smile u arenot alone
14-03-2008, 01:26 PM
مرحبا ..... نسمع في كل لحظه عن لفظ الكهرباء ولكن ما معنى هذا اللفظ الذي يعتبر نعمه من الله علينا ،، ونقمه في نفس الوقت ،،،، فلنعرف ما يدور من حولنا ..................
لمـــاذا سمــــيــت الكـــهربــاء بــهـذا الاســـم ؟؟!!
لفظ الكهرباء مشتق من الكهرب وهو الاسم القديم لمادة الكهرمان إذ إنه تم الربط بين الكهرباء والكهرمان نظراً لاكتساب الأخير بالاحتكاك خاصية جذب بعض الأجسام الخفيفة وهي أحد شواهد الكهربية الإستاتيكية لوحظت هذه الظاهرة منذ قرون طويلة مضت وورد وصف لها في كتابات الفيلسوف الإغريقي طاليس عام 600 ق.م. في العصور الحديثة بدأت شواهد الكهرباء تأخذ اتجاهاً تجريبياً إذ أثبت جورج فون كلايست George Von Kleist في عام 1745م أنه يمكن التحكم في الكهرباء، واخترع نوعاً بدائياً من المكثفات وفي عام 1750م اكتشف بنيامين فرانكلين Benjamin Franklin أن البرق شحنات كهربية وصمم أول مانع للصواعق وفي عام 1799 أثبت العالم الكساندرو فولتا Alessandro Volta إمكان توليد الكهرباء باستخدام معدنين مختلفين ومحلول ملحي وأنتج أول خلية كهربية و في عام 1831 نجح مايكل فاراداي Michael Faraday في إنتاج التيار الكهربي من موصل كهربي يتحرك خلال مجال مغناطيس يعد هذا الاكتشاف هو واكتشاف الخلية الكهربية المولد الحقيقي للــالكهرباء في العصر الحديث و نقطة الانطلاق لعلوم الاتصالات والإلكترونيات...
تُعد علوم اللاسلكي والإلكترونيات من الناحية العملية تطبيقات أساسية للمبادئ العامة لعلوم الكهرباء فــالكهرباء الناتجة من بطارية من النوع الشائع مثل تلك المستخدمة لتشغيل كشاف يدوي بسيط يمكن بإدخال تعديلات معينة عليها استخدامها لتحقيق العديد من المهام المختلفة مثل تشغيل محرك أو تدفئة أو إضاءة أو الاستخدامات المتعددة للاسلكي من اتصالات وإذاعات مسموعة ومرئية.
إن النظريات والمبادئ الأساسية التي أدت إلى تطور العلوم الطبيعية المتعلقة بـــالكهرباء منذ اكتشافها هي الأساس الراسخ الذي تولدت منه تطبيقات اللاسلكي وعلوم انتشار الموجات واستخدامات المواد الموصلة وشبه الموصلة، ومكونات الدوائر الإلكترونية كافة
:127::127::127::127::127::127::127 ::127::127::127:
الطريق الى الكهرباء
منذ ان وجد الانسان على هذه الارض وهو يبحث عن مصدر من مصادر الطاقة لاستمرار حياته ، وكل مصدر كان يكتشفه كان يتناسب مع خبراته العلمية والتكنولوجية التي توصل اليها في كل حين.
فكانت النار – على بساطتها – اول تلك المصادر التي اعتمد عليها الانسان البدائي في فجر الحياة البشرية لكن مع التقدم الذي حدث بعد ذلك من ثورة البخار حتى الطاقة النووية مرورا بالكهرباء والطاقة الشمسية ..الخ تعددت المصادر المتاحة امام الانسان لانتاج الطاقة.
فظهرت الكهرباء التي اكتشف ظواهرها على يد العالم البريطاني مايكل فارادي في اوائل القرن التاسع عشر مع اكتشافه لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي التي ادت الى اختراع المولد الكهربائي الذي لم نزل نستخدمه حتى اليوم
بين الشكل صورة مبسطة لمحطة توليد كهرباء تقليدية حيث يتم غلي الماء في مرجل كبير ( الغلاية ) فيندفع البخار المتصاعد الى غرف التوربينات ( المراوح ذات الريش في أبسط صورة ) فيؤدي هذا الاندفاع الى تدوير تلك المراوح مما يولد طاقة ميكانيكية يتم تحويلها الى طاقة كهربائية في المولدات ( قريب الشبة بمولد الكهرباء في السيارة الذي يستمد طاقته الميكانيكية من دوران المحرك) ويتم سحب هذه الطاقة الكهربائية وتوزيعها الى المناطق المرتبطة بها وتعمل المحولات على رفع اوخفض هذه الطاقة حسب الحاجة.
المعضلة في المحطات التقليدية
المشكلة التي تواجه هذه المحطات هي ان الوقود المستخدم فيها لتبخير مياه الغلاية هو وقود احفوري ( الفحم او التفط ومشتقاته بمعنى وقود مستخرج من باطن الارض) وهذا الوقود ( بالذات النفط) تشير الدراسات الى انه على وشك النضوب خلال الخمسين السنة القادمة على اكثر تقدير اما الفحم فقد بتأخر نضوبه الى المائة والثمانين سنة القادمة ..ايا كانت الارقام فقد دفعت المهتمين الى البحث عن بديل لتوليد الطاقة فاتجهت الانظار الى الطاقة النووية كبديل موجود ولكن كيف ؟!!!
الطاقة الانشطارية
نعلم ان أي مادة تتكون من جزيئات لاترى بالعين المجردة تسمى ذرات وهي بدورها تتألف من ثلاث انواع من جزيئات اصغر تسمى البروتونات والنيترونات والالكترونات ، بحيث ان البرتونات ( موجبة الشحنة ) والنيترونات ( عديمة الشحنة) مجتمعة في مكان يسمى النواة تدور حول هذه النواة الالكترونات( سالبة الشحنة) في مدارات خاصة بما يشابه المجموعة الشمسية حيث تقابل الشمس النواة اما الكواكب التي تدور حولها فتقابل الالكترونات ..
والمادة قد تتكون من ذرة واحدة مثل الهيدروجين اوعدة ذرات مثل باقي العناصر .
والمواد ذات الرقم الذري الاكبر من 85 تكون نواتها غير مستقرة أي قابلة للتفكفك ( الانشطار ) عند قذفها بنيترونات . ( الرقم الذري رقم يمثل عدد البروتونات في نواة الذرة) فمادة مثل اليورانيوم ذات الرقم الذري 92 تكون مثالية لهذا الامر فعند قذفها بنيترون ذرة اخرى ستنشطر الذرة المقذوفة الى ذرتين جديدتين وتنطلق منهما 2 او 3 نيترونات تقوم هي الاخرى بشطر ذرات اخرى وهكذا بالتتابع بشكل متسلسل في عنصر اليورانيوم ويصاحب هذا الانشطار ارتفاع كبير في درجة الحرارة وتجري هذه العملية في مفاعل يسمى مفاعل الانشطار النووي .
آلية عمل المفاعل
المفاعل مبنى خرساني لايتسرب منه الهواء لا تقل سماكة جدرانه عن 90 سم يحتوي على قلب المفاعل وتوابعه فيوجد في هذا القلب الوقود المستخدم ( اليورانيوم) على كل كريات صغيرة توضع متلاصقة داخل قضبان الوقود المتراصة على شكل حزم او تجمعات حيث تحدث الانشطارات السابقة الذكر تحت سيطرة قضبان التحكم المصنوعة من مادة ( الكادميوم ) الماصة للنيترونات وظيفة هذه القضبان ابطاء او توقيف التفاعلات عن طريق تدليتها الى قلب المفاعل واذا اردنا المزيد من الطاقة الانشطارية نقوم برفع القضبان الى اعلى . ونستخدم مياه للتبريد حول تجمعات الوقود لامتصاص الحرارة العالية المنبعثة نتيجة التفاعل .
وهذه المياه بعد خروجها من قلب المفاعل تكون حارة لدرجة توليد بخار يندفع الى غرف التوربينات ذات الريش فيقوم بتدويرها لتوليد الطاقة الكهربائية تماما كما في المحطات التقليدية .
اذن الفكرة في كلا الطريقتين واحدة وهي الحصول على اندفاع شديد للبخار لتدوير التوربينات والفارق هو طريقة توليد هذا البخار...
قصة اكتشاف الكهرباء تعود الى زمن بعيد عندما لاحظ احد المفكرين انجذاب الريش إلى قطع الكهرمان التي دلكت بالصوف فكانت هذه الملاحظة هي بداية اكتشاف الكهرباء الساكنة.
http://www.msnucleus.org/membership/html/k-6/as/physics/images/static.gif
يعود تاريخ ثورة الكهرباء الى العام 1887 حين اخترع اديسون مصباحه الكهربائي الاول والذي بامكانك ان تطلق عليه لقب المصباح السحري فقد فتح هذا الاختراع افاق جديدة لعالم جديد ومتطور, قد يتسائل البعض عن ربطنا بين اول ظهور مؤكد للكهرباء والمصباح والسبب في هذا الربط هو اننا وللاسف لايمكننا رؤية الكهرباء ولككنا نشعر بوجودها من خلال آثارها وهذا مافعله اديسون تحديداً حيث استدل بالمصباح على وجود الكهرباء !!…..
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/04/Thomas_Edison.jpg
بامكانك ان تستنتج من التاريخ اعلاه (1887) ان الكهرباء مقارنة بغيرها من الاكتشافات تعتبر اكتشافاً حديثاً وعلى الرغم من حداثة هذا الاكتشاف الا ان وجود الكهرباء سمح ومهد للعديد من الاختراعات والتطبيقات بل وللعديد من المجالات العلمية التي لم تكن معروفة من قبل اكتشاف الكهرباء بالظهور فمثلاً الحاسبات الالية واجهزة غسيل الملابس الاوتوماتيكية وافران المايكروويف والهواتف النقالة بل وحتى بعض الاجهزة الالكترونية الدقيقة التي تزرع بداخل جسم الانسان!! كل هذا واكثر يعتمد بشكل مباشر على الكهرباء وخواصها…
ولهذا الاكتشاف اهميته فلولا الكهرباء ماظهرت لنا هذه التطبيقات و الاكتشافات التي قامت بتسهيل حياة الانسان ونقله نقلة نوعية ومختلفة كلياً عن حياته السابقة الى عالم ملئ بالاكتشافات والتطبيقات التي تهدف الى تيسير حياة البشرية ….
كمابامكاننا ان نلاحظ دخول الكهرباء في العديد من العلوم القديمة واثرها البالغ في تطويرها بشكل مذهل ففي الميكانيكا مثلاً استحدثت المكائن البخارية بالكهربائية واستبدلت الطائرات الشراعية بنظيراتها المتقدمة الكترونياً وفي الفيزياء احدث اكتشاف الكهرباء ثورة هائلة في هذا العلم فخصص مجال للكهرباء وتطبيقاتها واما في مجال الكيمياء فقد تمكن الكيميائيون اخيراً من فصل عناصر الماء عن طريق التحليل الكهربائي ولا ننسى مساهمة الكهرباء في الطب فقد سهل دخول الكهرباء الى هذا المجال العديد من العمليات الجراحية كما سهل عملية متابعة حالة المرضى عن طريق اجهزة طورت خصيصاً لهذه المهمة !….
وبعد اكتشاف الكهرباء ظهرت علوم ومجالات اخرى هي في الحقيقة مرتبطة ارتباط مباشر وكلي بالكهرباء كعلوم الحاسب الالي وهندستها وهندسة الالكترونيات والاتصالات وغيرها من المجالات التي تعتمد بشكل مباشر على الاشارات والنبضات الكهربائية والدوائر الالكترونية…..
بعد ذكر كل ماسبق عن الكهرباء واهميتها في حياتنا بامكاننا ان نرى ان الكهرباء تستحق لقب ام العلوم الحديثة بجدارة!!..
اما هندسة الكهرباء فهو العلم الذي من خلاله يتم تأطير وتطويع الكهرباء في المجالات المتعددة حتى تستفيد البشرية من هذه النعمة خير استفادة!!..
وفيما يلى شرح بسيط عن تاريــخ الكهرباء ،،،
تتواجد الكهرباء في حياتنا اليومية بشكل دائم حتى إننا نعتبرها ضرورة من ضروريات الحياة كالمياه الجارية مثلا.
ويقلق العالم بأكمله لمجرد فكرة نضوب مصادرها.
رغم أنه من منظور تاريخي يعد استخدام الكهرباء حديثا. فلقد بدأت دراسة الكهرباء(المقصود هنا مجموعة الظواهر الكهربائية الخاضعة للملاحظة) في أواخر القرن السادس عشر, وظلت أداة مثيرة للفضول لغالبية الناس حتى استطاع التطور العلمي إثبات فائدتها على مدى القرن الماضي. فليس من الغريب إذا دخولها المبهر في كافة أنشطة الإنسان ولاسيما الإلكترونيات.
الكهرباء الساكنة Electrostatique
التيار الكهربي courant
الدائرة الكهربائية circuit
موصلات الكهرباء Porteurs de l'electrecite
بدايـــات الكهربـــاء
حتى نهاية القرن الثامن عشر كانت كلمة كهرباء تعني ظاهرة التجاذب والتنافر ما بين أجسام محكوكة, وهو ما نطلق عليه الآن علم الكهرباء الساكنة. وقد كان معلوما منذ القدم تجاذب الأجسام الخفيفة للأجسام التي قد تمت كهربتها عن طريق الاحتكاك إلا أن دراستها لم تأخذ الشكل الجدي سوى في نهاية القرن السادس عشر على أيدي العالم الانجليزي "ويليم جيلبير" الذي أنجز أول دراسة متعلقة بهذا الموضوع والصادرة في عام ١٦٠٠. كما أنه يرجع إليه الفضل في ابتكار صفة" كهربي" لتعريف خواص التجاذب الغامضة(كلمة كهرباء قد اشتقت من كلمة إليكترون اليونانية وهي ما تعنى كهرمان وهى أحد أول الأجسام التي قد تمت كهربتها بالاحتكاك). وقد استأنف العالم الالمانى "أوتو فان جيوريك" تجارب جيلبير في أواسط القرن السادس عشر مما أسفر عن ابتكاره لآلة تفريغ الهواء ( فتجاذب الأجسام المكهربة يكون أوضح عند إفراغ الهواء الحائل أثناء التقارب). وأول آلة للكهرباء الساكنة عبارة عن كرة أرضية من الكبريت يقوم الباحث بشحنها بيديه حتى تضيء. وقد سمحت هذه المعدات البدائية باكتشاف ظاهرة التوصيل الكهربي مما يعنى القدرة الغامضة لانتقال الشحنات الكهربائية خلال بعض الأجسام, وظاهرة قوة الأطراف المدببة، وهو ميل الأجسام الحادة والمدببة لإظهار خواص كهربية. إلا أن هذا التأثير لم يتم الاستفادة منه سوى بعد اكتشافه بقرن عندما أثبت "بنيامين فرانكلين" في عام ١٧٥٢ أن الصواعق هي ظاهرة ذات طبيعة كهر بائية, وابتكر مانعة الصواعق من الأجسام المدببة. وهكذا أصبحت قطعة المعدن المدببة التي تعلو أسطح المنازل ومتصلة بالأرض أداة لامتصاص الشحنات الهابطة من السماء.
وفي القرن الثامن عشر توالت الأعمال التجريبية بمعدل سريع, وظهرت تأثيرات ومعدات أخرى، كما أخذت الأفكار في تكوين صورة لظواهر الكهرباء الساكنة. ويرجع الفضل للعالم الانجليزي "ستيفان جرى" الذي اكتشف ظاهرة التكهرب غير المباشر، وهي إمكانية كهربة الأجسام عن بعد دون احتكاك مباشر, وأيضا استطاع التمييز بين الأجسام الموصلة للتيار الكهربي والأجسام العازلة للتيار الكهربي. كما استطاع العالم الفرنسي "شارل دى فاي" عام ١٧٣٣ التمييز بين نوعين من "الشحنات" (نحن نقول اليوم شحنات كهربية) الأولى اسماها بالشحنات الزجاجية لوقوعها عن طريق احتكاك الزجاج والأخرى بالشحنات الخشنة حيث تنتج عن احتكاك جسمان خشنان ومن بعد, فالأجسام ذات الشحنات الكهربية المتشابهة تتنافر والأجسام ذات الشحنات الكهربية المختلفة تتجاذب. ولهذا فقد اسماهم بنيامين فرانكلين بعد عدة سنوات بالكهربية الموجبة والكهربية السالبة. وبهذا يكون هو أول من قام بتفسير ظاهرة التكهرب مستندا على وجود نوعين من الشحنات الكهربية وقاعدة واحدة أساسية, وهى الحفاظ الكلي للشحنات الكهربية فالتكهرب ينتج عنه شحنات موجبة وسالبة في داخل جسم خامل, وهذا الذي كان قد تم إيضاحه من عدة سنين من قبل بيد الفيزيائي الانجليزي "ويليام واطسن".
نوعين من الشحنات الكهربية
شملت المرحلة التالية استكشاف التأثير الكهربي للأجسام ذات الشحنات الكهربية على الأجسام الأخرى. ولم يذهب الفيزيائيون ببحثهم بعيدا فقد استوحوا أفكارهم من قانون الجاذبية لنيوتن الموضوع منذ قرن, وافترضوا وجود قوة نسبية في الشحنات الكهربية في داخل كل جسم مكهرب أثناء التفاعل تتناسب عكسيا مع مربع المسافة التي تفصلها، وقد تم التحقق العملي من هذا القانون عام ١٧٨٥ على أيدي العالم "شارل أوغسطين دى كولومب" (الوحدة الدولية للشحنة الكهربية تحمل اسمه) كما أنه قد وضعت أخر نقاط نظرية التفاعلات بين الشحنات الكهربية الثابتة في الأعوام التالية.
و قد أخذ في الاعتبار التشابه القوي ما بين قانون كولومب
تجاذب وتنافر Attraction , repulsion
آلة لتفريغ الهواء Machine a faire le vide
موصل كهربي Conduction electrique
أجسام مدببة Objets Pointes
تكهرب غير مباشر Electrisatin par influence
أجسام موصلة Corps conducteurs
أجسام عازلة Corps isolants
شحنات موجبة وسالبة Electricites positives et negatives
ظاهرة التكهرب Phenomene d'electrisation
تفاعل interaction
وقانون الجاذبية، بالإضافة إلى أفكار علم الميكانيكا لينقلوا إلى مجال الكهرباء الساكنة. ومن هنا ولأول مرة يظهر مصطلح كهرباء الوضع في عام ١٧٧٢ للجاذبية "جوزيف لويس" ويستأنف "بيير سيمون دي لابلاس" هذا المصطلح في عام ١٧٨٤ لوصف الحالة الكهربية المولدة في نقطة ما في الفضاء من الشحنات الكهربية.
من البطارية إلى التيار الكهربي
وفي اللحظة التي بلغت فيها نظرية الكهرباء الساكنة أشدها جاءت الموجة الكبرى لتبلبلها, ويكتشف عالم التشريح الايطالي "لويجى جالفانى" في عام ١٧٩١أثناء تشريح عضلات الفخذ للضفدع، ظهور شحنات كهربية غامضة عند توصيل العضلات بمعدنين لهما طبيعة مختلفة. ولترجمة هذه الظواهر استخدم التقريب بين زجاجة لييد وهي زجاجة مغطى باطنها بورقة معدنية مشحونة كهربيا ويتم تفريغها سريعا لمجرد اتصالها بموصل(وهكذا يتكون أول مكثف كهربي) والضفدع الذي هو عبارة عن زجاجة لييد حية يتم تفريغ شحناتها الحيوية في التو بمجرد اتصالها بموصلين من المعدن.
وقام الفيزيائي الإيطالي "الساندر فولتا" بإعادة تجارب زميله الأسبق ليثبت أن الضفدع لم يقم إلا بدور ثانوي، فالتأثير الكهربي ينتج عن اتصال معدنين لهما طبيعة مختلفة بواسطة قطعة من القماش المبلل. ونتيجة لهذا قام باختراع أول بطارية كهربية في عام ١٨٠٠، وهي تتكون من وضع أقراص من النحاس والزنك وبينهما قطع القماش المبللة بالحمض. وقد أحدثت هذه البطارية ثورة كبرى في علم الكهرباء فهي على العكس من آلة الكهرباء الساكنة التي كان يتم شحنها عن طريق الاحتكاك ومن بعد تفقد شحنتها سريعا, فهي تنتج تلقائيا نوعا من تفريغ الشحن نتيجة للتفاعل الكيميائي . وهو ما اسماه من بعد الفيزيائي الفرنسي "أندرى مارى أمبير" في عام ١٨٢٠ بالتيار الكهربي . فالتيار الكهربي ما هو إلا انتقال كلى للشحنات عبر جسم موصل. وتكريما لأمبير أصبح اسمه يطلق على وحدة شدة التيار، وهي كمية الكهرباء المارة بموصل خلال وحدة زمنية. وبالمثل تكريما لفولتا قد تم إطلاق الفولت ليكون مصطلحا لوحدة الجهد, وهو قياس فرق القوة الدافعة من البطارية لإصدار تيارا.
وفضلا عن إطالة وقت التفريغ(التي قد ازدادت بعد تصنيع بطاريات ذات جودة مرتفعة) أصبح من الممكن التأثيرات المغناطيسية للكهرباء.
في عام ١٨٢٠ لاحظ هانس كريستين اورستد أستاذ الفيزياء بجامعة كوبنهاجن أن السلك الكهربي المقطوع حين يتم توصيله بتيار كهربائي يقوم بجذب الإبرة الممغنطة إذا ما كانت موضوعة بالقرب منه. وتعد هذه التجربة ثورة في عالم الكهرباء حيث أنه عن طريقها أمكن لأول مرة إثبات وجود تأثيرات مغنطيسية للكهرباء ومن ثم بدأت دراسة التفاعلات بين المغنطيس والسلك ذو الشحنات. ولاحقا توصل العالم أمبير إلي المقارنة بين الجسم الممغنط وبكرة السلك الموصل للكهرباء وإلى تقليل ظاهرة المغنطيس في التفاعل بين الأسلاك الموصلة وإلى أثبات أن باستطاعة المغنطيس تحريك السلك الموصل ذا الشحنات وقد أفادته هذه الاكتشافات حيث استطاع من خلالها تشغيل الدائرة الكهربية مما مكن الفيزيائي ميكائيل فريدي من ابتكار أول موتور كهربي في عام ١٨٢١، كما أخذ أيضا في برهنة إمكانية توليد تيار كهربي بوضع مغنطيس بجانب السلك الموصل.
وقد أطلق على هذه الاكتشاف اسم التأثير الكهرومغناطيسي والذي سمح لاحقا باختراع أول مولد للكهرباء وهو عبارة عن تيار كهربي يتولد ن طريق حركة ميكانيكية وليس نتيجة لتفاعل كيميائي كما تمكن العلماء بعد ذلك من اختراع أول محول قادر علي تصعيد الجهد الكهربي لتصبح هذه العناصر (المحرك – المولد – المحول – المحرك) من أهم أركان صناعة الكهرباء.
قوانين التيار الكهربي
وفي النصف الأخير من القرن التاسع عشر. عندما تطورت الكهرباء الصناعية وتطبيقاتها أصر الفيزيائيون على توحيد كل ما لاحظه أسلاف وفي عام ١٨٤٨ أثبت الألماني جيوستاف أن التيارات الكهربائية يمكن أن تكون بعيدة من أماكن توليدها كما هو الحال في المدن (حيث يظل الفاقد الكهربي بمقياس جول في السلك الكهربي الموصل). ومثل المصباح الكهربائي لأديسون والذي سريعا ما انتشر في المدن من أهم الاكتشافات في هذا المجال إن لم يكن أهمها على الإطلاق (ويعتمد المصباح الكهربائي علي انبعاث أشعة مكثفة مرئية عبر السلك معدني المقاوم للحرارة المرتفع).
توحيد الكهرباء والمغناطيس
هذا وقد أوضحت تجربة أورستد الصلة الوثيقة بين الكهرباء والمغناطيس وتم توحيدهم علي أيدي الاسكتلندي جيم كلاول ماكسويل في عام ١٨٦٤ وهكذا نشأ علم الكهرومغناطيسية.
وبفضل هذه التجارب والنظريات تمكن العلماء من تعريف سرعة توالد الكهرباء بمقارنتها مع بسرعة الضوء التي لطالما حاولوا قياسها من قبل. وبالرغم من ذلك الاستنتاج جديد فقد كان الفيزيائي كير تشوف قد توصل إليه قبل سبع سنوات كير تشوف وخاصا فيما يتعلق بتوالد الإشارات الكهربية علي طول السلك الكهربي الموصل.
الكهربــــاء الصناعيـــــة
شهد النصف الأخير من القرن التاسع عشر تطورا ملحوظاً في مجال الكهرباء الصناعية حيث أحلت مكان بطاريات فولتا، بطاريات ذات كفاءة اعلي مثل بطارية دانيل عام ١٨٣٦ وبطارية بنس عام ١٨٤١ وبطارية لى كلاتيه عام ١٨٦٤ وفي عام ١٨٥٩ وضع جاستون بلانتي أول بطارية قابلة للشحن وانطلقت بعدها صناعة المولدات انطلاقا ليس له نظير فتم ابتكار الدينامو في عام ١٨٧٠ علي يد زينوب جرام وظهرت أول مولدات للتيارات الكهربائية المترددة كنتيجة لجهد المهندس الكرواتي نيكولاتلسه ( الذي سميت باسمه وحدة المجال المغنطيس). وقد استخدمت هذه الأجهزة للتوربينات الضخمة في محطات توليد القوة الكهربية (سواء كانت حرارية أو كهرومائية أو نووية) كعنصر رئيسي لإنتاج الطاقة الكهربية .وصاحب تطور المولدات تطور معدات أخري كالمحركات الكهربائية. و ظهر في إنجلترا عام ١٨٣٩ أول جهاز للاتصال عن بعد والذي يعمل بناء علي الإشارات الكهربية المنبثة عبر السلك الكهربي علي يد المهندسين ويليام قول وشارلز ويستون وفي عام ١٨٧٦ استخدم لأول مرة جراهام بل الإشارات الكهربية لنقل أصوت الإنسان عبر المسافات الطويلة وقد توالت الاختراعات فعرف التليفون سريعاً وتحولت وسائل المواصلات لتعمل بالكهرباء فأول خط ترام كهربي اخترعه المهندس الالمانى ورنر فون سيمنز و جوهان هالسك عام ١٨٧٩ وأول قطار كهربي ابتكره توماس اديسون عام ١٨٨٠. وبفضل تطور المحولات (في الثمانينيات القرن التاسع عشر) وتطور الأجهزة التي ساعدت على توالد قوة الجهد أصبح من الممكن الحصول علي الكهرباء علي مسافات طويلة كما أصبح من الممكن إطالة وقت تفريغ الشحنات ( وقد تطورت بعد ذلك صناعة البطاريات ذات الجودة المرتفع) ، وتمكن العلماء من متابعة مرور التيار عبر العديد من الأجسام، وما لبث ميكائيل فرايدي أن اكتشف أنه عند تغطيس طرفي لأجسام صلبة موصلان بقطبين كهرباء (طرفي بطارية) في الماء أو في محلول مائي ينقسم المحلول المائي ليعود إلي مركباته الأولية وهو ما يسمي بالتحلل. واستخدم هذه النظرية الكيميائي الإنجليزي همفري دافي في اكتشاف عدة عناصر لم تكن معلومة مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والماغنسيوم والمباريوم والستوونتيوم. وبإبدال المحلول المائي بغاز معلق في إناء من الزجاج نحصل علي أول تفريغ للشحنات يستغرق زمناً طويل وهو ما سيساهم في تجهيز أول إناء حضرية في النصف الأخير من القرن التاسع عشر. وفي عام ١٨٤١ لاحظ العالم الإنجليزي جيمس بريمسكوت جول أن مرور التيار في موصل معدني يتسبب في انبعاث حرارة وهذا هو نفس التأثير (مقدار جول) المستخدم في المكواة.
الأجســـام المشحونــــة
وقد اثبت التطور السريع للكهرباء التكنيكية في القرن التاسع عشر انه لم يكن من الضروري معرفة طبيعة الأجسام ذات الشحنات الكهربية للاستفادة من خواصها، وهذا ما لم يتضح سوي في نهاية القرن التاسع عشر وبدايات القرن العشرين باكتشاف الإلكترون والتركيب الذري للمادة ومن هذه الاكتشافات يتضح أن الظواهر الكهربية لم تنتج عن تيار كهربي غامض مستقل عن المادة وإنما من المادة نفسها حيث أن بها اثنين أو ثلاث عناصر أولية للذرة (إلكترون والبروتون) ذات شحنات كهربية مما يعد عامل جوهريا في توليد الكهرباء. وتم التأكد أيضا من أن هذه الخاصية الكهربية هي السبب الرئيسي لتلاحم الذرة وجزئيان الذرة وأيضا لتلاحم الجسم الصلب . أما بالنسبة للتيار الكهربائي فطبيعته تعتمد أساسا على الحالة الفيزيائية المُلاحظة. ففي الجسم الصلب المعدني ينتج التيار الكهربي فقط من تحرك الإلكترونات الأقل ارتباطا بالحالة البلورية أو الإلكترونات الموصلة (أما في شبه الموصل تكون الأشياء أكثر تعقيدًا، أنظر شبه الموصلات). فلا يمكن ظهور شحنة موجبة في الجسم الصلب إلا بعد نقص طاقة الإلكترونات. وفي السائل يكون التيار الكهربي مؤكد بفضل تحرك الأيونات في التيار (الايونات ذرات اكتسبت وفقدت الكترونات) وتتحرك الايونات الموجبة (كاينون) في الاتجاه المعاكس للأيونات السالبة (أنيون).
إما في الغاز حيث جميع الجزئيات سواء كانت ذرات أو جزيئات الذرة تكون في بادئ الأمر خاملة و يتسبب توصيل الجهد الكهربي بين القطبين في التأين الجزيء للغاز أو الانشقاق الجزيئات لأيونات موجبة والكترونات (ومن هنا لم نعد نتحدث عن غاز بقدر ما نتحدث عن البلازما وهي الحركة المتعاقبة للجزيئات المشحونة نحو الأقطاب التي تكون التيار الكهربي .
الكهربــــاء فى مصــر
دخلت الكهرباء مصر عام 1893 حيث كانت مملوكة وتدار بواسطة شركات خاصة.
عام 1962تم تأميم جميع هذه الشركات وأصبحت مملوكة وتدار بواسطة الدولة.
عام 1964 تم إنشاء أول وزارة للقوى الكهربية.
عام 1965 تم إنشاء المؤسسة المصرية العامة للكهرباء وتختص بإنتاج ونقل وتوزيع الطاقة الكهربية.
عام 1976 تم تحويل المؤسسة المصرية العامة للكهرباء إلى هيئة كهرباء مصر( قانون رقم 12).
عام 1978 تم إنشاء سبع شركات لتوزيع الكهرباء على أساس جغرافي.
عام 1996 صدر القانون رقم 100 الخاص بالسماح للمستثمرين المحليين والأجانب بإنشاء وإدارة وتشغيل وصيانة محطات توليد الكهرباء.
عام 1997 صدر القرار الجمهوري رقم 326 بشأن إنشاء جهاز تنظيم مرفق الكهرباء وحماية المستهلك كجهاز رقابي لمراقبة وتنظيم العلاقة بين أطراف مرفق الكهرباء والمستهلكين.
عام 1998 صدر القانون رقم 18 الذي بموجبه تم نقل تبعية شركات التوزيع من قطاع الأعمال العام إلى هيئة كهرباء مصر وضم محطات التوليد وشبكات الجهد العالي إلى تلك الشركات.
عام 2000 صدر القرار الجمهوري رقم 339 بشأن إعادة إنشاء جهاز تنظيم مرفق الكهرباء وحماية المستهلك وتحديد اختصاصاته وتشكيل مجلس إدارته ليضم خبراء في مجال الطاقة من خارج قطاع الكهرباء وممثلين للمستهلكين وشخصيات عامة وخبراء من قطاع الكهرباء والطاقة.
عام 2000 صدر القانون رقم 164 بتحويل هيئة كهرباء مصر إلى شركة مساهمة مصرية تسمى الشركة القابضة لكهرباء مصر.
عام 2001 وافقت الجمعية العامة للشركة القابضة على فصل نشاط الإنتاج (5 شركات) عن التوزيع (7 شركات)، وفصل نشاط شبكات الجهد عالي والفائق في شركة للنقل والتحكم.
ما هي الهندسة الكهربائية؟
إذا كان الماء مصدر هذه الحياة فان الكهرباء هي بذورالحضارة المدنية !
إن الهندسة الكهربائية هي الاختصاص الذي يعطي للبشرية المنفعة القيمة و بواسطتها تتطور الاتصالات و الاضاءة و اجهزة الحاسب.
في المدرسة عندما كنت طالبا في الثانوية تعلمت في الفيزياء بأن الكهرباء هي ظاهرة فيزيائية مرافقة لوجود و تبادل الشحنات الكهربائية.
إن تخصص الهندسة الكهربائية أساسه قوانين الفيزياء التي تحكم التبادلات بين المواد المشحونة عند ربطها باسلاك.
بالاضافة اللا ذلك فان الهندسة الكهربائية طورت ادوات رياضية تساعد في التصميم ، بناء و تحليل اي نظام كهربائي يمكن لمهندسي الكهرباء ان يتصوروه.
أنه من المنصف أن نقول بان الهندسة الكهربائية هي :
- ثلثها فيزياء
- ثلثها رياضيات
- ثلثها ابداع
ابتدا فصل الهندسة الكهربائية عن الفيزياء في زمن توماس اديسون و فيرنر فون سيمنس وفي بادئ الامر كانت كل الاكتشافات والاختراعات تتعلق بالشحنة. في عام 1752 اخترع بينيامين فرانكلين موصلة الصواعق و نشر بين 1751 و 1753 نتائج تجاربه تحت عنوان "تجارب ومشاهدات عن الكهرباء" (Experiments and Observations on Electricity) . في العام 1800 قام الكساندر فولتا ببناء بطاريته الاولى المساة "عمود فولتا" بعد اعجابه بتجربة اجراها لويجي جالفاني عام 1792. في العام 1820 قام هانز كريستيان اورستد بعمل تجارب عن انحناء ابرة البوصلة بتاثير التيار الكهربي. وفي نفس العام كرر اندريه ماري امبير تلك التجربة واثبت ان سلكين يمر فيهما التيار يؤثران بقوى على بعضهما البعض وعرف خلالها الجهد الكهربي والتيار الكهربي.
مايكل فاراداي قدم اعمال كبيرة في مجال الفيضين الكهربي والمغناطيسي، وعرف ايضا خطوط المجال. وبناء على اعمال فاراداي قدم جيمس كليرك ماكسويل اعماﻻ في اكمال نظرية الكهرومغناطيسية والكهروديناميكيةـ وقدم عام 1864 معادﻻت ماكسويل والتي تعتبر احد اهم اسس الهندسة الكهربية.
فيليب رايس اخترع عام 1860 الهاتف في معهد جارنيير في فريدريكسدورف اﻻ ان اختراعه لم ينل القدر الكافي من الاهتمام، الى ان "اخترع" الكساندر جراهام بيل عام 1867 اول هاتف قابل للتسويق ونجح بالفعل في تسويقه.
في اطار هندسة التيار العالي يعتبر فيرنر فون سيمنس احد اهم الاعلام حيث اكتشف عام 1866 مبدأ الدينامو وبنى به اول مولد كهربي وبذلك اصبحت الكهرباء وللمرة الاولى متاحة للاستخدام وبكميات كبيرة. وفي العام 1876 اخترع توماس الفا اديسون مصباح خيط الكربون مما اعطى الكهرباء دفعة كبيرة الى داخل المجتمع المدني. في نفس الوقت عمل نيكوﻻ تسلا و ميكايل فون دوليفو-دوبروولسكي على تطوير التيار المتردد والذي يعتبر اساس الطاقة الى يومنا هذا.
في العام 1883 اسس ايراسموس كيتلر تخصص الهندسة الكهربائية في جامعة دارمشتات التقنية في المانيا (TU-Darmstadt) لتصبح اول مرة تدرس فيها في العالم. واستمرت الدراسة لمدة اربع سنوات ليتخرج الطالب بلقب مهندس كهربائي.
استطاع هاينريش رودولف هيرتز في العام 1884 اثبات معادﻻت ماكسويل عمليا، واثبت وجود الموجات الكهرومغناطيسية ليصبح بذلك مؤسس علم النقل اللاسلكي للاشارات ومؤسس هندسة الاتصاﻻت.
في العام 1896 شغل غوغليلمو ماركوني او محطة ارسال ﻻسلكية على مسافة 3 كم، وبناء على اعماله اصبحت في العام 1990 اولى محطات الارسال والاستقبال الراديوي متوفرة تجاريا. عام 1905 اخترع جون فليمينغ اول صمام ثنائي، ليتبعه عام 1906 روبرت فون ليبن و لي دو فوريس بالصمام الثلاثي. والتي اعطت مهندسي الاتصاﻻت زخما جديدا كعنصر لتقوية الاشارة.
جون لوجي بيرد اخترع عام 1926 اول جهاز تلفاز ميكانيكي بسيط، وعام 1928 التلفاز الملون. وفي نفس العام تمت اول عملية بث للتلفاز عبر المحيط من لندن الى نيويورك. وفي العام 1931 قدم مانفريد فون اردينه او تلفاز كهربائي على اساس اسطوانة اشعة الكاثود.
عام 1942 قدم الالماني كونراد تسوزه او حاسوب كامل الوضائف تحت مسمى Z3، ليلحقه في العام 1946 جون ايكرت و جون ماوكلي بجهازهما ENIAC اختصارا لـ" الحاسوب والمكامل العددي الالكتروني" (Electronic Numerical Integrator and Computer) ليعلن رسميا عن زمن الحاسوب، الامر الذي قدم خدمات كبيرة للمؤسسات العلمية مثل ناسا التي اعتمدت الحواسيب لدعم برنامجها ابولو.
اختراع الترانزيستور على ايدي وليام شوكلي، جون باردين و والتر براتاين عام 1947 في معامل بيل فتح امام الجميع افاق جديدة في تقنية اشباه الموصلات والدوائر المتكاملة وسمح للمصنعين بتصغير حجم الاجهزة بشكل دراماتيكي.
في العام 1958 اخترع جي سي ديفول و جاي انغلبرجر اول روبوت صناعي ليستخدم عام 1960 ﻻول مرة في مصانع جينرال موتورز.
وفي معامل شركة انتل اخترع مارشيان هوف في العام 1968 اول مايكروبروسيسور بطلب من شركة يابانيه لتصميم جهاز حاسب صغير الحجم ليتم في العام 1969 تصنيع اول مايكروبروسيسور (intel 4004).
قامت فيليبس عام 1978 بتصنيع اول قرص مدمج CD لتخزين البيانات رقميا، وبعد تعاون مع شركة سوني نتج عام 1982 القرص المدمج الصوتي Audio-CD لينتج في النهاية نسق الـ CD-ROM في العام 1985.
عن القسم
يشمل المنهج الدراسي للهندسة الكهربية على مقررات إلزامية فى العلوم الأساسية كالرياضيات والفيزياء ، والأساسيات الهندسية الكهربية. بحيث يستطيع الطالب متابعة التقدم المتوقع فى أساليب وتطبيقات الهندسة الكهربية عموما ، وفى مجال تخصصه على وجه الخصوص.
بالنسبه للدراسه في القسم فهي ممتعه الي حد كبير
ومواد الدراسيه ممتعه جدا وأساسيه في الوصول الي الابتكار
وعن الدكاتره ... كلهم علي قدر كاف من الاحترام ومعظمهم علي قدر من الامتياز في الماده العلميه .
الكتب الدراسيه ... أفضلها كتب الرياضيات ....
و لمن يستفسر عن الكورسات الخارجيه ... فأظنها غير ضروريه وليست الا لاستنزاف أموال الطلبه الا من رحم ربي
نصيحه : حضــــور المحاضره والمتابعه الجيده تكفيك جدااا جداااا
وبالنسبه لساعات الدراسه في اليوم فهي غالبا لاتتعدي أربع ساعات
و القسم ليس بالصعوبه التي ذكرها البعض والتجربه هي التي ستقودك الي الصواب...
أتمني ان أكون وفقت بعون الله في توضيح بعض الاستفسارات التي أرسلت الي
ولمن لديه استفسارات آخري يتفضل بطرحها .....
التعريف الرسمي للهندسة الكهربائية:
يمكن ان تعرف الهندسة الكهربائية بالوظيفة التي تهتم بالانظمة و الاجهزة التي تستطيع أن:
- تنتج
- تنقل
- توزع
- تحفظ
- تؤدي
- تعرض
- تقيس
نوع العمليات المؤداة بواسطة الاشارات الكهربائية.
إن الافرع الرئيسة لهذا التخصص هي :
-هندسة الطاقة و القدرة
في نظام ما الاشارة الكهربائية تستخدم لنقل الطاقة و القدرة
-هندسة الاتصالات
في نظام ما الاشارات الكهربائية تستخدم لنقل المعلومات من مثل الصوت و الفيديو
-هندسة الكمبيوتر
في نظام ما فان الاشارات الكهربائية تستخدم لتسير المعلومات
( نعم ان هندسة الكمبيوتر فرع من فروع الهندسة الكهربائية ! )
-هندسة التحكم
في نظام ما فان الاشارات الكهربائية تستخدم لتحكم انظمة اخرى
-هندسة تتابع الاشارات
في نظام ما فان الاشارات الكهربائية تكون قد تتابعت قبل البدء في التطبيق الى او بعد التوليد عن طريق اي نظام من
النظم التي تم ذكرها اعلاه.على سبيل النثال تريد ان تستخدم برنامج net2phone للاتصال بصديق ببلدة اخرى و ذلك
باستخدام الانترنت فان الاشارة الصوتية يجب ان تنقل لشكل رقمي مناسب منالنظام الابتدائي الى الارسال.
-Bioengineering
في نظام ما فان الاشارة الكهربائية المتولدة تستخدم لتوصيل بعضا من المعلومات الطبية الضرورية.
-هندسة الالكترونيات
هذا الفرع مسؤول عن تركيب الشرائح الالكترونية او الدوائر التي تمثل قلب اي نظام كهربائي.
كمثال على الشريحة الالكترونية معالج بيانات (بنتيوم pentium ) الموجود في حاسبك.
أهمية الهندسة الكهربائية:
الهندسة الكهربائية كانت المحفز الرئيسي ل :
-الكهرباء
-الاضاءة
-الهاتف
-الراديو
-التلفاز
-الحاسب الالي
-الانترنت
-Cd/DVD
-GSM phones
و الان هل تتصور حياة ان لم يكن لمهندسي الكهرباء وجود !؟
إن قسم الهندسة الكهربائية يمكن تقسيمه الى اربعة اقسام متخصصة هي :
1- الاتصالات و تتابع الاشارات
2- التحكم
3- القدرة
4- الالكترونيات
القسم الاول:
الاتصالات و انظمة تتابع الاشارات(اي نظام كهربائي يولد ، يوصل ، يخزن و يتابع المعلومات عن الاشارات)
مجالات الدراسة:
1- الموجات الكهرومغناطيسية
2- الهوائيات(اجهزة الاستقبال و الارسال)
3- تقنيات نقل المعلومات
4- الاتصالاات الرقمية و غير الرقمية
5- الهواتف الخلوية
6- تتابع الوسائط المتعدد و التشفير
7- الشبكات
المواد التي ستدرسها من قسم الاتصالات ستجيب التساؤلات التالية:
1- كيف يعمل كل من الهاتف ، الفاكس ، الراديو ، التلفاز ؟
2- لماذا الاشارات الرقمية افضل من الغير رقمية؟
3- ما الذي يصنع الانترنت؟
4- كيف تعمل هواتف gsm ؟
5- ما الفرق بين نظام الساتالايت و الرادار؟
يتبع
القسم الثاني:
انظمة التحكم ( او اي نظام يستخدم اشارات كهربائية ليتحكم بعملية صناعية او بتطبيق ما)
مجالات الدراسة:
1- نظرية التحكم
2- التحكم بالعمليات
3- تصميم المتحكمات
4- الانسان الالي
5- تطبيقات في العمليات الصناعية
المواد التي ستدرسها من هذا القسم ستجيبك على الاسئلة التالية:
1- ما هو الانسان الالي؟
2- ما الذي يجعل الطائرة طائرة بربان الكتروني؟
3- كيف يتغير معدل الحرارة و الضغط في مصافي النفط؟
يتبع...
القسم الثالث:
أنظمة القدرة(او اي نظام كهربائي يولد ، ينقل الطاقة الكهربائية)
مجالات الدراسة:
1- توليد القدرة
2- المكائن الكهربائية
3- الالكترونيات المختصة بالقدرة
المواد التي ستدرسها ستجيبك على الاسئلة التالية:
1- كيف تولد و تنقل الطاقة؟
2- ما الفرق بين DC و synchronous ؟
3- كيف تنقل خطوط القدرة الطاقة؟
4- ما هو متحكم AC ؟
يتبع...
القسم الرابع:
الالكترونيات(يهتم بالتصميم و تحليل و تصنيع الدوائر الالكترونية و مكونات الانظمة الكهربائية)
مجالات الدراسة:
1- المكونات الاساسية للدوائر الالكترونية
2- تصميم و تحليل الدوائر الالكترونية
3- الدوائر ذات الحالة الصلبة
4- انظمة الشرائح الذكية
5- الالكترونيات البصرية
بعد دراستك للاكترونيات ستصبح قادرا على اجابة الاسئلة التالية:
1- لماذا تصغر اجهزة الهاتف الخليوي و تصبح رخيصة اكثر و ذات قدرات افضل ؟
2- كيفتولد الطاقة من الشمس؟
3- ما هي ال credit card ؟
4- لماذا لا تحوي الالة الحاسبة على اسلاك ؟
لمـــاذا سمــــيــت الكـــهربــاء بــهـذا الاســـم ؟؟!!
لفظ الكهرباء مشتق من الكهرب وهو الاسم القديم لمادة الكهرمان إذ إنه تم الربط بين الكهرباء والكهرمان نظراً لاكتساب الأخير بالاحتكاك خاصية جذب بعض الأجسام الخفيفة وهي أحد شواهد الكهربية الإستاتيكية لوحظت هذه الظاهرة منذ قرون طويلة مضت وورد وصف لها في كتابات الفيلسوف الإغريقي طاليس عام 600 ق.م. في العصور الحديثة بدأت شواهد الكهرباء تأخذ اتجاهاً تجريبياً إذ أثبت جورج فون كلايست George Von Kleist في عام 1745م أنه يمكن التحكم في الكهرباء، واخترع نوعاً بدائياً من المكثفات وفي عام 1750م اكتشف بنيامين فرانكلين Benjamin Franklin أن البرق شحنات كهربية وصمم أول مانع للصواعق وفي عام 1799 أثبت العالم الكساندرو فولتا Alessandro Volta إمكان توليد الكهرباء باستخدام معدنين مختلفين ومحلول ملحي وأنتج أول خلية كهربية و في عام 1831 نجح مايكل فاراداي Michael Faraday في إنتاج التيار الكهربي من موصل كهربي يتحرك خلال مجال مغناطيس يعد هذا الاكتشاف هو واكتشاف الخلية الكهربية المولد الحقيقي للــالكهرباء في العصر الحديث و نقطة الانطلاق لعلوم الاتصالات والإلكترونيات...
تُعد علوم اللاسلكي والإلكترونيات من الناحية العملية تطبيقات أساسية للمبادئ العامة لعلوم الكهرباء فــالكهرباء الناتجة من بطارية من النوع الشائع مثل تلك المستخدمة لتشغيل كشاف يدوي بسيط يمكن بإدخال تعديلات معينة عليها استخدامها لتحقيق العديد من المهام المختلفة مثل تشغيل محرك أو تدفئة أو إضاءة أو الاستخدامات المتعددة للاسلكي من اتصالات وإذاعات مسموعة ومرئية.
إن النظريات والمبادئ الأساسية التي أدت إلى تطور العلوم الطبيعية المتعلقة بـــالكهرباء منذ اكتشافها هي الأساس الراسخ الذي تولدت منه تطبيقات اللاسلكي وعلوم انتشار الموجات واستخدامات المواد الموصلة وشبه الموصلة، ومكونات الدوائر الإلكترونية كافة
:127::127::127::127::127::127::127 ::127::127::127:
الطريق الى الكهرباء
منذ ان وجد الانسان على هذه الارض وهو يبحث عن مصدر من مصادر الطاقة لاستمرار حياته ، وكل مصدر كان يكتشفه كان يتناسب مع خبراته العلمية والتكنولوجية التي توصل اليها في كل حين.
فكانت النار – على بساطتها – اول تلك المصادر التي اعتمد عليها الانسان البدائي في فجر الحياة البشرية لكن مع التقدم الذي حدث بعد ذلك من ثورة البخار حتى الطاقة النووية مرورا بالكهرباء والطاقة الشمسية ..الخ تعددت المصادر المتاحة امام الانسان لانتاج الطاقة.
فظهرت الكهرباء التي اكتشف ظواهرها على يد العالم البريطاني مايكل فارادي في اوائل القرن التاسع عشر مع اكتشافه لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي التي ادت الى اختراع المولد الكهربائي الذي لم نزل نستخدمه حتى اليوم
بين الشكل صورة مبسطة لمحطة توليد كهرباء تقليدية حيث يتم غلي الماء في مرجل كبير ( الغلاية ) فيندفع البخار المتصاعد الى غرف التوربينات ( المراوح ذات الريش في أبسط صورة ) فيؤدي هذا الاندفاع الى تدوير تلك المراوح مما يولد طاقة ميكانيكية يتم تحويلها الى طاقة كهربائية في المولدات ( قريب الشبة بمولد الكهرباء في السيارة الذي يستمد طاقته الميكانيكية من دوران المحرك) ويتم سحب هذه الطاقة الكهربائية وتوزيعها الى المناطق المرتبطة بها وتعمل المحولات على رفع اوخفض هذه الطاقة حسب الحاجة.
المعضلة في المحطات التقليدية
المشكلة التي تواجه هذه المحطات هي ان الوقود المستخدم فيها لتبخير مياه الغلاية هو وقود احفوري ( الفحم او التفط ومشتقاته بمعنى وقود مستخرج من باطن الارض) وهذا الوقود ( بالذات النفط) تشير الدراسات الى انه على وشك النضوب خلال الخمسين السنة القادمة على اكثر تقدير اما الفحم فقد بتأخر نضوبه الى المائة والثمانين سنة القادمة ..ايا كانت الارقام فقد دفعت المهتمين الى البحث عن بديل لتوليد الطاقة فاتجهت الانظار الى الطاقة النووية كبديل موجود ولكن كيف ؟!!!
الطاقة الانشطارية
نعلم ان أي مادة تتكون من جزيئات لاترى بالعين المجردة تسمى ذرات وهي بدورها تتألف من ثلاث انواع من جزيئات اصغر تسمى البروتونات والنيترونات والالكترونات ، بحيث ان البرتونات ( موجبة الشحنة ) والنيترونات ( عديمة الشحنة) مجتمعة في مكان يسمى النواة تدور حول هذه النواة الالكترونات( سالبة الشحنة) في مدارات خاصة بما يشابه المجموعة الشمسية حيث تقابل الشمس النواة اما الكواكب التي تدور حولها فتقابل الالكترونات ..
والمادة قد تتكون من ذرة واحدة مثل الهيدروجين اوعدة ذرات مثل باقي العناصر .
والمواد ذات الرقم الذري الاكبر من 85 تكون نواتها غير مستقرة أي قابلة للتفكفك ( الانشطار ) عند قذفها بنيترونات . ( الرقم الذري رقم يمثل عدد البروتونات في نواة الذرة) فمادة مثل اليورانيوم ذات الرقم الذري 92 تكون مثالية لهذا الامر فعند قذفها بنيترون ذرة اخرى ستنشطر الذرة المقذوفة الى ذرتين جديدتين وتنطلق منهما 2 او 3 نيترونات تقوم هي الاخرى بشطر ذرات اخرى وهكذا بالتتابع بشكل متسلسل في عنصر اليورانيوم ويصاحب هذا الانشطار ارتفاع كبير في درجة الحرارة وتجري هذه العملية في مفاعل يسمى مفاعل الانشطار النووي .
آلية عمل المفاعل
المفاعل مبنى خرساني لايتسرب منه الهواء لا تقل سماكة جدرانه عن 90 سم يحتوي على قلب المفاعل وتوابعه فيوجد في هذا القلب الوقود المستخدم ( اليورانيوم) على كل كريات صغيرة توضع متلاصقة داخل قضبان الوقود المتراصة على شكل حزم او تجمعات حيث تحدث الانشطارات السابقة الذكر تحت سيطرة قضبان التحكم المصنوعة من مادة ( الكادميوم ) الماصة للنيترونات وظيفة هذه القضبان ابطاء او توقيف التفاعلات عن طريق تدليتها الى قلب المفاعل واذا اردنا المزيد من الطاقة الانشطارية نقوم برفع القضبان الى اعلى . ونستخدم مياه للتبريد حول تجمعات الوقود لامتصاص الحرارة العالية المنبعثة نتيجة التفاعل .
وهذه المياه بعد خروجها من قلب المفاعل تكون حارة لدرجة توليد بخار يندفع الى غرف التوربينات ذات الريش فيقوم بتدويرها لتوليد الطاقة الكهربائية تماما كما في المحطات التقليدية .
اذن الفكرة في كلا الطريقتين واحدة وهي الحصول على اندفاع شديد للبخار لتدوير التوربينات والفارق هو طريقة توليد هذا البخار...
قصة اكتشاف الكهرباء تعود الى زمن بعيد عندما لاحظ احد المفكرين انجذاب الريش إلى قطع الكهرمان التي دلكت بالصوف فكانت هذه الملاحظة هي بداية اكتشاف الكهرباء الساكنة.
http://www.msnucleus.org/membership/html/k-6/as/physics/images/static.gif
يعود تاريخ ثورة الكهرباء الى العام 1887 حين اخترع اديسون مصباحه الكهربائي الاول والذي بامكانك ان تطلق عليه لقب المصباح السحري فقد فتح هذا الاختراع افاق جديدة لعالم جديد ومتطور, قد يتسائل البعض عن ربطنا بين اول ظهور مؤكد للكهرباء والمصباح والسبب في هذا الربط هو اننا وللاسف لايمكننا رؤية الكهرباء ولككنا نشعر بوجودها من خلال آثارها وهذا مافعله اديسون تحديداً حيث استدل بالمصباح على وجود الكهرباء !!…..
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/04/Thomas_Edison.jpg
بامكانك ان تستنتج من التاريخ اعلاه (1887) ان الكهرباء مقارنة بغيرها من الاكتشافات تعتبر اكتشافاً حديثاً وعلى الرغم من حداثة هذا الاكتشاف الا ان وجود الكهرباء سمح ومهد للعديد من الاختراعات والتطبيقات بل وللعديد من المجالات العلمية التي لم تكن معروفة من قبل اكتشاف الكهرباء بالظهور فمثلاً الحاسبات الالية واجهزة غسيل الملابس الاوتوماتيكية وافران المايكروويف والهواتف النقالة بل وحتى بعض الاجهزة الالكترونية الدقيقة التي تزرع بداخل جسم الانسان!! كل هذا واكثر يعتمد بشكل مباشر على الكهرباء وخواصها…
ولهذا الاكتشاف اهميته فلولا الكهرباء ماظهرت لنا هذه التطبيقات و الاكتشافات التي قامت بتسهيل حياة الانسان ونقله نقلة نوعية ومختلفة كلياً عن حياته السابقة الى عالم ملئ بالاكتشافات والتطبيقات التي تهدف الى تيسير حياة البشرية ….
كمابامكاننا ان نلاحظ دخول الكهرباء في العديد من العلوم القديمة واثرها البالغ في تطويرها بشكل مذهل ففي الميكانيكا مثلاً استحدثت المكائن البخارية بالكهربائية واستبدلت الطائرات الشراعية بنظيراتها المتقدمة الكترونياً وفي الفيزياء احدث اكتشاف الكهرباء ثورة هائلة في هذا العلم فخصص مجال للكهرباء وتطبيقاتها واما في مجال الكيمياء فقد تمكن الكيميائيون اخيراً من فصل عناصر الماء عن طريق التحليل الكهربائي ولا ننسى مساهمة الكهرباء في الطب فقد سهل دخول الكهرباء الى هذا المجال العديد من العمليات الجراحية كما سهل عملية متابعة حالة المرضى عن طريق اجهزة طورت خصيصاً لهذه المهمة !….
وبعد اكتشاف الكهرباء ظهرت علوم ومجالات اخرى هي في الحقيقة مرتبطة ارتباط مباشر وكلي بالكهرباء كعلوم الحاسب الالي وهندستها وهندسة الالكترونيات والاتصالات وغيرها من المجالات التي تعتمد بشكل مباشر على الاشارات والنبضات الكهربائية والدوائر الالكترونية…..
بعد ذكر كل ماسبق عن الكهرباء واهميتها في حياتنا بامكاننا ان نرى ان الكهرباء تستحق لقب ام العلوم الحديثة بجدارة!!..
اما هندسة الكهرباء فهو العلم الذي من خلاله يتم تأطير وتطويع الكهرباء في المجالات المتعددة حتى تستفيد البشرية من هذه النعمة خير استفادة!!..
وفيما يلى شرح بسيط عن تاريــخ الكهرباء ،،،
تتواجد الكهرباء في حياتنا اليومية بشكل دائم حتى إننا نعتبرها ضرورة من ضروريات الحياة كالمياه الجارية مثلا.
ويقلق العالم بأكمله لمجرد فكرة نضوب مصادرها.
رغم أنه من منظور تاريخي يعد استخدام الكهرباء حديثا. فلقد بدأت دراسة الكهرباء(المقصود هنا مجموعة الظواهر الكهربائية الخاضعة للملاحظة) في أواخر القرن السادس عشر, وظلت أداة مثيرة للفضول لغالبية الناس حتى استطاع التطور العلمي إثبات فائدتها على مدى القرن الماضي. فليس من الغريب إذا دخولها المبهر في كافة أنشطة الإنسان ولاسيما الإلكترونيات.
الكهرباء الساكنة Electrostatique
التيار الكهربي courant
الدائرة الكهربائية circuit
موصلات الكهرباء Porteurs de l'electrecite
بدايـــات الكهربـــاء
حتى نهاية القرن الثامن عشر كانت كلمة كهرباء تعني ظاهرة التجاذب والتنافر ما بين أجسام محكوكة, وهو ما نطلق عليه الآن علم الكهرباء الساكنة. وقد كان معلوما منذ القدم تجاذب الأجسام الخفيفة للأجسام التي قد تمت كهربتها عن طريق الاحتكاك إلا أن دراستها لم تأخذ الشكل الجدي سوى في نهاية القرن السادس عشر على أيدي العالم الانجليزي "ويليم جيلبير" الذي أنجز أول دراسة متعلقة بهذا الموضوع والصادرة في عام ١٦٠٠. كما أنه يرجع إليه الفضل في ابتكار صفة" كهربي" لتعريف خواص التجاذب الغامضة(كلمة كهرباء قد اشتقت من كلمة إليكترون اليونانية وهي ما تعنى كهرمان وهى أحد أول الأجسام التي قد تمت كهربتها بالاحتكاك). وقد استأنف العالم الالمانى "أوتو فان جيوريك" تجارب جيلبير في أواسط القرن السادس عشر مما أسفر عن ابتكاره لآلة تفريغ الهواء ( فتجاذب الأجسام المكهربة يكون أوضح عند إفراغ الهواء الحائل أثناء التقارب). وأول آلة للكهرباء الساكنة عبارة عن كرة أرضية من الكبريت يقوم الباحث بشحنها بيديه حتى تضيء. وقد سمحت هذه المعدات البدائية باكتشاف ظاهرة التوصيل الكهربي مما يعنى القدرة الغامضة لانتقال الشحنات الكهربائية خلال بعض الأجسام, وظاهرة قوة الأطراف المدببة، وهو ميل الأجسام الحادة والمدببة لإظهار خواص كهربية. إلا أن هذا التأثير لم يتم الاستفادة منه سوى بعد اكتشافه بقرن عندما أثبت "بنيامين فرانكلين" في عام ١٧٥٢ أن الصواعق هي ظاهرة ذات طبيعة كهر بائية, وابتكر مانعة الصواعق من الأجسام المدببة. وهكذا أصبحت قطعة المعدن المدببة التي تعلو أسطح المنازل ومتصلة بالأرض أداة لامتصاص الشحنات الهابطة من السماء.
وفي القرن الثامن عشر توالت الأعمال التجريبية بمعدل سريع, وظهرت تأثيرات ومعدات أخرى، كما أخذت الأفكار في تكوين صورة لظواهر الكهرباء الساكنة. ويرجع الفضل للعالم الانجليزي "ستيفان جرى" الذي اكتشف ظاهرة التكهرب غير المباشر، وهي إمكانية كهربة الأجسام عن بعد دون احتكاك مباشر, وأيضا استطاع التمييز بين الأجسام الموصلة للتيار الكهربي والأجسام العازلة للتيار الكهربي. كما استطاع العالم الفرنسي "شارل دى فاي" عام ١٧٣٣ التمييز بين نوعين من "الشحنات" (نحن نقول اليوم شحنات كهربية) الأولى اسماها بالشحنات الزجاجية لوقوعها عن طريق احتكاك الزجاج والأخرى بالشحنات الخشنة حيث تنتج عن احتكاك جسمان خشنان ومن بعد, فالأجسام ذات الشحنات الكهربية المتشابهة تتنافر والأجسام ذات الشحنات الكهربية المختلفة تتجاذب. ولهذا فقد اسماهم بنيامين فرانكلين بعد عدة سنوات بالكهربية الموجبة والكهربية السالبة. وبهذا يكون هو أول من قام بتفسير ظاهرة التكهرب مستندا على وجود نوعين من الشحنات الكهربية وقاعدة واحدة أساسية, وهى الحفاظ الكلي للشحنات الكهربية فالتكهرب ينتج عنه شحنات موجبة وسالبة في داخل جسم خامل, وهذا الذي كان قد تم إيضاحه من عدة سنين من قبل بيد الفيزيائي الانجليزي "ويليام واطسن".
نوعين من الشحنات الكهربية
شملت المرحلة التالية استكشاف التأثير الكهربي للأجسام ذات الشحنات الكهربية على الأجسام الأخرى. ولم يذهب الفيزيائيون ببحثهم بعيدا فقد استوحوا أفكارهم من قانون الجاذبية لنيوتن الموضوع منذ قرن, وافترضوا وجود قوة نسبية في الشحنات الكهربية في داخل كل جسم مكهرب أثناء التفاعل تتناسب عكسيا مع مربع المسافة التي تفصلها، وقد تم التحقق العملي من هذا القانون عام ١٧٨٥ على أيدي العالم "شارل أوغسطين دى كولومب" (الوحدة الدولية للشحنة الكهربية تحمل اسمه) كما أنه قد وضعت أخر نقاط نظرية التفاعلات بين الشحنات الكهربية الثابتة في الأعوام التالية.
و قد أخذ في الاعتبار التشابه القوي ما بين قانون كولومب
تجاذب وتنافر Attraction , repulsion
آلة لتفريغ الهواء Machine a faire le vide
موصل كهربي Conduction electrique
أجسام مدببة Objets Pointes
تكهرب غير مباشر Electrisatin par influence
أجسام موصلة Corps conducteurs
أجسام عازلة Corps isolants
شحنات موجبة وسالبة Electricites positives et negatives
ظاهرة التكهرب Phenomene d'electrisation
تفاعل interaction
وقانون الجاذبية، بالإضافة إلى أفكار علم الميكانيكا لينقلوا إلى مجال الكهرباء الساكنة. ومن هنا ولأول مرة يظهر مصطلح كهرباء الوضع في عام ١٧٧٢ للجاذبية "جوزيف لويس" ويستأنف "بيير سيمون دي لابلاس" هذا المصطلح في عام ١٧٨٤ لوصف الحالة الكهربية المولدة في نقطة ما في الفضاء من الشحنات الكهربية.
من البطارية إلى التيار الكهربي
وفي اللحظة التي بلغت فيها نظرية الكهرباء الساكنة أشدها جاءت الموجة الكبرى لتبلبلها, ويكتشف عالم التشريح الايطالي "لويجى جالفانى" في عام ١٧٩١أثناء تشريح عضلات الفخذ للضفدع، ظهور شحنات كهربية غامضة عند توصيل العضلات بمعدنين لهما طبيعة مختلفة. ولترجمة هذه الظواهر استخدم التقريب بين زجاجة لييد وهي زجاجة مغطى باطنها بورقة معدنية مشحونة كهربيا ويتم تفريغها سريعا لمجرد اتصالها بموصل(وهكذا يتكون أول مكثف كهربي) والضفدع الذي هو عبارة عن زجاجة لييد حية يتم تفريغ شحناتها الحيوية في التو بمجرد اتصالها بموصلين من المعدن.
وقام الفيزيائي الإيطالي "الساندر فولتا" بإعادة تجارب زميله الأسبق ليثبت أن الضفدع لم يقم إلا بدور ثانوي، فالتأثير الكهربي ينتج عن اتصال معدنين لهما طبيعة مختلفة بواسطة قطعة من القماش المبلل. ونتيجة لهذا قام باختراع أول بطارية كهربية في عام ١٨٠٠، وهي تتكون من وضع أقراص من النحاس والزنك وبينهما قطع القماش المبللة بالحمض. وقد أحدثت هذه البطارية ثورة كبرى في علم الكهرباء فهي على العكس من آلة الكهرباء الساكنة التي كان يتم شحنها عن طريق الاحتكاك ومن بعد تفقد شحنتها سريعا, فهي تنتج تلقائيا نوعا من تفريغ الشحن نتيجة للتفاعل الكيميائي . وهو ما اسماه من بعد الفيزيائي الفرنسي "أندرى مارى أمبير" في عام ١٨٢٠ بالتيار الكهربي . فالتيار الكهربي ما هو إلا انتقال كلى للشحنات عبر جسم موصل. وتكريما لأمبير أصبح اسمه يطلق على وحدة شدة التيار، وهي كمية الكهرباء المارة بموصل خلال وحدة زمنية. وبالمثل تكريما لفولتا قد تم إطلاق الفولت ليكون مصطلحا لوحدة الجهد, وهو قياس فرق القوة الدافعة من البطارية لإصدار تيارا.
وفضلا عن إطالة وقت التفريغ(التي قد ازدادت بعد تصنيع بطاريات ذات جودة مرتفعة) أصبح من الممكن التأثيرات المغناطيسية للكهرباء.
في عام ١٨٢٠ لاحظ هانس كريستين اورستد أستاذ الفيزياء بجامعة كوبنهاجن أن السلك الكهربي المقطوع حين يتم توصيله بتيار كهربائي يقوم بجذب الإبرة الممغنطة إذا ما كانت موضوعة بالقرب منه. وتعد هذه التجربة ثورة في عالم الكهرباء حيث أنه عن طريقها أمكن لأول مرة إثبات وجود تأثيرات مغنطيسية للكهرباء ومن ثم بدأت دراسة التفاعلات بين المغنطيس والسلك ذو الشحنات. ولاحقا توصل العالم أمبير إلي المقارنة بين الجسم الممغنط وبكرة السلك الموصل للكهرباء وإلى تقليل ظاهرة المغنطيس في التفاعل بين الأسلاك الموصلة وإلى أثبات أن باستطاعة المغنطيس تحريك السلك الموصل ذا الشحنات وقد أفادته هذه الاكتشافات حيث استطاع من خلالها تشغيل الدائرة الكهربية مما مكن الفيزيائي ميكائيل فريدي من ابتكار أول موتور كهربي في عام ١٨٢١، كما أخذ أيضا في برهنة إمكانية توليد تيار كهربي بوضع مغنطيس بجانب السلك الموصل.
وقد أطلق على هذه الاكتشاف اسم التأثير الكهرومغناطيسي والذي سمح لاحقا باختراع أول مولد للكهرباء وهو عبارة عن تيار كهربي يتولد ن طريق حركة ميكانيكية وليس نتيجة لتفاعل كيميائي كما تمكن العلماء بعد ذلك من اختراع أول محول قادر علي تصعيد الجهد الكهربي لتصبح هذه العناصر (المحرك – المولد – المحول – المحرك) من أهم أركان صناعة الكهرباء.
قوانين التيار الكهربي
وفي النصف الأخير من القرن التاسع عشر. عندما تطورت الكهرباء الصناعية وتطبيقاتها أصر الفيزيائيون على توحيد كل ما لاحظه أسلاف وفي عام ١٨٤٨ أثبت الألماني جيوستاف أن التيارات الكهربائية يمكن أن تكون بعيدة من أماكن توليدها كما هو الحال في المدن (حيث يظل الفاقد الكهربي بمقياس جول في السلك الكهربي الموصل). ومثل المصباح الكهربائي لأديسون والذي سريعا ما انتشر في المدن من أهم الاكتشافات في هذا المجال إن لم يكن أهمها على الإطلاق (ويعتمد المصباح الكهربائي علي انبعاث أشعة مكثفة مرئية عبر السلك معدني المقاوم للحرارة المرتفع).
توحيد الكهرباء والمغناطيس
هذا وقد أوضحت تجربة أورستد الصلة الوثيقة بين الكهرباء والمغناطيس وتم توحيدهم علي أيدي الاسكتلندي جيم كلاول ماكسويل في عام ١٨٦٤ وهكذا نشأ علم الكهرومغناطيسية.
وبفضل هذه التجارب والنظريات تمكن العلماء من تعريف سرعة توالد الكهرباء بمقارنتها مع بسرعة الضوء التي لطالما حاولوا قياسها من قبل. وبالرغم من ذلك الاستنتاج جديد فقد كان الفيزيائي كير تشوف قد توصل إليه قبل سبع سنوات كير تشوف وخاصا فيما يتعلق بتوالد الإشارات الكهربية علي طول السلك الكهربي الموصل.
الكهربــــاء الصناعيـــــة
شهد النصف الأخير من القرن التاسع عشر تطورا ملحوظاً في مجال الكهرباء الصناعية حيث أحلت مكان بطاريات فولتا، بطاريات ذات كفاءة اعلي مثل بطارية دانيل عام ١٨٣٦ وبطارية بنس عام ١٨٤١ وبطارية لى كلاتيه عام ١٨٦٤ وفي عام ١٨٥٩ وضع جاستون بلانتي أول بطارية قابلة للشحن وانطلقت بعدها صناعة المولدات انطلاقا ليس له نظير فتم ابتكار الدينامو في عام ١٨٧٠ علي يد زينوب جرام وظهرت أول مولدات للتيارات الكهربائية المترددة كنتيجة لجهد المهندس الكرواتي نيكولاتلسه ( الذي سميت باسمه وحدة المجال المغنطيس). وقد استخدمت هذه الأجهزة للتوربينات الضخمة في محطات توليد القوة الكهربية (سواء كانت حرارية أو كهرومائية أو نووية) كعنصر رئيسي لإنتاج الطاقة الكهربية .وصاحب تطور المولدات تطور معدات أخري كالمحركات الكهربائية. و ظهر في إنجلترا عام ١٨٣٩ أول جهاز للاتصال عن بعد والذي يعمل بناء علي الإشارات الكهربية المنبثة عبر السلك الكهربي علي يد المهندسين ويليام قول وشارلز ويستون وفي عام ١٨٧٦ استخدم لأول مرة جراهام بل الإشارات الكهربية لنقل أصوت الإنسان عبر المسافات الطويلة وقد توالت الاختراعات فعرف التليفون سريعاً وتحولت وسائل المواصلات لتعمل بالكهرباء فأول خط ترام كهربي اخترعه المهندس الالمانى ورنر فون سيمنز و جوهان هالسك عام ١٨٧٩ وأول قطار كهربي ابتكره توماس اديسون عام ١٨٨٠. وبفضل تطور المحولات (في الثمانينيات القرن التاسع عشر) وتطور الأجهزة التي ساعدت على توالد قوة الجهد أصبح من الممكن الحصول علي الكهرباء علي مسافات طويلة كما أصبح من الممكن إطالة وقت تفريغ الشحنات ( وقد تطورت بعد ذلك صناعة البطاريات ذات الجودة المرتفع) ، وتمكن العلماء من متابعة مرور التيار عبر العديد من الأجسام، وما لبث ميكائيل فرايدي أن اكتشف أنه عند تغطيس طرفي لأجسام صلبة موصلان بقطبين كهرباء (طرفي بطارية) في الماء أو في محلول مائي ينقسم المحلول المائي ليعود إلي مركباته الأولية وهو ما يسمي بالتحلل. واستخدم هذه النظرية الكيميائي الإنجليزي همفري دافي في اكتشاف عدة عناصر لم تكن معلومة مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والماغنسيوم والمباريوم والستوونتيوم. وبإبدال المحلول المائي بغاز معلق في إناء من الزجاج نحصل علي أول تفريغ للشحنات يستغرق زمناً طويل وهو ما سيساهم في تجهيز أول إناء حضرية في النصف الأخير من القرن التاسع عشر. وفي عام ١٨٤١ لاحظ العالم الإنجليزي جيمس بريمسكوت جول أن مرور التيار في موصل معدني يتسبب في انبعاث حرارة وهذا هو نفس التأثير (مقدار جول) المستخدم في المكواة.
الأجســـام المشحونــــة
وقد اثبت التطور السريع للكهرباء التكنيكية في القرن التاسع عشر انه لم يكن من الضروري معرفة طبيعة الأجسام ذات الشحنات الكهربية للاستفادة من خواصها، وهذا ما لم يتضح سوي في نهاية القرن التاسع عشر وبدايات القرن العشرين باكتشاف الإلكترون والتركيب الذري للمادة ومن هذه الاكتشافات يتضح أن الظواهر الكهربية لم تنتج عن تيار كهربي غامض مستقل عن المادة وإنما من المادة نفسها حيث أن بها اثنين أو ثلاث عناصر أولية للذرة (إلكترون والبروتون) ذات شحنات كهربية مما يعد عامل جوهريا في توليد الكهرباء. وتم التأكد أيضا من أن هذه الخاصية الكهربية هي السبب الرئيسي لتلاحم الذرة وجزئيان الذرة وأيضا لتلاحم الجسم الصلب . أما بالنسبة للتيار الكهربائي فطبيعته تعتمد أساسا على الحالة الفيزيائية المُلاحظة. ففي الجسم الصلب المعدني ينتج التيار الكهربي فقط من تحرك الإلكترونات الأقل ارتباطا بالحالة البلورية أو الإلكترونات الموصلة (أما في شبه الموصل تكون الأشياء أكثر تعقيدًا، أنظر شبه الموصلات). فلا يمكن ظهور شحنة موجبة في الجسم الصلب إلا بعد نقص طاقة الإلكترونات. وفي السائل يكون التيار الكهربي مؤكد بفضل تحرك الأيونات في التيار (الايونات ذرات اكتسبت وفقدت الكترونات) وتتحرك الايونات الموجبة (كاينون) في الاتجاه المعاكس للأيونات السالبة (أنيون).
إما في الغاز حيث جميع الجزئيات سواء كانت ذرات أو جزيئات الذرة تكون في بادئ الأمر خاملة و يتسبب توصيل الجهد الكهربي بين القطبين في التأين الجزيء للغاز أو الانشقاق الجزيئات لأيونات موجبة والكترونات (ومن هنا لم نعد نتحدث عن غاز بقدر ما نتحدث عن البلازما وهي الحركة المتعاقبة للجزيئات المشحونة نحو الأقطاب التي تكون التيار الكهربي .
الكهربــــاء فى مصــر
دخلت الكهرباء مصر عام 1893 حيث كانت مملوكة وتدار بواسطة شركات خاصة.
عام 1962تم تأميم جميع هذه الشركات وأصبحت مملوكة وتدار بواسطة الدولة.
عام 1964 تم إنشاء أول وزارة للقوى الكهربية.
عام 1965 تم إنشاء المؤسسة المصرية العامة للكهرباء وتختص بإنتاج ونقل وتوزيع الطاقة الكهربية.
عام 1976 تم تحويل المؤسسة المصرية العامة للكهرباء إلى هيئة كهرباء مصر( قانون رقم 12).
عام 1978 تم إنشاء سبع شركات لتوزيع الكهرباء على أساس جغرافي.
عام 1996 صدر القانون رقم 100 الخاص بالسماح للمستثمرين المحليين والأجانب بإنشاء وإدارة وتشغيل وصيانة محطات توليد الكهرباء.
عام 1997 صدر القرار الجمهوري رقم 326 بشأن إنشاء جهاز تنظيم مرفق الكهرباء وحماية المستهلك كجهاز رقابي لمراقبة وتنظيم العلاقة بين أطراف مرفق الكهرباء والمستهلكين.
عام 1998 صدر القانون رقم 18 الذي بموجبه تم نقل تبعية شركات التوزيع من قطاع الأعمال العام إلى هيئة كهرباء مصر وضم محطات التوليد وشبكات الجهد العالي إلى تلك الشركات.
عام 2000 صدر القرار الجمهوري رقم 339 بشأن إعادة إنشاء جهاز تنظيم مرفق الكهرباء وحماية المستهلك وتحديد اختصاصاته وتشكيل مجلس إدارته ليضم خبراء في مجال الطاقة من خارج قطاع الكهرباء وممثلين للمستهلكين وشخصيات عامة وخبراء من قطاع الكهرباء والطاقة.
عام 2000 صدر القانون رقم 164 بتحويل هيئة كهرباء مصر إلى شركة مساهمة مصرية تسمى الشركة القابضة لكهرباء مصر.
عام 2001 وافقت الجمعية العامة للشركة القابضة على فصل نشاط الإنتاج (5 شركات) عن التوزيع (7 شركات)، وفصل نشاط شبكات الجهد عالي والفائق في شركة للنقل والتحكم.
ما هي الهندسة الكهربائية؟
إذا كان الماء مصدر هذه الحياة فان الكهرباء هي بذورالحضارة المدنية !
إن الهندسة الكهربائية هي الاختصاص الذي يعطي للبشرية المنفعة القيمة و بواسطتها تتطور الاتصالات و الاضاءة و اجهزة الحاسب.
في المدرسة عندما كنت طالبا في الثانوية تعلمت في الفيزياء بأن الكهرباء هي ظاهرة فيزيائية مرافقة لوجود و تبادل الشحنات الكهربائية.
إن تخصص الهندسة الكهربائية أساسه قوانين الفيزياء التي تحكم التبادلات بين المواد المشحونة عند ربطها باسلاك.
بالاضافة اللا ذلك فان الهندسة الكهربائية طورت ادوات رياضية تساعد في التصميم ، بناء و تحليل اي نظام كهربائي يمكن لمهندسي الكهرباء ان يتصوروه.
أنه من المنصف أن نقول بان الهندسة الكهربائية هي :
- ثلثها فيزياء
- ثلثها رياضيات
- ثلثها ابداع
ابتدا فصل الهندسة الكهربائية عن الفيزياء في زمن توماس اديسون و فيرنر فون سيمنس وفي بادئ الامر كانت كل الاكتشافات والاختراعات تتعلق بالشحنة. في عام 1752 اخترع بينيامين فرانكلين موصلة الصواعق و نشر بين 1751 و 1753 نتائج تجاربه تحت عنوان "تجارب ومشاهدات عن الكهرباء" (Experiments and Observations on Electricity) . في العام 1800 قام الكساندر فولتا ببناء بطاريته الاولى المساة "عمود فولتا" بعد اعجابه بتجربة اجراها لويجي جالفاني عام 1792. في العام 1820 قام هانز كريستيان اورستد بعمل تجارب عن انحناء ابرة البوصلة بتاثير التيار الكهربي. وفي نفس العام كرر اندريه ماري امبير تلك التجربة واثبت ان سلكين يمر فيهما التيار يؤثران بقوى على بعضهما البعض وعرف خلالها الجهد الكهربي والتيار الكهربي.
مايكل فاراداي قدم اعمال كبيرة في مجال الفيضين الكهربي والمغناطيسي، وعرف ايضا خطوط المجال. وبناء على اعمال فاراداي قدم جيمس كليرك ماكسويل اعماﻻ في اكمال نظرية الكهرومغناطيسية والكهروديناميكيةـ وقدم عام 1864 معادﻻت ماكسويل والتي تعتبر احد اهم اسس الهندسة الكهربية.
فيليب رايس اخترع عام 1860 الهاتف في معهد جارنيير في فريدريكسدورف اﻻ ان اختراعه لم ينل القدر الكافي من الاهتمام، الى ان "اخترع" الكساندر جراهام بيل عام 1867 اول هاتف قابل للتسويق ونجح بالفعل في تسويقه.
في اطار هندسة التيار العالي يعتبر فيرنر فون سيمنس احد اهم الاعلام حيث اكتشف عام 1866 مبدأ الدينامو وبنى به اول مولد كهربي وبذلك اصبحت الكهرباء وللمرة الاولى متاحة للاستخدام وبكميات كبيرة. وفي العام 1876 اخترع توماس الفا اديسون مصباح خيط الكربون مما اعطى الكهرباء دفعة كبيرة الى داخل المجتمع المدني. في نفس الوقت عمل نيكوﻻ تسلا و ميكايل فون دوليفو-دوبروولسكي على تطوير التيار المتردد والذي يعتبر اساس الطاقة الى يومنا هذا.
في العام 1883 اسس ايراسموس كيتلر تخصص الهندسة الكهربائية في جامعة دارمشتات التقنية في المانيا (TU-Darmstadt) لتصبح اول مرة تدرس فيها في العالم. واستمرت الدراسة لمدة اربع سنوات ليتخرج الطالب بلقب مهندس كهربائي.
استطاع هاينريش رودولف هيرتز في العام 1884 اثبات معادﻻت ماكسويل عمليا، واثبت وجود الموجات الكهرومغناطيسية ليصبح بذلك مؤسس علم النقل اللاسلكي للاشارات ومؤسس هندسة الاتصاﻻت.
في العام 1896 شغل غوغليلمو ماركوني او محطة ارسال ﻻسلكية على مسافة 3 كم، وبناء على اعماله اصبحت في العام 1990 اولى محطات الارسال والاستقبال الراديوي متوفرة تجاريا. عام 1905 اخترع جون فليمينغ اول صمام ثنائي، ليتبعه عام 1906 روبرت فون ليبن و لي دو فوريس بالصمام الثلاثي. والتي اعطت مهندسي الاتصاﻻت زخما جديدا كعنصر لتقوية الاشارة.
جون لوجي بيرد اخترع عام 1926 اول جهاز تلفاز ميكانيكي بسيط، وعام 1928 التلفاز الملون. وفي نفس العام تمت اول عملية بث للتلفاز عبر المحيط من لندن الى نيويورك. وفي العام 1931 قدم مانفريد فون اردينه او تلفاز كهربائي على اساس اسطوانة اشعة الكاثود.
عام 1942 قدم الالماني كونراد تسوزه او حاسوب كامل الوضائف تحت مسمى Z3، ليلحقه في العام 1946 جون ايكرت و جون ماوكلي بجهازهما ENIAC اختصارا لـ" الحاسوب والمكامل العددي الالكتروني" (Electronic Numerical Integrator and Computer) ليعلن رسميا عن زمن الحاسوب، الامر الذي قدم خدمات كبيرة للمؤسسات العلمية مثل ناسا التي اعتمدت الحواسيب لدعم برنامجها ابولو.
اختراع الترانزيستور على ايدي وليام شوكلي، جون باردين و والتر براتاين عام 1947 في معامل بيل فتح امام الجميع افاق جديدة في تقنية اشباه الموصلات والدوائر المتكاملة وسمح للمصنعين بتصغير حجم الاجهزة بشكل دراماتيكي.
في العام 1958 اخترع جي سي ديفول و جاي انغلبرجر اول روبوت صناعي ليستخدم عام 1960 ﻻول مرة في مصانع جينرال موتورز.
وفي معامل شركة انتل اخترع مارشيان هوف في العام 1968 اول مايكروبروسيسور بطلب من شركة يابانيه لتصميم جهاز حاسب صغير الحجم ليتم في العام 1969 تصنيع اول مايكروبروسيسور (intel 4004).
قامت فيليبس عام 1978 بتصنيع اول قرص مدمج CD لتخزين البيانات رقميا، وبعد تعاون مع شركة سوني نتج عام 1982 القرص المدمج الصوتي Audio-CD لينتج في النهاية نسق الـ CD-ROM في العام 1985.
عن القسم
يشمل المنهج الدراسي للهندسة الكهربية على مقررات إلزامية فى العلوم الأساسية كالرياضيات والفيزياء ، والأساسيات الهندسية الكهربية. بحيث يستطيع الطالب متابعة التقدم المتوقع فى أساليب وتطبيقات الهندسة الكهربية عموما ، وفى مجال تخصصه على وجه الخصوص.
بالنسبه للدراسه في القسم فهي ممتعه الي حد كبير
ومواد الدراسيه ممتعه جدا وأساسيه في الوصول الي الابتكار
وعن الدكاتره ... كلهم علي قدر كاف من الاحترام ومعظمهم علي قدر من الامتياز في الماده العلميه .
الكتب الدراسيه ... أفضلها كتب الرياضيات ....
و لمن يستفسر عن الكورسات الخارجيه ... فأظنها غير ضروريه وليست الا لاستنزاف أموال الطلبه الا من رحم ربي
نصيحه : حضــــور المحاضره والمتابعه الجيده تكفيك جدااا جداااا
وبالنسبه لساعات الدراسه في اليوم فهي غالبا لاتتعدي أربع ساعات
و القسم ليس بالصعوبه التي ذكرها البعض والتجربه هي التي ستقودك الي الصواب...
أتمني ان أكون وفقت بعون الله في توضيح بعض الاستفسارات التي أرسلت الي
ولمن لديه استفسارات آخري يتفضل بطرحها .....
التعريف الرسمي للهندسة الكهربائية:
يمكن ان تعرف الهندسة الكهربائية بالوظيفة التي تهتم بالانظمة و الاجهزة التي تستطيع أن:
- تنتج
- تنقل
- توزع
- تحفظ
- تؤدي
- تعرض
- تقيس
نوع العمليات المؤداة بواسطة الاشارات الكهربائية.
إن الافرع الرئيسة لهذا التخصص هي :
-هندسة الطاقة و القدرة
في نظام ما الاشارة الكهربائية تستخدم لنقل الطاقة و القدرة
-هندسة الاتصالات
في نظام ما الاشارات الكهربائية تستخدم لنقل المعلومات من مثل الصوت و الفيديو
-هندسة الكمبيوتر
في نظام ما فان الاشارات الكهربائية تستخدم لتسير المعلومات
( نعم ان هندسة الكمبيوتر فرع من فروع الهندسة الكهربائية ! )
-هندسة التحكم
في نظام ما فان الاشارات الكهربائية تستخدم لتحكم انظمة اخرى
-هندسة تتابع الاشارات
في نظام ما فان الاشارات الكهربائية تكون قد تتابعت قبل البدء في التطبيق الى او بعد التوليد عن طريق اي نظام من
النظم التي تم ذكرها اعلاه.على سبيل النثال تريد ان تستخدم برنامج net2phone للاتصال بصديق ببلدة اخرى و ذلك
باستخدام الانترنت فان الاشارة الصوتية يجب ان تنقل لشكل رقمي مناسب منالنظام الابتدائي الى الارسال.
-Bioengineering
في نظام ما فان الاشارة الكهربائية المتولدة تستخدم لتوصيل بعضا من المعلومات الطبية الضرورية.
-هندسة الالكترونيات
هذا الفرع مسؤول عن تركيب الشرائح الالكترونية او الدوائر التي تمثل قلب اي نظام كهربائي.
كمثال على الشريحة الالكترونية معالج بيانات (بنتيوم pentium ) الموجود في حاسبك.
أهمية الهندسة الكهربائية:
الهندسة الكهربائية كانت المحفز الرئيسي ل :
-الكهرباء
-الاضاءة
-الهاتف
-الراديو
-التلفاز
-الحاسب الالي
-الانترنت
-Cd/DVD
-GSM phones
و الان هل تتصور حياة ان لم يكن لمهندسي الكهرباء وجود !؟
إن قسم الهندسة الكهربائية يمكن تقسيمه الى اربعة اقسام متخصصة هي :
1- الاتصالات و تتابع الاشارات
2- التحكم
3- القدرة
4- الالكترونيات
القسم الاول:
الاتصالات و انظمة تتابع الاشارات(اي نظام كهربائي يولد ، يوصل ، يخزن و يتابع المعلومات عن الاشارات)
مجالات الدراسة:
1- الموجات الكهرومغناطيسية
2- الهوائيات(اجهزة الاستقبال و الارسال)
3- تقنيات نقل المعلومات
4- الاتصالاات الرقمية و غير الرقمية
5- الهواتف الخلوية
6- تتابع الوسائط المتعدد و التشفير
7- الشبكات
المواد التي ستدرسها من قسم الاتصالات ستجيب التساؤلات التالية:
1- كيف يعمل كل من الهاتف ، الفاكس ، الراديو ، التلفاز ؟
2- لماذا الاشارات الرقمية افضل من الغير رقمية؟
3- ما الذي يصنع الانترنت؟
4- كيف تعمل هواتف gsm ؟
5- ما الفرق بين نظام الساتالايت و الرادار؟
يتبع
القسم الثاني:
انظمة التحكم ( او اي نظام يستخدم اشارات كهربائية ليتحكم بعملية صناعية او بتطبيق ما)
مجالات الدراسة:
1- نظرية التحكم
2- التحكم بالعمليات
3- تصميم المتحكمات
4- الانسان الالي
5- تطبيقات في العمليات الصناعية
المواد التي ستدرسها من هذا القسم ستجيبك على الاسئلة التالية:
1- ما هو الانسان الالي؟
2- ما الذي يجعل الطائرة طائرة بربان الكتروني؟
3- كيف يتغير معدل الحرارة و الضغط في مصافي النفط؟
يتبع...
القسم الثالث:
أنظمة القدرة(او اي نظام كهربائي يولد ، ينقل الطاقة الكهربائية)
مجالات الدراسة:
1- توليد القدرة
2- المكائن الكهربائية
3- الالكترونيات المختصة بالقدرة
المواد التي ستدرسها ستجيبك على الاسئلة التالية:
1- كيف تولد و تنقل الطاقة؟
2- ما الفرق بين DC و synchronous ؟
3- كيف تنقل خطوط القدرة الطاقة؟
4- ما هو متحكم AC ؟
يتبع...
القسم الرابع:
الالكترونيات(يهتم بالتصميم و تحليل و تصنيع الدوائر الالكترونية و مكونات الانظمة الكهربائية)
مجالات الدراسة:
1- المكونات الاساسية للدوائر الالكترونية
2- تصميم و تحليل الدوائر الالكترونية
3- الدوائر ذات الحالة الصلبة
4- انظمة الشرائح الذكية
5- الالكترونيات البصرية
بعد دراستك للاكترونيات ستصبح قادرا على اجابة الاسئلة التالية:
1- لماذا تصغر اجهزة الهاتف الخليوي و تصبح رخيصة اكثر و ذات قدرات افضل ؟
2- كيفتولد الطاقة من الشمس؟
3- ما هي ال credit card ؟
4- لماذا لا تحوي الالة الحاسبة على اسلاك ؟