الأربعاء، 1 مايو 2013

أهلاً و سهلاً

السلام عليكم ورحمة الله و بركاته

تم تصيميم هذه المدونة نزولآ عند رغبة الأستاذ القدير : ياسر المالكي

و ستكون بإذن الله من 20 موضوعا عن الفيزياء

أتمنى للجميع الفائدة

قانون أوم

رسم توضيحي لدائرة بسيطة بها: مصدر للجهد الكهربائي (فرق الجهد) V، ويمر بها تيار كهربائي شدته I، ومقاومة كهربائية قيمتها R.

قانون أوم هو مبدأ أساسي في الكهرباء، أطلق عليه هذا الاسم نسبة إلى واضعه الفيزيائي الألماني "جورج سيمون أوم".
فقد أجرى أوم تجارب لقياس فرق الجهد الكهربائي المطبق على دوائر كهربائية بسيطة وشدة التيار الكهربائي المار فيها، مع تغيير طول السلك المستخدم فيها. واستنتج بعض المعادلات المعقدة والتي جرى تعديلها حتى وصلت لصورتها البسيطة المبينة لاحقا.
وينص هذا القانون على أن فرق الجهد الكهربائي بين طرفي ناقل معدني يتناسب طرديا مع شدة التيار الكهربائي المار فيه.

$V \propto I$

يتم تعريف النسبة الثابتة بين فرق الجهد وشدة التيار بالمقاومة الكهربائية ويرمز إليها بالحرف اللاتيني R. ويلاحظ أن المقاومة R لناقل ما هي قيمة ثابتة ولا تتغير بتغير فرق الجهد بين طرفيه، ويعبر عن هذا المبدأ من خلال المعادلة التالية:

$\color{green}R = \frac{\color{red}V}{\color{blue}I}$

كما يمكن التعبير عن نفس المعادلة بصيغة أخرى: : $V = R \cdot I$
حيث:

V: هي فرق الجهد الكهربائي بين طرفي الناقل المعدني (المقاومة) ويقاس بوحدة تسمى بالفولت، ويرمز له بالرمز(V).
I: هي شدة التيار الكهرباني المار في الناقل ويقاس بوحدة تسمى بالأمبير، ويرمز له بالرمز (A).
R: هي مقاومة الناقل للتيار وتقاس بوحدة تسمى بالأوم، ويرمز لها بالرمز (Ω).

ويمكن صياغة القانون السابق حسب الوحدات الكهربائية كالتالي: $1\Omega = 1\frac{V}{A}$

أصل قانون أوم

نموذج درود (بالإنجليزية:Drude) يبين الإلكترونات (باللون الأزرق) تتحرك باستمرار بين بلورات الأيونات (باللون الأحمر).

توضح نظريات ميكانيكا الكم أن شدة التيار تعتمد على المجال الكهربي. وبهذا يمكن استخدام نموذج درود (بالإنجليزية:Drude) لتفسير قانون أوم. حيث يعامل نموذج درود الإلكترونات (أو أي حاملات للشحنة) كما لو كانت كرات تتحرك (تتصادم) بين الآيونات المكونة لتركيب المادة. وهذه الإلكترونات تتسارع في عكس إتجاه المجال الكهربائي المطبق على المادة. وتتصادم هذه الإلكترونات مع أيونات المادة، ومع كل تصادم تنحرف الإلكترونات بسرعات عالية، وينتج عن ذلك حركة جماعية للإلكترونات في اتجاه يعاكس اتجاه المجال الكهربائي.
سرعة انتقال الإلكترونات تحدد شدة التيار الكهربائي وعلاقته بالجهد E.

الدائرة الكهربائية

العناصر الأساسية لدائرة كهربائية


مكثف مستحث ممرستور مقاومة كهربائية

الدائرة الكهربائية تنتج دارة كهربائية عن توصيل عدة أجهزة ثنائية الأقطاب مع بعضها بحيث تكون شبكة مغلقة حتى تعمل. ولتبسيط ذلك نأخذ دارة بسيطة تتكون من بطارية ومصباح ومفتاح. عند غلق الدارة تلاحظ إضاءة المصباح وذلك بسب مرور تيار كهربائي.
سميت الدارة الكهربائية بـِدارة لأن تيار كهربائي لا يسري في الدارة إلا إذا كانت الدارة مغلقة مثل الدائرة. وسميت بـِكهربائية لأن عملها يعتمد على الكهرباء. انظر كهرباء.
إن التيار الكهربائي الذي يسري في الموصلات والمحاليل الكهرلية ينشأ نتيجة لحركة أيونات - وهي جزيآت تحمل شحنة كهربائية سالبة أو موجبة - فالالكترونات هي الشحنات المتحركة في المواد الموصلة ،واالأيونات بنوعيها السالبة أو الموجبة هي الشحنات المتحركة في المحاليل الكهرلية كما تعمل البطارية.
مفتاح التيار يتحكم في إضاءة أو إطفاء المصباح. فهو يعمل على إغلاق الدارة الكهربائية ليمر التيار (حيث تكون الدائرة الكهربائية كاملة) ويضيء المصباح، نقول أن الدارة مغلقة. أو يعمل على فتح الدائرة أو قطعها فلا يمر التيار الكهربائي في الدائرة المقطوعة، ولا يضيء المصباح ونقول أن الدارة مفتوحة.

ملحوظة: يسمى العمود مصدرا كهربائيا والمصباح مستقبلا. عمود البطارية والمصباح وقاطع التيار (المفتاح) مكونات كهربائية، لكل منها مربطان تسمى ثنائيات القطب. قطب يدخل منه التيار والقطب الآخر يخرج منه التيار.

تتكون الدارة الكهربائية البسيطة من ثنائيات أقطاب موصولة ببعضها بواسطة أسلاك (موصّلة)، وتحتوي على مصدر للتيار ومفتاح ومستقبل (مصباح، أو راديو أو ثلاجة...إلخ).

محتويات

طرق تحليل الدوائر الكهربائية

طرق التحليل هي طرق يمكن من خلالها معرفة قيم ومتغيرات جميع عناصر الدوائر الكهربائية من خلال معرفة بعضها. مثال على ذلك : إذا أردت الحصول على تيار كهربائي يساوي 1 مل أمبير وأنا أمتلك مصباحا كهربائيا ً مقاومته 200 أوم. فإنني أقوم بحساب فرق الجهد من خلال قانون أوم:

ج = م * ت
ج = 200*0.001
ج = 0.2 فولت

إذن فإنني بحاجة إلى بطارية بفرق جهد مقداره0.2 من الفولت.
1) ومن أهم وأبسط قوانين التيار الكهربائي هو :قانون أوم الذي يتحدث عن علاقة التيار الكهربائي ويرمز له (ت) أو (i) وفرق الجهد ويرمز له (ج) أو (V) وقيمة مقاومة التيار ويرمز لها (م) أو (R). والمعادلة التالية هي الصيغة المبسّطة لقانون أوم.

(ج = م * ت     أو     V = I*R)

2) قانونا كيرشوف وهما قانونان يستخدمان في حل الدوائر الكهربائية:

قانون التيار: وينص على أن مجموع التيارات الداخلة إلى نقطة تفرع يساوي مجموع التيارات الخارجة. وهو ناشئ من مبدأ حفظ الشحنة الكهربائية انظر قانون بقاء الشحنة.
قانون الجهد: وينص على أن مجموع فروق الجهود على حلقة مغلقة يساوي صفراً. أي أنه لا يتغير جهد كهربائي عند نقطة إذا خرجنا منها ثم عدنا إليها عبر مسار مغلق. وهو ناشئ من مبدأ حفظ الطاقة انظر بقاء الطاقة.

3) نظريتا ثيفينين ونورتون.

نظرية ثيفنين تنص على أن أي طرفين في الدارة (قابس كهربائي على سبل المثال) يمكن استبدالهما بـمصدر جهد واحد موصول على التوالي مع مقاومة واحدة.
ونظرية نورتون تنص على أن أي طرفين في الدارة يمكن استبدالهما بـمصدر تيار وحيد موصول على التوازي مع مقاومة واحدة.
- ويمكن الإثبات رياضيا ً أن قيمة المقاومة الناتجة عن نظرية ثيفنين والناتجة عن نظرية نورتون لنفس الطرفين في نفس الدارة. تكون قيمتها متساوية. وأنه يمكن التحويل بين قيمة مصدر الجهد في دارة ثيفنين وقيمة مصدر التيار في دارة نورتون باستخدام قانون أوم وتعويض قيمة المقاومة المكافئة.

م(ثيفنين) = م (نورتون)

4) نظرية التراكب: (بالإنجليزية: Superposition) وهذه النظرية عامة تستخدم في أي نظام خطي. وتنص على أنه لكل نظام يحتوي على أكثر من مصدر (بالإنجليزية Source) يشتركون في التأثير على الناتج أو المخرج (بالإنجليزية Output أو Sink). فإنه يمكن حساب المخرج أو الناتج الكلي من خلال حساب المجموع الجبري لكل نواتج كل مصدر على حدة عند تخميد(عدم تفعيل) بقية المصادر في كل مرة. لنأتي إلى الدوائر الكهربائية: يتم حساب الناتج وهو التيار الكهربائي أو الجهد الكهربائي في نقطة معينة في الدارة الكهربائية كالتالي:

نختار مصدر تيار أو مصدر جهد ونقوم بإلغاء تفعيل بقية مصارد التيار والجهد على النحو الآتي:
1. مصدر جهد يصبح دارة مغلقة أو ما يسمى بالدارة القصيرة.
2. مصدر التيار يصبح دارة مفتوحة.
3. المصادر المعتمدة على مصادر أخرى لا تتغير.
نقوم بحساب الناتج المعين حسب الحاجة على فرض أن المصدر الفعال الوحيد هو المصدر الذي اخترناه.
نعيد حساب الناتج باختيار مصدر آخر وتخميد المصادر الباقية. بمعنىاعادة الخطوة 1 و 2 .
الناتج النهائي يساوي المجموع الجبري للنواتج الجزئية التي حسبناها في الخطوات السابقة.

الناتج النهائي = ناتج1 + ناتج2 + ناتج 3+.... + ناتج ن

تمثيل الدارة الكهربائية

لتمثيل الدارة الكهربائية نستعمل رموزا لمختلف عناصرها:

سلك
مبدال أو مفتاح كهربائي
مصباح كهربائي
مصدر : بطارية أو مولد كهربائي
ثنائي أقطاب
مقاومة
مكثف
ملف
صمام ملف
"الذاكرة المقاومة" ممرستور

أنواع التوصيل

في الدائرة الكهربائية وباختلاف نوع التيار الذي يسير في الدائرة سواء إذا كان تيار متردد أو تيار مستمر أو باختلاف مكونات الدائرة فان أنواع التوصيل:

توصيل توالى.
توصيل توازي.
- لمزيد من المعلومات عند دوائر التوالي والتوازي اقرأ أيضاً دارة التوالي أو التوازي.
توصيل بأي أو توصيل النجمة.
- لحل مثل هذه الدوائر راجع Y-Δ transform للغة الإنجليزية, أو Théorème de Kennelly للغة الفرنسية.

هندسة الإلكترونيات

بعض المكونات الالكترونية

هندسة الإلكترونيات, يطلق عليها أحيانا الهندسة الإلكترونية هو فرع خاص من الهندسة يتألف من مكونات وقطع كهربائية نشطة وغير خطيّة كـ الصمام المفرغ وأشباه الموصلات خاصة الترانزستور والدايود والدوائر المتكاملة يتم الاستفادة منها لدراسة سلوك وتأثير الالكترونات وتصميم الدوائر الكهربائية, الأجهزة, المعدات والأنظمة الإلكترونية. مجال الهندسة الإلكترونية واسع جدا ويضم عدد من الفروع إلكترونيات تناظرية, إلكترونيات رقمية, أنظمة مضمنة, أجهزة الاستهلاك وإلكترونيات الطاقة. تهتم هندسة الإلكترونيات بتنفيذ المبادئ والتطبيقات والخوارزميات المتقدمة في العديد من المجالات ذات الصلة، على سبيل المثال الحالة قيزياء الجوامد، وهندسة راديو، والاتصالات السلكية واللاسلكية، ونظم التحكم، معالجة الإشارة، وهندسة الأنظمة وهندسة الحاسب الآلي، هندسة الأجهزة الدقيقة والكهربائية، والروبوتات، وغيرها الكثير.
تعتمد بعض الجامعات العالمية كما في الولايات المتحدة الأمريكية الهندسة الكهربائية بشكل عام لجميع الفروع بما في ذلك الإلكترونيات.
وتعتبر جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) وجمعية الهندسة والتقنية (IET) أهم المنظمات المؤثرة لهندسة الإلكترونيات.

محتويات

تاريخ

بدأت فكرة تكريس علم الإلكترونيات كمجال له أهمية لاتقل عن باقي العلوم مع انتشار تطبيقاتها في الراديو والتلفاز أثناء الحرب العالمية الثانية وكان مصطلح هندسة الراديو متداولا انذاك. أخذت هندسة الإلكترونيات استقلاليتها عن هندسة الكهرباء بداية في المملكة المتحدة عام 1960 م.

علم الالكترونيات

يهتم علم الاكترونيات بدراسة المكونات الأساسية في الدوائر الكهربائية مثل المقاومات, الملفات, والمكثفات بالإضافة إلى العناصر الإلكترونية المبنية من أشباه الموصلات مثل الثنائي, الترانزستور, المقداح, مكبر العمليات والدوائر المتكاملة. كما يركز هذا العلم أيضا على النظم الخطية وبناء أجهزة دقيقة تتعامل مع هذ النظم كما في الأجهزة الدقيقة من مقاييس ضغط, حرارة, رطوبة, إشعاع وغيرها. كما أن تطبيقات الإلكترونيات تكاد لا يخلو منها أي علم اخر من ميكانيكا, طب, حاسوب, غيره.

مجالات الهندسة الالكترونية

يدخل علم الإلكترونيات بشكل خاص في مجالات الهندسة الكهربائية الميكاترونك. سواء كانت هندسة الإلكترونيات مستقلة عن الهندسة الكهربائية أم لا فإن المجالات الاتية تشكل أبرزها:

هندسة الإتصالات: دراسة وهندسة الاتصالات الهاتفية بنوعيها الثابت والجوال وأنظمة الاتصالات والشبكات المختلفة والإنترنت.
الراديو والتلفزيون: تطبيقات الكاميرا, الراديو, التلفاز والساتل.
معالجة الإشارة:دراسة الإشارات, خواصها, معالجتها كما في معالجة الصوت والصورة.
هندسة الأجهزة الدقيقة: المعدات الطبية والصناعية الدقيقية, أجهزة القياس والتحكم.
هندسة التحكم: يرتبط هذا الفرع ارتباطا وثيقا بكل من معالجة الإشارة والأجهزة الدقيقة.
هندسة الحاسوب: تطوير, تصميم, برمجة, وصيانة الحواسيب.

تاريخ الهندسة الكهربائية

التطورات القديمة

تاليس سيلتون فيلسوف يونانى قديم كتب في حوالى 600 ق.م يصف شكل كهرباء ساكنه.مشيرا إلى فرك الفراء على المواد المختلفه مثل العنبرسوف يسبب عمليا جذب بين الاثنين واشر إلى ان جزيئات العنبر قد جذبت الاجسام الخفيفه مثل الشعر وانه إذا ما يفرك العنبر لمده كافيه حتى يتمكنوا من الحصول على شراره للقفز. حوالى 450 ق.م ديمو قريتس فيلسوف يونانى طور نظرية الذره التي كان من الملاحظ انها مماثله لنظرية الذره الحديثة وكان معلمه ليسيبوس مصدق لهذه العمليه. عقدت فرضيه ليسيبوس وديموقريتس ان يكون كل شيء يتكون من ذرات ولكن هذه الذرات غير قابله للتجزئه وغير قابله للتدمير وتنبا بان بين هذه الذرات هناك فراغات وان الذرات دائما في حركه. هو كان غير صحيح فقط في قوله ان الذرات مختلفه في الحجم والشكل.كل كائن له شكل وحجم للذره خاص به. هناك ماده وجدت في العراق في عام 1938 ويرجع تاريخها إلى 250 ق.م وتدعى" بطاريه بغداد" ويشبه الخليه الجلفانيه ولم يتم حتى الآن اثبات فائدتها.

تطورات القرن التاسع عشر

مايكل فاراداي

في القرن التاسع عشر بدات موضوع الهندسه الكهربائيه والتطورات الحديثة لادوات البحث من اجل تكثيف التطورات البارزة في هذا القرن.تشمل اعمال جورج اوم الذي حدد العلاقه بين التيار الكهربي وفرق الجهد الموصل في عام 1827. مايكل فاراداي مكتشف الحث الكهرومغناطيسي عام 1831. جيمس كلارك ماكسويل نشر نظرية موحده حول الكهرباء والمغناطيسيه في اطروحته حول الكهرباء والمغناطيسيه. في عام 1830 انشا جورج اوم الاله الكهروستاتيكيه.وفي عام 1831 تم تطوير مولد الهوموبلار بواسطه مايكل فاراداي عن طريق التجربه العمليه كانت هذه بدايه للدينامو الحديث –هذا هو.المولدات الكهربائيه التي تعمل باستخدام المجال المغناطيسي. عام 1866 قام ورنر فون سيمنس باختراع المولدات الصناعيه التي لا تتطلب طاقه مغناطيسيه خارجيه وقام بعمل سلسله كبيره في صناعات أخرى. في عام 1878 طور المخترع البريطاني جيمس ويمشورست جهاز الاقراص التي كانت محموله على الزجاج (حتى 1833 اله ويمشورست مخبر عنه تماما في المجتمع العلمى). خلال الجزء الأخير في 1800 دراسة الكهرباء اعتبرت جزء من الفيزياء. لم تكن بدات في تقديم الشهادات في الهندسه الكهربيه حتى اواخر القرن التاسع عشر. في عام 1882 اسست جامعه دارمشتات للتكنولوجيا أول مقعد وأول كليه في الهندسه الكهربيه على مستوى العالم.في نفس العام البروفيسور تشارلز كروس في معهد ماستشوستس للتكنولوجيا بدا في تقديم الخيار الأول في الهندسه الكهربيه في قسم الفيزياء. في عام 1833 جامعه دارمشتات للتكنولوجيا وجامعه كورنيل قدمت أول كورس في العالم في الهندسه الكهربيه. في 1885 قدمت جامعه لندن أول رئيس للهندسه الكهربيه في المملكه المتحده. جامعه ميسوري قامت في وقت لاحق بإنشاء أول قسم في الهندسه الكهربيه في الولايات المتحده عام 1886. خلال هذه الفترة زاد العمل في هذا المجال بشكل كبير.في عام 1882 كانت شبكه التيار الكهربي التي وفرت 110 فولت تيارمباشر إلى العملاء 59 في منهاتن.
في 1887 قدم نيكولا تيسلا عدد من براءات الاختراع التي تتعلق بشكل التنافس لتوزيع الطاقه المعروفه باسم التيار المتردد. في السنوات التاليه اخذ التنافس المرير بين تيسلا واديسون والمعروفه باسم حرب التيارات حصلت على أفضل طريقه في التوزيع. التيار المتردد يتحول في النهايه إلى تيار ثابت في التوليد وتوزيع الطاقه وتوسيع نطاق هائل وزياده الامان وكفاءه توزيع الطاقه. ومجهود الاثنين أدى إلى تكبير العمل الهندسي. عمل تيسلا في المحركات الحثيه ونظم متعدد الاطوار اثرت في المجال لسنوات قادمه. بينما عمل اديسون على البرق وتطوره على مؤشر الاسهم مربحه لشركته والتي أصبحت في النهايه الكهرباء العام. ومع ذلك بحلول نهايه القرن التاسع عشر كانت هناك شخصيات رئيسيه أخرى في التقدم في الهندسه الكهربيه بدات تظهر. ساعد تشارلزبروتيوس شتاينمتر تعزيز تنميه التيار المتناوب التي جعلت من الممكن التوسع في صناعه الطاقه الكهربيه في الولايات المتحده وصياغه النظريات الرياضيه للمهندسيين،

ظهور الراديو والاجهزه الكهربيه

بدايه القرن العشرين

ساهم العديد من العلماء والمخترعين على التكنولوجيا اللاسلكيه والالكتنرونيات خلال تطوير الراديو في تجاربه اللاسلكيه في 1888. احال هاينرش هيرتز (عن طريق إرسال شراره الفجوه الفجوه) والكشف عن موجات الراديو باستخام المعدات الكهربيه. في عام 1895 ماركونى أول عالم لتحقيق البث الاذاعي (204 كم). في نفس الوقت كان نيكولا تيسلا قادر على كشف الإشارات المنبعثه من الارسال من معمل نيويورك في ويست بوينت (على مسافه 80.4 كم). في 1896 قام الكسندر بوبوف الارسال اللاسلكى عبر 60 متر. اخترع جون فليمينغ انبوب الاذاعه الأول والصمام الثنائي. في عام 1904 اعترف ريجنالد فيسيندين ان انتقال الكلام ممكن في وجود موجه مستمره وقد واصل كلا من نيكولا تيسلا وجون ستون ستون وطومسون اليهو العمل حول هذا الموضوع. في نهايه عام 1906 ارسلت فيسيندين البث الاذاعي الأول من الصوت. أيضا في عام 1906 روبرت فون ليين ولى دي فورست تطوير الانبوب المكبر بشكل مستقل ويسمى الصمام الثلاثى. ادوين هاوارد ارمسترونغ تمكين التكنولوجيا الإلكترونية للتليفزيون في عام 1931.

الحرب العالمية الثانية

شهدت الحرب العالميه الثانيه تقدما هائلا في مجال الإلكترونيات لا سيما في الرادار مع اختراع الماجنترون بواسطه راندل والتمهيد في جامعه بمنجهام عام 1940. وقد تطور الراديو والإشارات اللاسلكيه وتوجيه الطائرات باللاسلكي في بريطانيا في هذا الوقت. جهاز الحوسبه الإلكترونية العملاق تم عملهعن طريق تومى فلوز فك رسائل مشفره للاله الالمانيه لشفرات لورنز وتطورت أيضا في هذا الوقت إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكيه لاستخدامها من قبل عملاء سريين. وكان اختراع أمريكا في ذلك الوقت هو تغيير معالم المكالمات بين تشرشل وروزفلت وهذا ما يسمى نظام الدبور الاخضر وعملت من خلال ابراج اشاره إلى الضوضاء ثم تستخلص الضوضاء في النهايه. وهذا النظام لم يكسر بواسطه الالمان وقد اجرى قدر كبير من العمل في الولايات المتحده كجزء من برنامج التدريب على الحرب في مجالات ايجاد اتجاه الإشارات اللاسلكيه ونابض الشبكات الخطيه وتعديل الاهتزاز ودوائر انابيب الفراغ ونقل النظرية الخطيه واسس الهندسه الكهرومغناطيسيه وقد نشرت هذه الدراسات بعد فترة قصيره من الحرب فيما يعرف باسم "مجموعه الاتصال بالراديو"التي نشرتها ماكجروهيل عام 1946. في عام 1941 قدم كونرود زوس ازدول حاسوب كامل الوظائف في العالم وبرمجه.

اخر تطورات الحرب

قبل الحرب العالميه الثانيه وكان هذا الموضوع المعروف باسم "الهندسه اللاسلكيه"وأساسا كان يقتصر على جوانب الاتصال والرادار والراديو والتليفزيون. غي هذا الوقت كانت دراسة الهندسه اللاسلكيه يعتبر جزء من دراسة الفيزياء. لاحقا في سنوات ما بعد الحرب بدات الاجهزه الاستهلاكيه في تطوير وتوسيع نطاقها لتشمل مجال التليفزيونات الحديثة والانظمه السمعيه والهاى فاى واجهزه الكومبيوتر والمايكروبروسيسور. في عم 1946 لجون بريسبل ابكريت وجون موشلى اتبعها بدايه عصر الحاسوب. يسمح لأداء الحساب من هذه الالات للمهندسيين لتطوير تكنولوجيات جديده تماما وتحقيق اهداف جديده بما في ذلك بعثات اوبلو وناسا والهبوط على سطح القمر.
اختراع الترانزيستور عام 1947 بواسطه ويليام شوكلى وجون بارديين فتح الباب لمزيد من الاجهزه المدمجه وادت إلى تطوير الدوائر المتكامله عام 1958 من قبل جاك كيبلي و1959 من قبل روبرت نويس. في منتصف اواخر 1950 فتحت الهندسه اللاسلكيه تدريجيا الطريق امام هندسه الإلكترونيات والتي أصبحت بعد ذلك قائمه بذاتها تخضع لدرجه جامعيه وتدس عاده مع الهندسه الكهربيه والتي أصبحت مرتبطه بسبب بعض اوجه التشابه. في عام 1968 اخترع مارفيا هوف أول مايكروبروسيسور في شركه انتيل واشتغلت بعد ذلك في تطوير اجهزه الكومبيوتر الشخصيه. وكان أول مايكرو بروسيسور انتل 4004. 4بيت مايكروبروسيسور في عام 1971. وفي عام 1973 قامت انتيل بعمل انتيل 8080. 8بيت مايكرو بروسيسور وتكوين أول كومبيوتر شخصي ونسر 8800.

توليد الكهرباء

الطاقة الكهربائية هي إحدى الصور المهمة للطاقات التي تستخدم في شتى المجالات والتي لا غنى عنها في حياتنا اليومية في الاستخدامات المنزلية كالإنارة والتدفئة وتشغيل الأجهزة الكهربائية المنزلية وكافة المجالات الأخرى مثل الصناعة والاتصالات والمجالات العلمية.

أهم مميزات الطاقة الكهربائية

يمكن التحكم بها بسهولة
لها كفاءة نقل عالية
يمكن تحويلها الي صور أخرى من صور الطاقة بسهولة وكفاءة
ليس لها مخلفات تلوث للهواء الجوي
تعتبر أكثر أماناً من معظم البدائل الأخرى

مصادر الطاقة الكهربائية

مصادر ذات قدرات صغيرة

منها :

المولدات الصغيرة.
البطاريات الجافة والسائلة.
خلايا الطاقة الشمسية.
خلية الهيدروجين

مصادر ذات قدرات متوسطة وكبيرة

وتستخدم على نطاق واسع

محطات التوليد ذات الاحتراق الداخلي (بنزين وديزل).
محطات التوليد المائية (الهيدروليكية): وتستخم الطاقة الكامنة في مجرى مائي قوي كالشلال أو في السدود لتشغيل التوربين.
محطات التوليد الحرارية (ثيرمال): وتستخدم البخار (الحرارة) لتشغيل التوربين، يسخن الماء لتوليد البخار بأنواع مختلفة من الوقود مثل الفحم أو الغاز أو النفط أو الطاقة النووية أو الطاقة الشمسية.
محطات التوليد على الرياح: وتستخدم ما يشبه الطواحين لاستخدام الطاقة الكامنة في الرياح لتشغيل التيربين.وتعتبر من أكثر مصادر الطاقة المتجددة استخداما بعد الطاقة المائية.
محطات التوليد المائية التي تعمل بحركة امواج البحر

90% من محطات توليد الطاقة في العالم حرارية، و70% منها تستخدم الوقود الأحفوري (الفحم، النفط، الغاز أو ما اشتق منها).

نقل الكهرباء

خط نقل بمحافظة الأقصر في صعيد مصر

نقل الكهرباء أوشبكة توزيع الكهرباءالمقصود بها هي عملية نقل الطاقة الكهربية التي ولدتها محطة الطاقة إلى المستفيدين مباشرة، فيتم نقل الكهرباء عن طريق شبكة بشرط أن يتم تغذية كل مشترك على حدة، أي لا يكون بين المحطة والمستفيد مستفيد آخر. نقل الكهرباء كان يتم في بداية توليد الكهرباء عن طريق مد أسلاك توصيل بين المحطة والمشترك كما فعل طوماس أديسون في أول محطة طاقة تجارية في التاريخ والتي أنشأها في نيويورك سنة 1882. لكن مع التوسع العمراني وزيادة الطلب واضطرار المحطات إلى الخروج من المدن لتفسيح المكان لبناء المساكن والمباني ، واصل المعنيون نقل الطاقة بنفس الطريقة التقليدية لكن الأمر الذي استجد لاحقا بسبب ابتعاد المحطات عن المستهلكين أصبح المد بالطريقة العادية لم يعد مجديا ولاعمليا لإن فقد الجهد الكهربي الحاصل بسبب طول المسافة كان كبيرا . ثم ابتكرت طريقة رفع الجهد الكهربي من المحطة ، الأمر الذي ولد مشكلة جديدة لها علاقة باستقرارية نظام التوليد فكان يجدر هنا بالباحثين السعي خلف وسيلة فريدة من نوعها تنفض الطريقة القديمة وتحل مكانها، ومن هذا السبب كان نقل الكهرباء علما قائما بذاته يتعلق بمحورين هامين للغاية بالنسبة له وهو إيجاد الوسيلة التي تقلل الفقد الكهربي وو تسبغ الاستقرارية على النظام فتضفي أمان كهربائي.

نظام النقل

برج نقل

يتكون نظام نقل الكهرباء من عدة عناصر أهمها :

خطوط النقل محمولة على أبراج كهرباء أو مدفونة ككابل تحت الأرض
المحولات الكهربائية بنوعيها الرافع والخافض
المحطات الفرعية

تستعمل الأغلبية الساحقة من الدول تيار متعدد الأطوار لنقل الكهرباء وأكثرها تيار ثلاثي الأطوار أو تيار ثلاثي الأسلاك والتيار المستعمل هنا هو التيار المتردد بسبب خسارة أديسون في حرب التيارات ويسير التيار في مستويات جهد عالية جدا لتقليل التيار الجاري فيقل الفقد الكهربي ,تتراوح قيمة الجهد على خطوط النقل الكهربي من 110 فولت إلى 760 كيلو فولت ما يحتم وجود وسائل الحماية الكهربائية كوسائل تجنب التيار العالي ووسائل تجنب الجهد العالي.
الجدير بالذكر أن تيار الجهد العالي المستمر يستعمل كذلك في نقل الطاقة بواسطة الخطوط الكهربائية عبر المسافات الطويلة جدا لتقليل التكلفة والفقدالكهربي.

المقاومة الكهربائية

مقاومة كهربائية (Resistance) هي خاصية فيزيائية تتميز بها الموصلات المعدنية في الدوائر الكهربائية. تعرف على أنها قابلية المواد لمقاومة مرور التيار الكهربائي فيها.
وهي إعاقة المادة لمرور التيار الكهربائي (الإلكترونات) خلالها. وتحدث الإعاقة في المادة سواء أكانت من الموصلات (كالفلزات) أو غير الموصلات ولكن بدرجات مختلفة. يلزم للألكترونات التغلب على هذه المقاومة للوصول إلى تعادل في الشحنة . وحدة المقاومة هي الأوم.

ثلاثة مقاومات مختلفة، يعين لون الحلقات المرسومة عليها مقدار المقاومة بالأوم.

يرمز لها بالحرف اللاتيني R، تعطى قيمتها بالأوم (Ω). ترتبط هذه الخاصية بمفهومي المقاومية والتوصيل الكهربائيين.

تبين الصورة ثلاثة مقاومات مختلفة : ويعين لون الحلقات المرسومة على المقاومة مقدار المقاومة بالأوم ، حيث يعطي كل لون قيمة معينة للمقاومة .

عند مرور تيار كهربائي في موصل ذو مقطع متجانس ، وفي درجة حرارة معينة، يمكن لنا قياس مقاومته الكهربائية بدلالة نوع المادة التي صنع منها وبمعرفة أبعاده :

$R=\rho \frac l s=\frac{l}{\gamma.s} \,$

$\rho \,$ هي المقاومية أو (المقاومة النوعية) وتعطى بالأوم.متر (Ω.m).
$l \,$ طول الناقل (السلك) ويعطى بالمتر.
$s \,$ مساحة المقطع العرضي وتعطى بالمتر المربع.
$\gamma \,$ الموصلية الكهربائية التي هي مقلوب المقاومية ، وتعطى بمقلوب الأوم.متر Ω.m)⁻¹ ).

ينتج عن مرور التيار الكهربائي في موصل معدني (أو مقاومة) انبعاث الحرارة، وتسمى هذه الظاهرة تأثير جول. يتم في بعض الأحيان التحكم في مقدار هذا التدفق (أجهزة التدفئة) ، إلا أن في حالات أخرى تتبدد هذه الطاقة وتنتج عنها تأثيرات غير مرغوبة فنضطر لتبريد الجهاز.
تعطى الطاقة الحرارية التي تنتج بفعل تأثير جول بالمعادلة التالية:

$P = {R \cdot I^{2}}$ .

P: الطاقة الناتجة عن تأثير جول.
I: شدة التيار المار في الموصل وتعطى بالأمبير.
R: مقاومة الموصل وتعطى بالأوم.

راجع أيضا: مقاومة كهربائية (ثنائي أقطاب).
يمكن الحصول على وحدة المقاومة باستخدام مسار معين للتيار, حيث تنتج مقاومة قدرها أوم واحد إذا سرى تيار كهربائي خلال عمود من الزئبق بمساحة مقطع مستقطع تساوي 1 ملم² وطوله 1,063 متر.

محتويات

المقاومة وشدة التيار

تسمى المقاومة مقاومة أوميّة (من كلمة أوم) عندما تكون مثالية بمعنى أن لا تتغير قيمتها بتغير الجهد الكهربائي ولا بتغير شدة التيار أو بتغير تردد التيار (في حالة التيار المتردد). وينطبق قانون أوم على مثل هذه المقاومة المثالية في جميع قيم الجهد أو شدة التيار .
فإذا رسمنا الجهد U مع تغير شدة التيار I في رسم بياني لتوضيح العلاقة بينهما وجدنا أن شدة التيار تتناسب طرديا مع زيادة الجهد ، وعندما يكون الجهد مساويا للصفر يصبح التيار أيضا مساويا للصفر . يربط قانون أوم العلاقة بين شدة التيار والمقاومة والجهد الكهربائي:

$R = \frac U I = \text{const.}\ ; \quad U =R\cdot I\ ;\quad I=\frac U R$

وعندما يمر تيار كهربائي في مقاومة ينخفض الجهد بقدر ما ، وتنتج قدرة كهربائية طبقا للمعادلة :

$P=U\cdot I=\frac{U^2}{R}=I^2\cdot R$

وهي تتحول إلى قدرة حرارية ، فتسخن المقاومة .

حساب مقاومة موصل كهربائي

يمكن حساب المقاومة الأومية لجسم منتظم بمعرفة مقاييسه (طول ، عرض ، ارتفاع) و مقاومته النوعية ρ .

وفي حالة مرور التيار في طول موصل طوله l ومساحة مقطعه A تنطبق المعادلة :

$R = \rho \cdot \frac{l}{A}$

وإذا كان مقطع A الموصل دائريا فيمكن حسابه من القطر d طبقا للمعادلة :

$A = d^2\cdot\frac{\pi}{4} = r^2\cdot\pi$

تختلف المقاومة النوعية بنوع المادة ، وهي تعتمد عادة على درجة الحرارة ، ووجود شوائب في المادة .

المقاومة النوعية لبعض المواد

أمثلة للمقاومة النوعية والمعامل الحراري عند 20 °C
المادة	ρ₂₀ بوحدة Ω·mm²)/m )	α₂₀ بوحدة 1/كلفن
الفضة	16,5 × 10⁻³	3,8 × 10⁻³
النحاس	17,8 × 10⁻³	3,9 × 10⁻³
السيليكون	2,3 × 10⁹	−75 × 10⁻³

في هذه القائمة α₂₀ هو المعامل الحراري عند درجة 20 مئوية .

دائرة كهربائية

العناصر الأساسية لدائرة كهربائية


مكثف مستحث ممرستور مقاومة كهربائية

ملحوظة: يسمى العمود مصدرا كهربائيا والمصباح مستقبلا. عمود البطارية والمصباح وقاطع التيار (المفتاح) مكونات كهربائية، لكل منها مربطان تسمى ثنائيات القطب. قطب يدخل منه التيار والقطب الآخر يخرج منه التيار.

محتويات

طرق تحليل الدوائر الكهربائية

ج = م * ت
ج = 200*0.001
ج = 0.2 فولت

(ج = م * ت     أو     V = I*R)

2) قانونا كيرشوف وهما قانونان يستخدمان في حل الدوائر الكهربائية:

قانون التيار: وينص على أن مجموع التيارات الداخلة إلى نقطة تفرع يساوي مجموع التيارات الخارجة. وهو ناشئ من مبدأ حفظ الشحنة الكهربائية انظر قانون بقاء الشحنة.
قانون الجهد: وينص على أن مجموع فروق الجهود على حلقة مغلقة يساوي صفراً. أي أنه لا يتغير جهد كهربائي عند نقطة إذا خرجنا منها ثم عدنا إليها عبر مسار مغلق. وهو ناشئ من مبدأ حفظ الطاقة انظر بقاء الطاقة.

3) نظريتا ثيفينين ونورتون.

نظرية ثيفنين تنص على أن أي طرفين في الدارة (قابس كهربائي على سبل المثال) يمكن استبدالهما بـمصدر جهد واحد موصول على التوالي مع مقاومة واحدة.
ونظرية نورتون تنص على أن أي طرفين في الدارة يمكن استبدالهما بـمصدر تيار وحيد موصول على التوازي مع مقاومة واحدة.
- ويمكن الإثبات رياضيا ً أن قيمة المقاومة الناتجة عن نظرية ثيفنين والناتجة عن نظرية نورتون لنفس الطرفين في نفس الدارة. تكون قيمتها متساوية. وأنه يمكن التحويل بين قيمة مصدر الجهد في دارة ثيفنين وقيمة مصدر التيار في دارة نورتون باستخدام قانون أوم وتعويض قيمة المقاومة المكافئة.

م(ثيفنين) = م (نورتون)

نختار مصدر تيار أو مصدر جهد ونقوم بإلغاء تفعيل بقية مصارد التيار والجهد على النحو الآتي:
1. مصدر جهد يصبح دارة مغلقة أو ما يسمى بالدارة القصيرة.
2. مصدر التيار يصبح دارة مفتوحة.
3. المصادر المعتمدة على مصادر أخرى لا تتغير.
نقوم بحساب الناتج المعين حسب الحاجة على فرض أن المصدر الفعال الوحيد هو المصدر الذي اخترناه.
نعيد حساب الناتج باختيار مصدر آخر وتخميد المصادر الباقية. بمعنىاعادة الخطوة 1 و 2 .
الناتج النهائي يساوي المجموع الجبري للنواتج الجزئية التي حسبناها في الخطوات السابقة.

المكثف

مواسع أو مكثف (بالإنكليزية: Capacitor) (باللاتينية: Condensatrum) (يطلق عليه أيضاً متسعة أو مكثفة) هو أحد مكونات الدوائر الكهربائية، وهو أداة تقوم بتخزين الطاقة الكهربائية أو الشحنة الكهربائية لفترة من الزمن على شكل مجال كهربائي، يتكوّن بين لوحين موصلين يحمل كل منهما شحنة كهربائية متساوية في المقدار ومتعاكسة في الإشارة. ومن ثم تُستخدم الشحنة الكهربائية أو تتبدد في الوقت المناسب.^[1] ويفصل اللوحين مادة عازلة (كالهواء مثلاً).
عند تركيبه في دائرة كهربية يمكنه تفريغ الشحنة المخزونة فيه لحظيا، كما يمكن إعادة شحنه. والمكثفات المصنّعة لها صفائح معدنية رقيقة موصلة للكهرباء توضع فوق بعضها وبينها طبقات العوازل أو تلف حول بعضها لتصغير حجم المواسع. يطلق على المكثف أيضا اسم مواسعة أو متسعة. وفي اللغة الإنجليزية يستخدم اسم "مواسعة (Capacitor)" في الوقت الحالي بشكل أكبر، فيما كان يشار له بالاسم "مكثف (Condenser)" في السابق.^{[بحاجة لمصدر]}
ويتحدد نوع المكثف حسب المادة العازلة المستخدمة في صناعته، فاذا كانت من الهواء يطلق على المكثف اسم مكثف هوائي، أو بلاستيكي إذا كانت من البلاستيك ، أو مكثف ميكا، أو مكثف سيراميك وهكذا حسب نوع مادته. إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة = المكثف الكيماوي أو الالكتروليتي.

يتسبب عزل لوحي المكثف المشحون في توليد مجال كهربائي بينهما. الشحنة السالبة -Q على اللوح A والشحنة الموجبة +Q على اللوح الآخر.

المتسعات أو المكثفات أنواع تعتمد على طريقة تصنيعها واستخدامها منها:- - المتسعات أو المكثفات الورقية - المتسعات أو المكثفات الكمياوية - المتسعات أو المكثفات الهوائية.

تقاس سعة المكثف بوحدة مايكرو (وحدة قياس) فاراد.

تعمل المتسعات تحت جهد كهربائي مختلف Voltage من بضع عشرات فولت كما في الدوائر الإلكترونية والكهربائية إلى آلاف فولت كما في شبكات القدرة الكهربائية.
قوانين
(انظر أيضا مكثف )
تعريف سعة المكثف :
سعة المواسع = الشحنة كولوم ÷ فرق الجهد بين طرفي المواسع فولت.

أو بالإنجليزية :

C = Q/V

حيث:
Q الشحنة كولوم
V فرق الجهد فولت.
يتضح من ذلك ان سعة المكثف تزيد بزيادة المساحة حيث أن الشحنة تزيد بزيادة مساحة سطح المكثف.

توصيل مكثفان على التوازي

توصيل المكثفات على التوازي.

ربط مكثفين على التوازي تيم كالآتي: في حالة المكثفات الأسطوانية، نوصل الصفيحة الخارجية للمكثف الأول بالصفيحة الخارجية للمكثف الثاني بسلك. بسلك آخر نوصل الصفيحة الداخلية للمكثف الأول بالصفيحة الداخلية للثاني. بعد ذلك نوصل الصفائح الخارجية بأحد أقطاب الدائرة الكهربية وليكن القطب الموجب، ونوصل السلك الآخر بالقطب السالب في الدائرة. بذلك تكبر سعة المواسع طبقا للعلاقة الآتية:

السعة المكافئة موسعتين مربوطة على التوازي:

س (مكافئة)= س1 + س2
ويتم التوصيل علي التوازي حيث يتم توصيل الاطراف السالبه مع بعضها والموجبة مع بعضها

توصيل مكثفان على التوالي

توصيل المكثفات على التوالي.

في التوصيل على التوالي نوصل الصفيحة الخارجية للمكثف الأول بالصفيحة الداخلية بالمكثف الثاني بواسطة سلك. والآن نوصل الصفيحة الداخلية للمكثف الأول بالقطب الموجب في الدائرة والصقيحة لخارجية للمكثف الثاني بالقطب السالب.

السعة المكافئة ملوسعتين مربوطين على التوالي:

1/س (مكافئة)= 1/س1 + 1/س2
ويتم توصيل الطرف الموجب بالطرف السالب والسالب بالموجب والوجب بالسالب وهكذا

   -+
    -+
     -+
      -+

تجربة قطرة الزيت

تجربة قطرة الزيت أو تجربة ميليكان هي من أشهر الطرق لقياس الشحنة الأولية e (وهي شحنة الإلكترون). قام بها روبرت ميليكان وهارفي فليتشر سنة 1909 م، وذلك بتحريك قطرة صغيرة من الزيت في مجال كهربائي بمعدل يوازن قوى الجاذبية، واللزوجة (عند مروره خلال الهواء)، والقوة الكهربائية. يمكن حساب تلك القوى خلال الجاذبية واللزوجة حسب كمية وسرعة قطرة الزيت، فمنها يمكن استنباط القوة الكهربائية. بما أن القوة الكهربائية هي نتاج الشحنة الكهربائية ومجال كهربي معطى، فيمكن حساب الشحنة الكهربائية لقطرة الزيت بدقة تامة. نجد عند قياس الشحنة لقطرات زيت مختلفة، أن الشحنات كلها هي مضاعفات صحيحة لشحنة صغيرة مفردة تسمى الشحنة الأولية e.
مبدأ التجربة هو موازنة قوى الثقالة نحو الأسفل مع قوى الطفو والقوى الكهربائية نحو الأعلى المؤثرة على قطرة دقيقة من الزيت متوازنة بين قطبين معدنيين. وبما أن كثافة الزيت معروفة، فيمكن حساب كتل القطرات و قوى الثقالة والطفو بمعرفة نصف قطر القطرات. استطاع ميليكان وفليتشر بعد تحديد الحقل الكهربائي أن يحددا الشحنة الكهربائية في قطرات الزيت باستخدام التوازن الميكيانيكي. وقد استطاعوا بعد تكرار التجربة على عدة قطرات أن يؤكدوا أن الشحنات كانت مضاعفات بعض القيم الأساسية، وحسبوها مساوية 1.5924×10⁻¹⁹ كولوم بفارق واحد بالمئة عن القيمة المقبولة حاليا والمساوية لـ 1.602176487×10⁻¹⁹ كولوم، حيث افترضوا أنها شحنة الإلكترون الواحد.

الجهاز

رسم توضيحي لتجربة قطرة الزيت لميليكان.

يحتوي جهاز ميليكان على زوج من الصفائح المعدنية الأفقية المتوازية. عند تطبيق فرق جهد على الصفائح، ينشئ بينهما حقلا كهربائيا في الفراغ. وقد استخدمت اسطوانة من مادة عازلة لفصل الصفائح عن بعضها البعض، ثم فتحت أربع فتحات في جدار الاسطوانة ثلاث منها للإضاءة بضوء ساطع والفتحة الآخرى تستخدم للرؤية باستخدام المجهر.
تنفث غمامة ذات قطرات زيتية دقيقة في الحجرة فوق الصفائح. وهذا الزيت يستخدم عادة في أجهزة التفريغ لتمتعه بضغط بخار منخفض جدا. الزيت العادي يتبخر نتيحة الحرارة الصادرة عن المنبع الضوئي فتتغير كتلة قطرة الزيت أثناء التجربة. تنشحن بعض القطرات كهربائيا نتيجة الاحتكاك مع فوهة النفث أثناء النفث. كما يمكن أن تشحن القطرات بإضافة منبع إشعاع أيوني إلى الجهاز (مثل أنبوب الأشعة السينية). تدخل القطرات في الفراغ بين الصفيحتين فتخضع القطرات المشحونة إلى تأثير الحقل الكهربائي، فيمكننا أن نوازن ميكانيكيا القوى المؤثرة أو نجعلها تهبط أو ترتفع وذلك بتغيير الجهد بين الصفائح.

الطاقة الكهربائية

الطاقة الكهربائية هي أحد أنواع الطاقة الموجودة في الطبيعة، يمكن الحصول على الكهرباء من الطبيعة عن طريق الصواعق والاحتكاك وهذا صعب وغير مجدٍ اقتصادياً. ولكن يمكن توليد الكهرباء بعدة طرق أخرى منها الكيميائية مثل البطاريات أو عن طريق تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية وذلك بتحريك سلك موصل في مجال مغناطيسي كما في المولدات الكهربائية أو بتسخين مزدوج حراري كما في المزدوجة الحرارية.
-في البطاريات تكون الكهرباء المتولدة ذات تيار مستمر.
-في المولدات الكهربائية تكون الكهرباء المولدة في الغالب ذات تيار متناوب ويمكن ان تكون الكهرباء ذات تيار مستمر.

طرق توليد الطاقة الكهربائية

يتم توليد الطاقة الكهربائية في محطات خاصة لتوليد الطاقة الكهربائية وهي على أنواع:

طرق نمطية

-محطات حرارية توليد الطاقة الكهربائية، حيث يتم فيها تسخين الماء وتحويله إلى بخار يستخدم في تدوير عنفات توربينية بخارية (ذات سرع عالية) تدور بدورها مكائن لتوليد الكهرباء وهي بقدرات مختلفة.
-محطات مائية لتوليد الطاقة الكهربائية, حيث تستخدم الطاقة الكامنة في المجمعات المائية (السدود والشلالات) في تدوير عنفات توربينية مائية (ذات سرع منخفضة) تدور بدورها مكائن لتوليد الكهرباء وهي بقدرات مختلفة.
الطاقة الكهربائية المولدة بالمحطات السابقة هي ذات تيار متردد في أغلب الأحوال ويتم استخدامها فورا نظرا لارتفاع تكلفة تخزين الطاقة الكهربائية بكميات كبيرة.

طرق غير نمطية

-توليد الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية الخلايا الشمسية (الكهرباء المولدة بهذه الطريقة هي ذات تيار مستمر) ويمكن تحويلها إلى تيار متردد وفي حالة عدم الاتصال بالشبكة الكهربائية يتم تخزين الطاقة المنتجة في بطاريات خاصة لحين الحاجة لها.
-محطات توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية المركزة. -محطات توليد الكهرباء بواسطة طاقة الرياح باستخدام طواحين هوائية كبيرة.
-محطات توليد الكهرباء بواسطة طاقة المد والجزر وطاقة موج البحر.
-محطات صغيرة لتوليد الكهرباء والحرارة معاً حيث يتم استخدام هذه المحطات بشكل رئيسي في إنتاج الحرارة لغرض تسخين المياه والتدفئة مع إنتاج كمية صغيرة من الكهرباء حيث يتميز هذا النوع من المحطات بارتفاع كفاءتها.

محطات توليد الكهرباء

عموما يتم توليد الكهرباء بمحطات كبيرة تصل طاقاتهاإلى آلاف الميجاوات بجهد منخفض 11000 فولت ذو تيار متردد 50 هرتز أو 60 هرتز.تكون محطات توليد الكهرباء قرب مصادر الطاقة الأساسية على الأكثر وربما بعيدا عن أماكن الحاجة الفعلية لها, حيت يتم تحويل الجهد الكهربائي بواسطة محولات كهربائية إلى جهد عالي 33 كيلوفولت أو 132 كيلوفولت او 220 كيلو فولت او400 كيلو فولت تهيئة لنقلها من منطقة التوليد إلى منطقة الحاجة لها بواسطة ابراج كبيرة تعلق عليها الاسلاك التي تمرر التيار الكهربائي. حيث يتم قرب المواقع التي يحتاج فيها للطاقة الكهربائية إلى جهد منخفض 400 فولت أو 220 فولت أو 110 فولت بواسطة محولات كهربائية أخرى.

حقل كهربائي

في الفيزياء, الحقل الكهربائي أو المجال الكهربائي هو الفضاء المحيط بشحنة كهربية له خاصية تدعى الحقل الكهربي أو المجال الكهربي. هذا المجال الكهربي يؤثر بقوة على الأجسام المشحونة. قدم هذا المفهوم مايكل فاراداي.
الحقل الكهربائي في الفيزياء هو التأثير الناتج عن شحنة كهربائية (أو مجال مغناطيسي متغير) تبذل قوة على الأجسام المشحونة في المجال.

خط المجال الكهربائي

هو المسار الذي تسلُكه شحنة اختبار موجبة حرة الحركة عند وضعها في المجال, وهو خط وهمي

مميزات خطوط المجال الكهربائي

خطوط المجال الكهربائي خطوط وهمية اتفق على أنها تبدأ من الشحنة الموجبة وتنتهي عند الشحنة السالبة.
تتناسب كثافة خطوط المجال طردياً مع مقدار الشحنة الكهربائية.
تنتهي الخطوط على سطح الشحنة ولا تخترقها^{[بحاجة لدقة أكثر]}.
يتناسب عدد خطوط المجال التي تقطع وحدة المساحة العمودية عليها طرديا مع شدة المجال .
يدل اتجاه المماس لخط المجال عند أي نقطة على على اتجاه المجال الكهربائي في تلك النقطة .
خطوط المجال الكهربائي لا تتقاطع .

خصائص خطوط المجال

شكل يوضح خطوط المجال المغناطيسي في شحنة موجبة (أحمر) وشحنة سالبة (أزرق).

خطوط وهمية تخرج من الشحنة الموجبة وتدخل في السالبة.
خطوط المجال الكهربائي لا تتقاطع
تدل كثافة الخطوط على قيمة شدة المجال في المنطقة حيث تتناسب طرديا معها.

المجال المنتظم

هو حالة خاصة من المجال ويعرف على أنه المجال الذي قيمته ثابته عند جميع النقاط ويمكن الحصول عليه من خلال صفيحتين متوازيتين مساحتهما كبيرة والمسافة بينهما صغير مشحونتين بنفس مقدار الشحنة لكن الأولى موجبة والثانية سالبة.

المجال الكهربائي

هو المنطقة المحيطة بالشحنة التي تظهر منها القوة الكهربائية للشحنة. ويرمز له بالرمز E.

شدة المجال الكهربائي

هو مقدار القوة التي تؤثر فيها الشحنة على شحنة اختبار موضوعه في مجال هذه الشحنة.

الصيغة الرياضية للمجال الكهربائي

بين شدة المجال والقوة ومقدار شحنة الاختبار

الصيغة بالعربية

حيث:-

م:- شدة المجال وتقاس "نيوتن\كولوم"

ق:- القوة الكهروستاتيكية وتقاس "نيوتن"

ش:- مقدار شحنة الاختبار وتقاس "كولوم"

الصيغة بالانجليزية $\mathbf{E} = \frac{\mathbf{F}}{q}$
حيث:

E: شدة المجال وتقاس ب نيوتن\كولوم
F: القوة المؤثرة على الشحنة وتقاس ب نيوتن

q: مقدار شحنة الاختبار وتقاس ب كولوم

بين شدة المجال وو الشحنة صاحبة المجال وبعد نقطة القياس

الصيغة بالعربية

- حيث

* أ:-ثابت كولوم ويعتمد على مادة الوسط ويساوي 9×10⁹ نيوتن.م²/كولوم²

* ش:- مقدار الشحنة ويقاس "كولوم"

* ف²:-مربع المسافة بين الشحنة والنقطة المراد إيجاد المجال فيها وتقاس "م²(متر تربيع)"

وإذا أردنا أن نحسب المحصلة الكلية للمجال الناشئ عن أكثر من شحنة نقوم بدراسة المجال الناشئ عن كل شحنة على حدة ثم نقوم بتحليل تلك المجالات الناشئة متجه وثم نجمع المجالات الواقعة على كل محور. ونأتي بذلك على متجة يمثل محصلة المجالات الناشئة عن توزيع الشحنات في توزيع معين ويتم استخدام التكامل للتوزيع المتصل يكون مفيد لإيجاد المحصلة بسهولة.

المجال الكهربائي الناشئ من نقطة

يصف قانون كولوم كيف يمكن إيجاد مقدار واتجاه المجال الكهربائي الناشذ من نقطة بالقانون التالي

$\mathbf{E}= {1 \over 4\pi\varepsilon_0}{q \over r^2}\mathbf{\hat{r}} \$

حيث

$q$ هي قيمة الشحنة الكهربائية بالكولوم.

$r$ هي المسافة بين الشحنة الكهربائية والنقطة المراد حساب قيمة المجال الكهربائي لديها.

$\mathbf{\hat{r}}$ هو متجه الوحدة بين النقطة المشحونة والنقطة المراد حساب اتجاه المجال الكهربائي منها أو إليها.

$\varepsilon_0$ i هو الثابت الكهربائي.

وبتطبيق مبدأ التراكب يصبح حساب مقدار واتجاه المجال الكهربائي الناشئ ممكنا،حيث يجري حساب مقدار المجال الكهربائي الناشئ من كل نقطة على حدة ثم جمع كل المركبات الناتجة جمعا متجهيا ووفقا للصيغة الرياضية أدناه.

$\mathbf{E} = \sum_{i=1}^{n_q} {\mathbf{E}_i} = \sum_{i=1}^{n_q} {{1 \over 4\pi\varepsilon_0}{q_i \over r_i^2}\mathbf{\hat{r}}_i}.$

حيث

$n_q$ هي عدد النقاط الكلي

أنواع المرايا

هنالك أنواع متعددة من المرايا الزجاجية، وكل منها يمثل طريقة تصنيع ونوعاً من الانعكاس الخاص:

مرآة الزجاج الألمنيومية: تصنع من الزجاج المسطح مصنع باستخدام الطلاء الفراغي، حيث ينشر الألمنيوم فوق الزجاج في حجرة مفرغة من الهواء، ثم تطلى بطبقتين أو أكثر من طلاء مقاوم للماء. توفر مرآة الزجاج الألمنيومية انعكاساً حقيقياً ودقيقاً.

مرآة الزجاج واطئة الألمنيوم: تصنع عن طريق تغطية السطح الخلفي من الزجاج بالفضة وبطبقتين من طلاء واق. يكون هذا النوع من المرايا واضحاً وناقلاً للضوء وناعماً ويعكس الألوان الطبيعية بدقة، يستخدم هذا النوع من الزجاج بكثرة لتأطير العروض التقديمية والمعارض عندما يكون تمثيل الألوان الدقيق للعمل الفني مطلوباً، أو عندما يكون اللون السائد في خلفية العرض التقديمي هو اللون الأبيض.

مرآة الزجاج الآمنة: تصنع بإلصاق طبقة خاصة من شريحة على السطح الخلفي لمرآة الزجاج الفضية، ما يمنح الحماية من الإصابات عند تكسر الزجاج، ويستخدم هذا النوع من المرايا في الأثاث والأبواب والجدران الزجاجية، والرفوف التجارية والأماكن العامة.

مرآة الزجاج المطبوعة حريرياً: تصنع باستخدام حبر لا عضوي يطبع نقشات خلال شاشة خاصة على الزجاج، وهناك ألوان ونقشات وأشكال مختلفة لهذا النوع من المرايا. يقاوم هذا النوع من المرايا الأوساخ ويدوم لفترات طويلة مقارنة بالزجاج المطبوع الاعتيادي حيث يمكن أن يستمر لمدة 20 سنة أو أكثر، يستخدم هذا النوع من الزجاج بكثرة لأغراض الديكور (مثل المرايا، وفوق الطاولات، الأبواب، المطابخ وغيرها).

مرآة الزجاج الفضية: هي مرآة اعتيادية مطلية بالفضة في الجانب الخلفي منها، ما يمكنها من عكس صور الأشياء المقابلة لها، ويصنع هذا النوع من المرايا الزجاجية بتغطية السطح الخلفي للزجاج بشريحة من الفضة والرصاص وطبقتين أو أكثر من طلاء مقاوم للماء، ما يمكن الزجاج من مقاومة الحمض والأوساخ. توفر هذه المرايا صور واضحة وحقيقية، وتستمر لفترات طويلة وتستخدم في الأثاث والحمامات ولأغراض الديكور الأخرى.

أما المرايا الزجاجية المستخدمة في الديكور فغالباً ما تكون مصنوعة يدوياً، ويتوفر تظليلات وأشكال وسماكات مختلفة من الزجاج.

التأثيرات

شكل سطح المرآة

ينعكس شعاع الضوء الساقط على المرآة بزاوية انعكاس مساوية لزاوية السقوط (إذا كان حجم المرآة أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء). بمعنى أنه لو سقط شاع ضوئي على سطح مرآة بزاوية (ع) درجة عمودياً، فإنه سينعكس من نقطة سقوطه بزاوية (ع) درجة بالاتجاه المعاكس.
في المرآة المسطحة، يتغير اتجاه الشعاع الضوئي المتوازي بشكل كامل ولكنه يبقى متوازياً، والصور المتكون من المرآة المسطحة هي صورة بصرية، لها نفس حجم العنصر الأصلي.
في المرايا المقعرة تتجمع الإشعاعات الضوئية المتوازية وتتقاطع في بؤرة المرآة.
في المرايا المحدبة تتباعد الإشعاعات الضوئية المتوازية وتبتعد عن نقطة التقاطع المشتركة خلف المرآة.

صورة المرآة

إذا نظر شخص ما إلى المرآة فإن صورته ستنعكس في المرآة (مثلاً: إذا رفع الناظر إلى المرآة يده اليمنى فإنه سيبدو في المرآة وكأنه قد رفع يده اليسرى).

التطبيقات

الأمان وتحسين الرؤية

المرايا المحدبة

انعكاس في مرآة كروية محدبة. يظهر ملتقط الصورة في أعلى اليمين.

توفر المرايا المحدبة نطاقاً أوسع للرؤية من المرايا المسطحة، وتستخدم عادة في المركبات، وبخاصة الشاحنات الكبيرة، للتقليل من بقع العمى، وتوضع في بعض الأحيان هذه المرايا عند تقاطع الطرقات وفي زوايا بعض المواقع مثل أماكن ركن السيارات لتمكين الناس من الرؤية حول الزوايا ولتفادي الاصطدام بالسيارات أو عربات التسوق، وتستخدم كذلك كجزء من أنظمة الحماية، بحيث يصبح بمقدور كاميرا فيديو واحدة عرض أكثر من زاوية واحدة في الوقت نفسه.

مرآة الفم أو مرآة الأسنان

يستخدم أطباء الأسنان مرايا الفم أو مرايا الأسنان لمشاهدة الأسنان وداخل الفم بشكل غير مباشر، ويكون السطح العاكس لهذه المرايا إما مسطحاً أو منحنياً، ويستخدم المهندسون هذه المرايا للرؤية في الأماكن الضيقة وفي الزوايا الضيقة للمعدات.

مرايا الرؤية الخلفية

مرآة في سيارة سباق.

تستخدم مرايا الرؤية الخلفية بشكل واسع في المركبات (مثل السيارات والدراجات الهوائية لتمكين السائقين من مشاهدة المركبات القادمة من خلفهم. تحتوي بعض خوذ الدراجات النارية على نظام عاكس بصري متعدد (MROS) وهو عبارة عن مجموعة من الأسطح العاكسة داخل الخوذة تعمل مع بعضها البعض كمرآة للرؤية الخلفية. وفي النظارات الشمسية للرؤية الخلفية، تكون النهاية اليسرى للزجاجة اليسرى والنهاية اليمنى للزجاجة اليمنى عبارة عن مرآة للرؤية الخلفية.

مرآة بطريقين ومرآة ونوافذ بطريق واحد

مرايا بطريقين

مرآة بطريقين هي قطعة من الزجاج مغطاة بطبقة من المعدن بسماكة دستة من الذرات، وتقوم بعكس قسم من الضوء الساقط عليها والسماح للقسم الآخر بالنفاذ.

مرايا بطريق واحد

تعمل هذه المرايا عن طريق تغطية الضوء المعتم المنقول بواسطة الضوء المعكوس الساطع. لا وجود لمرآة بطريق واحد تسمح للضوء بالانتقال بطريق واحد فقط دون الحاجة إلى طاقة خارجية، لإن ذلك يخالف القانون الثاني للديناميكية الحرارية: إذا وضع جسم بارد في الجهة الناقلة وجسم ساخن في الجهة المانعة للانتقال، فإن الطاقة المشعة ستنتقل من الجسم البارد إلى الجسم الساخن.

نوافذ بطريق واحد

يمكن صنع النوافذ بطريق واحد للعمل مع الضوء المستقطب في المختبرات دون مخالفة القانون الثاني للديناميكية الحرارية.

صفات الصور في المرايا المستويه

صفات الصور باستخدام عدسة أو مرآة

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

كيف تحدد صفات الصورة باستخدام العدسات أو المرايا ؟

أولاً يجب الانتباه لنوع العدسة أو المرآة

بالنسبة للمرايا المحدبة وكذلك العدسات المقعرة لا تختلف الصفات مهما تغير موقع الجسم بالنسبة للمرآة المحدبة أو للعدسة المقعرة .

دائماً صفات الصورة : خيالية معتدلة مصغرة

الآن لننتقل للمرايا المقعرة وكذلك العدسة المحدبة :

نحسب بعد الصورة وبعد الجسم حسب معطيات السؤال من القانون العام للعدسات والمرايا :

1 / ع = 1 / س + 1 / ص

أو من قانون التكبير :

ل َ / ل = ص م س = مقدار التكبير

النقطة الأولى لتحديد صفات الصورة :

إذا كان بعد الجسم أكبر من ضعف البعد البؤري فإن الصورة مصغرة وحقيقية ومقلوبة .

إذا كان بعد الجسم أكبر من البعد البؤري وأصغر من ضعف البعد البؤري فإن الصورة مكبرة حقيقية ومقلوبة .

إذا كان بعد الجسم أصغر من البعد البؤري فإن الصورة مكبرة ومعتدلة وخيالية

النقطة الثانية : أ -

إذا كان بعد الصورة أكبر من بعد الجسم فإن الصورة مكبرة وبالعكس

إذا كان بعد الصورة أصغر من بعد الجسم فإن الصورة مصغرة

ب - دائماً الصورة حقيقية مقلوبة ما عدا:

عندما بعد الجسم أقل من البعد البؤري فهي خيالية ومعتدلة

ملاحظة :

ممكن تجد العلاقات التي توصلك بين بعد الصورة ( ص ) وبعد الجسم ( س ) والبعد البؤري ( ع ) في نفس السؤال مباشرة

أو تصل إليها بحسابات بسيطة من معطيات السؤال .

وبالتوفيق للجميع

الإنعكاس

انعكاس

انعكاس لمنظر طبيعي على صفحة الماء

الانعكاس هو حدوث تغير في اتجّاه الأشعة الضوئية على سطح عاكس مثل المرآة أو الماء . كما يحدث انعكاسا للموجات الصوتيّة على الحوائط والحوائل . ويتبع تلك الانعكاسات قوانين فيزيائية . وتنطبق القوانين الفيزيائية على انعكاس الضوء مثلا سواء كان الانعكاس على مرآة مستوية أو مقعرة.

انعكاس الضوء

الانعكاس هو تغير اتجاه مقدمة موجة ضوئية ساقطة على سطح عاكس . وينص قانون الانعكاس على أن زاوية سقوط الشعاع على السطح العاكس تكون مساوية لزاوية الانعكاس . ويوضح الشكل تعريف تلك الزاويتين ، حيث تقاس كل زاوية منهما بالنسبة إلى العمودي على السطح . الشعاع الساقط غلي المرآة هو PO والشعاع المرتد (المنعكس ) من المرآة هو OQ . ونطرا لتساوي زاوية السقوط وزاوية الانعكاس ، فيمكن أن يكون أيضا الشعاع الساقط QO والشعاع المنعكس OP.

وينطبق هدا القانون أيضا على انعكاس الصوت .
ويتكون الضوء من موجات كهرومغناطيسية . كذلك ينطبق قانون الانعكاس أيضا على جميع أنواع الموجات الكهرومغناطيسية مثل الأشعة تحت الحمراء و الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية و أشعة جاما. ويهتم الخبراء أيضا بانعكاس ترددات العالية الكهرومغناطيسية (Very high frequency (VHF لبث للراديو وفي الرادار . حتي أن الأشعة السينية و أشعة جاما ذات الطاقة العالية تنعكس طبقا لهذا القانون ، إلا أن انعكاسها يكون عند زاوية سقوط صغيرة وذلك بسبب قصر طول موجاتهما .

انعكاس الصوت

وينطبق قانون الانعكاس أيضا على انعكاس الصوت . ويستخدم انعكاس الصوت في تعيين أعماق البحار أو بعد الغواصات . وللانعكاس أهمية في الجيولوجيا حيث تنعكس موجات الصوت في باطن الأرض على طبقات بحسب كثافة الطبقات الأرضية وكذلك شكلها . كما يستخدم الانعكاس في تعيين مواقع وأعماق الزلازل.

انعكاس نبضة منفردة بين حائلين بينهما مسافة A

يعرف انعكاس الصوت بأنه ارتداد الموجات الصوتية نتيجة لاصطدامها بسطح عاكس تحت زاوية معينة طبقا لقانون الانعكاس المعروفة عن الضوء . وعندما تكون زاوية السقوط عمودية على السطح العاكس ، ترتد الموجة على نفسها (حيث تتساوى زاوية السقوط وزاوية الانعكاس) ويعرف ذلك ب صدى الصوت، وهو تكرار سماع الصوت الناشئ عن انعكاس الصوت الأصلي. ويستوجب ذلك أن تكون الفترة الزمنية بينهما $( \frac{1}{10} )s$ على الأقل لكي تشعر الأذن البشرية بصدى الصوت .
وبما أن سرعة الصوت في الجو عند 20 درجة مئوية يبلغ 340 متر في الثانية فإته لكي تشعر الأذن بصدى الصوت يلزم أن يكون الحائل أو الحائط بعيدا عنا على الأقل 17 متر .

استخدامات الانعكاس

لانعكاس صدى الصوت استخدامات كثيرة . ومن أهمها المقدرة على تحديد بُعد الأجسام والأعماق ، و تحديد أماكن المياه الجوفية و أماكن النفط في باطن الأرض ويستخدم أيضا في الكشف عن نوع الجنين قبل ولادته عن طريق جهاز السونار وايضا في الكشف عن عيوب الصناعة مثل سبائك الذهب.

التنقيب عن النفط

ئر البترول (أحمر)

تعطينا المسوحات الزلزالية التي يقوم بها الجيولوجيون صوراً للطبقات الصخرية لعدة كيلو مترات تحت الأرض . ويحلل العلماء الجيولوجيون هذه الصور للعثور على مناطق قد تحتوي على النفط أو الغاز ، حيث تتميز ممناطق تواجدها بأشكال خاصة. فإذا بدت الصور معبرة عن احتمال وجود النفط ، فإننا تستخدم معدات الحفر لحفر بئر في الموقع المرجح تواجد النفط فيه . وبالحفر نتأكد من تواجد النفط فـي الموقع تحت الأرض من عدمه .