التصنيف: الفيزياء الكهربية والمغناطيسية

الموصلات العجيبة عديمة المقاومة

بدأت الموصلات الفائقة العاملة عند درجات الحرارة العالية تجد لنفسها استخدامات في عالم الواقع

على مدى عدة أشهر في سنة 1987 ، بدا كما لو أن العالم على وشك أن يتغير .فالقطارات يمكن أن تطير على وسائد مغنطيسية ، و الحواسيب ستكون أسرع ، و الطاقة الكهربائية أرخص ، و الماسحات الطبية medical scanners ستنتشر في مكاتب الأطباء ، وغير ذلك كثير .

و السبب وراء هذه التفاؤلات كان اكتشاف نوع جديد من الموصلات الفائقة من قبل باحثين في الشركة IBM بزوريخ . و هذا النوع من الموصلات هو مادة تكاد تكون أعجوبة ، إذ توصل الكهرباء دون أي فقد في الطاقة .كانت الموصلات الفائقة موجودة منذ عام 1911 ، لكن جميع الأنواع المعروفة كانت تعمل عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق ، مما جعلها عديمة الجدوى لجميع التطبيقات ما عدا تلك البالغة التخصص .

أدى هذا الاكتشاف إلى مجموعة من الموصلات الفائقة الأكسيدية تعمل عند درجة حرارة أعلى كثيراً من درجة حرارة النتروجين السائل . فالنتروجين السائل يغلي عند درجة الحرارة 77 كلفن ، مما يجعل إنتاجه أرخص كثيراً و التعامل معه أسهل كثيراً من الهليوم السائل الذي يبرّد الموصلات الفائقة المعتادة .و حاليّاً ، بعد أكثر من عقد من اكتشافهم ، هاهم يدخلون سوقين أكثر قرباً للمستهلكين ، هما خطوط نقل الطاقة و الاتصالات اللاسلكية .

تكمن العقبة الكبرى في تصنيع الكبلات التجارية الفائقة الموصلية التي تعمل عند درحات الحرارة العالية في أن المواد خزفية (سيراميكية ) ، و لذلك فهي هشة جداً .و في عام 1987 أدرك خبير المعادن [من معهد ماساتشوستس للتقانة ] أنه مثلما يمكن بسهولة سحب الزجاج القابل للكسر للحصول على خيوط رفيعة لصنع ألياف بصرية مرنة ، فإن الشيء نفسه يمكن عمله بالنسبة إلى الموصلات الفائقة .

إن فكرة يوريك الأساسية هي وضع حبيبات صغيرة من المادة الفائقة الموصلية قي أنبوبة فضية قطرها نحو قطر ربع الدولار تقريباً . ثم تسحب هذه إلى خيوط رفيعة تضم إلى بعضها و توضع في أنبوبة فضية أخرىو هذه تسطح لتصبح شريطاً فائق الموصلية يكون مرناً إلى حد معقول و لكنه لا يشبه مطلقاً السلك النحاسي في قابليته للثني .

يتكون الكبل من أنبوبة مجوفة يسري فيها مبرّد النتروجين السائل . و تحيط به طبقات من الأسلاك الفائقة الموصلية ، إضافة إلى عوازل ، و كلها محتواة ضمن زجاجة حافظة للحرارة ذات جدار مزدوج . يبلغ قطر المجموعة كلها خمس بوصات ، و لكنها ستكون أرفع في النماذج الإنتاجية .و مع ذلك فهو أرفع من سلك نحاسي يحمل التيار نفسه ، و هذا هو المهم . و لدى تساوي جميع الظروف فإن الوفر المتحقق باستخدام كبل فائق الموصلية ذي كفاءة أعلى ليس في العادة كبيراً لدرجة تجعله يستحق النفقات . و لكن المكسب الأساسي يكمن في إمكانية دفع كمية ضخمة من الطاقة خلال الموصل الفائق بسبب انعدام الناقلية فيه فهو إذاً يحل المشكلة العويصة التي تواجه مهندسي الطاقة في المدن ، و هي أين يمكن و ضع الأسلاك إن لم يكن في قنوات الكبلات المكتظة . من التطبيقات الأخرى المميزة في مجال الطاقة : المنظومة الفائقة الموصلية لتخزين الطاقة المغنطيسية التي يمكن أن تحد من الاضطرابات في شبكات الكهرباء ، و من ثم المحركات و المحولات الخفيفة الوزن .

بدأت الأدوات الفائقة الموصلية تجد طريقها كذلك كمرشحات في الاتصالات اللاسلكية . فالمرشح المثالي يمرر تردداً واحداً فقط ، و لكن في الواقع فإن المقاومة الكهربائية تجعل المرشحات تمرر مجالاً صغيراً من الترددات . أما المرشحات الفائقة الموصلية فهي أكثر انتقائية بكثير بسبب عدم وجود مقاومة كهربائية فيها . أضف إلى ذلك أن جزءاً أصغر من الإشارة يضيع بين الهوائي و المستقبل ، مما يجعل هذه المرشحات شديدة الحساسية . وهذان العاملان أكثر أهمية في الاتصالات الهاتفية الخلوية التي يجب أن تعمل في طيف راديوي مزدحم إلى أقصى حد ،و أن تلتقط الإشارات من أجهزة إرسال ذات قدرة ضعيفة .

حتى الآن لم تحقق أية شركة ربحاً من الموصلات الفائقة التي تعمل عند درجات الحرارة العالية ، و يظل السعر عقبة أمام القبول الواسع . و لكن مع التقدم المطرد في السوق يمكن أن تصل إلى 30 بليون دولار بحلول عام 2022 فإن تلك الموصلات الفائقة قد تبرر التفاؤل الشديد الذي شهده عام 1987 .

الطيف الكهرومغنطيسي يتكون من نطاقات من الأطوال الموجية المختلفة. وأهم أنواع الموجات الكهرومغنطيسية مرتبة ترتيبًا تصاعديًا حسب الطول الموجي هي أشعة جاما، فالأشعة السينية، فالضوء فوق البنفسجي، فالضوء المرئي فالأشعة تحت الحمراء، فالموجات المتناهية الصغر، ثم موجات الراديو. ويبلغ طول أشعة جاما حوالي10-11 م بينما يبلغ طول بعض موجات الراديو الطويلة أكثر من 10,000كم.

ولكل أنواع الموجات الكهرومغنطيسية خواص الضوء المرئي. فهي تنعكس وتنتشر وتنكسر. ويكون اتجاه المغنطيسية في كل الموجات الكهرومغنطيسية عموديًا على اتجاه حركتها، بينما يكون اتجاه القوة الكهربائية عموديًا على اتجاه القوة المغنطيسية واتجاه حركة الموجات. وتساوي شدة القوة المغنطيسية دائمًا شدة القوة الكهربائية.

استخدامات الموجات الكهرومغنطيسية. يستخدم الأطباء أشعة جاما، التي يشعها الراديوم، في علاج السرطان. ويستخدمون كذلك الأشعة السينية لعلاج السرطان، كما يستخدمونها في تحديد مكان الاضطرابات الداخلية وتشخيصها. وتُستخدم الأشعة فوق البنفسجية في المصابيح الشمسية، وفي المصابيح الفلورية، وكمطهر. أما الموجات تحت الحمراء، التي تنبعث من الأجسام الساخنة، فتُستخدم في علاج الأمراض الجلدية، وصقل المينا. وتستخدم موجات المايكروويف؛ أي الموجات المتناهية الصغر، لطهو الطعام، بينما تُستخدم موجات الراديو في الإذاعة المسموعة والمرئية.

ويعتمد الاستخدام التقني للموجات الكهرومغطيسية على السهولة التي يمكن بها التعرف على الأطوال الموجية المختلفة وإنتاجها. ويرتبط الطول الموجي بمعدل اهتزاز الإلكترونات في مصدر الطاقة، فكلما كان الاهتزاز أبطأ ازداد الطول الموجي. وأسهل الموجات إنتاجًا هي الموجات الطويلة. وقد بدأ استخدام موجات الراديو في الاتصالات في أوائل القرن العشرين، ولم يحدث استغلال فعّال للموجات القصيرة إلا بعد تطوير بعض النبائط كالكلايسترون وهو نوع من أنواع صمامات الموجات الدقيقة

وقد أدى تطوير الليزر في أوائل الستينات من القرن العشرين إلى استخدامات جديدة للموجات القصيرة. فعلى سبيل المثال، يمكن الليزر الأشعة فوق البنفسجية وتحت الحمراء من نقل الرسائل الصوتية والإشارات التلفازية.

وهذا مقال كنت كبته على الموقع التعليمي للفيزياء على هذا الرابط به معلومات
http://www.hazemsakeek.com/QandA/EMR…cradiation.htm
+++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++++++++++
اما اذا كنت تقصد مقرر الكهرومغنطيسية فهي فرع من فروع الفيزياء يدرس العلاقة بين الكهرباء والمغنطيسية. وتستند المغنطيسية الكهربائية إلى حقيقتين هما: 1ـ التيار الكهربائي ينتج مجالاً مغنطيسيًا 2ـ المجال المغنطيسي المتغير ينتج مجالاً كهربائيًا.

في عام 1820م، اكتشف العالم الدنماركي هانز أورستد أن أي موصل يحمل تيارًا كهربائيًا يُحاط بمجال مغنطيسي. فعندما أحضر إبرة ممغنطة ووضعها بالقرب من سلك يمر به تيار كهربائي تحركت الإبرة، ونظرًا لأن الإبرة الممغنطة لاتتحرك إلا بتأثير قوة مغنطيسية فإن التجربة أوضحت أن التيار الكهربائي ينتج مجالاً مغنطيسيًا.

أعلن العالم الفرنسي أندريه ماري أمبير في العشرينيات من القرن التاسع عشر الميلادي أن التيار الكهربائي هو المسؤول عن إنتاج كل المغنطيسية. واستنتج أن المغانط الدائمة تسري بداخلها تيارات ضئيلة. وقاد العمل الذي قام به كل من أورستد وأمبير إلى تطوير المغنطيس الكهربائي الذي يُستخدم في بعض الأجهزة، كالتلغراف، وجرس الباب. وتتكون معظم المغانط الكهربائية من سلك لولبي ملفوف حول قلب حديدي. ويتمغنط المغنطيس الكهربائي في نفس اللحظة التي يمر فيها تيار كهربائي خلال السلك. وإذا عكس اتجاه مرور التيار الكهربائي انعكست إشارة الأقطاب المغنطيسية المتكونة فيصبح الشمالي جنوبيًا والجنوبي شماليًا.

تنتج المغنطيسية تيارًا كهربائيًا بوساطة الحث (التأثير) الكهرومغنطيسي. وقد اكتشف العالم الإنجليزي مايكل فارادي والعالم الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري، كل على حدة، الحث الكهرومغنطيسي عام 1831م. وفي الحث الكهرومغنطيسي يقوم أي مجال مغنطيسي متغير بإنتاج مجال كهربائي داخل موصل. فعلى سبيل المثال، تسبب حركة مغنطيس داخل لفيفة من السلك تغيُّر فرق الجهد من نقطة إلى أخرى على طول السلك. ويمر تيار في السلك طالما ظلت كمية المغنطيسية متغيرة. ويُعتبر الحث الكهرومغنطيسي أساس عمل المولد الكهربائي. أما في المحرك الكهربائي فتنعكس هذه العملية، إذ يقوم التيار المار خلال السلك بإنشاء مجال مغنطيسي يُسبب حركة السلك.

وفي عام 1864م، استخدم جيمس كلارك ماكسويل التجارب السابقة ليُبين أن المجالين الكهربائي والمغنطيسي يعملان معًا على إنتاج طاقة إشعاعية في شكل موجات كهرومغنطيسية. وأثبت العالم الفيزيائي الألماني هينريتش هرتز، صحة ما توصل إليه ماكسويل عندما اكتشف الموجات الكهرومغنطيسية بعد عشرين سنة.

وهذه محاضراتي في هذا المقرر للمستوى السنة الثانية بكالوريس
http://www.hazemsakeek.com/Physics_L…iclectures.htm

مخاطر المحمول:
اولا..ما هي فكرة عمل التليفون المحمول؟

تقوم ترددات كهرومغناطيسية ذات تردد 900 ميجا هيرتز, وهذا التردد قريب جدا من ترددات الإذاعةFM,AM وكذا التلفزيون والرادارات الحربية وأيضا المستخدمة في أفران المايكروويف في المنازل(علما بأن الطاقة المستخدمة في أفران المايكروويف أقوى عشرات المرات من المستخدمة في شبكة التليفون المحمول) وهذه الترددات تقع في حيز التردد غير المؤين, الذي لا يؤثر في خلايا العنصر البشري, ويبدأ حيز الترددات المؤبنة والمعروفة بضررها على الجسم البشري من تردد أشعة X ألفا جاما وما بعدها.

وتنتشر المحطات المتواجدة فوق أسطح المباني السكنية لتقليل الطاقة الصادرة منها وبالتالي تقليل الإشعاعات المنبعثة من هذه المحطات.
المحمول والصحة العامة:
وحول العلاقة بين محطات المحمول والصحة العامة أكدت التقارير أن معظم الدول الكبرى التي أدخلت هذه التقنية الحديثة أجرت منذ ما يقرب من 15 عاما أبحاثا مستفيضة حول أي آثار ضارة يمكن أن تنتج عن التعرض للموجات الصادرة من المحطات بواسطة العنصر البشري, وتشير نتائج الدراسات إلى ما يلي:

* أن الموجات الميكرومترية التي يستخدمها المحمول وهوائياته (من 900 ميجا هيرتز إلى 2,3 جيجا هيرتز) تسمى موجات غير مؤينة, أي أنها أضعف من أن تفكك جزئيات الجسم وتضر به ضررا مباشرا مثلما تفعل الأشعة النووية أو حتى الأشعة السينية.

* الطاقة التي تحملها هذه الأشعة غير قادرة على الوصول إلى داخل أنوية الخلايا مهما زادت شدتها, ولم يثبت علميا حتى الآن أنها تسبب خللا كروموزوميا أو جينيا أو وراثيا.

* التأقلم مع ارتفاع درجة حرارته الداخلية تصل إلى 3 درجات مئوية دون أن يتسبب هذا في أضرار صحية.

* أيضا تعمل على إلغاء أي تأثيرات حرارية لها.

* وقد انتهت الأبحاث العالمية إلى طرق لقياس الجرعات التي يمكن للجسم أن يتحملها وهي كالتالي:

* معدل الامتصاص النوعي Specific Absorption Rate وتعرف بأنها كمية الطاقة التي يمتصها كجم واحد من المادة في الثانية, ولا يمكن قياسها على البشر في الحالة الحية, ولكن تقاس في التجارب المعملية.

* كثافة القدرة Power Intensity وتعرف بأنها كمية الطاقة التي تسقط على وحدة المساحة في الثانية ووحدة القياس لها مللي وات/كجم, وبناء على الدراسات التي قام بها العلماء فقد أجمعوا على أن التأثير الصحي الوحيد الذي يمكن أن ينجم عن التعرض للموجات الكهرومغناطيسية هو تأثير حراري فقط, حيث تتسبب في ارتفاع درجة حرارة الجسم لأكثر من 0,1 درجة مئوية وهو ارتفاع هزيل يمكن للجسم أن يتحمله بل ويصادفه طبيعيا في الحياة اليومية!

* ومن خلاصة التقارير والأبحاث التي أعدتها منظمة الصحة العالمية عن ترددات الراديو الصادرة عن المحمول اتضح أنها لا تسبب أي ارتفاع ملحوظ في درجة حرارة الجسم,

* في حين إن ترددات الراديو يمكن أن تسبب زيادة في ذبذبة الذرات المكونة للأنسجة البشرية وتوليد بعض الحرارة, فإن مستوى الترددات التي تصدر عن محطات التقوية الخاصة بالمحمول أقل من أن تسبب أي ارتفاع ملحوظ في حرارة الجسد بأكمله.

قال تقرير أعدته كلية الهندسة بجامعة عين شمس إن الموجات الكهرومغناطيسية عموما هي موجات من صنع الإنسان أنتجها منذ نهاية القرن التاسع عشر من الترددات المنخفضة جدا (50 ذبذبة لكل ثانية) واستخدمها في نقل الكهرباء وتغذية المصانع والمدن بالطاقة الكهربية.

* وقال التقرير إذا أردنا حصر الذين يتعرضون لمثل هذه الموجات منذ أكثر من 60 عاما يمكن تصنيفهم على النحو التالي : 1- المراقبون الجويون في المطارات حيث تستخدم الرادارات التي لها طاقة كبيرة جدا مقارنة بالطاقة المستخدمة التليفون المحمول, وذلك لمتابعة هبوط وإقلاع الطائرات ولم يثبت إصابة أي من هؤلاء بأمراض خطيرة.

2- أفراد قوات الدفاع الجوي والصواريخ والرادارات الحربية وأجهزة الإنذار المبكر , وكلها تعمل بطاقات عالية جدا على مدار 24 ساعة يوميا, ولا يوجد تقرير صحي عالمي يؤكد حدوث حالات إصابة لهؤلاء الأفراد.

3- الطيارون المدنيون والعسكريون وأطقم الملاحة الجوية وهم معرضون دائما لجرعات عالية, ولكن الإصابة التي يشكو منها بعضهم تتركز في حاسة السمع نتيجة لطنين الصوت العالي الذي يتعرضون له ولم تثبت إصابة أي منهم بأمراض خطيرة.

4- مستخدمو الشاشات الإلكترونية مثل شاشات الكمبيوتر والتلفزيون, فهذه الشاشات تطلق موجات راديو مثل موجات النقال تختلف شدتها تبعا لنوع الشاشة, ولم يثبت ارتباط ذلك بأي خطر صحي حتى لهؤلاء الذين يعملون لمدة أكثر من 8 ساعات يوميا وعلى مقربة شديدة من الشاشة.

5- رجال الشرطة والجيش الذين يستخدمون اللاسلكي منذ أكثر من 30 عاما بنفس حيز الترددات مثل النقال, ولكن بقدرات أكبر من 10 وات, بينما النقال لا تزيد طاقته عن 2 وات.

6- أفران المايكروويف في المنازل وهي منتشرة في أوروبا منذ عام 1960 وهي مصدر هائل للموجات المشابهة للنقال,ولكن بطاقات أعلى بكثير حتى تستخدم في رفع درجة حرارة الأغذية ولم يثبت أي ضرر صحي منها.

7- العاملون بمحطات الأقمار الصناعية والبث الإذاعي والتلفزيوني التي تشع نفس حيز الترددات ولكن بطاقات هائلة, ولم يثبت إصابتهم بأي نوع من الأمراض الخطيرة خلال مدة خدمتهم التي تصل إلى 30 عاما متصلة ولأوقات طويلة يوميا.

8- اللمبات النيون التي تطلق مثل هذه الموجات ولكن في مدى تردد الأشعة فوق البنفسجية.

9- جسم الإنسان نفسه يطلق طاقة مقدارها 84 وات في حالة الاسترخاء وعشرة أضعاف هذه القيمة في حالة النشاط العضلي, وجزء كبير من هذه الطاقة يشع من الجسم على هيئة موجات كهرومغناطيسية لها نفس طبيعة موجات المايكروويف وبترددات أعلى.