فكرة عمل التلفون Telephone

فيزيائية وذكية · #1 21-03-2007, 22:08

الهاتف ذلك الجهاز الصغير الذي تستخدمه كل يوم في العديد من الأغراض دون جهد أو تفكير فإذا ما أردت الاتصال بأي شخص في أي مكان في العالم ما عليك إلا أن ترفع سماعة تلفونك و تضغط على عدة أزرار لتجري المحادثة التي تريد. و طبعا انه لشيء ساحر إذا ما قورن بالحال الذي كانت عليه الاتصالات قبل مئة عام حيث كان يستغرق وصول رسالة من مكان لأخر فترات زمنية طويلة علاوة على أن يصلك الرد فما هو هذا الجهاز الساحر و كيف يعمل؟

يعد التلفون واحد من ابسط الأجهزة المستخدمة في البيت و لكي تتخيل كم هو بسيط يكفي أن تعرف انه لازال يتكون من الأجزاء الأساسية التي عرف بها منذ اختراعه فلو كان لديك جهاز تلفون قديم يعود للعشرينات من القرن الماضي فانه سيعمل بلا مشاكل لو وصلته مكان تلفونك الحالي فالهاتف في ابسط أشكاله يتكون من:

Switch تحويلة لوصله بالشبكة و فصله عنها و الذي يعرف عادة باسم التحويلة الخطافية والتي تكون في حالة اتصال بمجرد أن ترفع سماعة الهاتف.

Speaker و هو عبارة عن سماعة صغيرة من أي نوع.

Microphone و هو المكان الذي تتحدث به و كان في أجهزة الهاتف القديمة بسيط التركيب يتكون من حبيبات كربون مضغوطة بين لوحين معدنيين يمر من خلالها تيار كهربي عندما تتحدث تحدث الموجات الصوتية تضاغطات و تخلخلات في حبيبات الكربون مما يغير من قيمة مقاومتها لمرور التيار و بالتالي تتغير شدة التيار الناتج ارتفاعا و انخفاضا تبعا للموجة الصوتية.

هذا هو كل شيء حيث يمكنك استعمال مثل هذا التلفون لو وصل بالشبكة برفع السماعة والضرب على مفتاح التحويلة على حسب الرقم الذي تريد الاتصال به. هذا الهاتف كانت به مشكلة واحدة و هي انك ستسمع صوتك من خلال سماعة تلفونك و هذا يسبب الإزعاج لكثير من الناس مما استوجب إدخال بعض التحسينات على تركيبه ليصبح أكثر راحة و ملاءمة حيث ادخل عليه duplex coil أو ما يحل محله لحجب صوت المتحدث عن أذنه. كما زودت التلفونات الحديثة بلوحة مفاتيح تعمل بمجرد الضغط عليها بدل الضرب على مفتاح التحويلة . أيضا استبدلت الميكرفونات القديمة بأخرى الكترونية بها مكبرات وزودت بدوائر لتوليد أصوات لطيفة بدل الجرس التقليدي الذي قد يكون مزعجا ليصبح الشكل الحقيقي الجديد لجهاز الهاتف كما هو موضح.

كيف تعمل شبكة الهواتف؟

شبكة الاتصالات تبدو أكثر بساطة من جهاز الهاتف حيث يمكنك أن تنشأ بنفسك شبكة اتصالات صغيرة خاصة بك فكل ما بينك وبين شركة الاتصالات هو سلكين من النحاس احدهما مشترك والآخر يمر به تيار شدته 30 ملي أمبير بفرق جهد ما بين 6-12 فولت حيث يقوم الميكرفون بتغيير شدة التيار المار تبعا لتغير الموجة الصوتية من فمك و تقوم السماعة على الجانب الآخر بإعادة تشغيل هذه الموجة الصوتية.

يبدأ الهاتف من بيتك حيث يمتد زوج من الأسلاك النحاسية من صندوق الهاتف في الطريق إلى صندوق الهاتف في بيتك و الذي منه تستطيع أن تصل خط الهاتف إلى أي مكان في البيت. على طول الطريق تمتد كوابل سميكة بها ما يزيد على مئة زوج من أسلاك النحاس مثل التي تصل لبيتك. هذه الكوابل قد تتصل مباشرة مع بدالة شركة الاتصالات التي تتبع لها أو قد تتصل بما يعرف بـ digital concentrator الذي يقوم بتحويل الصوت إلى إشارة رقمية بمعدل 8000 عينة في الثانية و قوة تحليل تصل إلى 8-bit حيث تخرج الإشارة الخاصة بصوتك مع العديد من إشارات الأصوات الأخرى و ترسل جميعا عبر سلك و احد- غالبا ما يكون من الألياف الضوئية- إلى مكتب شركة الاتصالات.

إذا أردت الاتصال بشخص ما يتبع لنفس بدالة الشركة التي تتبع لها كل ما ستقوم به البدالة هو عمل loop حلقة بينك و بين المتحدث الآخر ليتم إجراء المحادثة لكن لو أردت الاتصال بشخص بعيد فانه سيتم تحويل صوتك إلى إشارة رقمية ترسل عبر الأسلاك إلى بدالته حيث يتم فك شيفرتها ترسل لهاتفه.

إذا عدت بذاكرتك إلى الأيام التي كان تعمل بها شبكات الاتصال من خلال لوحة المفاتيح اليدوية (السنترال اليدوي) فانك ستفهم بسهولة كيف تعمل أنظمة التلفون الحديثة. في النظام القديم كان هناك زوج من الأسلاك النحاسية يمتد من كل بيت إلى مكتب رئيسي في منتصف البلدة. عامل البدالة يجلس أمام لوح به يد لكل زوج من الأسلاك يدخل المكتب فوقها يوجد مصباح صغير. هناك بطارية كبيرة توصل التيار من خلال مقاومة إلى كل زوج من الأسلاك. حين ترفع سماعة الهاتف في بيتك فان الدائرة الكهربية تكتمل فيضئ المصباح الخاص برقم المشترك عندها يصل عامل البدالة جهازه معك ليسألك عن الرقم الذي تريد الاتصال معه ليرسل له إشارة جرس بمجرد أن يستجيب لها و يرفع سماعة هاتفه يقوم عامل البدالة بوصل التلفونين معا.

في أنظمة التلفون الحديثة استبدل عامل البدالة بتحويلة الكترونية فبمجرد أن ترفع سماعة هاتفك تكتمل الدائرة بداخل التحويلة الالكترونية فتدير لك نغمة خاصة تدلك على إن جهازك يعمل و متصل مع الشبكة. ثم بعدها تقوم بالضغط على الأرقام الخاصة بالشخص الذي تريد الاتصال معه باستخدام لوحة المفاتيح في هاتفك حيث كل رقم ينتج عن مزج لنغمتين بترددين مختلفين كما في الجدول المقابل.

لكي يسهل نقل ملايين من المحادثات عبر سلك واحد فان التردد الذي يتم نقله يحدد بعرض نطاق مقداره 3000Hz حيث أن أي إشارة صوتية لها تردد اقل من 400Hz أو اكبر من 3400Hz لا تنتقل عبر خطوط الهاتف و هذا ما يجعل أصوات الناس تختلف عبر أجهزة الهاتف عما هي عليه في الواقع.

الآن ربما تتساءل أن كانت شبكات الهاتف تعتمد في عملها على الكهرباء كيف يستمر عمل الهاتف في حالة انقطاع التيار الإجابة بسيطة فقد عرفت أن كل ما يحتاجه الهاتف لكي يعمل هو تيار كهربي شدته 30ملي أمبير بفرق جهد ما بين 6 إلى 12 فولت و هذا من السهل توفيره بمولدات تحت كل الظروف مما يتيح استمرارية عمل الهواتف.

الآن بقي أن تعرف أن رقم هاتفك هو بمثابة عنوان لك حيث تقسم مجموعة الأرقام التي يتكون منها رقم الهاتف إلى ثلاث فئات الأولى تدل على المنطقة التي تسكن بها و الثاني يدل على المقسم الذي تتبع له في هذه المنطقة و الأخير هو رقمك الخاص الذي يستدل به عليك من خلال هذا المقسم إذن رقم الهاتف كالعنوان حيث يأتي اسم المدينة ثم اسم الشارع في المدينة ثم رقم منزلك في هذا الشارع.