[فراشة الرياضيات]

الربط المغناطيسي Magnetically coupled

لمعرفة ماهية الربط المغناطيسي ببساطة, و كبداية.. أحضر سلك نحاسي بقطر 1 ملم كمثال و قم بلفّه على قلم رصاص على شكل ملف, ثم صل طرفيه بجلفانوميتر أو أميتر ذو حساسية عالية.. و امسك بالملف في وضع رأسي, ثم اسقط بداخله قطعة مغناطيس صغيرة..





حينها ستجد المؤشر انحرف أو ظهر رقم على الشاشة إذا كان جهاز القياس رقمياً..

ماذا حدث إذاً أدى لتوليد ذلك التيار؟!




المغناطيس عبارة عن حجر طبيعي يبث حوله دوماً خطوط تأخذ مسارات معينة محكومة ببضع عوامل منها شكله الهندسي.. و تُسمى بخطوط الفيض المغناطيسي..
و حينما تُسقط المغناطيس بداخل الملف يحدث أن كل لفة من السلك النحاسي على حدة تقطع خطوط الفيض المغناطيسي.. و هذا يؤدي لسريان الإلكترونات الموجودة بكل لفة فتنتدفع الإلكترونات في سيل واحد يُعرف بالتيار الكهربي - طبعاً يُشترط لحدوث هذا إغلاق الدائرة الكهربية, في تجربتنا حدث هذا بواسطة الجلفانوميتر -.

و إذا اعتبرنا أن كل لفة عبارة عن خلية صغيرة جداً لإنتاج التيار الكهربي.. يمكننا إعتبار أن كل لفات الملف مُوصلة على التوالي و هذا ما يؤدي لرفع الجهد !

"معروف أن الجهد يزيد حينما توصل عدة بطاريات على التوالي.."
و إذا ما استبدلنا الجلفانوميتر ببطارية و قربنا المغناطيس من الملف, نجد أنه ينتهج أسلوب جديد في الحركة!.. فربما تنافر أو إنجذب مع الملف بشكل غريب !!

و ما فعلناه في هذه الحالة أننا حولنا الملف بدوره إلى مغناطيس و لكن مغناطيس كهربي.. و بالتالي اتخذ المغناطيس الأول القاعدة الشهيرة للمغناطيسات "تنافر و تجاذب حسب الأقطاب" !

لنصنع الآن ملف جديد يشبه الأول من حيث عدد اللفات و لكن قطره أكبر , و قم بلصق قطعة لاصق على الملف الأول ذو القطر الصغير و أدخله بداخل الملف الجديد.. ليكون اللاصق عازل بين الملفين..

ثم صل طرفي الملف الأول بمصدر للتيار المتردد منخفض الجهد.. 6 فولت مثلاً, و ضع أقطاب فولتاميتر على طرفي الملف الجديد ذو القطر الأكبر و شاهد العجب!!

ستجد أن فرق الجهد على الملف الجديد يتراوح ما بين 4 إلى 5 فولت !!

هل هذا معناه أنك قمت للتو بإرسال طاقة كهربية لمسافة صغيرة جداً في الهواء, و هي المسافة بين الملفين متضمنة سُمك قطعة اللاصق؟!

الإجابة..نعم !!

فما قمت به عزيزي القارئ بإختصار يدعى مُحول كهربي Electric Transformer , و فكرة عمله أنك حينما قمت بتوصيل طرفي الملف ذو القطر الصغير و لنسميه الملف الإبتدائي بمصدر الجهد المتردد صار مغناطيساً كهربياً لكنه يعكس اتجاه خطوط مجاله مع كل مرة ينعكس فيها التيار المتردد






و بنفس نظرية الحثّ Induction السابقة بين الملف و المغناطيس, نجد أن لفّات الملف ذو القطر الأكبر و لنسميه الملف الثانوي تقطع خطوط الفيض الناشئة عن الملف الإبتدائي لكل نصف دورة, و هذه مزية التيار المتردد - بدلاً من أن تقلب المغناطيس - التيار يفعل هذا بخطوط الفيض بدلاً منك !!.. و هذه العملية ككل تُدعي "الحث المُتبادل Mutual Induction".. و هذا هو المقصود بالربط المغناطيسي.. و لكن يعيب هذه الطريقة كما أسلفنا تشتت الموجات و هذا الذي سبب إنخفاض الجهد فلو كان النقل مثالي بكفاءة 100% - بدون فقد في الطاقة - كانت قيمة الجهد في الملف الثانوي ستساوي 6 فولت أيضاً..

خطوات عمل جهاز إرسال الكهرباء !!

هكذا قد قمنا بمعرفة الربط المغناطيسي و الرنين.. و لنا أن ندرك الآن أن طريقة بث الطاقة عن طريق "رنين الربط المغناطيسي" بأنها تتم عن طريق ملفين نحاسيين دائريين كما أسلفنا و حينما توصل الملف الإبتدائي أو في تلك الحالة يكون اسمه "المصدر Source" بمصدر للتيار المتردد بقيمة ترددية عالية - بالميجا هرتز MHZ - و يقوم ببث موجات لا متلاشية non-radiative .. بتردد عالي - بالميجا هرتز أيضاً -.






حينها يدخل الملف الآخر و لنسميه "مستقبل Receiver" في حالة رنين مع المجال المُحيط به لأن هذا الملف مصمم خصيصاً ليكون له تردد طبيعي قيمته تتوافق مع قيمة التردد للموجات المحيطة به







حينها تُستحث الإلكترونات الموجودة بالمستقبل و يسري التيار و يضيئ المصباح !






ميزة الموجات اللامتلاشية أنها حتى و مع وضع عائق معدني بين المصدر و المستقبِل , لا يمتصها و بالتالي تزداد الكفاءة إلى حد ما






الموجات فائقة التردد و صحة الإنسان؟!!


هناك سؤال الآن يطرح نفسه.. هل لتلك الموجات تأثير على صحة الإنسان؟!

كإجابة من فريق المعهد التكنولوجي جلسوا بين المصدر و المستقبل!!






لكن و هذا رأيي, أن ما فعلوه ليس الإجابة الحاسمة.. لأننا نتكلم هنا على تأثير تلك الموجات على المدى الزمني الطويل..

و سؤال آخر.. متعلق بما يُدعى بالـ EMC و هو التوافق الكهرومغناطيسي مع الأجهزة الأخرى المحيطة.. Electromagnetic Compatibility و هذا معناه أنني حينما أستخدم هذه الخاصية لن أجد تشويش على جهاز المذياع أو شاشة التلفاز مثلاً؟!

أستطيع الإجابة على هذا السؤال من الآن لأن وجود أجهزة تبث موجات عالية التردد مثل الهواتف الخلوية و أجهزة إرسال النت اللاسلكي Wi-Fi و عدم حدوث شوشرة على الأجهزة الأخرى المحيطة.. لإستخدام فلاتر أو ما شابه معناه أن أجهزة إرسال الطاقة ستكون مثلها..


الكهرباء اللاسلكية WiTricity !WiTricity

هو الاسم الذي أطلق من وقتها على الكهرباء التي تنقل عبر مسافة لاسلكياً... و قامت شركات على هذه التكنولوجيا المتطورة... و قريباً سنشهد بمشيئة الله أجهزة هواتف خلوية تقوم بشحن بطاريتها أتوماتيكياً حينما تدخل منطقة تغطية WiTricity!!

أو أجهزة كمبيوتر و إضاءة .. أو حتى الأجهزة المنزلية تعمل كلها بدون أسلاك.. فقط هوائي صغير ملتحق بكل جهاز !





الأكثر روعة من كل هذا أن حينها سيكون بالإمكان نشر أقمار صناعية كثيرة على مدارات ثابتة كمصادر, تحول ضوء الشمس إلى طاقة كهربية ثم تبثه في منطقة تغطيتها, و المميزات كثيرة جداً في تلك الحالة..

أن مصدر الطاقة متجدد مثل الشمس.. مصدر نظيف للطاقة.. وضع الألواح الشمسية خارج الغلاف الجوي يجعلها لا تتأثر بالغيوم أو تعاقب الليل و النهار مما يثبت كفاءة عملها بل و يضاعفها ثمان مرات دفعة واحدة عمّا إذا كانت موضوعة على الأرض !!

عمالقة الصناعة

ألمح الآن من بين كلماتي عيون مُتربصة.. هي عيون عمالقة صناعة الكابلات و خطوط الضغط العالي و المنخفض..

هل هذا يرضيهم؟!!

قطعاً لا.. حتى أنني أتوقع دخولهم في حرب ضروس بين أهل العلم و مُشجعي الكهرباء اللاسلكية و بينهم.. كي لا يُشهروا يوماً جميعاً إفلاسهم !!

السؤال الآن.. و المنطقي بشدة بعد الطرح الأخير.. هل فكرة الكهرباء اللاسلكية لم تخطر على عقل بشر من قبل سوى فريق المعهد التكنولوجي؟!!


نيقولا تِسلا






"أبو الفيزياء".. أو "الرجل الذي اخترع القرن العشرين".. أو "القديس شفيع الكهرباء الحديثة" !!

كل هذه مسميات أطلقها عليه أهل عصره.. فهو مخترع و فيزيائي و مهندس ميكانيكي ومهندس كهربائي !

و صاحب إختراع التيار المتردد/المتناوب AC و صاحب المولد الحثي الأول Induction motor و العديد من الإختراعات التي قيل أنها قاربت الألف إختراع غيروا وجه الصناعة و البشرية!!

ولد "تسلا" عام 1857 هزيلاً.. و حينما كبر كاد أن يفقد حاسة الإبصار لديه لكثرة القراءة في مجالات عدة, كان غريب الأطوار كديدن العباقرة..

في عام 1880 نجح في اختراع أول مولد و محرك يعملان بالتيار المُتناوب و هذا جعله يعلوا كثيراً إلى مصاف العلماء الخالدين, و لم يعكر صفو نجاحه سوى محاربة توماس إديسون لإختراع الجديد.. فهاجر إلى كولورادو, و استقر بها عام واحد..

و في عام 1888 باع اختراعه بمبلغ مليون دولار للعالم المُخترع "جورج وستنجهاوس", الذي أقنع العالم فيما بعد بالتيار المتناوب و الآلات التي تعمل به..

ستسأل الآن نفسك قارئي العزيز.. لماذا سردت جزء من سيرة هذا العالم الكبير و لم أجب على السؤال الأخير؟!

سأقول لك بأن هذه كانت جزء من الإجابة و بقيتها قادم حالاً على هيئة قنبلة!

تسلا و المشروع الذي لم يكتمل !!


في العام 1899 تمكن العالم الكبير "نيقولا تسلا" من إرسال طاقة كهربية بتردد عال لمسافة 26 ميل دون إستخدام أسلاك!, و قام بتزويد أحد البنوك بالطاقة لاسلكياً حيث أضاءت تلك الطاقة 200 مصباح و أدارت محرك كهربي !!, و كانت نسبة الفقد تقريباً 5% !!

و بتشجيع من المُمول صاحب البنك "جي بي مورجان J.P.Morgan" قام بالبدء ببناء مبنى غريب الشكل في "واردن كليف Wardenclyffe" و كان هذا المبنى مشروع كبير لبثّ الكهرباء لاسلكياً و كان عبارة عن عمدان يصل طولها إلى 200 قدم ملفوف عليها أسلاك, إلى أن مورجان انسحب فجأة و بشكل غامض من المشروع ليتوقف نهائياً في 1906 !!



و كان سبب ذلك هو أن عمالقة صناعة الأسلاك و الكابلات قد تجلت الحقيقة واضحة أمام أعينهم.. بأن من الممكن مستقبلاً أن يضع كل شخص هوائي على سطح منزله فيقوم بالتقاط البث الكهربي!!.. و بالتالي يفقدوا السيطرة حتى عن محاسبتهم عن إستهلاكهم للطاقة!!.. و لذا كان منطقي أن يتوقف المشروع فجأة.. بل و أن يختفي كل ما له علاقة بإرسال الكهرباء لاسلكياً!!

و في الأعوام الأخيرة اكتشف البروفيسور "جيمس كوروم" أن تسلا إستطاع بالفعل إرسال الكهرباء لاسلكياً في القرن الماض, و من سجلات قديمة له أشار العالم الكبير عن أنه قد توصل إلى ترددات مُحددة لها علاقة بالموجات الأيونية الأرضية !!..

ولا زالت الطريقة التي اتبعها يكتنفها غموض شديد, و لم تُكتشف حتى الآن!!

[glint]م ن ق و ل[/glint]