الفيزياء

أشكال الموجات للتيار المتناوب

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

الموجات الجيبية

تمتلك موجةُ التيار المتناوب التقليدية موجةً جيبية أو شكلاً جيبياً (Sinusoidal Shape)، ويعطي الشكل 2-1 مثالاً جيداً عنها.

تتمتّع موجةُ التيار المتناوب التي تُركز كلَّ طاقتها عند تردّد وحيد بشكل موجة جيبية مثالي، كما يعتبَر العكسُ صحيحاً: فموجة تيار متناوب جيبية مثالية تتضمّن فقط مكون تردّد وحيد – هو التردّد الأساسي.

من الناحية العملية، يمكن أن تمتلكَ إشارةٌ شكلَ موجةٍ قريباً جداً من الموجة الجيبية -التي تشبه دالة الجيب في الأوسلوسكوب (Oscilloscope)– مع أنه في الواقع بعيدٌ عن المثالي.

ويُظهر الأوسلوسكوب الزمنَ على المحور الأفقي والسعة (الفولطية عادة) على المحور العمودي، وتُمثَّل هكذا السعةُ بدلالة الزمن وفق طريقة الشكل 2-1. وقد يقول مهندس أو فني أن راسم الإشارة يتسم بإظهار مجال الزمن (Time-Domain).

يتمتع التيارُ المتناوبُ للاستعمال العام في الولايات المتحدة بشكلِ موجةٍ جيبيةٍ مثاليةٍ تقريباً –عندما تَنظر إلى الأوسلوسكوب – لكنّه ليس مثالياً. وتعتبر العيوبُ مسؤولةً عن الضجيج الكهرطيسي (Electromagnetic) (EM) الذي يمكن أن يتداخل مع الاتصالات الراديوية والمستقبِلات اللاسلكية.

وإذا ما قرأت كتابي "تجارب الكهرباء التي يمكنك تحقيقها في المنزل" (McGraw-Hill, 2010)، ستكتشف كيف يمكن لحاسوب شخصي إظهار التوافقيات والضجيج الكهرو  مغنطيسي في خطوط مرافق الطاقة العامة بصرياً.

 

الموجات المربّعة

على الأوسلوسكوب، تظهر موجةٌ مربّعة (Square Wve) مثالية مثلَ زوجِ خطوط متوازيةٍ ومُنقَّطَةٍ، يمتلك الأول قطبية موجبة والآخر قطبية سالبة كما في الشكل 2-2أ.

يمكن أن تمتلك موجة تيار متناوب مربعة قمماً سالبة وموجبة متساوية، وفي هذه الحالة، تبقى السعةُ المطلقة (Absolute Amplitude) للموجة ثابتةً عند مستوى فولطية أو تيار أو قدرة معيّن.

ومن أجل نصف الزمن، تساوي السعةُ عدداً موجباً معيناً من الفولطات أو الأمبيرات، ومن أجل نصف الزمن الآخر، تساوي السعةُ عدداً سالباً معيناً من الفولطات أو الأمبيرات. وهكذا، يكون لدينا موجة مربعة متناظرة (Symmertical Square Wave).

في موجة مربّعة غير متناظرة، تختلف السعات الموجبة والسالبة. وكمثال، يمكن أن تساوي قمة الفولطية الموجبة +5V وقمة الفولطية السالبة -5V.

ومن الممكن أيضاً أن يكون طولُ الزمن الذي تكوّن فيه السعةُ موجبةً مختلفاً عن طولِ الزمن الذي تكون فيه السعةُ سالبة. وفي مثل هذا السيناريو، يكون لدينا ما يسمى موجة مستطيلة (Rectangular Wave).

 

موجات سنّ المنشار

إلى جانب الموجات الجيبية والمربعة والمستطيلة، سنصادف موجة سن المنشار (Sawtooth Waves) التي تأخذ اسمها من مظهرها عند رسمها.

يبين الشكل 2-3 نموذجاً لموجة سن المنشار. وتحدث الانتقالاتُ الموجبةُ المسمّاة أيضاً الارتفاع أو الهجومَ أو الحافةَ الأمامية (Leading edge) آنياً، أمّا الانتقال المتّجه سالباً والمسمى أيضاً الاسترخاءَ أو الحافةَ الخلفية (Trailing Edge) أو الانخفاضَ، فهي تحدث تدريجياً. وتساوي المدّة الزمنَ بين نقاط عند مواقع متماثلة على الدورات المتتالية.

 

يُظهر شكل آخر لموجة سن المنشار ارتفاعاً تدريجياً وانخفاضاً آنياً، ويسمي المهندسون والفنيون هذا النموذج من الموجة المبين في الشكل 2-4 بـالموجة التصاعديّة(Ramp Wave)  أو التصاعد(Ramp) ، وتولِّد هذه الموجاتُ تياراتِ الحزمةِ الماسحة في مجموعات التلفزيون أو الأوسلوسكوبات ذاتِ مصابيح الأشعة المهبطية القديمة (CRT).

 

يمكن أن تمتلك موجاتُ سن المنشار عدداً لامتناهياً من تراكيبَ مختلفةٍ لميول الارتفاعات وميول الانخفاضات.

ويُظهر الشكل 2-5 حالة تكون فيها مُدّتا الارتفاع والانخفاض متساويتَين وغير معدومتَين، وهذا ما نسميه الموجة المثلثية(Triangular Wave) .

 

الموجات المُعقَّدة

يبين الشكل 2-6 مثالاً لموجة مُعقَّدة (Complex Wave) تسمى أيضاً موجةً غير منتظمة (Irregular Wave)، ويمكننا ملاحظة أنها تمتلك مدة محددة وبالتالي تردّداً محدّداً وقابلاً للقياس.

ويتكرّر بدقّة شكل الموجة بالرغم من أنه معقّد. وتساوي المدة الزمنَ بين نقاط متماثلة المواقع على المتكرّرات المتتالية لشكل الموجة

مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪اكتشاف جديد في نظرية الكم قد يحل أكبر ألغازها
قلم: فيليب بال
ترجمة: محمد الرفاعي
في عالم الذرات والجسيمات المتناهي الصغر، لا تبدو الأشياء كأشياءٍ أبدًا، بل تكون على شكل سُحُبٍ من الاحتمالات Clouds of possibilities المبهمة. ويبدو أن الأشياء تكون هنا وهناك وفي كل مكان، ويبدو أنها هذه وتلك في الوقت نفسه – إلى أن تنظر إليها. وحينها يتحول الغموض الكمي فجأةً إلى شيء واضحٍ يمكن وصفه، وهو شيء يمكن أن يُسمى حقيقيًا Real.
هذا ما نعرفه. والمشكلة أن ميكانيكا الكم Quantum mechanics؛ ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪إرفين شرودنغر
ندما تفكر في الفيزيائي النمساوي إرفين شرودنغر، قد يتحول عقلك أولاً إلى تجربته الفكرية الشهيرة: القطة المسمومة في صندوق. ومع ذلك، وكجزء من مساهماته في ميكانيكا الكم، فمن أشهر مآثره وضعه لمعادلة شرودنغر Schrödinger equation. وخلال عشرينات القرن العشرين ظهر مجال ميكانيكا الكم، إلى جانب سباق تضمن جميع كبار العلماء لإيجاد طرق لوصف وشرح حركة بعض أصغر لبنات الكون. وصُقلت قدرات شرودنغر العلمية بالدراسة والعمل في العديد من الجامعات الكبرى إلى جانب ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪الانتقال عن بُعد في العالم الحقيقي
قلم: أندرو ماي
الانتقال عن بُعد Teleportation هو مفهوم مألوف لدى معظم الناس، وذلك بفضل «الناقل» Transporter الخيالي في سلسلة أفلام ستار تريك Star trek. كما يوحي اسمها، صوّر هذا الأخير ببساطة على أنه شكل آخر من أشكال النقل، وهو نقل شخص ما من النقطة أ إلى ب في أسرع وقت ممكن. لكن إذا فكرت في الأمر، ستجد شيئاً أغرب يحدث. عندما يخطو أحدهم إلى لوحة الناقل، يتفكك جسده تماماً - يتوقف عن الوجود - وما يظهر في مكان بعيد ليس هو الشخص الأصلي، ولكن نسخة ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪كيف يعمل الشحن اللاسلكي
ندما نفكر في الكهرباء، يتخيل الكثير منا تلقائيّاً الأسلاك، سواء كانت مكدسة خلف التلفاز لتوصيل الكبلات الصحيحة، أم رؤية فنيي الكهرباء يعملون على متاهة من الأسلاك الملونة في صندوق الكهرباء- أم مجرد إخراج شاحن هاتفك عندما ينخفض مستوى البطارية إلى حدٍّ حرج. وفي أيامنا هذه، يتناقص عدد الأسلاك التي نحتاج إليها لأجهزتنا الكهربائية باستمرار، فيمكن للطاقة اللاسلكية حالياً تشغيل الأجهزة الإلكترونية دون الحاجة إلى اتصال مادي. وتستخدم تقنية الطاقة ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪أسلحة للقرن 21
قلم: أندرو ماي
ظلت الأسلحة موجودة منذ آلاف السنين، وكان غرضها الأساسي طوال معظم ذلك الوقت هو قتل الأعداء، أو على الأقل إلحاق إصابات خطيرة بهم. لكن في السنوات الأخيرة تغيّر مجال تركيزها. وإلى جانب القنابل والبنادق التقليدية، هناك جيل جديد بالكامل من الأسلحة التي لا يُقصد بها القتل. وفي كثير من الحالات، لم تصمم للاستخدام على البشر، ولكن ضد التكنولوجيا. وشهد اعتماد الجيوش المتزايد على الحواسيب وغيرها من التقنيات صعود الأدوات الحربية ... (قراءة المقال)