كيف تعمل؟

أمان الكهرباء فائدته وكيفية عمله

أمان الكهرباء

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

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

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

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

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

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

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

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

التيار الكهربي = الجهد الكهربي / المقاومة

وبالتالي نستطيع أن نعرف انه إذا زادت قيمة الجهد أو قلت قيمة المقاومة فان التيار الكهربي سيزداد. والعكس صحيح بمعنى انه لو قل الجهد أو ارتفعت قيمة المقاومة فان التيار الكهربي سوف يقل.
والآن ما علاقة هذه الأمور بالأمان الكهربي؟

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

الكوابل البحرية.. تركيبها وأهميتها في مجال الاتصالات والإنترنت

كابل بحري

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

كيف تعمل "النانوتكنولوجي".. أحدث تقنية علمية في العالم الآن؟

ذكرت تقارير علمية أن الولايات المتحدة رصدت اعتمادات مالية هائلة تصل إلى "تريليون" دولار لدعم الأبحاث في مجال "النانوتكنولوجي" تلك التقنية الجديدة التي يتوقع لها الكثيرون أن تغير وجه العالم!

وكلمة "نانو" فهي مشتقة من كلمة "نانوس" اليونانية وتعني "القزم"، و"النانومتر" هو مقياس واحد من ألف من مليون من المتر، أي واحد على مليار من المتر، أي أنه يمثل واحدا على ثمانين ألف من قطر شعرة واحدة، وهو بذلك أصغر مقياس متري. وأول من وضع أفكار "النانوتكنولوجي" هو عالم الرياضيات الأمريكي ريتشارد فاينمان في عام 1959.

و"تكنولوجيا النانوتكنولوجي" هي تكنولوجيا مستحدثة، يستخدمها العلماء لخلق مواد جديدة وخصائص مبتكرة لم تكن موجودة من قبل، وهي بذلك تفتح آفاقا جديدة في العلوم والتكنولوجيا، وتؤدي تطبيقاتها إلى إحداث تفاعلات كيماوية، وتعتمد "القاعدة النانوية" على مسألتين، الأولى هي بناء المواد بدقة من لبنات صغيرة جدا والحرص على تكون مادة خالية من الشوائب مع مستوى أعلى من الجودة والتشغيل، والقاعدة الثانية هي أن خصائص المادة قد تتغير نهائيا عندما تتجزأ إلى جزيئات متناهية في الصغر، وهي بذلك تعتمد على إعادة ترتيب الجزئيات والذرات وذلك للسيطرة عليها.

ويتم ذلك عن ما يسمى بـ"الراصف" وهو إنسان آلي متناهي في الصغر ولا يرى بالعين المجردة بل لا يزيد حجمه عن "الفيروس"، ويمسك هذا "الروبوت" الصغير بالذرة أو الجزيء بحيث يستطيع تفكيك أي مادة إلى مكوناتها الأصغر، ويتحكم الإنسان في هذا "الروبوت" عن طريق حواسب دقيقة، ولا تقف إمكانيات هذا "الروبوت" العجيب عند ذلك فقط بل يمكنه أيضا أن يمسك ذرات معدنية لصنع مركبات فضائية مزودة بحواسيب وأجهزة اتصال بالأرض يمكن أن تستعمل أي مصدر للطاقة في الفضاء مثل الضوء والذبذبات الصوتية لتنطلق إلى مجرات بعيدة جدا لا يمكن للإنسان أن يصل إليها بالتقنيات التقليدية.
تحولات الماس

ومبدأ تغيير "خواص المادة" في هذه التكنولوجيا الجديدة يمكن أن يطبق على أي مادة مهما كانت، وتمكن الإنسان من صنع ما يريد وهي بذلك تفتح الأبواب على مصراعيها لإحداث ثورات علمية وصناعية في جميع المجالات، ومثال ذلك "الماس" و"الفحم" فكلاهما يتكونان من سلسلة متراصة من الكربون في شكل هندسي معين يختلف في المادتين، ولكن الكون واحد.

ومن خلال تقنية "النانو" يمكن إعادة تشكيل ذرات الكربون الموجودة في الفحم لتكون بنفس الشكل الهندسي التي تتراص بها ذرات الماس وبذلك يتحول الفحم إلى ألماس، وعلى الرغم من تطابق التكوين الكيميائي في الحالتين إلا أن المادة "النانوية" المتناهية في الصغر تكتسب صفات وخواص كهربائية وضوئية ومغناطيسية استثنائية نتيجة للترتيب الجديد الذي اتخذته الذرات، "فالبورسلين" مثلا يعتبر مادة مهمة ولكنها هشة وسبب هشاشتها أن الفراغ بين جزيئاتها والمكون من الرمل كبير نسبيا مما يقلل من تماسكها، ويمكن تحويل "البورسلين" عن طريق التكنولوجيا النانوية بتحليله إلى مكوناته الذرية الأصغر ثم إعادة ترتيب هذه المكونات بصورة متماسكة جدا لكي ننتج "بورسلين" أقوى من الحديد يمكن استعماله في البناء أو في صناعة سيارات خفيفة الوزن التي لا تحتاج إلى كثير من الوقود.
طائرة بحجم بعوضة

ويمكن من خلال هذه التقنية صنع آلات طبية تدخل جسم الإنسان لإجراء عمليات جراحية والخروج بدون جراحة، كما تستطيع الدخول في صناعات الموجات الكهرومغناطيسية التي تتمكن بمجرد تلامسها بالجسم على إخفائه مثل الطائرة أو السيارة حتى لا يراها الرادار، بالإضافة إلى إمكانية تصنيع سيارات بحجم حشرة صغيرة وطائرة في حجم البعوضة وزجاج طارد للأتربة وغير موصل للحرارة، وأيضا صناعة الأقمشة التي لا يخترقها الماء بالرغم من سهولة خروج العرق منها.

وأشارت موسوعة "بريتانيكا" البريطانية إلى أن هذه التقنية تزيد من كفاءة أداء الآلات ما بين 100 مليون و10 آلاف مليون مرة عن الطرق التقليدية.

ولكن برزت العديد من الانتقادات والمخاوف من تطبيق تكنولوجيا "النانو" مثلما حدث قبل ذلك للهندسة الوراثية، وبالنسبة لاستخدام التقنية في مجال الطب والجراحة، ظهر ما يدعو للقلق وهو قدرة "الروبوتات" متناهية الصغر على اختراق الجهاز المناعي للجسم البشري، أو الدخول إلى غشاء خلايا الجلد والرئة، وبإمكانها أيضا أن تتسلل إلى حاجز دم الدماغ، وأظهرت دراسة لـ"مركز جونسون للفضاء" والتابع لوكالة الفضاء الأمريكية "ناسا" أن "نانو" أنابيب الكربون أكثر ضررا من غبار "الكوارتز" الذي يسبب أمراضا مميتة في أماكن العمل.

والخوف الأكبر من هذه التقنية أن تستخدم لأغراض لا إنسانية، وأشار المتخصصون إلى أن هذه التقنية قد تؤدي لظهور "جود الرمادي" وهو عبارة عن آلة متقدمة تكنولوجيا، دقيقة الحجم، تستطيع أن تستنسخ نفسها بنفسها، أي تتكاثر ذاتيا وبلا حدود لتتحول إلى جحافل من التجمعات الآلية الصغيرة تقتلع أي شيء في طريقها بحيث تبيد كل شيء على وجه الأرض!

وتتجه الدول حاليا إلى تصنيع أسلحة "نانومترية" غير تقليدية وذكية تستطيع التعرف على ضحاياها من خلال المادة الوراثية، ونشرت صحيفة "معارف الإسرائيلية مؤخرا تقريرا كاملا حول حرب "نانوتكنولوجية" محتملة قريبا بدأت تضع معالمها المؤسسة الحربية العسكرية الأمنية الإسرائيلية حيث باشرت عمليا بتوظيف أحدث ما وصلت إليه هذه التكنولوجيا "النانوية"، وكشفت الصحيفة عن روبوت شخصي يتبع الجنود ويجر وراءهم الذخيرة والتموين، وكذلك عن غلاف دفاعي يشمل مواقع كاملة ويزودها بالرد المناسب الأوتوماتيكي في مواجهة أي تهديد، إضافة إلى وجود عاكس يبين للجنود ما يجري خلف الجدران من الجانب الآخر.

ومعنى هذا أن جيوش المستقبل لن تكون جيوشا تقليدية بأي حال، بل ستكون مكونة من محاربين "نانويين" يمكن إرسالهم إلى أية بقعة معادة للقضاء على كل من فيها من بشر خلال ساعات قليلة، وذلك بعد أن تنتهي أجهزة الكمبيوتر من تهيئة الجو لهذه الجيوش، عن طريق تدمير شبكات الاتصال والطاقة الكهربائية، بحيث تكون المنطقة المستهدفة مهيأة تماما كي تقوم جحافل النانو بعملها.

والخطورة هذه التقنية الجديدة فقد خصصت الدول المتقدمة ميزانيات هائلة لتطوير أبحاثها في هذا المضمار، وتقف الولايات المتحدة على رأس قائمة هذه الدول حيث خصصت ميزانية هائلة تقدر بتريليون دولار حتى عام 2015، وتحرص أمريكا كذلك على جذب علماء "النانو" إذ يصل جيشها منهم إلى 40.000 عالم "نانوي".

الكمبيوتر الكفي.. ثورة جديدة في عالم الاتصالات

المميزات الكثيرة للكمبيوتر الكفي جعلته يحتل مكانة كبيرة جدا في الأيام الأخيرة كواحد من أهم أجهزة الاتصال وخاصة بالنسبة لرجال الأعمال، وفي السطور التالية سنلقي الضوء على بعض أفكار عمل هذا الجهاز المفيد.

بدايةً تنقسم المساحة التخزينية في الكمبيوتر الشخصي بشكل عام إلى:
رام (Random Access Memory=RAM)، روم (Read Only Memory=ROM)، هارد ديسك (Hard Disk)...

تحتوي الروم في الكمبيوتر الشخصي (تسمى Basic Input/Output System=BIOS) على تعريف الكروت المتصلة باللوحة الأم (Mother Board) و التعريفات الأساسية لتشغيل الجهاز.

يحتوي الهارد ديسك على ملفات النظام الأساسية (مثل ويندوز) و ملفات البرامج بعد تنصيبها، كما يحتوي على ملفات المستخدم الشخصية.

من المهم العلم أن أي برنامج لا يعمل إلا من الرام فقط، فإذا أردت تشغيل برنامج فإنه ينسخ ملفاته إلى الرام أولاً ليتم تشغيله.
كيف يعمل البرنامج في الكمبيوتر الشخصي؟

عندما تقوم بتثبيت لأحد البرامج على جهاز الكمبيوتر، فإنه يقوم بنسخ ملفاته كلها داخل أحد الدلائل في الهارد ديسك. بعدها، و عند تشغيلك للبرنامج، يقوم البرنامج بنسخ الملفات الضرورية لتشغيل البرنامج من الهارد ديسك إلى الرام، و عند حاجة البرنامج لأي ملفات أضافية، فأنه يقوم بنسخها من الهارد ديسك إلى الرام لكي يقوم بتشغيلها.

الآن، عندما تقوم بإطفاء جهاز الكمبيوتر، فإن الرام تمسح كلياً، و عندما تقوم بتشغيل جهاز الكمبيوتر مرة أخرى، يقوم الكمبيوتر بالرجوع إلى الروم (BIOS) لكي يتعرف على القطع المتصلة بالمذر بورد و يقوم بنقل ملفات الويندوز المهمة من الهارد ديسك إلى الرام لتشغيلها، بعدها يتم تشغيل الويندوز.

بعدها، وعند اختيار المستخدم لبرنامج ما، وبعد النقر عليه، فإن البرنامج يقوم بنسخ ملفاته الأساسية من الهارد ديسك إلى الرام ليعمل البرنامج و لتبدأ الدورة مرة أخرى.

تجدر الإشارة إلى أن الروم هي ذاكرة لا تستطيع التعديل فيها و المقصود أنها عندما تنتج من مصنع الجهاز (سواء أكان كمبيوتر أو ريسيفر أو أي جهاز الكتروني يستخدم (ROM) فإنه لا يمكن تعديلها أو تحديثها...!

لكننا نجد أن أغلب الأجهزة الإلكترونية تتطلب تحديثها (تحديث الروم الخاصة فيها) وتتقبل ذلك، لذلك فإن الغالبية العظمى من الأجهزة الإلكترونية لا تستخدم روم عادية بل تستخدم روم خاصة تسمى (EEPROM= Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) أو (Flash Memory)، و هي روم لا تستطيع الكتابة عليها إلا باستخدام أدوات خاصة (هارد وير أو سوفت وير أو جميعهما معاً) للتعديل فيها، بل وربما تحتوي على كلمة سر و مرور خاصة بحيث لا يستطيع أحد العبث فيها إلا باستخدام تحديث معتمد من الشركة المصنعة و بحيث يحتوي الملف على كلمة المرور ليتيح له الجهاز الدخول و التعديل على الإيبروم. (الفرق طفيف جدا بين روم من نوع [EEPROM] و روم من نوع [Flash Memory]، فالأولى تكتب البيانات على هيئة بتات [Bit By Bit] بينما تكتب الثانية البيانات على هيئة مجموعات متساوية الحجم [Block By Block])
الرام و الروم

هنالك فروق أساسية بين الرام و الروم تتلخص فيما يلي:

• الرام: سريعة (أسرع من الروم بعشر مرات على الأقل)، تفقد معلوماتها عند انقطاع التيار الكهربائي عنها، تستهلك الكثير من الطاقة الكهربائية.

• الروم: بطيئة، لا تفقد معلوماتها عند انقطاع التيار الكهربائي عنها، تستهلك القليل من الطاقة الكهربائية (بالمناسبة، كروت الذاكرة الخاصة بالهواتف النقالة بأنواعها المختلفة هي ذاكرة من نوع روم (تحديداً من نوع [NAND ROM])).

ملحوظة

كما عرفنا قبلاً، فإنه لا يمكن تشغيل برنامج إلا بعد نقل ملفاته إلى الرام، لكن هنالك تقنية جديدة خالفت هذه القاعدة. تدعى هذه التقنية بـ(XIP=eXecute In Place) و هي تقنية تسمح بتشغيل البرامج (وليست ملفات الصور و الفيديو) مباشرة من نوع خاص من الروم و من دون الرجوع إلى الرام.

أنواع الروم الأساسية:

• روم من فئة (NOR): قراءة سريعة، كتابة بطيئة، مرتفعة الثمن، بالإمكان استخدام تقنية (XIP) معها.

• روم من فئة (NAND): قراءة بطيئة، كتابة سريعة، رخيصة الثمن، ليس بالإمكان استخدام تقنية (XIP) معها.

كروت الذاكرة الخاصة بالهواتف النقالة (SD, MiniSD, MicroSD{Transflash}, MMC, RS-MMC, MMCMobile) كلها عبارة عن روم من نوع (NAND)، و بالتالي لا يمكن استخدام تقنية (XIP) مع البرامج المخزنة فيها. أما بالنسبة لكرت الذاكرة من نوع (Compact Flash) فهو من روم من نوع (NOR) مما يعني أنه بالإستطاعة استخدام تقنية (XIP) معه.

الآن...

وبعدما عرفنا كيف يعمل الكمبيوتر وماهية الرام و الروم بأنواعها، بقي علينا أن نعرف كيف يعمل الكمبيوتر الكفي...
كيف يعمل الكمبيوتر الكفي:

تتكون المساحة التخزينية في الكمبيوتر الكفي بشكل عام من رام و روم فقط...! ولم يقم المصنعون بإضافة هارد ديسك (ربما لحساسية الهارد ديسك و عدم فاعليته للاستخدام مع الهاتف النقال... أو لخوفهم من تكبير حجم الكمبيوتر الكفي بإضافة الهارد ديسك). أساساً، يعمل الكمبيوتر الكفي على حسب نوع الويندوز المثبت فيه، ويختلف الويندوز إلى: (نظام ويندوز 2003 وما قبله، نظام ويندوز 2005).

(أ) - نظام ويندوز 2003SE و ما قبله:

(1) - الرام:

تم تقسيم الرام إلى قسمين:

• القسم الأول: يعمل كـ(RAM) عادية لتحميل البرامج.

• القسم الثاني: يعمل كـ(Hard Desk) لتخزين البرامج و ملفات المستخدم.

كلما زادت الـ(RAM)، كلما زادت كمية البرامج التي يمكنك تنصيبها و تشغيلها على الجهاز. أيضاً، تزيد المساحة لوضع ملفاتك الخاصة في الجهاز نفسه. لكن استهلاك البطارية سيكبر لاستهلاك الرام الكثير من الطاقة. لاحظ أن الملفات الشخصية للمستخدم يتم تخزينها في الرام، فمن الممكن جداً أن يتم ضياعها عند مسح الرام بسبب إنتهاء الطاقة الكهربائية في البطارية.

(2) - الروم:

تم تقسيم الروم إلى عدة أقسام:

• القسم الأول: ويسمى (OS ROM)، وهو القسم المحتوي على نظام الويندوز بالإضافة للتطبيقات الأساسية مثل برنامج الهاتف.

• القسم الثاني: ويسمى (Extended ROM)، وهو لإضافة بعض البرامج الأساسية كبرامج التعريب و البرامج الأساسية حسبما يراه الموزعون المعتمدون للجهاز في المناطق المختلفة.

• القسم الثالث: ويسمى (Storage)، و هو لحفظ البيانات التي يراها المستخدم للكمبيوتر الكفي بأنها أساسية كأرقامه الشخصية و مواعيده و غيرها. عند تخزين البيانات في هذا القسم فإن المعلومات التي فيه لا تمسح عند انتهاء البطارية تماماً لأنه مخزن في الروم وليس الرام.

• عدة أقسام أخرى لحفظ: بوت سبلاش إميج [كصورة ايميت التي تأتي في البداية عند عمل سوفت ريسيت]، رقم الجهاز، معلومات المكالمات [المدة الزمنية التي يمكن رؤيتها عن طريق برنامج الاتصال].

(3) - كيفية عمل البرامج:

يتم تنصيب البرنامج في القسم الثاني من الرام (الجزء الذي يعمل كهارد ديسك)، و عند تشغيله ينسخ الملفات الضرورية من القسم الثاني إلى القسم الأول (الذي يعمل كرام عادية) ليبدأ عمل البرنامج.

(4) - سيناريو عمل السوفت ريسيت (Soft Reset):

عند عمل سوفت ريسيت، فإنه يتم مسح القسم الأول من الرام (الذي يعمل كرام)، بعدها يقوم الويندوز الموجود في الروم بنسخ بعض ملفاته الضرورية لعمله في الرام (أي أن الويندوز يقوم بنسخ ملفاته إلى الجزء الذي يعمل كرام و الجزء الذي يعمل كهارد ديسك).

(5) - سيناريو عمل الهارد ريسيت (Hard Reset):

عند عمل هارد ريسيت، فإنه يتم مسح كامل الرام (الجزء الذي يعمل كروم و الجزء الذي يعمل كهارد ديسك)، بعدها يقوم الويندوز بنسخ ملفاته الضرورية لعمله في الرام (الجزء الذي يعمل كرام و الجزء الذي يعمل كهارد ديسك)، بعدها يتم تنصيب البرامج الموجودة في الـ(Extended ROM).
ملاحظات

• جميع البرامج في الإكستندد روم لا تظهر في (إزالة البرامج) في لوحة التحكم، فعندما تضيف برنامج في الإكستندد روم و تعمل هارد ريسيت، فإنك لا تستطيع إزالته إلا باستخدام طرق و برامج خاصة.

• لشركة كمايكروسوفت سياسة خاصة في التحذير من نفاذ البطارية، أولاً يظهر لك تحذير بان البطارية على وشك أن النفاذ، و تتكرر هذه التحذيرات حتى نصل إلى التحذير النهائي و الذي يقوم بإيقاف عمل الجهاز تماماً بحيث لا يستطيع المستخدم تشغيل الجهاز إلا بعد القيام بشحنه. كمية الطاقة الموجودة في البطارية بعد أن يقف الجهاز عن العمل هي النصف لجهاز ذو ذاكرة رام بحجم (128MB) أو الربع لجهاز ذو ذاكره رام بحجم (64MB) وذلك حتى لا تنفذ البطارية تماماً فتمسح الرام و تضيع معلومات المستخدم. فيتم استخدام المدة الباقية من البطارية لضمان الحفاظ على بيانات المستخدم و الموجودة في الرام لمدة ثلاثة أيام كاملة (بفرض أن البطارية تنتهي قبل نهاية الأسبوع فتكفيه مدة إجازة نهاية الأسبوع بدون أن تنتهي الطاقة الكهربائية في البطارية تماماً فلا تمسح بيانات المستخدم).

(ب) - نظام ويندوز Windows Mobile 5:

(1) - الرام:

تم رجوع الرام لمهمتها الأساسية وهي تشغيل البرامج فقط

(2) - الروم:

بقيت على حالها في السابق في نظام (Windows 2003)، لكن تم إضافة قسم خاص لتخزين البرامج و ملفات المستخدم (لاحظ أن حجم الروم قد أصبحت بالقليل 128MB مما أتاح الفرصة لتخزين ملفات و برامج المستخدم).

كلما زادت الرام، كلما زادت كمية البرامج التي يمكنك تشغيلها على الجهاز. وكلما زادت الروم زادت كمية البرامج التي يمكنك تشغيلها على الجهاز كما تكبر المساحة لوضع ملفاتك الخاصة على الجهاز. لاحظ أن الملفات الشخصية للمستخدم يتم تخزينها في الروم، فمن غير الممكن أن يتم ضياعها عند مسح الرام بسبب انتهاء الطاقة الكهربائية في البطارية.

(3) -كيفية عمل البرامج:

يتم تنصيب البرنامج في الروم، و عند تشغيله ينسخ الملفات الضرورية من الروم إلى الرام ليبدأ عمل البرنامج.

(4) - سيناريو عمل السوفت ريسيت (Soft Reset):

عند عمل سوفت ريسيت، فإنه يتم مسح الرام، بعدها يقوم الويندوز الموجود في الروم بنسخ بعض ملفاته الضرورية لعمله في الرام.

(5) - سيناريو عمل الهارد ريسيت (Hard Reset):

عند عمل هارد ريسيت، فإنه يتم مسح كامل الرام و يمسح القسم الخاص بتخزين البرامج و معلومات المستخدم في الروم، بعدها يقوم الويندوز بنسخ ملفاته الضرورية لعمله في الرام، بعدها يتم تنصيب البرامج الموجودة في الـ(Extended ROM).
ملاحظات

• كلما زادت الرام كلما زاد استهلاك البطارية (بعكس الروم التي لا تستهلك الكثير من الطاقة)، مع الأخذ في الحسبان أن الرام أسرع من الروم في التعامل، لهذا تم علاج بطء الروم بتسريع المعالجات.

• بسبب بطء التعامل مع الروم، ولكي لا يشعر المستخدم بالبطء في تعامله مع الكفي، لا يقوم WM5 بكتابة البيانات بعد تغييرها و حفظها مباشرة على الروم، لأنه يقوم بحفظها في مكان خاص (Buffer) مخصص له من ضمن الرام، و عند امتلاء هذا الـ(Buffer) أو عمل إيقاف (Suspend) للجهاز فأن الويندوز يقوم بكتابة معلومات هذا الـ(Buffer) في الروم. كنتيجة طبيعة لهذا الطريقة، قد تضيع بعض المعلومات في حالة خاصة. جرب مثلاً أن تكتب شيئاً و تعمل (Soft Reset) مباشرة للكفي، ستجد أن المعلومات المدخلة لم تحفظ لأن الـ(Buffer) قد مسح قبل أن يكتب ما فيه على الروم.

• بسبب التحول الكلي لنظام التشغيل ويندوز 2005، فأن الفائدة لا تأتي فقط على تخزين بيانات المستخدم في الروم و عدم قابلية مسحها إلا برغبته، بل تتعلق أيضاً بمدة البطارية، فمع الاكتفاء على رام (64MB) أو (32MB) و الاكتفاء بالروم مع تقنية (XIP)، فإنه يمكن مضاعفة مدة بقاء البطارية.

فكرة عمل نظام GPS

في العصور القديمة عندما كان مجموعة من الأشخاص يرغبون في الذهاب في رحلة استكشافية في مكان ما على الأرض لأنهم كانوا يستخدموا احد أفراد المنطقة كدليل ليرشدهم للطريق الصحيح هذا بالإضافة إلى استخدام البوصلة لتحديد الاتجاهات ولكن ماذا لو فقد هذه الدليل واختفى 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 إلى نقطة البداية فهو يحتاج إلى 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 الأرض والمعروف باسم جهاز GPS.

والآن بأقل من 100 دولار يمكنك الحصول على جهاز بحجم الجوال يخبرك بموضعك على الأرض في أي لحظة وفي أي مكان هذا الجهاز هو جهاز استقبال GPS والذي يعني نظام تحديد الموقع Global Positioning System.
نبذة

بدأت وزارة الدفاع الأمريكية العمل لاستحداث نظام عالمي لتحديد المكان لاستبدال نظام (Global Navigation System ) الملاحة بالأقمار الصناعية وذلك لتفادي مشكلتين رئيسيتين الأولى التغطية غير الكافية للأقمار الصناعية ، والثانية العمليات الملاحية غير الدقيقة. ولذلك صمم نظام(GPS) ليوفر تغطية كاملة وبدقة عالية لتغطي الاحتياجات العسكرية بالدرجة الأولى، وتأتي الاحتياجات المدنية بالدرجة الثانية.

إذ أنه هو النظام الرئيسي لتوجيه الملاحة الجوية لأغلب الطائرات المدنية والعسكرية، ليس هذا فحسب بل إن هذا النظام يلعب دورا مميزا في مجالات المساحة، فقد أصبح من أكثر أدوات القياس التي عرفها مهندسو المساحة الجيوديسية دقة على الإطلاق، وأيضا في أنظمة المعلومات الجغرافية أصبح هذا النظام أداة ضرورية لابد منها.
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 أقمار احتياطية تعمل في حالة تعطل أي من الأقمار الرئيسية). وأنظمة استقبال المعلومات من GPS تشبه أجهزة الجوال تستطيع تحديد موقعك بدقة في الأبعاد الثلاثة على سطح الأرض. ويكون هذا النظام فعالاً في حالة التواجد في الأماكن المكشوفة فتستخدم في الرحلات الاستكشافية وفي الملاحة الجوية والبحرية وفي التطبيقات العسكرية والتطبيقات المدنية.

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 إحداثيات الهدف بدقة والقذيفة الموجهة تعتمد على نظام GPS للوصول إلى الهدف المحدد. فقد شاهدنا كيف يمكن مهاجمة أهداف معينة بدقة متناهية وكأن تلك القذائف ترى وتعرف ماذا تفعل.
فكرة عمل نظام الـ GPS

لقد تم تطوير هذا النظام على مدار عشرين سنة في الولايات المتحدة الأمريكية منذ 1973 وبميزانية تقارب عشرات المليارات من الدولارات. نظام الـGPS يتكون من مرسل ومستقبل أما المرسل فهو عبارة عن شبكة عمل أقمار صناعية تدور حول الأرض على ارتفاع 19300 كيلو متر مرتين في كل يوم. موزعة على 8 مستويات دوران كل مستوى يصنع 55 درجة مع المستوى الآخر ويوجد كل مستوى ثلاثة أقمار صناعية

لماذا نستخدم ثلاث أقمار وليس قمر واحد فقط؟

تخيل أنك فقدت الاتجاهات تماما في أحد المناطق في الصحراء وعندما قابلت أحد الأشخاص سألته أين أنا الآن؟ فأجابك أنت على بعد 500 كيلو متر من مدينة س، لا شك أن هذه المعلومة لن تفيدك كثيرا في تحديد موقعك بدقة لأنك تستطيع رسم دائرة حول مدينة (س ) نصف قطرها 500 كيلومتر من مدينة (ص) فهنا تصبح الأمور أسهل لأنك ستكون في أحد نقطتي التقاطع بين الدائرتين حول مدينتي (س) و(ص) وتحتاج إلى معلومة إضافية من شخص ثالث لتعرف بالضبط أي النقطتين أنت موجود الآن على الأرض

معلومة واحدة من شخص تعطي أبعاد كبيرة لمكان تواجدك على الأرض.

معلومتان من شخصين تحدد مكانك بدقة أكثر.

ثلاث معلومات من ثلاث اشخص تعطي مكانك بالضبط.

وبهذه الفكرة تعمل الأقمار 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.

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

كل قمر من الأقمار الـ 24 يرسل باستمرار على نفس التردد إشارة كهرومغناطيسية محملة على موجة ترددها 1575MHz كل قمر صناعي له شفرة معينة Code خاصة به ترسل مع الإشارة الحاملة وبالتالي يمكن لأي قمر صناعي 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 باستخدام طريقتين مختلفتين الأولى تعتمد على إزاحة دوبلر Doppler Shift للإشارات الكهرومغناطيسية المرسلة من الأقمار الصناعية وهذه الإزاحة تكون ناتجة عن السرعة النسبية بين الأرض والأقمار الصناعية.

أما الطريقة الثانية وتعتمد على قياس التأخير الزمني بين الإشارات الكهرومغناطيسية الواصلة من الأقمار الصناعية.

هذه المعلومات المستقبلة من الأقمار الصناعية تدخل إلى الميكروبروسسر وتتحد مع المعلومات المخزنة عن كل قمر صناعي من حيث مداره وسرعته وموقعه وبعد عدة عمليات حسابية يحدد المستقبل موقعه على سطح الأرض ويظهر النتائج على شاشة العرض.

ولدقة حساب الموقع فإنه يجب إدخال العديد من العوامل في الاعتبار على سبيل المثال تأثير الغلاف الحيوي على الإشارات المرسلة وكذلك تأثير مجال الجاذبية الأرضية على الإشارات حيث أن الجاذبية الأرضية تعمل على ازدياد ترددها كلما اقتربت من الأرض، ولهذا فإن نظام الـGPS يعتمد وبشكل كبير على عمليات حسابية معقدة جدا قبل أن يخبرنا بالموقع وهذه العمليات ينفذها الميكروبروسسر.
استخدامات 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.

وقريبا سيكون مثبت في كل سيارة جهاز مستقبل يقوم بإرشاد السائق إلى أسهل الطرق ليصل إلى مقصده وسيكون مزود بخرائط الكترونية لشوارع العالم

أما في مجال الطائرات فاستخدام هذا النظام يمكن من السماح للطائرات بالطيران على مسافات متقاربة من بعضها البعض للتخفيف من الازدحام الملحوظ في المطارات.

ماذا تعرف عن ملفات الـ MP3 الصوتية؟

مشغل ام بي 3 حديث



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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

إذا لم تمتلك كمبيوتر كيف يمكن سماع ملفات الـ MP3

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

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

مراحل تطور مشغلات الصوت

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

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

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

1 استدعاء ملف MP3 المطلوب من الذاكرة.

2 فك تشفير الملف.

3 تكبير الإشارة الصوتية لتمكين السماعات من إخراج الصوت.

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

مدخل للبيانات Data port

ذاكرة Memory

ميكروبروسيسور Microprocessor

معالج الإشارة الرقمية Digital signal processor (DSP)

شاشة عرض Display

أزرار التحكم Playback controls

مخرج للصوت Audio port

مكبر الصوت Amplifier

وحدة تغذية كهربية Power supply

لوحة الكترونية لمشغل MP3

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

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

* ذاكرة فلاشInternal Flash memory

* كرت فلاش CompactFlash cards

* ملتيميديا كارت SmartMedia cards

* شريحة ذاكرة Memory Stick

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

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

تشغيل ملفات الـ MP3

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

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

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

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

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

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

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

فكرة عمل جهاز الفاكس القديم والحديث

كلمة فاكس FAX جاءت من كلمة Facsimile أي عمل نسخة من مستند وإرساله عبر خطوط الهاتف إلى مكان آخر. ومخترع الفاكس هو العالم الاسكتلندي Alexander Bain في عام 1843 وحصل على براءة اختراع سجل باسمه 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 إدخال هذا الاختراع للاستخدام في البريد والاتصالات مثل ما حدث مع جهاز التيليكس Telegraph الذي اخترعه العالم Samuel Morse بعد سبع سنوات من اختراع الفاكس. إلا أن جهاز التيليكس كان يعتمد على إرسال البيانات باستخدام إشارات موريس وأصبح احد الخدمات المعتمدة في البريد والاتصالات لفترة من الزمن إلى ان حل محله جهاز الفاكس للمزايا العديدة التي لا تقارن بجهاز التيليكس الذي يتطلب معرفة بإشارة موريس لترجمة الرسائل ولعدم قدرة جهاز التليكس من إرسال صورة طبق الأصل عن المستند الأصلي. إلا انه يجب إلا ننكر أن Alexander Bain قام بتطوير جهازه بإضافة فكرة عمل جهاز التيليكس إلى جهازه.
أجهزة الفاكس الأولية

طرأت عدة تطورات على جهاز الفاكس أهمها ما قام به العالم Arthur Korn في عام 1902 في إدخال نظام الفوتوديود لتطوير عملية المسح ونقل البيانات ومن ثم قيام العالم Edouard Belin في عام 1914 بإرسال بعض الصور لاسلكيا من مكان لآخر، إلى ان تبنت شركة الاتصالات الأمريكية AT&T تطوير تكنولوجيا عمل الفاكس عام 1924 وأطلقت على المشروع اسم تكنولوجيا إرسال المستندات بالتلفون telephone facsimile technology وصممت جهاز أسمته telephotography machine اي جهاز إرسال الصور عن بعد وهو ما يعرف حالياً بالفاكس، وكانت اول استخدامات هذا الجهاز هو في إرسال الصور من موقع الحدث إلى مسافات بعيدة حيث دور الطباعة والنشر
فكرة عمل جهاز الفاكس القديم

أجهزة الفاكس القديمة تحتوي على اسطوانة Drum تدور حول محورها. ولإرسال فاكس يتم تثبيت المستند على الاسطوانة ويقوم جهاز الفاكس بالعمليات التالية:

يتم تسليط ضوء ابيض ساطع على الورقة والضوء المنعكس 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 المنعكس من المناطق البيضاء أما المناطق السوداء فلا ينعكس منها ضوء.
فكرة عمل جهاز الفاكس الحديث

تطورت فكرة عمل جهاز الفاكس كلياً بالتحول إلى العصر الرقمي وتطور تكنولوجيا الاتصالات فتحولت فكرة عمله من الفكرة التماثلية analog لتصبح فكرة عمله رقمية digital، وأجهزة الفاكس الحديثة لا تحتوي على اسطوانة مما جعله يقوم بعمله بسرعة اكبر ودقة أعلى.

يتم تثبيت المستند على سطح زجاجي مثل ماكينة تصوير المستندات وبعض أجهزة الفاكس تحتوي على حاوية لتمكن من إدخال مستند تلو الآخر لتسهل عملية إرسال عدة مستندات تلقائياً.

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 بكسيل لكل بوصة، وبهذا تتمكن الشريحة من مسح سطر كامل من المستند مرة واحدة بعد إضاءة المستند بمصباح فلورسنت. البيانات المستقبلة على شريحة الـ CCD تشفر encoded بطريقة خاصة ترسل عبر خطوط الهاتف ويتم فك التشفير بواسطة جهاز الفاكس المستقبل والذي يظهر المناطق السوداء على الورقة البيضاء.

كل أجهزة الفاكس اليوم تعرف رسمياً بـ CCITT (ITU-T) Group 3 Facsimile machine أي أجهزة المجموعة 3 و CCITT هي مؤسسة الاتصالات العالمية التي تحدد المقاييس العالمية للاتصالات وكل أجهزة الفاكس التابعة لهذه المجموعة تعكس عدة مواصفات هي:

1. الاتصال وتبادل المعلومات مع أجهزة نفس المجموعة Group 3.
2. تصل الدقة الأفقية إلى 203 بيكسل لكل بوصة.
3. ثلاثة درجات من الدقة العمودية هي:
* الدقة القياسية: أي 98 خط كل بوصة
* الدقة العالية: أي 196 خط لكل بوصة
* الدقة الفائقة: 391 خط لكل بوصة
4. 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.

ولتوضيح فكرة قراءة وتشفير البيانات يمكن القول أن شريحة الـccd تستقبل البيانات الضوئية الناتجة عن انعكاس الضوء من خط محدد من المستند يسمى خط المسح ويظهر هنا باللون الأحمر. وتكون البيانات التي تنعكس إلى شريحة الــ CCD عبارة عن مجموعات من النقاط السوداء والبيضاء. تظهر في أسفل الشكل مستطيل يعكس البيانات التي حصلت عليها الشريحة والتي تقابل خط المسح، هذه البيانات تشفر وترسل عبر خطوط الهاتف بينما يتم مسح خط آخر من المستند وهكذا حتى تتم عملية مسح المستند بالكامل. ولا جدال أن تجميع بيانات خط المسح مرة واحدة وإرسالها جعلت من عملية الفاكس أسرع.
ما هو حجم البيانات المرسل في كل مستند فاكس؟

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. وإذا افترضنا ان المستند يحتوي على 1145 خط فإن الحجم الكلي لبيانات المستند عبارة عن

1728 بكسيل لكل خط مسح x 1145 خط في المستند = تقريباً 2 مليون بت من المعلومات

ولتقليل حجم البيانات عند إرسالها فإن فاكس 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 إرسال البيانات إذا كان خط المسح كله ابيض بالكامل مما يقلل من الحجم الكلي للمستند الذي يحتوي على مناطق بيضاء كثيرة حيث نلاحظ أن إرسال المستند أسرع كلما كانت مساحة المنطقة البيضاء اكبر بينما تحتاج عملية الإرسال وقتاً أطول إذا كان المستند يحتوي صور.
استقبال الفاكس المرسل

تصل البيانات المرسلة من جهاز الفاكس عبر خطوط الهاتف إلى جهاز الفاكس المستقبل. فيتم فك تشفير البيانات وفك الضغط وتجميع البيانات لتجهيزها للطباعة. وهناك عدة طرق لإخراج البيانات هي:

طابعة الليزر Laser printer تستخدم بعض أجهزة الفاكس طابعة ليزر كجزء منها للحصول على المستند المستقبل.

جهاز الكمبيوتر وهذا في حالة تثبيت كرت فاكس مودم fax modem على جهاز الكمبيوتر فيتم تخزين البيانات المستقبلة في ذاكرة الكمبيوتر ويمكن تخزينها على شكل ملف وورد ويمكن طباعتها على أية طابعة متصلة مع الكمبيوتر.

جهاز السي دي.. كيفية عمله ومميزاته

مشغل سي دي حديث

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

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 الألمونيوم اللامع بسمك 1.25 نانومتر مغطاة بطبقة حماية من مادة الاكريلاك acrylic.

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

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

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

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

إن الوظيفة الأساسية لمشغل أقراص السي دي هي تركيز أشعة الليزر على المسارات التي تحتوي البيانات، حيث تنفذ أشعة الليزر من الطبقة البلاستيكية لتسقط على طبقة الألمونيوم العاكس، وحيث أن المسارات تحتوي على البيانات على شكل Bits متقطعة مما يسبب في اختلاف انعكاس شعاع الليزر على هذه المناطق والمناطق التي لا تحتوي على البيانات وبالتالي يكون الشعاع المنعكس عبارة عن نبضات متقطعة هي بمثابة 0 , 1 هذه النبضات المتقطعة يقرأها فوتوديود يحول النبضات الضوئية إلى تيار كهربي. تقوم أجهزة الكترونية في مشغل أقراص 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 أن يخزن البيانات التي يريدها على قرص السي دي إذا امتلك جهاز قراءة وكتابة وكل ما عليه هو تحديد نوع البيانات إذا 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 آلية تخزين البيانات على السي دي وهذا ما يعرف بآلية التشفير data encoding methodology. والتي يجب أن تراعى النقاط التالية:

* توجيه الليزر بين مناطق البيانات المخزنة مثل بداية المقطوعة الموسيقية ونهايتها والمقطوعة التي تليها.
* أن يتضمن التشفير كاشف للخطأ الناجم عن الخطأ في تفسير بعض الـ Bits وهذا ما يعرف بـ error-correcting codes.
* الخدوش التي قد تحدث عن الاستخدام الخاطئ لقرص السي دي مما ينتج عنه انقطاع في تدفق البيانات.

فرن المايكروويف.. تسخين الطعام بموجات الراديو

جهاز مايكروويف

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

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

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

الخاصية الأولى

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

الخاصية الثانية

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

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

وحدة التحكم

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

وحدة إنتاج الفولت العالي

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

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

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

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

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

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

تكنولوجيا أشعة الليزر.. كيفية عملها واستخداماتها

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

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

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ضوء الليزر :

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

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

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

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

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

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

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

(1) مكونات ليزر الياقوت

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

(3) تطلق بعض الذرات فوتونات

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

التصنيف الثالث Class IIIB طاقة هذا الليزر أكثر من المتوسط.

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

كيف تعمل "الصواريخ" آلة الحرب الأولى؟

أول من قام باستخدام الصواريخ هم الصينيون القدامى، ثم انتقلت بعد ذلك ليستخدمها العرب، ونقلها العرب للأوروبيين، وطوروها بعد ذلك حتى أصبحت -رغم استخداماتها العلمية- من آلات ومعدات الحرب الأولى.

وأغلب الظن أن الصواريخ الصينية الأولى لم تكن صواريخ بالمعنى الدقيق، فحسب المؤرخين الغربيين فإنها كانت عبارة عن سهام بها رؤوس ملتهبة تطلق بواسطة الأقواس على الأعداء، ولكن هذه السهام كان لها بالغ الأثر في الحرب التي وقعت في 994 ميلادية في مدينة تسوتنج، وبعدها بثلاثة قرون تطورت الصواريخ بشكل كبير حتى أصبحت الصواريخ بمعناها المعروف شائعة الاستخدام، وكانت في ذلك الوقت عبارة عن أنابيب محشوة بمسحوق البارود الأسود (خليط من النترات ومسحوق الفحم النباتي والكبريت)، تربط إلى السهام، وفتحاتها في عكس اتجاه السهام، ثم يشعل المسحوق فتخرج منه الغازات التي تدفع بالسهم.
وفي سبيل أحكام تصويب هذه الصواريخ، تم تطوير زعانف يتم تثبيتها في مسارها، بالإضافة إلى طريقة أخرى اتبعها آخرون حيث جعلوا في فوهة الصاروخ من أسفل شبه عجلة، أنصاف أقطارها صفحات مائلة، تخرج الغازات من الصاروخ فتديرها هي والصاروخ بسرعة، يكون من نتيجتها تثبيت الصاروخ في مساره.

ولم تعرف الصواريخ المدمرة طريقها إلى الصنع إلا في القرن العشرين وكانت ألمانيا على رأس الدول المطورة لمثل هذه الأنواع من الصواريخ واستخدمتها بالفعل في الحرب العالمية الثانية (1939 – 1945)، بعدها تطور شيئا فشيئا حتى أصبح من آلات الحرب الأولى في الوقت الحالي بفضل تطويرات شتى في التكنولوجيا العسكرية التي تضعها الدول المتقدمة من أولويات اهتماماتها.
الصاروخ متعدد المراحل

يعمل الصاروخ متعدد المراحل بأن يحمل الصاروخ ذو المرحلتين دافعًا ومحركًا صاروخيًا واحدًا أو أكثر في كل مرحلة. المرحلة الأولى تطلق الصاروخ، وبعد حرق الدافع تسقط بعيدًا عن الصاروخ. المرحلة الثانية تبدأ وتحمل الرؤوس المحملة إلى المدار الأرضي أو حتى أبعد من ذلك إلى الفضاء. قانون الحركة الأساسي الذي اكتشفه العالم البريطاني السير إسحق نيوتن في القرن السابع عشر الميلادي يصف كيف يعمل الصاروخ. هذا القانون ينص على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومضادٍّ له في الاتجاه. انظر: الحركة. يشرح قانون نيوتن كيف يؤدي تدفق الهواء من بالون صغير إلى دفع البالون للطيران. ويعمل أقوى الصواريخ بنفس الطريقة.

يحرق الصاروخ وقودًا خاصًا في غرفة احتراق فينتج غاز يتمدد بسرعة. ويضغط هذا الغاز داخل الصاروخ بالتساوي في كل الاتجاهات. وضغط هذا الغاز على أحد جوانب الصاروخ يساوي ضغط الغاز على الجانب المقابل. ويخرج الغاز من مؤخرة الصاروخ من خلال فوهة. ولا يعادل هذا الغاز المعدم ضغط الغاز على مقدمة الصاروخ. وهذا الضغط غير المتساوي هو الذي يدفع الصاروخ للأمام.

وسريان الغاز خلال فوهة الصاروخ هو الفعل الذي وُصِفَ في قانون نيوتن. ويكون رد الفعل هو الدفع المستمر قوة الدفع للصاروخ بعيدًا عن خروج الغاز المعدم.

الوقود الدافع للصاروخ. تحرق الصواريخ مجموعة من المواد الكيميائية تُسمى الوقود الدافع يتكوَّن من:

1-وقود؛ مثل البنزين والبرافين أو الهيدروجين السائل

2- مادة مؤكسدة؛ مثل رباعي أكسيد النيتروجين، أو الأكسجين السائل. والمادة المؤكسدة تمد الوقود بالأكسجين اللازم للاحتراق. ويُمَكِّن هذا الأكسجين الصاروخ من العمل في الفضاء الخارجي حيث لا يوجد هواء. كذلك تعمل المحركات النفاثة بوساطة الفعل ورد الفعل. لكن الوقود النفاث لا يحتوي على مادة مؤكسدة. ويسحب المحرك النفاث الأكسجين من الهواء. ولهذا السبب لا يعمل خارج المجال.

يحرق الصاروخ الوقود الدافع بمعدل سريع، وأغلب الصواريخ تحمل كمية تبقى عدة دقائق فقط. لكن الصاروخ ينتج هذه القوة الساحبة التي تقدر على قذف مركبات ثقيلة بعيدًا في الفضاء.

يحرق الصاروخ أغلب الوقود الدافع خلال الدقائق القليلة الأولى للطيران. وخلال هذا الوقت تقل سرعة الصاروخ بالاحتكاك بالهواء، والجاذبية، ووزن الوقود. يعوق احتكاك الهواء الصاروخ طوال مساره في الغلاف الجوي. وعندما ينطلق الصاروخ إلى أعلى، فإن الهواء يصبح أقل ويقل الاحتكاك في الفضاء، ولا يوجد احتكاك يؤثر على الصاروخ. وتشد الجاذبية الأرضية الصاروخ إلى الأرض، لكن هذا الجذب يقل كلما ارتفع الصاروخ بعيدًا عن الأرض. وعندما يحرق الصاروخ الوقود فإن وزنه يقل.

الصاروخ متعدد المراحل. يتكون الصاروخ من عدة مقاطع تسمى مراحل، وكل مرحلة لها محرك صاروخي ووقود دافع. طوَّر المهندسون الصاروخ متعدد المراحل من أجل رحلات طويلة خلال الغلاف الجوي وإلى الفضاء. فهم يحتاجون إلى صواريخ تستطيع أن تصل إلى سرعات أكبر من سرعات الصواريخ ذات المرحلة الواحدة. ويمكن للصاروخ متعدد المراحل أن يصل إلى سرعات أعلى نتيجة نقصان وزنه بإسقاط مراحل تم استعمال وقودها. وتبلغ سرعة الصاروخ ذي الثلاث مراحل تقريبًا ثلاثة أضعاف سرعة الصاروخ ذي المرحلة الواحدة.

تسمى المرحلة الأولى المعزِّز، وتقذف الصاروخ بعد حرق وقود المرحلة الأولى، وتُسقِط المركبة هذا المقطع وتستعمل المرحلة الثانية. ويظل الصاروخ يستعمل مرحلة بعد الأخرى. وأغلب صواريخ الفضاء ذات مرحلتين أو ثلاث مراحل.

إطلاق الصاروخ. تحتاج صواريخ الفضاء إلى قواعد إطلاق خاصة مجهزة. وأغلب فاعلية القذف تكون حول مركز قاعدة القذف التي ينطلق الصاروخ منها. ويحتوي مكان القذف على 1- مبنى الهيكل الذي يكمل منه المهندسون الخطوات النهائية في بناء الصاروخ

2- مبنى الخدمة الذي يتأكد فيه العمال من سلامة الصاروخ قبل إطلاقه

3- مركز التّحكُّم، حيث يوجِّه العلماء إطلاق وطيران الصاروخ. وتقوم محطات الرصد التي تقع في أماكن مختلفة حول العالم بتسجيل مسار رحلة الصاروخ.

يجهز العلماء والمهندسون الصاروخ للإطلاق بطريقة الخطوة خطوة التي تسمَّى العدّ التنازلي، فيرسمون كل خطوة على فترة معينة خلال العد التنازلي، ويتم إطلاق الصاروخ عندما يصل العدّ التنازلي إلى الصفر. ويمكن أن تتسبّب الأجواء غير المرغوب فيها أو أي صعوبة أخرى في إيقاف الإطلاق الذي يوقف مؤقتًا العد التنازلي.
كيف تستعمل الصواريخ

تستعمل الدول الصواريخ أساسًا لتوفير أدوات نقل تنطلق بسرعات عالية خلال الغلاف الجوي والفضاء. وتُعَدُّ الصواريخ ذات قيمة عالية: 1- للاستعمالات العسكرية
2- لأبحاث الغلاف الجوي
3- لإطلاق مجسات الاكتشاف والأقمار الصناعية
4- للسفر عبر الفضاء.

صاروخ حربي يُسمى صاروخ تو، يطلق بطاقم مكون من اثنين. ويمكن إطلاقه من الأرض أو من مركبة. الاستعمال العسكري. يتفاوت استخدام الجيوش للصواريخ من صواريخ حروب الميدان الصغيرة إلى القذائف الموجهة العملاقة التي تطير عبر المحيط.

البازوكا. صاروخ صغير مقذوف يحمله الجنود، وهو مضاد للمركبات المصفحة. لدى البازوكا قوة اختراق مثل دبابة صغيرة. انظر: البازوكا. وتستعمل الجيوش صواريخ أكبر لتفجير القنابل بعيدًا خلف خطوط الأعداء، وكذلك لإسقاط طائرات العدو. وتحمل الطائرات المقاتلة صواريخ موجهة للهجوم على الطائرات الأخرى والأهداف الأرضية. وتستعمل السفن البحرية الصواريخ الموجهة للهجوم على السفن الأخرى، والأهداف الأرضية والطائرات.

وأحد أهم الاستعمالات الحربية للصواريخ هو إطلاق نوع من القذائف الموجهة بعيدة المدى، تسمى القذائف البالستية العابرة للقارات. وهذه القذائف تستطيع الانطلاق لمدى أكبر من 8،000 كم لتفجير هدف للعدو بالمتفجرات النووية. وهناك مجموعة من الصواريخ القوية تحمل القذيفة عابرة القارات وتسيرها خلال الأجزاء الأولى من رحلتها، ثم تأخذ القذائف باقي طريقها إلى الهدف. انظر: القذيفة الموجهة.

صاروخ سبر مثل "تاوروس ـ نيكي ـ توماهوك"، يجمع معلومات عن الغلاف الجوي العلوي. ترسل أجهزة الراديو في الصاروخ المعلومات إلى الأرض للدراسات العلمية.

صاروخ أطلس ـ قنطورس يضيء قاعدة قذفه خلال الانطلاق. هذه الصواريخ تضع الأقمار الصناعية العلمية، مثل المرصد الفلكي الدائر، في مداراتها حول الأرض. أبحاث الغلاف الجوي. يستعمل العلماء صواريخ لاكتشاف الغلاف الجوي المحيط بالأرض، وتحمل الصواريخ الصوتية التي تسمى أيضًا صواريخ الأرصاد الجوية أجهزة مثل: مقياس الضغط الجوي، وآلات التصوير والترمومترات إلى الغلاف الجوي. وتجمع هذه الأجهزة المعلومات عن الغلاف الجوي، وترسلها بالراديو لأجهزة الاستقبال الأرضية. تسمّى هذه الطريقة في جمع المعلومات وإرسالها لمسافات بعيدة بالراديو قياس البعد انظر: قياس البعد.

توفر الصواريخ الطاقة اللازمة لطائرات الأبحاث العلمية. ويستعمل المهندسون هذه الطائرات في تطوير سفن الفضاء. ويتعلم المهندسون من خلال دراسة رحلات هذه الطائرات كالصاروخ الموجّه إكس -15، كيفية التحكم في المركبة للطيران أسرع من الصوت عدة مرات.

إطلاق المجسات والأقمار الصناعية. تُسمَّى الصواريخ التي تحمل أجهزة أبحاث في رحلات طويلة لاكتشاف المجموعة الشمسية المجسات. وتجمع المجسات القمرية هذه المعلومات عن القمر. ويمكنها الطيران إلى أبعد من القمر، والدوران حوله أو الهبوط على سطحه. وتأخذ المجسات بين الكوكبية رحلة ذات اتجاه واحد إلى الفضاء من خلال الكواكب. وتجمع المجسات الكوكبية المعلومات عن الكواكب. ويحلِّق المجس الكوكبي في مدار حول الشمس مع الكوكب المكتشف. وقد اكتشف أول مجس كوكبيّ كوكبيْ المريخ، والزهرة. كما اكتشفت المجسات أيضًا كلاً من المشتري، وزحل، ونبتون.

تحمل الصواريخ الأقمار الصناعية في مدارات حول الأرض. وتجمع بعض هذه الأقمار المعلومات للبحث العلمي. وينقل بعضها الآخر المحادثات الهاتفية أو البث الإذاعي والتلفازي عبر المحيطات. انظر : قمر الاتصالات. وتستخدم الجيوش الأقمار الصناعية للاتصالات والحماية ضد الهجوم الصاروخي المفاجئ، كذلك يستخدمون الأقمار الصناعية لتصوير قواعد صواريخ الأعداء.

تُسمّى الصواريخ التي تحمل المجسات والأقمار الصناعية صواريخ حاملة أو عربات الإطلاق، وأغلب هذه الأنواع تكون ذات مرحلتين أو ثلاث أو أربع مراحل. وهذه المراحل تضع القمر الصناعي على ارتفاعه المناسب، وتعطيه سرعة كافية تصل إلى 29،000كم/ساعة ليظل في المدار. ويجب أن تكون سرعة المجسات بين الكوكبية حوالي 40،200كم/ساعة للتخلص من الجاذبية الأرضية والاستمرار في رحلتها.
السفر عبر الفضاء

توفر الصواريخ الطاقة لمركبة الفضاء التي تدور حول الأرض وتطير إلى القمر والكواكب. وهذه الصواريخ، مثل تلك المستعملة في قذف المجسّات والأقمار الصناعية، تسمى الصواريخ الحاملة أو عربات الإطلاق.

كانت الصواريخ الحربية أو الصواريخ الصوتية أولى السفن الفضائية التي تم إطلاقها، والتي حوَّرها المهندسون قليلاً لحمل سفن الفضاء؛ فقد أضافوا مثلاً مراحل إلى بعض هذه الصواريخ لزيادة طاقتها. وأحيانًا يلجأ المهندسون إلى صواريخ أصغر كمرحلة أولى لقذف مركبة فضاء. وتوفّر هذه الأداة الإضافية قوة دفع إضافية لقذف سفينة فضاء أثقل.

صاروخ سوفييتي في منصته قبل انطلاق رحلة الفضاء سويوز 6. وعندما تُرفع الأبراج على جانبي المنصّة،يستطيع الفنيون العمل في كل جزء من الصاروخ. كان الصاروخ ساتورن ـ ف الذي حمل أول رائد فضاء أمريكيًا إلى القمر، أقوى مركبة إطلاق أمريكية. وكان يزن أكثر من 2،7 مليون كجم قبل الإطلاق وكان طوله 111 م. وكان من الممكن أن يحمل سفينة فضاء تزن أكثر من 45،000 كجم للقمر. وقد استعمل ساتورن ـ ف 11 محركًا صاروخيًا للدفع في ثلاث مراحل.

يستطيع مكوك الفضاء القابل للاستخدام مرات عديدة أن يحلِّق في الفضاء ويعود إلى الأرض ليقوم برحلات أخرى. ويمكن لمثل هذا المكوك أن يحمل آدميين ومستلزمات إلى ومن محطات فضائية قد تدور حول الأرض. كذلك سوف توفر المراكب الصاروخية الموجهة الأصغر التي تسمى سفن الفضاء التنقل لمسافات قصيرة يومًا ما، مثل التنقل من مركبة مكوك إلى محطة فضاء، أو من قمر صناعي إلى آخر. هذه المركبات سوف توفر القوة للمجسات الفضائية التي تطلق إلى الكواكب من مدار الأرض. انظر: رحلات الفضاء.

المرصد الفلكي المداري يقوم الفنيون بتجهيزه للانطلاق. هذا القمر الصناعي يجمع معلومات عن النجوم والمجرات البعيدة جدًا في الفضاء. استعمالات أخرى. استعملت الصواريخ طوال عدة سنوات كإشارات استغاثة من السفن والطائرات وكذلك من الأرض. كذلك تطلق الصواريخ خطوط الإنقاذ للسفن في المحيطات. كما تقوم صواريخ صغيرة تسمى جاتو بمساعدة الطائرات ثقيلة الحمولة على الإقلاع. وقد استعملت الصواريخ لفترة طويلة في الألعاب النارية. انظر: الألعاب النارية. ويستعمل العلماء الصواريخ لرش السحب بالمواد الكيميائية للتحكم في الطقس.
أنواع الصواريخ

هناك أربعة أنواع رئيسية من الصواريخ:
1- صواريخ الوقود الدافع الصلب
2- صواريخ الوقود الدافع السائل
3- الصواريخ الكهربائية
4- الصواريخ النووية.

صاروخ الوقود الدافع الصلب يحرق مادة صلبة تسمى الحبوب. يصمم المهندسون أغلب الحبوب بلب أجوف. ويحترق الدافع من اللب إلى الخارج. ويحجب الدافع غير المشتعل غلاف المحرك من حرارة الاحتراق. صواريخ الوقود الدافع الصلب. تحرق مادة بلاستيكية أو مطاطية تسمى الحبوب. وتتكون الحبوب من الوقود والمؤكسد في الحالة الصلبة. على خلاف بعض أنواع الوقود السائل، فإن الوقود والمؤكسد للمادة الصلبة لا يشتعلان إذا تلامسا مع بعضهما. ويجب إشعال الوقود بإحدى طريقتين: يمكن إشعاله بحرق شحنة صغيرة من المسحوق الأسود وهو خليط من نترات البوتاسيوم، والفحم النباتي والكبريت. كذلك يمكن إشعال الوقود الصلب بالتفاعل الكيميائي لمركب كلور سائل يرش على الحبوب.

تتراوح درجة الحرارة في غرفة الاحتراق للوقود الصلب للصاروخ بين 1،600° و 3،300°م. يستعمل المهندسون في أغلب هذه الصواريخ الفولاذ القوي جدًا أو التيتانيوم لبناء حوائط الغرفة حتى تقاوم الضغط الذي ينشأ عن درجات الحرارة العليا. كذلك يستعملون الألياف الزجاجية أو مواد بلاستيكية خاصة.

يحترق الوقود الصلب أسرع من الوقود السائل، لكنه ينتج قوة دفع أقل من التي تنتج من احتراق نفس الكمية من وقود سائل في نفس الوقت. يظل الوقود الصلب فعالاً لفترات طويلة من التخزين ولا يمثل خطورة تذكر حتى عند الإشعال. ولا يحتاج الوقود الصلب إلى أجهزة للضخ والمزج اللازمة للوقود السائل، لكنه من ناحية أخرى، صعب إيقافه وإعادة إشعاله. والمفترض أن تتوفر لرواد الفضاء القدرة على إيقاف وبدء عملية احتراق الوقود حتى يمكنهم التحكم في طيران سفنهم الفضائية. وهناك طريقة واحدة تستعمل لوقف الاحتراق وهي نسف مقطع الفوهة من الصاروخ. لكن هذه الطريقة تمنع إعادة الإشعال.

تُستعمل صواريخ الوقود الصلب أساسًا في استخدامات الجيوش. ويجب أن تكون الصواريخ الحربية مستعدة للانطلاق في أي لحظة، ويمكن تخزين الوقود الصلب أفضل من أي وقود دافع آخر. وتوفر صواريخ الوقود الصلب الطاقة للصواريخ العابرة للقارات، بما في ذلك صاروخ مينوتيمان-2، وإم إكس، وكذلك للقذائف الصغيرة مثل هوك، وتالوس، وتِريرْ. وتُسْتَعْمَل صواريخ الوقود الصلب أداة إضافية لحمل الصواريخ مثل: صواريخ جاتو، وتستعمل كذلك بمثابة صواريخ صوتية. كما تستعمل صواريخ الوقود الصلب في عروض الألعاب النارية.

صاروخ الوقود الدافع السائل يحمل الوقود والمؤكسد كلا في خزان منفصل. يدور الوقود خلال غلاف تبريد المحرك قبل دخوله غرفة الاحتراق. هذه الدورة ترفع درجة حرارة الوقود للاحتراق وتساعد على تبريد الصاروخ. صواريخ الوقود الدافع السائل. تحرق خليطًا من الوقود والمؤكْسِد في شكل سائل. وتحمل هذه الصواريخ الوقود والمؤكْسِد في صهريج منفصل. وتغذي شبكة من الأنابيب والصمامات عنصري الوقود داخل غرفة الاحتراق. وينبغي أن يمر الوقود أو المؤكسد حول الغرفة قبل المزج مع العناصر الأخرى. هذا من شأنه أن يبرِّد غرفة الاحتراق ويسخِّن مسبقًا عناصر الوقود للاشتعال.

تتضمن طرق تغذية الوقود والمؤكْسد إلى غرفة الاحتراق استعمال إما مضخات أو غاز ذي ضغط عال. وأكثر الطرق المألوفة هي استعمال المضخات. ويشغل الغاز المنتج باحتراق جزء صغير من الوقود المضخة التي تدفع الوقود والمؤكسد إلى غرفة الاحتراق. أما الطريقة الأخرى، فيدفع الغاز عالي الضغط الوقود والمؤكْسد إلى غرفة الاحتراق. ويمكن الحصول على مصدر الغاز ذي الضغط العالي من النيتروجين، أو بعض الغازات الأخرى المخزونة تحت الضغط العالي، أو من حرق كمية صغيرة من الوقود.

بعض أنواع الوقود السائل التي تسمى ذاتية الاشتعال تشتعل عندما يتلامس الوقود والمؤكسد. لكن معظم أنواع الوقود السائل تحتاج إلى جهاز إشعال. يمكن أن يشتعل الوقود السائل عن طريق شرارة كهربائية، أو حرق كمية صغيرة من مادة متفجرة صلبة داخل غرفة الاحتراق. يستمر الوقود السائل في الاحتراق ما دام سريان خليط الوقود والمؤكسد مستمرًا في الوصول إلى غرفة الاحتراق.

تُبنى أغلب خزانات الوقود السائل من الفولاذ أو الألومنيوم الرقيق عالي الصلابة. وأغلب غرف الاحتراق في هذه الصواريخ مصنوعة من الفولاذ أو النيكل.

يُنْتج الوقود السائل عادة قوة دفع أكبر من التي تنتج من احتراق نفس الكمية من الوقود الصلب في نفس الفترة الزمنية. كذلك فهو أسهل في بدء وإيقاف الاحتراق من الوقود الصلب. ويمكن التحكم في الاحتراق فقط بفتح أو غلق الصمامات.لكن يصعب التعامل مع الوقود السائل. فإذا خلطت عناصر الوقود دون إشعال، فإن الخليط سوف ينفجر بسهولة. كذلك يحتاج الوقود السائل إلى صواريخ أكثر تعقيدًا عما في حالة الوقود الصلب.

يستعمل العلماء صواريخ الوقود السائل لأغلب السفن التي تطلق إلى الفضاء؛ فعلى سبيل المثال، وفرت صواريخ الوقود السائل الطاقة للمراحل الثلاث في إطلاق مركبة ساتورن - ف.

صاروخ أيوني وهو نوع من الصواريخ الكهربائية. تحول ملفات التسخين الوقود مثل السيزيوم إلى بخار. تغير شبكة تأيين متسامتة من البلاتين الساخن أو التنجستن البخار إلى سيل من الجسيمات المشحونة كهربائيًا تسمى الأيونات. الصواريخ الكهربائية. تستعمل الطاقة الكهربائية لإنتاج قوة الدفع. وهذه الصواريخ تحتوي على 1- صواريخ القوس الكهربائي النفاث 2- صواريخ البلازما النفاثة 3- الصواريخ الأيونية. ويمكن أن تعمل الصواريخ الكهربائية لفترة أكثر بكثير من أي نوع آخر، لكنها تنتج قوة دفع أقل.

لا يقدر الصاروخ الكهربائي على رفع سفينة فضاء خارج المجال الجوي للأرض، لكنه يستطيع أن يدفع مركبة خلال الفضاء. ويعمل العلماء على تطوير الصواريخ الكهربائية لرحلات فضاء طويلة في المستقبل.

صواريخ القوس الكهربائي النفاثة تُسخِّن وقودًا غازيًا بشرارة كهربائية تسمى القوس الكهربائي. وهذه الشرارة يمكن أن تسخِّن الغاز إلى ثلاثة أو أربعة أضعاف درجة الحرارة المنتجة بصواريخ الوقود السائل أو الصلب صواريخ البلازما النفاثة نوع من صواريخ القوس الكهربائي النفاثة. يُوَلَّد سريان الغاز المتفجر بوساطة قوس كهربائي يحتوي على جسيمات كهربائية مشحونة. ويُسمى خليط الغاز وهذه الجسيمات بلازما. وتستعمل صواريخ البلازما النفاثة تيارًا كهربائيًا ومجالاً كهربائيًا لزيادة سرعة سريان البلازما من الصاروخ.

الصواريخ الأيونية تنتج قوة دفع بوساطة سريان جسيمات مشحونة كهربائية تسمى الأيونات. يُسمى جزء من الصاروخ الشبكة الأيونية التي تنتج الأيونات كأنها غاز خاص يسير فوق سطح الشبكة. تزداد سرعة سريان الأيونات من الصاروخ بوساطة مجال كهربائيِّ.

صاروخ نووي يستعمل الحرارة من مفاعل نووي لتحويل الوقود السائل إلى غاز. يمر معظم الوقود خلال المفاعل. ويسخن بعض الوقود بوساطة فوهة الصاروخ ويمر خلال التوربين الذي يدير مضخة الوقود. الصواريخ النووية. تُسخِّن الوقود بوساطة مفاعل نووي، وهو آلة تنتج الطاقة عن طريق انشطار الذرات. يصبح الوقود المراد تسخينه بسرعة غازًا متمددًا ساخنًا. وهذه الصواريخ تنتج طاقة تعادل ضعفي أو ثلاثة أضعاف ما تنتجه صواريخ الوقود الدّفعي الصلب أو السائل. ويعمل العلماء على تطوير الصواريخ النووية لرحلات الفضاء.

يُضَخ في الصواريخ النووية هيدروجين سائل إلى المفاعل خلال الجدار المحيط بمحرك الصاروخ. وتساعد عملية الضخ هذه على تبريد الصاروخ، وكذلك على تسخين الهيدروجين السائل. ويمر خلال المفاعل مئات من القنوات الضيقة. وعندما يمر الهيدروجين السائل خلال هذه القنوات، تقوم حرارة من المفاعل بتحويل الوقود إلى غاز متمدد في الحال. ويمر الغاز خلال فوهة العادم بسرعات قد تصل إلى 35،400كم/ساعة.

الهاتف المحمول.. القطعة الإلكترونية التي اختصرت العالم

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

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

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

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

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

1. طريقة الاتصال Duplex

2. القنوات Channels

3. المدى Range

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

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

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

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

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

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

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

ملاحظة

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

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

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

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

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

والآن سوف نقوم بدراسة وشرح تركيب جهاز الجوال

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

يحتوي الجوال على الأجزاء التالية:

اللوحة الإلكترونية للجوال وعلى اليمين الواجهة الأمامية وعلى اليسار الواجهة الخلفية

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

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

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

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

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

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

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

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

الجيل الأول

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

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

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

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

تحول تكنولوجيا الجوال من النظام التناظري إلى الرقمي

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

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

الوصول المتعدد بالتقسيم التردديFrequency division multiple access (FDMA)

الوصول المتعدد بالتقسيم الزمنيTime division multiple access (TDMA)

الوصول المتعدد بالنظام الكودي Code division multiple access (CDMA)

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

الوصول المتعدد بالتقسيم التردديFrequency division multiple access (FDMA)

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

في تقنية FDMA كل جوال يستخدم تردد مختلف

الوصول المتعدد بالتقسيم الزمنيTime division multiple access (TDMA)

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

الوصول المتعدد بالنظام الكودي Code division multiple access (CDMA)

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

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

في تقنية CDMA كل مكالمة تحول الى بيانات رقمية وتقسم إلى رزم ترتبط مع بعضها البعض بشفرة مميزة.
كيف يعمل التلفون المحمول (الجوال)؟

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

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

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

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

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

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

التليفزيون.. الصندوق الصغير الذي ينقل لك أخبار العالم

دائرة عمل التلفزيون



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

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

أنبوبة أشعة المهبط cathode ray tube

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

جهاز إنذار الحريق أهميته وفكرة عمله

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

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

كيف يتم تصوير الأوراق والمستندات..؟

تسمى عملية تصوير المستندات بالزييروغرافي XEROGRAPHY وتسمي بالطباعة اللكتروستاتيكية الجافة تم اختراع عملية التصوير هذه بواسطة العالمChester F. Carlson في العام 1937 وأصبحت تستخدم في العام 1950، تتم عملية التصوير بوضع المستند الورقي على السطح الزجاجي للماكينة ومن ثم نحدد الخيارات التي نريد مثل عدد النسخ المطلوبة والحجم ودرجة التعتيم، ثم نضغط على زر البدء. ماذا يحدث داخل ماكينة التصوير بعد هذه اللحظة هو ما سنحاول شرحه.

تعتمد فكرة عمل ماكينة تصوير المستندات على أساسيات الكهربية الساكنة الكهروستاتيكية حيث تتكون شحنات إضافية موجبة أو سالبة على المادة ولكن دون أن تكون لها حرية الحركة، وأنه كما نعلم فإن الشحنة الموجبة تجذب الشحنة السالبة والعكس صحيح، وكما ذكرنا سابقاً إن الشحنة الساكنة تتكون على الجسم ولا تتحرك، فمثلا إذا تم دلك بالون بقطعة من الصوف فإن البالون يصبح له القدرة على الالتصاق بجدار الحائط مثلاً لأن عملية الدلك هذه قد أضافت للبالون شحنة ساكنة.

تستخدم ماكينة تصوير المستندات نفس المبدأ حيث تحتوي الماكينة على اسطوانة تسمى drum من مادة حساسة للضوء تسمى photoconductive، تشحن بشحنات ساكنة كما في البالون ويوجد أيضا بودرة سوداء تسمى toner تستطيع الاسطوانة المشحونة بجذب حبيبات البودرة السوداء.

خصائص الاسطوانة والبودرة السوداء التي تمكنها من إتمام عملية التصوير.

1- تتم عملية الشحن لأجزاء محددة من الأسطوانة، حيث أن هذه الأجزاء وحدها التي تجذب حبيبات البودرة السوداء، تتكون صورة المستند المراد تصويره على سطح الاسطوانة في شكل شحنة ساكنة (كهروستاتيكية) على سطح الاسطوانة

2- تنتقل حبيبات البوردة السوداء إلى المناطق المشحونة على سطح الاسطوانة والتي تكون صورة المستند المراد تصويره ومن ثم يتم نقل البودرة السوداء إلى سطح الورقة البيضاء.

3- يتم تثبيت حبيبات البودرة السوداء على سطح الورقة بالتسخين حيث ان هذا الحبيبات حساسة للحرارة.

مراحل عملية التصوير

المادة التي تصنع منها الاسطوانة drum هي من مواد توصيل ضوئية photoconductive وبشكل أكثر دقة فإن عملية التصوير تتم على النحو التالي:

1- يشحن سطح الاسطوانة بالكامل بشحنة موجبة.

2- يمرر ضوء ساطع على سطح الورقة المراد تصويرها والتي توضع على السطح الزجاجي لماكينة التصوير، ينعكس الضوء عن المناطق البيضاء لسطح الورقة ويصطدم بالاسطوانة الـ drum المثبتة في الأسفل

3- عندما تصطدم فوتونات الضوء المنعكسة عن المناطق البيضاء بسطح الاسطوانة تتحرر إلكترونات من ذرات سطح الاسطوانة لأنها من مادة توصيل ضوئية photoconductive، المناطق السودء على سطح الورقة مثل النصوص والصور لا ينعكس عنها ضوء مما يجعل سطح الاسطوانة المقابل للمناطق السوداء هي مناطق مشحونة بشحنة موجبة.

4- تنشر حبيبات دقيقة من بودرة سوداء تسمى الـ toner مشحونة بشحنة سالبة، تنجذب حبيبات البودرة السوداء بالشحنة الموجبة على الاسطوانة والتي تمثل الصورة.

5- يمرر ورقة بيضاء مشحونة بشحنة موجبة فوق الاسطوانة لتجذب حبيبات البودرة السوداء.

6- يتم تسخين الورقة من خلال تمريرها على سطح ساخن لتلتصق حبيبات البودرة السوداء بسطح الورقة.

عندما تسلط ماكينة التصوير ضوء ساطع على الورقة المراد تصويرها، تتكون صورة على الاسطوانة الخضراء اللون drum ذات الشحنة الموجبة، يعمل الضوء المنعكس عن المناطق البيضاء على الورقة المراد تصويرها عندما يسقك على الاسطوانة ليحرر الكترونات تتعادل مع الشحنات الموجبة وتترك الاسطوانة بشحنة موجبة تمثل المناطق السوداء على الورقة المراد تصويرها، تعمل الشحنات الموجبة المتبقية على الاسطوانة والتي تمثل الصورة على جذب حبيبات البودرة toner ذات الشحنة السالبة لتكون جاهزة لتلتصق بالورقة البيضاء التي تظهر الصورة.

الأجزاء الداخلية لماكينة التصوير

تحتوي ماكينة التصوير على العديد من الأجزاء لانجاز عملها والأجزاء الرئيسية هي:

* الاسطوانة المكونة من مادة حساسة للضوء.
* أسلاك الكورونا
* مصباح ضوئي وعدسات
* حبيبات البودرة السوداء
* السخان الحراري

الاسطوانة المكونة من مادة حساسة للضوء Photoreceptor Drum

تعتبر الاسطوانة drum الجزء الرئيسي لماكينة التصوير وتتركب من اسطوانة معدنية مغطية بطبقة من مادة حساسة للضوء photoconductive. وهذه الطبقة الحساسة للضوء هي عبارة عن مادة من أشباه الموصلات مثل مادة السيلينيوم أو الجرمانيوم أو السيليكون. تمتاز هذه المواد بقدرتها على توصيل الكهرباء عندما تتعرض للضوء وتكون عازلة في الظلام. وهكذا فإن الاسطوانة drum تكون عازلة للكهرباء في الظلام ولكن عندما تسقط فوتونات الضوء على مادتها الحساسة للضوء فإنها تمتص طاقة الفوتونات وتتحرر الكترونات مما يجعلها موصلة للكهرباء. تعمل الإلكترونات السالبة على معادلة الشحنة الموجبة المتكونة على الاسطوانة لتترك المناطق التي لم تتعرض للضوء مشحونة بشحنة موجبة لتشكل الصورة.

أسلاك الكورونا Corona Wires

لعمل ماكينة التصوير فإنه من الضروري تعريض سطح الاسطوانة والورقة لشحنها بشحنة موجبة في البداية. وتتم هذه العملية من خلال أسلاك الكورونا corona wires حيث تتصل هذه الأسلاك بفرق جهد عالي ومن ثم تتصل بالاسطوانة لتنقل لها الشحنة الإضافية الموجبة.

أسلاك الكورونا تستخدم لشحن الاسطوانة الحساسة للضوء والورقة البيضاء بشحنة موجبة

مصباح ضوئي وعدسات Lamp and Lenses

يعمل المصباح الضوئي بتوفير الضوء الكافي الذي سينعكس على سطح الورقة المراد تصويرها وتكوين صورة للمستند على الاسطوانة. حيث يصل الضوء المنعكس عن الأجزاء البيضاء للورقة الأصلية المراد تصويرها بينما لا ينعكس شيء عن المناطق السوداء (النصوص والصور).

يمسح سطح الورقة ضوء ساطع من مصدر ضوئي مناسب عندما يتحرك المصدر الضوئي ليمسح الورقة في شكل حزمة دقيقة من الضوء فإن مرآة تتحرك مع المصباح تعمل على توجيه الضوء المنعكس من الورقة إلى عدسة مجمعة ليسقط على الاسطوانة التي تتحرك أيضاً. تعمل العدسة نفس وظيفتها في الكاميرا في تكوين صورة مركزة وواضحة على الفيلم والفيلم هنا هو الاسطوانة الحساسة للضوء drum، ويمكن تعديل موضع العدسة بالنسبة للاسطوانة للحصول على تكبير أو تصغير للصورة.

حبيبات البودرة السوداء Toner

الحبيبات السوداء هي عبارة عن حبيبات دقيقة جداً من بودرة من مواد بلاستيكية مشحونة بشحنة سالبة. تلتصق حبيبات البودرة السوداء بالاسطوانة drum نتيجة لانجذابها للشحنات الموجبة التي تشكلت على الاسطوانة والتي تعكس المناطق البيضاء على الورقة المراد تصويرها والتي انعكس عنها الضوء.

شكل حبيبة من حبيبات البودرة السوداء toner عند تكبيرها بواسطة المجهر الإلكتروني

السخان الحراري The Fuser

يتكون السخان الحراري من مصباح من الضوء من مادة الكوارتز مغطي بمادة التفلون (عديمة الالتصاق) في شكل اسطوانة، تمرر الورقة بين اسطوانتين يتم تسخين الورقة بواسطة المصباح الضوئي الموجود داخل الاسطوانة فيعمل على توفير الحرارة اللازمة لإذابة حبيبات البودرة وتثبيتها على الورقة. تعمل مادة التفلون على عدم التصاق حبيبات البودرة على الاسطوانة بدلا من الورقة.

تتلخص فكرة عمل ماكينة تصوير المستندات باعتمادها على المادة الحساسة للضوء photoconductive المكونة لمادة الاسطوانة drum والتي تتكون على سطحها صورة مخفية عن المستند المراد تصويره في شكل شحنات كهربية. تتحول الصورة المخفية من عل سطح الاسطوانة إلى الورقة من خلال حبيبات البودرة السوداء المشحونة بشحنة مخالفة في الإشارة.

ماذا يحدث عندما نضغط على زر ابدأ Start؟

1. تشتغل لمبة الضوء وتتحرك داخل ماكينة التصوير وتتحرك بالمقابل الاسطوانة الحساسة للضوء، وكلما انعكس الضوء على جزء من المستند المثبت على سطح ماكينة التصوير يتم توجيهه إلى الاسطوانة وللعلم المناطق السوداء من المستند تمتص الضوء والمناطق البيضاء هي التي ينعكس عنها الضوء.

2. الضوء الذي يصل الاسطوانة يحرر الكترونات تاركاً ايونات موجبة على سطح الاسطوانة.

3. الايونات الموجبة تنجذب للالكترونات الحرة لتكون جسيمات متعادلة كهربياً. تبقى الجسيمات المشحونة فقط على المواقع التي لم يصلها ضوء نتيجة لعدم انعكاسه عن المستند.

4. يتم مسح جدار الاسطوانة المتحركة والتي عليها الصورة المخفية في شكل شحنات موجبة بحبيبات البودرة المشحونة بشحنة سالبة فتلتصق حبيبات البودرة لسطح الاسطوانة.

5. تعمل أسلاك الكورونا على شحن ورقة التصوير قبل وضع حبيبات البودرة السوداء عليها.

6. تكمل الاسطوانة دورتها بملاصقة الورقة البيضاء المشحونة فتنتقل الحبيبات السوداء إلى سطح الورقة بفعل المجال الكهربي.

7. تترك الورقة وعليها حبيبات البودرة السوداء سطح الاسطوانة لتدخل بين اسطوانتين يتم تسخينهما لتلتصق البودرة بالورقة قبل خروجها من الماكينة.

تتكرر هذه العملية في كل مرة يتم تصوير ورقة.