون صورة مخفية من الفوتونات ذات الطاقات المختلفة حسب الألوان التي انع**ت من الجسم وتكون المناطق الأكثر سطوعا في الجسم هي تلك التي تسجل أكبر استجابة للحبيبات المكونة للفيلم وكلما قل الضوء كلما قل عدد الحبيبات التي تتأثر بالضوء.
عندما يتم امتصاص الضوء من قبل الطبقة الحساسة التي تغطي طبقة حبيبات هاليدات الفضة فإن الكترون يتحرر من حزمة التكافؤ إلى حزمة التوصيل في المادة المكونة للطبقة الحساسة ووجود الكترون في حزمة التوصيل يعني قدرة الالكترون على الحركة، يتحرك اللكترون إلى حزمة التوصيل في حبيبات هليدات الفضة فيتحد مع فجوة موجبة ليكون ذرة فضة. وعندما تتحد عدة الكترونات مع فجوات موجبة على بلورة هاليد الفضة تتحول إلى ذرات الفضة وتصبح هذه البلورة تختزن معلومات عن شدة الضوء الذي سقط عليها في صورة عدد من ذرات الفضة (كلما كان شدة الضوء المستقبلة عتد ذلك الموضع اكبر كلما كانت زادت عدد ذرات الفضة وعلى الاقل يجب ان يكون على بلورة هاليد الفضة اربع ذرات فضة لتكون هذه البلورة جزء من مكونات الصورة. (تحتوي كل بلورة على ملايين الجزيئات من هاليد الفضة ويكفي ان تستجيب اربعة جزيئات لتصبح البلورة جزء من مكونات الصورة).
في الفيلم الملون يحدث نفس الشيء ولكن بصورة منفصلة لكل لون من الألوان الأساسية (الأحمر والأخضر والأزرق) المكونة للضوء المنع** عن الجسم المراد تصويره. ويتم فصل الألوان على الفيلم من خلال طبقات المرشحات التي تغطي طبقة الحبيبات (بلورات هاليد الفضة) حيث يحتوي الفيلم على ثلاثة مرشحات لكل لون من الألوان الأساسية ويسمح كل مرشح بالاستجابة للون المحدد له وتتكون على كل مرشح صورة مخفية باللون المخصص لها، تنطلق الالكترونات الناتجة من طبقات المرشحات الثلاثة لتتجمع على طبقة الحبيبات حيث تتفاعل مع الحبيبات لتكون ذرات الفضة عليه كما سبق شرحه.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/Animation3.gif
تكون الألوان من الألوان الأساسية

تحميض الافلام الابيض والاسود
هي العملية المسؤولة عن اظهار الصورة المخفية في الفيلم وتحويلها إلى مرئية لنتمكن من طباعتها فيما بعد. في البداية سنتعامل مع الفيلم الأسود والأبيض حيث تتلخص عملية تحميض الفيلم في الخطوات التالية
(1) في الخطوة الأولى من عملية التحميض هي وضع الفيلم في محلول مخفف عند درجة حرارة الغرفة ولمدة زمنية محددة، يعمل المحلول على الحبيبات التي تأثرت بالضوء حيث يحولها إلى ذرات فضة بينما تبقى الحبيبات التي لم تتأثر بالضوء في صورتها كهاليدات فضة.
(2) الخطوة التالية لاكمال عملية التحميض هي غسل الفيلم بالماء.
(3) يتم إزالة الحبيبات التي لم تتأثر بالضوء وبقيت في صورة بلورات هاليدات الفضة من خلال عملية التثبيت حيث يتم وضع الفيلم في حوض من محلول التثبيت لفترة زمنية محددة، تؤدي هذه العملية إلى التخلص من المناطق التي لم تتعرض للضوء في الفيلم ويبقى فقط الحبيبات التي تحولت إلى ذرات فضة.
(4) الخطوة الأخيرة تتمثل في غسل الفيلم بالماء للتخلص من كل المركبات الكيميائية المستخدمة ويترك الفيلم ليجف، ثم يتم قص شريط الفيلم لنحصل على شريحة تمثل المشهد تسمى نيجاتيف.
يظهر على صورة النيجاتف المشهد الذي تم تصويره حيث تكون المناطق المعتمة تمثل أكثرها كثافة أو أكثرها تركيز لذرات الفضة وتكون تلك المناطق هي التي تعرضت اكثر للضوء الناتج من انعكاسه عن الجسم فمثلا تصوير شخص مرتدياً قميص ابيض يكون الضوء المنع** على الفيلم أكثر مما لو كان مرتديا قميص اسود اللون فيظهر القاميص الأبيض على النيجاتيف اكثر عتمة منه في حالة القميص الأسود.
يجب الأشارة هنا إلى ان دور طبقة الجلاتين تلعب دوراً أساسياً في عملية التحميض حيث تعمل على تثبيت الحبيبات التي تحتوي على ذرات الفيلم في مكانها، كما يكون لها دورا آخر وهو التخلص من بلورات هاليدات الفضة بمساعدة محلول التحميض.


تحميض الأفلام الملونة
تختلف عملية التحميض الكيميائية في حالة التعامل مع الفيلم الملون حيث تتألف مجموعة كيماويات تحميض الأفلام الملونة من العناصر الأربع التالية: المحلول المظهر Color Developer, المحلول المبيض Bleach , المحلول المثبت Fixer ومحلول الترسيخ Stabilizer. ويطلق أختصاراً على هذه المجموعة تسمية محاليل سي 41 C41-Chemicals.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film9.jpg
تتشكل صورة لا مرئية – (صورة مخفية)- في طبقات الفيلم الحساسة للضوء. وباستخدام المحاليل الكيميائية تتحول الصورة المخفية إلى صورة مرئية، هذه العملية تعرف بعملية تحميض الأفلام الفوتوغرافية. فيما يلي نستعرض مراحل التحميض للفيلم الملون.
(1) التحميض للفيلم الملون.
يوضع الفيلم بعد اخراجه من الكاميرا في محلول التحمييض، والذي يعمل على تشكيل صورة أبيض وأسود في ثنايا الطبقة الحساسة مكونة من حبيبات الفضة، ألى جانب صورة ملونة مكونة من أصباغ ملونة على الطبقات أخرى وبألوان المرشحات التي تغطيها.
(2) التبييض و التثبيت Bleach & Bleach-Fix
يوضع الفيلم بعد ذلك في محاليل التبييض والتثبيت حيث يتوقف نشاط محلول التحميض، وتزال المواد الحساسة التي لم تتعرض للضوء عن طبقات الفيلم. كذلك تزال الصورة المكونة من حبيبات الفضة.
(3) الغسيل wash
يتم في هذه المرحلة غسل الفيلم بالماء للتخلص من المواد غير المرغوبة فيها، والمتبقية على سطح الفيلم.
(4) الترسيخ Stabilizer
الخطوة التالية هي عملية تمتين الصورة. حيث يعمل الترسيخ على تثبيت الصورة ويزيد من مقاومة الفيلم لعوامل البهتان والتلوّن. كذلك يضفي على الفيلم طبقة حماية من الحرارة العالية المنبعثة من المجفف ويمنع ظهور البقع على الفيلم أثناء عملية التجفيف التي تليه.
التجفيف Drying
في المرحلة الأخيرة، تجري عملية تصفية الفيلم وتجفيفه عن طريق تيار هوائي ساخن.

يكون شكل النيجاتيف للفيلم الملون مختلف تماماً عن نيجاتيف الفيلم الأبيض والأسود حيث لا يحتوى هذا النيجاتيف على اية ذرات فضة ويظهر النيجاتيف بلون يميل إلى البرتقالي والأصفر.

طباعة الصور الابيض والأسود
للاستفادة من النيجاتيف بعد عملية التحميض يتم طباعته على ورق خاص وبالحجم المطلوب للحصول على صورة مطبوعة. تتم عملية الطباعة من خلال تجهيزات هي غرفة معتمة ومصدر ضوئي ومؤقت زمني وعدسة للتكبير وورق حساس للضوء. تتم عملية الطباعة لكل صورة على حدى حيث يثبت النيجاتيف بين مصدر الضوء وشاشة بيضاء، فعند مرور الضوء عبر النيجاتيف ثم عدسة التطبير تظهر الصورة على الشاشة البيضاء، يتم بعد ذلك تحريك العدسة للحصول على الحجم المطلوب يتم إطفاء المصدر الضوئي ويثبت الورق الخاص بالطباعة فوق الشاشة البيضاء، يسلط الضوء لفترة زمنية محددة باستخدام المؤقت الزمني. تخضع الورقة التي تعرضت للضوء إلى عملية التحميض والتثبيت الكيميائية ثم تغسل بالماء تماماً كما فعلنا للفيلم للتخلص من أثار المواد الكيميائية وعندها نحصل على الصروة مطبوعة على الورق ونحتفظ بها بعد التجفيف. وهكذا تتكرر العملية لكل صور الفيلم.

طباعة الصور الملونة

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film1.jpg
تشبه عملية طباعة الصور الملونة عملة الطباعة للصور الأيض والأسود ولكن يتم استخدام ورق طباعة حساسة للألوان ويتم تعديل الألوان باستخدام مرشحات (فلاتر) تثبت بعد النيجاتيف للحصول على توازن أفضل للألوان. وتتم عملية الطباعة غرفة معتمة.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Film/film8.jpg

مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:
<LI dir=ltr>
http://science.howstuffworks.com/film.htm
<LI dir=ltr>
http://www.adigicam.com/vb/index.php
<LI dir=ltr>
http://www.foto-master.com/index.html
<LI dir=ltr>
http://www.sapiensman.com/photo/index.htm

Microscopy Primer: Fundamentals of Film Exposure (http://science.howstuffworks.com/framed.htm?parent=film.htm&url=http://micro.magnet.fsu.edu/primer/photomicrography/filmexposure.html)

[dododa]

كيف تعمل الكاميرا الرقمية؟


http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital-camera.jpg

في العشرين سنة الماضية اصبحت تحيطنا العديد من الأجهزة المنزلية ذات التقنيات الرقمية مثل CDs, DVDs, HDTVs, MP3s, DVRs, والتي نشأت جميعها وتطورت مع تطور العصر الرقمي، لتعمل بنفسنظرية المعالجة وهي تحويل المعلومات التماثلية التقليدية (والتي تُمثل بموجات) إلىمعلومات رقمية والتي تُمثل بأصفار وآحاد أو ما يسمى بالـ Bits)).
الكاميرا الرقمية digital camera تُعد واحدة من أهم الأمثلة الملحوظةلهذه الوسيلة لأنها تختلف تماماً عن الكاميرات التقليدية (التي تستخدمالفيلم) التي تعتمد كلية على المعالجة الكيميائية والميكانيكية لالتقاط الصورة وطباعتها حتى ان بعضها لا يحتاجلطاقة كهربية لتشغيلها. ومن ناحية أخرى فإن كل الكاميرات الرقمية تحوي بداخلها معالجصغير (Microprocessor) يقوم بمعالجة الصورإلكترونياً.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital%20camera1.jpg
كاميرا رقمية من سوني
وفي الحقيقة لم تحل الكاميراتالرقمية محل الكاميرات التقليدية حتى الآن وذلك لأن الفيلم ما زال يعطي جودة عالية للصورةولكن بتقدم تكنولوجيا الصور الرقمية أصبحت الكاميرات الرقمية أكثر انتشاراًوشعبية.
أساسيات
لنفترض أننانريد أخذ صورة وإرسالها بالبريد الالكتروني، ولعمل ذلك يجب تحويل الصورة إلى اللغةالتي تدركها الحواسيب وهي الاصفار والآحاد. فالصورة الرقمية عبارة عن سلسلة طويلةمن الاصفار والاحاد التي تمثل كل النقاط الملونة الصغيرة أو ما يسمى بالب**ل (Pixel) والتي تشكل مجتمعةالصورة.

ولأخذ صورة في هذهالهيئة فلدينا خياران:
(1) أخذ الصورة بكاميرات تقليديةومعالجة الفيلم كيميائياً ومن ثم طباعته على ورق فوتوغرافي، وأخيراً استخدامالماسحة الضوئية (Scanner) لأخذ عينات من الصورة (تحويل عينات الضوء على حسب شدة الإضاءة ودرجة اللون وتحويلهالسلسلة من النقاط ذات قيم الب**يل.
(2) اخذ عينات مباشرةمن الضوء الأصلي المرتد من الجسم المراد تصويره وتحويل هذه العينات لسلسلة منالب**يل مما يعني أننا استخدمنا كاميرا رقمية.
كما للكاميرا التقليدية مجموعة من العدسات التي تركز الضوء المنع** 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 بعدهاالمعالج الذي تحتويه الكاميرا بتحويل هذه المعلومات الالكترونية لبياناترقمية وتحفظها على ذاكرة الكاميرا.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital-camera7.jpg
الصورة الرقمية ويظهر عناصر الصورة (الب**يل) على اليمين عند تكبير جزء من الصورة على اليسار
سوف نقوم في هذه المقالة بشرح فكرة عمل الكاميرات الرقمية وكيف نحصل منها على الصور.
كاميرات بدونفيلم!
تحتوي الكاميراتالرقمية بدلاً عن الفيلم على مجسات ضوئية (Sensors) والتي تعتمد فكرة عملها على تحويل الضوء لشحنات كهربية.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital%20camera2.jpg
صورة لمجس CMOS
واكثر تقنيات المجساتالضوئية انتشاراً في الكاميرات الرقمية هي تقنية Charged Coupled Device وتختصر بـ (CCD) أو (العنصر مزدوج الشحنة).وبالرغم من ان بعض الكاميرات الرقمية تستخدم تقنية المجسات الضوئية CMOS (Complementary Metal Oxide Semi Conductor) (شبه موصل معدن الا**يدالمتمم) بدلاً عن الـ (CCD) إلا أن كلا التقنيتينCCD أو CMOSتقومان بتحويل فوتونات الضوء إلى الكترونات. وتتكون المجسات من شبكة مصفوفات ثنائيةالابعاد 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 قراءةالشحنة المتراكمة في كل خلية يمكن للميكروبروسيسور من إعادة بناء الصورة.

الجهاز مزدوج الشحنة (CCD):
هو شريحة إلكترونية مستخدمة من زمن يصل الى عشرون عاما وتسمى احيانا بالعين الالكترونية وكانت تستخدم في الانسان الالي وفي المراصد الفلكية وكذلك في كاميرات تصوير الفيديو وحديثا تم استخدامها في كاميرا التصوير الفتوغرافي لتصبح الكاميرا معروفة باسم الكاميرا الرقمية.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/CCD.jpg
هذه صورة تشريحية لـ CCD وكيفية امتصاصها للضوء

تتكون الـ CCD من شريحة مربعة طول ضلعها لايزيد عن 3سم هذه الشريحة تحتوي على مجسات ضوئية (الديود) من مواد اشباه 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 اعيدت الى المكثف ليتم تخزين قيمة عددية لكل ديود في الذاكرة المثبتة بالكامير. تحتوي على معلومات عن موضع الدايود وشدة الضوء الذي سقط عليه لتكوين في النهاية صورة رقمية للجسم الذي تم التقاط صورته.



تصطدم الفوتونات بالالواح الضوئية لشريحة CCD وتطلق الالكترونات

وفيما يليالاختلافات الرئيسية بين تقنيتي CCD وCMOS
تقوم تقنية CCD بنقلالشحنة عبر الرقاقة وقراءتها عند احد اركان المصفوفة، وبعدها يقوم محول (تماثلي – رقمي) ADC بتحويل كل قيمة ب**ل لقيمة رقمية وذلك عن طريق قياسمقدار الشحنة في كل موضع ضوئي وتحويل ذلك القياس إلى صيغة ثنائية (Binary Form).
اما تقنية CMOS تستخدم عدة ترانسيستورات لكل عنصر صورة (الب**يل) لتكبير ونقل الشحنة عبر أسلااك توصيل تقليدية ولهذا فهذه التقنية لا تستخدم محول ACD.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital%20camera3.jpg
صورة لشريحة CCD
هذا الاختلاف جعل لكل تقنية ميزات وعيوب وهي
(1) تتمتع تقنية CCD بنقاءعالي وقلة تشويه (ناجم عن الضجيج) مقارنة بتقنية CMOS فهياكثر تأثراً بالضجيج.
(2) لكلب**ل في تقنية CMOS عدة ترانزستورات، وحساسية الضوء ضعيفة في هذه الرقاقةوذلك 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) مقارنةبرقاقة CMOS
(4) تصنع رقاقات CCD لتدومطويلاً وتعطي دقة عالية الوضوح للصور.
(5) بالرغم من الاختلافات السابقة بين رقاقات CCD وCMOS فانهما يلعبان نفس الدور في الكاميرات الرقمية وهو تحويل الضوء إلى شحناتكهربية بستخدام الديود.
الدقة
ان مقدار التفاصيل التي تستطيع الكاميرات التقاطها يطلقعليها الدقة Resolution وتقاس بالب**يل Pixel فكلما زاد عدد الب**ل كلما زادت تفاصيل الصورة وتصبح الصور ذات الأبعاد الكبيرةأكثر وضوحاً.
بعض مستوياتالدقة:
(1) 256×256 ونجدها في الكاميرات رخيصة الثمن فالدقة ضعيفةجداً ويكون إجمالي عدد الب**يل المكون للصورة هو 65.000 ب**يل.
(2) 480×640 وهو أقل حدلمستوى الدقة النموذجي وهو مثالي جداً لإرسال الصور عبر البريد الإلكتروني وصفحاتالويب.
(3) 912×1216 ويقاس فيها حجم الصورة بالميغاب**ل (Megapixel) واجمالي الب**يل المكون للصورة هو 1.109.000 بي**يل ويفي هذا المقاس لغرض طباعةالصور.
(4) 1200×1600 وتتميز هذه الدقة بمجموع 2 مليون ب**يل وهيدقة عالية، حيث بإمكاننا طباعة صورة بمقياس 5×4 إنش كتلك التي نتحصل عليها في معاملالألوان.
(5) 1680×2240 وتوجد في الكاميرات الرقمية ذات (4 Megapixel) وتسمح بطباعة صورة كبيرة بدقة عالية حتى 20×16إنش.
(6) 2704×4064 وهي اعلى دقة للكاميرات الرقمية (11.1 Megapixel) ويمكننا الطباعة بها بدقة عالية جداً حتى 9×13.5إنش.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital-camera4.jpg

صورة مأخوذة بمستويات دقة مختلفة
بعض الكاميراتالتجارية الجيدة يمكنا التقاط اكثر من 12 مليون ب**ل، أما الكاميرات الإحترافيةفتلتقط صور بدقة 16 مليون ب**ل. وتقدر شركة هيليوباكارد إن دقة الصورة المأخوذة في الفيلم باستخدام الكاميرا التقليدية يصل إلى 20 مليون بي**يل.
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 يتمالتقاط 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 التقاطالكاميرا 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 الالوان الاساسية للحصول على عدة الوان

وهنالك طرق مختلفة لالتقاط الالوان الاساسية في الكاميراالرقمية. 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 المنع** من الجسم إلى داخل الكاميرا بواسطة عدستها فإن الضوء يتم تجزئته باستخدام مجزىء ليسقط على المرشح اللوني ثم إلى الـ CCD. يتم تجميع الإشارات الصادرة من الثلاثة رقائق CCD بواسطة الميكروبروسيسور لتكوين الصورة الملونة بالكامل.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital-camera-splitter.jpg

عملية تجزئة الصورة (يسار) عبر مجزئ الحزمة الضوئية (Beam Splitter)
من ميزات هذه الطريقة ان الكاميرات تلتقط كل لون منالالوان الثلاثة الاساسية على نفس الموضع على الب**يل المخصص على الـ CCD، ولكن هذه الكاميرات تكون كبيرة الحجم نسبياً وباهظة الثمن.
الطريقةالأخرى المتبعة وهي تدويرقرص يحتوي على المرشحات الثلاثة امام رقاقة CCD واحدة، ويقوم الـ CCD بتسجيل ثلاث لقطات منفصلة فيعملية سريعة، هذه العملية تزودنا ايضاً بكل لون في كل موضع ب**ل. ولان اللقطاتالثلاث لا تؤخذ في نفس الزمن فانه يتوجب على الكاميرا والهدف المراد تصويره البقاءساكنين لبرهة نسبية حتى يتم اخذ القراءات الثلاث مما يجعل هذه الطريقة غيرعملية 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 بمصفوفةمرشح الألوان Color Filtering Array على رقاقة الـ CCD.
واكثر انواع مصفوفة المرشحات استخداماً هو نموذج مرشح ب*** (Bayer Filter Pattern) ويتكون من عمودين متبادلين احدهما مكون من مرشح للونالاخضر والاحمر والعمود الاخر مرشح للون الاخضر والازرق ونلاحظ هنا وجود الكثير منالب**ل الخضراء مقارنة بالازرق والاحمر وذلك لان العين البشرية لا تكون حساسيتهامتساوية بالنسبة للالوان الثلاث الاساسية فالكثير من اللون الاخضر يجعل الصورة تبدوللعين وكأنها حقيقية.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital-camera-bayer.jpg

نموذج مرشح ب*** Bayer Filter

منمحاسن هذه الطريقة اننا نحتاج لرقاقة CCD واحدة ويتم التقاط الالوان (احمر، اخضر، ازرق)في نفس اللحظة. وهذا يعني ان الكاميرا ستكون اصغر وارخص وعملية في كثير من الاحيان.
تستخدم الكاميرات الرقمية لوغاريثمات خاصة تسمى (Demosaicing Algorithm) تعمل على معالجة المعلومات الواردة من مخرج المرشحات والتي تكون في شكل فسيفساء ملونة للصورة الملتقطة وحساب الالوان الحقيقة من متوسط قيم الب**يل المحيطة لإعطاء اللون الحقيقي للصورة.


في الجزء التالي سنقوم بشرح كيفية تحكم الكاميرا بالضوء الداخل وتركيزه على المجسات الحساسة CCD.
التعريض والتركيز
كما في الفيلم فإن الكاميرا الرقمية تتحكم في كمية الضوء الذي يصل إلى الـ CCD من خلال جزئين هما فتحة العدسة aperture وسرعة الغالق shutter speed.
فتحة العدسة: تتحكم بنصف قطر الفتحة التي يدخل منها الضوء للكاميرا ويكون التحكم فيه اوتوماتيكياً في أغلب الأحيان الا 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 ان 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 (http://electronics.howstuffworks.com/framed.htm?parent=digital-camera.htm&url=http://www.photo.net/equipment/digital/sensorsize/) 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 الع** إذا كان البعد البؤري أقل..
عدسة التكبير او التحجيم zoom lens هي عدسة يتغير بعدها البؤري وفي الكاميرات الرقمية هناك يمكن ان نجد تحجيم بصري optical zoom أو تحجيم رقمي digital zoom أو الأثنتين 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 اطار 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.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/DigitalCamera/digital-camera8.jpg
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 الفيرو*** FireWire.

[dododa]

كيف تعمل النوافذ الذكية
Smart Windows
http://www.hazemsakeek.com/QandA/SmartWindows/smart-window-roof.jpg
يواجه العالم في هذا القرن تحدي كبير في مواجهة النقص في توفر مصادر الطاقة مقابل الحاجة الى المزيد لها نتيجة للتطور التقني والتكنولوجي المعتمد عليها واصبحت عصب حياتنا العملية، وقد قامت دائرة ابحاث الطاقة في الولايات المتحدة بدراسة على معدل استهلاك الوقود لتوفير الطاقة الكهربية ووجدت أن خلال 10 سنوات سيزيد الاستهلاك الى مايقارب 62%، وهذا سيؤدي الى ارتفاع كبير في الأسعار كما ان الموارد الطبيعية لن تكون قادرة على توفير الزيادة في الاستهلاك. ولحل هذه المشكلة يلجىء بعض العلماء إلى البحث عن بدائل لسد هذا النقص والبعض الآخر يقومون بالأبحاث التي من شأنها التقليل من استهلاك الطاقة. والنوافذ الذكية هي أحد نتائج الأبحاث التي تعمل على هذا المبدأ.
لو نظرنا حولنا لوجدنا إننا نقضي الكثير من أوقاتا داخل مباني مزودة بنوافذ زجاجية لتعزيز اتصالنا بالعالم الخارجي، حيث تسمح النوافذ الزجاجية لأشعة الشمس بتدفئة المبنى من الداخل، كما توفر الضوء الكافي للرؤية، وكما نعلم أن اشعة الشمس بالإضافة إلى ضوئها المرئي فإنها تحتوي على أشعة غير مرئية وبالتحديد الاشعة فوق البنفسجية التي تسبب احساسنا بارتفاع غير مرغوب به في الحرارة وتتلف الأثاث وترفع درجة حرارة المبنى، مما يؤدي إلى ضرورة استخدام أجهزة التكييف والتبريد التي تستهلك الكثير من الطاقة هذا بالإضافة إلى تكلفتها العالية على المستخدم.
ولا تندهش اذا علمت إن أكثر من 40% من استهلاكنا للطاقة مركز فقط على التحكم درجة حرارة المبنى الذي نقطنه سواء بالتبريد أو التدفئة. لذا فكر العلماء في كيفية التقليل من استهلاك الطاقة عن طريق تطوير تكنولوجيا النوافذ الذكية smart windows التي تعمل على ادخال اشعة الشمس اللازمة للمباني ولكن هذه النوافذ لها القدرة على التحكم بكمية الضوء التي تدخل من خلالها. إن امكانية التحكم في كمية الضوء التي تدخل عبر النوافذ للمبني له الأثر الكبير في التقليل من استهلاك الطاقة.

وفي هذه المقالة سنقوم بشرح فكرة عمل النوافذ الذكية يمكن للمستخدم من التحكم في شدة الضوء من خلالها.

حرك المؤشر على اليمين ولاحظ تعتيم النافذة
تكنولوجيا النوافذ الذكية
تعتمد فكرة عمل النوافذ الذكية في التحكم في مرور الضوء من خلالها على أحد الظواهر الفيزيائية الكثيرة التي تستجيب للضوء ولكل ظاهرة ميزاتها وعيوبها ومن هذه الظواهر:

1
البصريات الحرارية
Thermotropics
2
تغيير لون الضوء
photochromatics
3
البلورات السائلة
Liquid Crystals
4
شاشة الجسيمات المعلقة
Suspended Partical Displays
5
تغير اللون بالكهرباء
Electrochromics

لعلك استخدمت نظارة شمسية تستخدم ظاهرة تغير لون الضوء photochromatics، ولربما اعتقدت إن النوافذ الذكية ستكون مصنوعة من نفس مادة النظارات الشمسية تلك، وبالفعل كانت هذه الفكرة مطروحة حيث أن نافذة مطعمة بمادة تتغير لونها بتعرضها لأشعة الشمس يمكن أن تفي بالغرض ولكن تصبح هذه النوافذ عديمة الفائدة وغير مرغوب بها في فصل الشتاء، فعندما تكون درجة حرارة الغرفة منخفضة في فصل الشتاء ولكن الشمس مشرقة فإن نوافذ المصنوعة من مواد تتغير لونها بالضوء لا تكون ذكية لانها سوف تحجب اشعة الشمس في الوقت المطلوب ان تدخل عبر النافذة لتدفئة الغرفة.

ومن بين الوسائل التكنولوجية التي تعتمد عليها النوافذ الذكية هي البلورات السائلة وشاشة الجسيمات المعلقة وتغير اللون بالكهرباء. وسنقوم بشرح هذه الوسائل بشيء من التفصيل.

التحكم في كمية الضوء من خلال زيادة او تقليل المجال الكهربي المار في النافذة
قم بتحريك الزر الأحمر للاسفل لتقليل كمية الكهرباء ولاحظ التأثير على النافذة.


شاشة الجسيمات المعلقة Suspended Particle Display
لا شك ان النوافذ تلعب دوراً هاماً في المنازل والمنشآت التجارية. فهي تسمح لضوء الشمس بالدخول لتقليل الاعتماد على الاضاءة باستخدام المصابيح الكهربائية كما وتلعب النوافذ دوراً هاماً في عملية التدفئة. يسعى العلماء للوصول إلى فكرة لنوافذ ذكية يستطيع المستخدم من جعل النافذة شفافة تماماً أو معتمة بالكامل أو اي درجة بينهما من خلال أزرار تحكم.
تعتمد فكرة النوافذ الذكية على استخدام جسيمات دقيقة تستطيع امتصاص الضوء وتدعى هذه الطريقة بالجسيمات المعلقة suspended particle devices (SPD) أو صمامات الضوء التي تتكون من:
<LI dir=rtl>لوحان من الزجاج او البلاستيك.
<LI dir=rtl>مواد موصلة للكهرباء تغطي اللوج الزجاجي أو البلاستيكي المستخدم.
<LI dir=rtl>الجسيمات المعلقة وهي ملايين الجسيمات الموضوعة بين اللوحين.
<LI dir=rtl>سائل بين اللوحين لسماح للجسيمات المعلقة بالحركة.
أداة التحكم.
فكرة عمل الجسيمات المعلقة بسيطة، تخيل إن هذه الجسيمات هي بمثابة صمامات للضوء يمكن أن تسمح له بالمرور أو تحجبه، يصل عدد الجسيمات المعلقة عدة ملايين موجودة بين لوحين من الزجاج المغطى من الداخل بمادة شفافة موصلة للكهرباء. عند تطبيق فرق جهد معين على اللوحين الزجاجيين فإن هذه الجسيمات المعلقة تتحرك وتصطف بانتظام لتسمح للضوء بالمرور بينها، وبدون تطبيق فرق جهد كهربي فإن الجسيمات تترتب بطريقة عشوائية مما ينتج عنه حجب الضوء ومنعه من النفاذ. وبهذا فإن بتقليل فرق الجهد المطبق يصبح الزجاج معتماً شيئاً فشيئاً حتي تصبح سوداء عند فرق جهد صفر.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/SmartWindows/smart-window-spd.jpg
بالتالي يمكن للمستخدم في المنزل التحكم بحجب الضوء أو السماح له من خلال تطبيق استخدام زر تحكم أو حتى ريموتكنترول للتحكم في فرق الجهد على لوحي الزجاج. وتم تجربة هذه التكنولوجيا في عدة منازل في الولايات المتحدة من حيث تم تحويل نوافذ المنزل من النوافذ العادية إلى نوافذ ذكية وكان ذلك له الأثر الكبير في التقليل من قيمة فواتير الكهرباء الشهرية.
سنقوم الآن بشرح وسيلة أخرى متبعة في النوافذ الذكية وهي البلورات السائلة وكيف تعمل.

البلورات السائلة Liquid Crystals
تدخل البلورات السائلة في العديد من التطبيقات المتقدمة وعلى سبيل المثال شاشات التلفزيون والكمبيوتر الحديثة، وهنا تم استخدام البلورات السائلة كتطبيق عملي لصناعة نوافذ ذكية كبديل أو منافس لتكنولووجيا الجسيمات المعلقة.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/SmartWindows/smart-window-screen.jpg

على اليسار لوح زجاجي شفاف من البلورات السائلة تحول إلى لوح معتم في الصورة على اليمين.
تعمل البلورات السائلة في النوافذ الذكية على التحكم في كمية الضوء النافذ منها وذلك من خلال تغيير إستجابة البلورات السائلة للشحنات الكهربية. حيث تعمل الشحنة الكهربية على ترتيب البلورات بشكل منتظم لتسمح للضوء بالمرور وعندما تختفي الشحنة الكهربية تعود البلورات إلى وضعها العشوائي مما يمنع أشعة الضوء بالمرور خلالها.




http://www.hazemsakeek.com/QandA/SmartWindows/smart-window-pdlc.jpg

تغير اللون بالكهرباء Electrochromic windows
هذه المواد تصبح معتمة عند تطبيق فرق جهد كهربي ومنفذة للضوء عند اختفاء فرق الجهد، تعتمد هذه التكنولوجيا على مواد تتغير لونها عند تطبيق فرق جهد كهربي عليها وتعرف باسم المواد الكتروكروماتك electrochromic. تعمل الكهرباء على تنشيط تفاعل كيميائي يعمل على تغير خواص المادة من حيث امتصاص المادة للضوء. ولصناعة نوافذ ذكية من هذه المواد يتم وضعها بين شريحتين من الزجاج عل النحو التالي:
<LI dir=rtl>شريحتين من الزجاج او البلاستيك Glass or plastic panel
<LI dir=rtl>طبقة من مادة موصلة على الجزء الداخلي من الشريحة Conducting oxide
<LI dir=rtl>طبقة من مادة الالكتروكروماتك مثل ا**يد التنجستن Electrochromic layer
<LI dir=rtl>موصل ايوني Ion conductor
مخزن ابونات Ion storage
في هذا التصميم يكون التفاعل الكيميائي من نوع تفاعل الا**دة حيث تفقد الجزيئات إلكترونات لتصبح أيونات. بين طبقة الالكتروكروماتك تؤثر هذه الأيونات على درجة حجب الضوء في طبقة الالكتروكروماتك. يتم توصيل مصدر الجهد الكهربي على طبقتي التوصيل التي تغطي السطح الداخلي للزجاج يعمل فرق الجهد المطبق على دفع الايونات من طبقة مخزن الايونات الى طبقة الالكتروكروماتك عبر طبقة الايونات الموصلة. عند اغلاق الجعد الكهربي فإن الايونات تعود الى طبقة مخزن الايونات. وتترك الايونات طبقة الالكتروكروماتك لتعود شفافة ومنفذة للضوء.




http://www.hazemsakeek.com/QandA/SmartWindows/smart-window-electro-1.jpg

تكون النافذة شفافة ومنفذة للضوء عندما يكون فرق الجهد صفر

http://www.hazemsakeek.com/QandA/SmartWindows/smart-window-electro-2.jpg

تصبح النافذة معتمة عند تطبيق فرق جهد

http://www.hazemsakeek.com/QandA/SmartWindows/smart-window-rearview.jpg

مرأة رؤية خلفية تعتم تلقائيا باستخدام المواد الالكتروكروماتك

الخلاصة
النوافذ الذكية هي تلك التي تتحكم بكمية الضوء المطلوب حسب الحاجة ويمكن أن تعتمد فكرتها على العديد من الطرق والوسائل التكنولوجية التي تعتمد على مواد تتغير خواصها الضوئية من ناحية الامتصاص أو الانعكاس مع تغير فرق الجهد المطبق ولازالت الأبحاث مستمرة لتطوير نوافذ ذكية بكفاءة عالية.
مراجع
لمزيد من المعلومات يرجى مراجعة المواقع التالية:
<LI dir=ltr>Research Frontiers (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://www.refr-spd.com)
<LI dir=ltr>SwitchLite Privacy Glass™ (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://www.switchlite.com)
<LI dir=ltr>SageGlass Electrochromic Windows (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://www.sage-ec.com/)
<LI dir=ltr>PDLC Switchable Windows (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://www.lci.kent.edu/switch.html)
<LI dir=ltr>SGG PRIVA-LITE® (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://www.sggprivalite.com/en/intro/intro_fr.html)
<LI dir=ltr>Windows of the Future (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://www.consumerenergycenter.org/homeandwork/homes/inside/windows/future.html)
<LI dir=ltr>Road Rescue Introduces SPD-Smart(TM) Technology for Ambulance Windows (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://www.roadrescue.com/pages/fdic/smartglass.htm)
<LI dir=ltr>Windows & Daylighting: Chromogenic Materials (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://windows.lbl.gov/materials/Chromogenics/default.htm#Electrochromics)
How Electrochromic Windows Work (http://home.howstuffworks.com/framed.htm?parent=smart-********htm&url=http://www.nrel.gov/buildings/windows/how.html)

[dododa]

كيف تعمل النانوتكنولوجي؟
في القرن العشرين بلغت مساحة شركة هنري فورد لتصنيع السيارات حوالي 8000 متر مربع في ولاية ميتشيغن الأمريكية. استخدمت كل هذه المساحة لتصنيع السيارات على مسار طويل طوله 144 كيلومتر ليتخصص كل جزء من هذا المسار في مرحلة من مراحل تصنيع وتجميع السيارات. واعتبر هذا المصنع من اكثر مصانع السيارات كفاءة، حيث كان يمتلك أكبر مساحة مخصصة للعمل.



ترس ذري يمثل Nanogears


http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/2006-08-14_17-20-04-373.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/nanotech4.jpg

عصر التلفزيون والكمبيوتر والطائرة من أهم مظاهر التطور في القرن العشرين ولكن عصر النانوتكنولوجيا هو المستقبل الذي ينتظرنا بكل ما يحمل من تكنولوجيا لها ميزاتها ومخاطرها.
إن النانوتكنولوجيا هو اسم كبير يخفي في طياته العديد من مواضيع البحث العلمي التي تتعامل مع الأجسام التي بحجم النانومتر (النانومتر هو جزء من البليون متر اي ان النانومتر هو 1/1000,000,000 متر)، في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نلقي الضوء على هذه التكنولوجيا الجديدة.

ما هي التكنولوجيا النانوية


http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/2006-08-14_17-20-45-002.png


http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/nanotech6.jpg


في هذه الصورة نلاحظ وجود ترس لجزء من محرك نانوتكنولوجي بحجم حبيبة غبار وفوقه حشرة وهذا يوضح أن العلماء يستطيعون صنع آلات صغيرة بصغر حبيبة الغبار! (حجم حبيبة الغبار يوازي حجم ربع نقطة عادية على الصفحة) هذا المثال جزء فقط مما يمكنلهذه التكنولوجيا أن تحقق.





أصل مصطلح التكنولوجيا النانوية أو النانوتكنولوجي


http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/2006-08-14_16-51-51-479.png

تم إدخال مصطلح التكنولوجيا النانوية لأول مرة عام 1974 وذلك من قبلالباحث الياباني نوريو تانيغوشي عندما حاول بهذا المصطلح التعبير عن وسائلوسطرق تصنيع وعمليات تشغيل عناصر ميكانيكية وكهربائية بدقة ميكروية عالية. أما البوابة إلى عالم الذرات فقد تم فتحها عام 1982 عن طريق الباحثينالسويسريين جيرد بينيغ وهاينريش رورير، حيث قاما بتطوير الميكروسكوبالأكثر دقة من أجل مراقبة الذرات وإمكانية التأثير بها وإزاحتها وبعدإنجازهما المشترك بأربع سنوات 1986 حصلا على جائزة نوبل. في عام 1991اكتشف الباحث الياباني سوميو ليجيما الأنابيب النانوية المؤلفة فقط منشبكة من الذرات الكربونية وبالقياس تم الحصول على مقاومة شد أعلى منمقاومة شد الفولاذ بعشرة مرات وأكثر قساوة واستقراراً من الماس بمرتين علىالأقل. إن الطلب على المنتجات النانوية آخذاً بالازدياد والنمو، ففي عام 2001 بلغ معدل الإنفاق العالمي على المجال النانوي حوالي 54 مليار يورو،هذا وتشير التوقعات بأن هذا المبلغ سوف يتضاعف أربعة مرات حتى عام 2010.


البناء باستخدام الذرات


http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/2006-08-14_17-21-18-480.png http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/animatedBearingSmall.gif


http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/PumpCoreSm.jpg


مجموعة تروس ذرية تستخدم في تصنيع الآلات الناتوية


تعتمد التكنولوجيا النانوية على التشبيك والتنسيق بينالعلوم البيولوجية والفيزيائية والكيميائية والميكانيكية والإلكترونيةوعلم المواد وتقنية المعلومات وذلك من أجل دراسة الهياكل البنائية للمادةالحية واللاحية، وكما حدث في القرن العشرين من تبدل في حياة الشعوب كنتيجةلثورة المعلومات والاتصالات بدأت علائم تبدل جذري جديد بالظهور بفعلالتطورالهائل في مجال التكنولوجيا النانوية والبيولوجية والنانوبيولوجية والميكروية والبصرية.
هناك ثلاثة مراحل للوصول إلى مواد واجهزة والات مصنعة بالتكنولوجيا النانوية هي:
(1) العلماء عليهم ان يتمكنوا من التأثير والتحكم بكل ذرة من الذرات المكون للمادة، وهذا يعني تطوير طريقة للامساك بالذرة وتحريكها إلى المكان المطلوب، وفي الحقيقة تمكنت شركة IBM في العام 1990من كتابة اسم الشركة على بواسطة ترتيب 35 ذرة من ذرات عنصر الزينون على سطح بلورة من النيكل واستخدموا علماء شركة IBM في ذلك جهاز الميكروسكوب الذري atomic force microscopy

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/nanotech2.jpg


صورة تحت الميكروسكوب الالكتروني لكلمة كتبت بذرات الزينون

(2) المرحلة الثانية وهي تطوير ألات نانويةتسمى المجمع assembler، تبرمج مسبقاً لتتحكم في الذرات والجزيئات،وحيث أن مجمع واحد يحتاج إلى الاف السنين ليصنع مادة من نوع واحد من الذرات لذلك فإن المطلوب هو ملايين من هذه المجمعات تعمل مع بعضها البعض لتصنع جهاز أو ألة أو مادة.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/nanotech3.jpg

(3) ليتمكن العلماء من تطوير ملايين المجمعات فإن أجهزة نانوية تسمى المستنسخات replicators تكون مبرمجة لتبني هذه المجمعات.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/nanotech8.jpg

نستنتج مما سبق أن التكنولجيا النانوية تحتاج إلى بلايين من المستنسخات لبناء البلايين من المجمعات وهذه لن يزيد حجمها عن مكعب بحجم 1 ميليمتر مكعب والتي بدورها تتحكم في الذرات.


هذا كله لن يرى بالعين المجردة وهذا يعني أن أيدي عاملة من نوع جديد بانتظارنا!


بعض تطبيقات التكنولوجيا النانوية
http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/2006-08-14_17-21-57-877.png (3) تمكن علماء ألمانيون من اكتشافوسيلة نانوية جديدة بغية حفظ المخطوطات القديمة وحمايتها من التلف وتأثيرالعوامل الخارجية.
(4) في عالم الميكانيك الهندسي حقق الباحثون نتائج مذهلة في مجال السيطرةعلى عمليات الاهتراء والصدأ والتآكل الميكانيكي والكيميائي، وكذلك في مجالالتغلب على الاحتكاك الميكانيكي حيث أنه سيتم الاستغناء عن موادالتزييت والتشحيم، وهذا ما يساعد على إطالة عمر الآلة وزيادةكفاءتها.
(5) في مجال صناعة السيارات تم استخدام طرقومواد نانوية جديدة في مجالات الطلاء والتغليف والعزل والمساهمة في تخفيف وزنالسيارات وزيادة صلادتها وبالتالي تخفيض مصروفها من الوقود. وهناك العديد منالأبحاث في مجال تطوير وتصنيع عجلات السيارات والتي ستكون لها خاصيةالتلاؤم الأتوماتيكي مع ظروف الطقس وطبيعة الأرض والعوامل الخارجيةالأخرى.
(6) تمكن الباحثون الألمان من تخزين المعلومات في ذرات قليلة وقراءتها، وإذا ما استمر النجاح في هذاالاتجاه فإنه سيصبح قريباً من الممكن تخزين كل ما تم إنتاجه من الأدبالعالمي على رقاقة بحجم الطابع البريدي.
(7) لقد فتحت التكنولوجيا النانوية آفاقاً جديدة في المجال الطبي والجراحي،هناك دراسات عديدة من أجل تطوير روبوتات نانوية والتي يمكن إرسالها إلىالجسد للتعرف على الخلايا المريضة وترميمها وكذلك للتعرف على محرضاتالأمراض ومعالجة الأمراض المستعصية والأورام الخبيثة.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/2006-08-14_17-24-01-184.png

http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/newPlanetarySmall.jpg http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/bigBearingNewGif.jpg
إن الأمثلة التي تم طرحها فيما سبق لا تشكل سوى غيض من فيض تطبيقاتالتكنولوجيا النانوية والتي بدأت برسم ملامح المستقبل القادم. ومازالت تتسرب من وقت لآخر،معلومات عن مشروعات طموحة تجري فيبعض مراكز البحوث بالعالم، منهافكرة لبناء محركات في http://www.hazemsakeek.com/QandA/nanotechnology/2006-08-14_17-24-44-586.png

مراجع
http://www.royalsoc.ac.uk/landing.asp?id=1210
http://encyclopedia.quickseek.com/index.php/Nanotechnology
http://physicsweb.org/articles/world/17/8/7

[dododa]

فكرة عمل شاشات البلورات السائلة LCD

http://www.hazemsakeek.com/QandA/LCD/lcdmonitor.jpg
تعتبر شاشات العرض الوسيلة التي تمكن الانسان من الاستفادة من التكنولوجيا وقد نقصد بشاشات العرض هنا الشاشات بمختلف انواعها فهناك الشاشات التي تعتمد على شعاع الإلكتروني أو الشاشات التي تعتمد شاشت البلازما وكل نوع من هذه الأنواع له فكرة عمل فيزيائية مختلفة ولكن في هذا الموضوع سنركز على شاشات البلورات السائلة. ولهذا فإن شاشات العرض تحيط بنا من كل جانب وتدخل في تركيب العديد من الأجهزة الإلكترونية وتكون بأحجام صغيرة مثل شاشات الساعات أو شاشات السي دي او الجوال وقد تكون بأحجام كبيرة مثل شاشات أجهزة الكمبيوتر المحمول أو شاشات التلفزيون التي يصل حجمها إلى 60 انش. تنوع احجام شاشات البلورات السائلة وتميزها بصغر سمكها ساهم على انتشارها بشكل كبير وجعلها تدخل في العديد من التطبيقات التكنولوجية.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/LCD/lcd-calc.jpg

شاشة من البلورات السائلة كجزء من آلة حاسبة

ربما يتسأل القارىء عن مصطلح البلورات السائلة لانه من الاسم يبدو ان هناك تناقض في كون البلورات صلبة مثل الكوارتز وكونها بلورات سائلة فما هي هذه المادة التي تجمع الخاصيتين معاً؟ في هذه المقالة سوف نقوم بشرح ذلك مع توضيح لفكرة عملها كشاشات تعرض الصور والحروف والكلمات.

البلورات السائلة Liquid Crystals
نعلم أن المواد في الطبيعة اما في الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية. فالحالة الصلبة تكون فيها جزيئات المادة مرتبة باتجاه محدد وفي مواقع محددة بالنسبة لبعضها البعض أي لا تتحرك. أما في الحالة السائلة فإن جزيئاتها تكون في حالة حركة مستمرة ولا يجمعها اتجاه ترتيب محدد. ولكن هناك بعض المواد تكون في حالة وسطية أي بين السائل والصلب حيث تحافظ جزيئات المادة في هذه الحالة على اتجاه ترتيبها كما في جزيئات المادة الصلبة ولكن في نفس الوقت تتحرك مثل جزيئات الحالة السائلة، وهذا يعني أن البلورات السائلة هي ليست حالة صلبة وليست حالة سائلة ولكن بين الحالتين معا ومن هنا جائت التسمية بالبلورات السائلة.
إذا هل يمكن ان نعتبر أن البلورات السائلة تتصرف مثل المواد الصلبة أو المواد السائلة؟ في الحقيقة ان البلورات السائلة اقرب إلى المواد السائلة منها إلى المواد الصلبة. باعتبار ان ارتفاع بسيط في الحرارة بحولها الى سائل. ولهذا فإن البلورات السائلة حساسة للتغيرات في درجان الحرارة.


أنواع البلورات السائلة
كما يوجد العديد من المواد السائلة أو العديد من المواد الصلبة، فإن هناك العديد من أنواع البلورات السائلة، تتواجد البلورات السائلة في عدة اطوار مختلفة تعتمد على درجة الحرارة وطبيعة المواد التي تصنع منها والنوع المخصص لصناعة الشاشات هو من الطور الدوار او المتحرك nematic phase، ويمتاز هذا الطور في ان البلورات السائلة تتأثر بالتيار الكهربي. وهناك نوع محدد من البلورات السائلة ذات الطور الدوار يستخدم في شاشات العرض هو الطور الدوار الملتوي twisted nematicsويرمز له TN. وعندما تتعرض البلورات ذات الطور الدوار الملتوي إلى تيار كهربي فإنها تصبح غير ملتوية وتعتمد درجة الإلتواء على شدة التيار الكهربي. تستخدم تكنولوجيا شاشات البلورات السائلة هذه الخاصية (خاصية الإلتواء) في التحكم في مرور الضوء خلالها.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/LCD/lcd-types.jpg

صورة توضح البلورات السائلة عند تكبيرها بواسطة ميكروسكوب


تصنيع شاشة من البلورات السائلة
يختلف الأمر عند الانتقال من تصنيع شريحة لمادة من البلروات السائلة عنه في حالة تصنيع شاشة عرض من البلورات السائلة. وهناك اربعة حقائق يجب ان تتوفر لانتاج شاشات عرض من البلورات السائلة.
<LI dir=rtl>
الحقيقة الأولى ظاهرة استقطاب الضوء.
<LI dir=rtl>
الحقيقة الثانية ان البلورات السائلة تسمح بمرور الضوء وتغير من استقطابه.
<LI dir=rtl>
الحقيقة الثالثة طبيعة تركيب البلورات السائلة تتغير بتغير التيار الكهربي.

الحقيقة الرابعة وجود مواد شفافة موصلة للكهرباء.


شرح مبسط على ظاهرة استقطاب الضوء
اضغط على الزر

شاشات البلورات السائلة LCD هي عبارة عن أداة تستخدم الحقائق الاربعة السابقة لتظهر الصورة!
لتصنيع شاشة عرض من البلورات السائلة نستخدم لوحين من الزجاج المستقطب للضوء وهو عبارة عن مواد من البوليمر تحتوي على شرائح ميكروسكوبية (لا ترى بالعين المجردة) تغطي احد سطحي لوح الزجاج الذي لا يحتوي على شريحة الاستقطاب. يتم ضبط الشرائح الميكروسكوبية لتكون في نفس اتجاه الاستقطاب الشريحة المثبتة على السطح المقابل. تتم بعد ذلك اضافة طبقة رقيقة من البلورات السائلة ذات الطور الدوار. تعمل طبقة الشرائح الميكروسكوبية على توجيه البلورات السائلة لتصطف في اتجاه تلك الشرائح. يتم وضع الطبقة الأخرى من الزجاج ولكن مع التأكد ان شريحة الاستقطاب عمودية على اتجاه استقطاب الشريحة الأولي. تترتب الطبقات المتعاقبة من البلورات السائلة ذات الطور الدوار الملتوي بعضها فوق بعض من بدوران تدريجي يصل إلى 90 درجة بالنسبة لترتيب الطلقة الأولى.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/LCD/lcdhw.jpg


عندما يسقط الضوء على الشريحة الزجاجية الأولي فإنها تعمل على استقطاب الضوء، ومن ثم تعمل جزيئات البلورات السائلة في كل طبقة على توجيه الضوء إلى الطبقة التي تليها مع تغير مستوى استقطاب الضوء. وعندما يصل الضوء للطبقة الأخيرة من طبقات البلورات السائلة فإنه يكون مستقطب في نفس اتجاء جزيئات تلك الطبقة وبالتالي ينفذ الضوء منها.
عند تطبيق مجال كهربي على جزيئات البلورات السائلة فإنها لا تلتوي وبالتالي فإن الضوء لا يمكن ان ينفذ من الجهة الأخرى.


<LI dir=rtl>
Light Waves شعاع ضوئي.
<LI dir=rtl>
Polarized Panels طبقة الزجاج المغطي بشريحة رقيقة من مواد مستقطبة للضوء.
<LI dir=rtl>
Electrods طبقة رقيقة من مادة شفافة موصلة للتيار الكهربي.

Liquid Crystals طبقات جزيئات البلورات السائلة.

الزر على اليسار يعمل على تطبيق مجال كهربي على البلورات السائلة، ففي حالة وجود مجال كهربي لايخرج الضوء ولكن عند فصل المجال الكهربي ينفذ الضوء


بعد ان فهمنا الفكرة الفيزيائية لعلم شاشات العرض التي تعتمد على البلورات السائلة والتي تتلخص في تمرير الضوء وحجبه عن طريق التحكم في ترتيب البلورات السائلة من خلال مجال كهربي. اذا كيف يمكن ان نصنع شاشة بلورات سائلة.
نبدأ بتوفير شريحتين متقابلتين من الزجاج بينهما طبقة من البلورات السائلة ويضاف إليهما طبقتين من مادة شفافة موصلة للكهرباء electrodes. وتكون ترتيب الطبقات كما هو موضح في الشكل التالي:


http://www.hazemsakeek.com/QandA/LCD/lcd-screen.jpg


الطبقة A عبارة عن القاعدة او الطبقة الخلفية وهي مرآة عا**ة لضوء.
الطبقة B عبارة عن طبقة من الزجاج عليه طبقة رقيقة تعمل على استقطاب الضوء.
الطبقة C عبارة عن طبقة شفافة موصلة من مادة indium-tin oxide لتوصيل التيار الكهربي.
الطبقة D عبارة عن طبفة البلورات السائلة وتكون فوق الطبقة الموصلة تماماً.
الطبفة E طبقة من الزجاج وعليه ايضا طبقة رقيقة من مادة مستقطبة للضوء ولكن في اتجاه عمودي على محور استقطاب الطبقة الأولى.

يوصل الالكترود بمصدر تيار كهربي مثل بطارية وعندما لا يمر تيار فإن الضوء يعبر من الطبقة الاول لشاشة البلورات السائلة سيصل إلى المرآة وينع** عنها. ولكن عندما يمر التيار الكهربي من خلال الالكترود فإن البلورات السائلة الموجودة بين الالكترود والجهة المقابلة لها والتي تشكل مستطيل ستمنع الضوء من الوصول الى المرآة مما يظهر منطقة معتمة على شاشة العرض.
لاحظ أن شاشة البلورات السائلة LCD تتطلب مصدر ضوء خارجي. حيث أن مادة البلورات السائلة لاتصدر الضوء بنفسها. الشاشات الصغير في الأغلب تكون عا**ة بمعنى انها تعرض الصورة من خلال انعكاس ضوء من مصدر خارجي. فمثلا لو نظرنا إلى شاشة بلورات سائلة في ساعة اليد الرقمية فإن الأرقام تظهر عندما يمر تيار كهربي من خلال الإلكترود إلى مجموعة معينة من البلورات السائلة فتلتف لتعمل على حجب الضوء فتظهر منطقة معتمة تعطينا صورة الرقم كما في الشكل الموضح أدناه.


أما في شاشات الكمبيوتر المحمول أو الشاشات الحديثة من نوع الـ LCD فإنها تستخدم مصابيح فلوريسنت (http://www.hazemsakeek.com/QandA/Phloresent.htm) فوقها أو على الجوانب أو في خلف الشاشة نفسها. وتعمل لوحة تشتيت للضوء مثبتة خلف شاشة البلورات السائلة لضمان توزيع منتظم لشدة الضوء على مساحة شاشة العرض. وحيث أن الطبقات التي تأتي فوق المصدر الضوئي هي عبارة عن شاشة البلورات السائلة بما تحتويه من طبقات مختلفة مثل طبقة الالكترود وطبقة البلورات السائلة نفسها وغيرها يعمل على امتصاص كمية كبيرة من ضوء المصدر الضوئي قد تصل إلى 50%!
في المثال الموضح في عرض الفلاش أدناه نشاهد لوحة الإلكترود وكيف أن إلكترود مفرد يتحكم في استجابة البلورات السائلة من خلال تمرير شحنة كهربية. وإذا تخيلنا أن هناك من يتحكم في ارسال الشحنات الكهربية التي تمر عبر الالكترود فإنه يمكن تكوين صورة من خلال قيام البلورات السائلة بحجب الضوء ومنعه من الوصول إلى الشاشة الخارجية وبالتالي يمكن أن نعرف الآن لماذا تكون معالم الصورة على شاشة البلورات السائلة تكون سوداء.


أنظمة شاشات البلورات السائلة
النظام البسيط يسمى common-plane-based LCD أي شاشة عرض البلورات السائلة ذات القاعدة المشتركة، وهي تستخدم في الحالات التي تتطلب عرض مكرر للمعلومات مثل شاشات الساعات أو شاشات المثبتة على لوحة تحكم فرن الميكروويف.
النظام الأكثر تعقيداً وهو المستخدم في شاشات الكمبيوتر وهناك نظامين هما passive matrix والثاني active matrix.


نظام الـ passive matrix
يستخدم هذا النظام شبكة بسيطة تمثل عناصر الصورة على الشاشة والتي تعرف بالب**يل pixel لتزويد عنصر صورة محدد بالشحنة الكهربية. تتركب الشبكة من طبقتين من الزجاج تسمى القاعدة substrate. احد هاتين القاعدتين يحتوي على مجموعة من أعمدة والقاعدة الزجاجية الثانية تحتوي على مجموعة من الصفوف وكلاً من الاعمدة والصفوف عبارة عن مواد موصلة للكهرباء وفي الأغلب هي indium-tin oxide. يتم توصيل الأعمدة والصفوف بدائرة متكاملة integrated circuits تتحكم في توقيت ارسال الشحنة الكهربية إلى عنوان محدد برقم العامود ورقم الصف الذي يجب أن تصل له الشحنة الكهربية. تكون طبقة البلورات السائلة بين هاتين القاعدتين الزجاجيتين وتثبت طبقة الاستقطاب خرج القاعدتين. ولتشغيل احد عناصر الصورة pixel يتم ارسال شحنة كهربية عبر الدائرة المتكاملة إلى العمود والصف المحددين لعنصر الصورة فيعملان على التأثير على البلورات السائلة بينهما فتعمل تلك البلورات السائلة على منع الضوء من المصدر الخلفي للشاشة عند تلك الـ pixel.


نظام الـ Active Matrix
تم تطور النظام السابق لتلافي عدة عيوب منها بطء الاستجابة للحركة السريعة خصوصاً إذا قمت بتحريك مؤشر الماوس على الشاشة بسرعة كبيرة فكانت الصورة تظهر حركة المؤشر مع ظهور خيالات لها، ولكن في النظام الجديد الذي يعرف بنظام الـ active matrix فلا يوجد مثل هذا العيب حيث يعتمد نظام العرض هذا على شريحة رقيقة من الترانسيستورات thin film transistors وتختصر بـ TFT، ويظهر هذا الرمز عند وصف مواصفات الشاشة. وببساطة فإن مجموعة كبيرة من التراتسيستورات والمكثفات المتناهية في الدقة مرتبة على شكل شبكة على قاعدة زجاجية substrate. يتم توجيه الشحنة الكهربية ايضا من خلال دوائر متكاملة تربط شبكة الترانسيستورات والمكثفات التي تمثل عناصر الصور وتكون وظيفة المكثفات هو الاحتفاظ بالشحنة لحين دورة المسح ******* cycle. كما انه إذا تم التحكم بدقة بكمية الشحنة التي يجب ان تصل إلى المكثف فيكن التأثير على دورات البلورات السائلة بزواية محددة مما تعمل على حجب الضوء بنسب متفاوتة وتعتمد على كمية الشحنة المرسلة لمكثف الب**يل المحدد. مما تستطيع هذه الشاشات من عرض 256 درجة رمادية متفاوتة بين الأبيض والاسود في حين أن النظام السابق لا يظهر مكونات الصورة إلا بلونين هما اللون الأبيض واللون الأسود.


كيف تظهر البلورات السائلة الألوان
نحصل على الألوان في شاشات البلورات السائلة من خلال استخدام ثلاثة طبقات مرشحة filter للألوان الأساسية وهي الأحمر والأخضر والأزرق. وبتحكم دقيق لكمية الشحنة يمكن الحصول على 256 درجة مختلفة لكل لون، وبدمج كافة الدرجات لكل الألوان يمكن أن نحصل على 16.8 مليون لون مختلف وهي عبارة عن حاصل ضرب 256 درجة للون الأحمر في 256 درجة للون الأخضر في 256 درجة للون الأزرق. كما في الشكل التوضيحي أدناه.


http://www.hazemsakeek.com/QandA/LCD/lcd-color1.jpg
كل هذه الألوان تتطلب عدد هائل من الترانسيستورات، وعلى سبيل المثال فإن شاشة جهاز كمبيوتر محمول تدعم دقة عرض resolution تصل إلى 1024x768. يعني أنها تحتوي على عدد من الترانسيستورات يساوي حاصل ضرب 1024 عمود في 768 صف في 3 لكل لون ليساوي 2,359,296 ترانسيستور على مساحة الشاشة!
أي خلل يحدث لواحد من هذه الترانسيستورات يظهر مباشرة على الشاشة في شكل نقطة معتمة ولهذا تخضع الشاشات من هذا النظام لفحص دقيق قبل استخدامها وتسويقها.



مستقبل شاشات البلورات السائلة
لازالت الأبحاث مستمرة لتطوير هذه التكنولوجيا التي من المتوقع خلال السنوات القليلة القادمة ان تستبدل شاشات الكاثود التقليدية لخفة وزنها وقلة سمكها وقلة استهلاكها للطاقة ووضوح صورتها، وتم عمل الابحاث العلمية على تطوير البلورات السائلة نفسها لتشمل البلورات الدوارة الفائقة super twisted nematics (STN) وكذلك البلورات الدوارة المزدوجة المسح dual scan twisted nematics (DSTN) وغيرها الكثير (اعتمد على التسمية الانجليزية لان الترجمة للمصطلحات غير معربة)، وكذلك يجري البحث العلمي على انتاج شاشات البلورات السائلة بمساحات عرض كبيرة ويجب على القارئ ان يدرك سبب ارتفاع ثمن شاشات البلورات السائلة التي تزيد مساحة العرض عن 40 انش وذلك لصعوبة تصنيعها مع العلم ان الشاركات المنتجة لتلك الشاشات تتلف 50% منها لفشلها بعد عملية التصنيع ولذلك يتم تحميل ثمن التالف على ثمن السليم، وجدير يالذكر ان زيادة مساحة الشاشة يزيد من عرضت وجود كمية كبيرة من الترانسيستورات لا تعمل مما يسبب في استبعاد تلك الشاشات واتلافها.

[dododa]

فكرة عمل الليزر


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/lf.jpg

دخلت أشعة الليزر في العديد من المنتجات التكنولوجية فتجدها عنصر اساسي في أجهزة تشغيل الأقراص المدمجة أو في ألات 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.

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser-intro.jpg

مختبر أبحاث يستخدم شعاع الليزر.

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


Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

وتعني تكبيرالضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث الاستحثاثي Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي Radiation. وقد تنبأ بوجود الليزرالعالم البرت اينشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث الاستحثاثيstimulated emission وتم تصميم أول جهاز ليزر في 1960بواسطة العالم ميمانT.H. Maiman باستخدام بلورة الياقوت ويعرفبليزر الياقوت Ruby laser.

اساسيات 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 ا**جين 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 الأثارة 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.
في الشكل التالي نموذج توضيحي لمكونات الذرة


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser1.jpg


نموذج بسيط لتمثيل شكل الذرة يتكون من النواة والالكترونات التي تدور في مدارات حول النواة.

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

امتصاص الطاقة Absorbing Energy
إذا ذودت الذرة بطاقة حرارية لأو 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.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser2.jpg


امتصاص الطاقة


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


هذه افكرة السابقة هي مبسطة عن امتصاص الطاقة في الذرة ولكن تعتبر الأساس في دور الذرة لانتاج 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 اثارتها 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 اثارة 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 اثارتها 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 ماهو إلا ضوء مكبر بواسطة عملية تسمى الإنبعاث الإستحثاثي للإشعاع وهذا ما قصدنا به التحكم بكيفية تحرير الذرة للفوتون.

بالرغم من وجود عدة أنواع من الليزر إلا انهم جميعاً يشتركون في نفس الخصائص. ففي الليزر يوجد المادة التي تنتج الليزر يتم اثارتها 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 بإنقلاب 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 الإنتقال لكافة الإلكترونات بين مستويين طاقة محددين كما هز موضح غب الشكل أدناه فإن كل القوتونات المنبعثة سيكون لها نفس الطول الموجي.



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser3.jpg


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


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/a_m.gifhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/st_em.gif


عملبة الإنبعاث التلقائي عملية الإنبعاث الإستحثاثي


العامل المهم في انتاج الليزر هو المرايا المثبتة على جانبي مادة انتاج الليزر. تساعد المرايا على ع** 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 هتين المرأتين لتكون عا**يتها اقل من 100% لتسمح لبعض الفوتونات من الخروج عبرها وهو شعاع الليزر الذي نحصل عليه.

في الشرح التالي سنرى مكونات الليزر من خلال شرح عمل ليزر الياقوتruby laser .

ليزر الياقوت Ruby Laser
مكونات ليزر الياقوت عبارة عن مصدر ضوء فلاش وساق من الياقوت ومرأتين مثبتتين على طرفي الساق احدى هاتين المرأتين لها مقدار انعكاس 90%. يعتبر المصدر الضوئي مسؤولاً عن عملية الضخ وساق الياقوت هو مادة انتاج الليزر.




http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser5.jpg


(1) مكونات ليزر الياقوت







http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser6.jpg


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







http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser7.jpg


(3) تطلق بعض الذرات فوتونات

[dododa]

http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser8.jpg


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







http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser9.jpg

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





نظام ليزر ثلاثي المستويات

الشكل التالي يوضح تفاصيل عملية انتاج الليزر من خلال نظام ذو ثلاث مستويات للطاقة



http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser4.jpg


تسلسل مراحل انتاج شعاع ليزر




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 الاكثر استخداماً للتميز بين الأنواع المختلفة. ويسمى الليزر من خلال نوع المادة المستخدمة فمثلاً ليزر الهيليوم نيون He-Ne يعني ان المادة المستخدمة هي خليط من الهيليوم والنيون وليزر الياقوت يعني ان 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 ا**يد الكربون وتكون اطوالها الموجية في مدى الاشعة تحت الحمراء وتستخدم في قطع المواد الصلبة لطاقتها العالية.
ليزر الإ**يمر Excimer laserوتطلق على أنواع الليزر التي تستخدم الغازات الخاملة مثل غاز الكلور أو الفلور أو الكربتون أو الأرجون وتنتج هذه الغازات اشعة 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 الموصلاتSemiconductorlaser ويطلق عليه احياناً 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 أ**يد الكربون في قطع المعادن الصلبة لأن طوله الموجي في مدى الأشعة تحت الحمراء وهي أشعة حرارية إذا سقطت بتركيز على سطح معدن تذيبه.




نوع الليزر


الطول الموجي لليزر (nm)


Argon fluoride (UV)


193


Krypton fluoride (UV)


248


Xenon chloride (UV)


308


Nitrogen (UV)


337


Argon (blue)


488


Argon (green)


514


Helium neon (green)


543


Helium neon (red)


633


Rhodamine 6G dye (tunable)


570-650


Ruby (CrAlO3) (red)


694


Nd:Yag (NIR)


1064


Carbon dioxide (FIR)


10600




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


http://www.hazemsakeek.com/QandA/Laser/laser-warning.gif


إشارة تحذير بوجود ليزر

التصنيف الأول Class Iهذا يعني أن شعاع الليزر ذو طاقة منخفضة ولا يشكل درجة من الخطورة.
التصنيف الأول Class IAهذا 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 IIIAطاقة 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 هطورة على العين وعلى الجلد واستخدام هذا الليزر يتطلب العديد من التجهيزات وإجراءات الوقاية.

للتعرف على تطبيقات الليزر المختلفة اضغط على الرابط التالي:
http://www.hazemsakeek.com/Physics_Lectures/Laser/LaserLectures_13.htm