الفيزياء

نُظُم التأريض

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

ينبغي على الهوائيّ المُصمَّم بشكلٍ جيّد أن تكون له دوماً وصلة أرضيّ (تأريض) لتيّار مستمرّ DC (تُدعى أيضاً بـأرضيّ كهربائي)، مع منظومة تأريض بتردّد راديوي RF ذاتِ قليل.

إن نوعَي "التأريض" هذين ليسا متساويين، ويمكن حتّى لأفضل وصلةِ تأريضِ تيّارٍ مستمرٍّ DC بالأرض أن تُبدِيَ سلوكاً سيّئاً فيما يتعلّق بأغراض التردّد الراديوي، كما يمكنك إقامة منظومةِ تأريضِ تردّد راديوي RF ممتازةٍ دون أي وصلةِ تيّارٍ مستمرّ DC بالأرض مهما كان شكلها.

 

– التأريض الكهربائي

يضمن التأريضُ الكهربائي السلامةَ الشخصيّةَ للأشخاص الذين يعملون في نُظُم الهوائيّات. يمكن للتأريض الكهربائي أن يحمي الأجهزةَ من العطل إذا ضرب البرق بالجوار (بالرغم من أنه لا يستطيع أن يضمن عدمَ حدوث شيءٍ سيِّئ).

يجعل تأريضُ التيّار المستمرّ DC خطرَ حدوثِ تداخُلٍ كهرو مغنطيسي (EMI) جدّيٍّ من وإلى أجهزةِ اتّصالاتٍ لاسلكيّة أصغريّاً.

دائماً ما يُنبِّه المهندسُ المُؤّهَل قائلاً لنا بشكلٍ عامّي: "لا تلمس أرضيَّين في الوقت نفسه". يتعلّق هذا التحذيرُ -على فكاهته كما يبدو- بخطرٍ جدّيّ، فهو يدلّ على النزعة إلى وجود فروقٍ في الفولطية بين نقاطٍ حياديّة افتراضاً في تعارضٍ ظاهريّ مع المفاهيم النظرية الفطريّة للكهرباء والإلكترونيّات.

 

صُعق أـشخاصٌ متمرّسون بالكهرباء بضرباتٍ كهربائيّة شديدة لأنهم نسوا هذه القاعدة. عليك دوماً أن ترتديَ قفّازاتٍ عازِلةً كهربائيّاً وأحذيةً ذاتَ نِعالٍ مطّاطيّة عندما تعمل مع نُظُمٍ أرضيّة مهما كان نوعُها.     

لبعض التجهيزات أشرطةٌ بثلاثة أسلاك من أجل وصلِها بالكهرباء. يذهب أحد الأسلاك إلى القسم "المشترك" أو "الأرضيّ" للأجهزة، ويؤدّي إلى ناتئٍ بشكل حرف D أو U  في المقبس.

لا يجب أبداً أن تقطع أو تُبطِلَ عملَ هذا الناتئ الأرضي، لأنه يمكن أن تظهر بسبب هذا التغيير فولطياتٌ خطرة على السطوح المعدنيّة المُكشوفة، كما أن كفالةَ الجهاز تُلغى معه.   

تقيس شعاعات الأرضيّ 1/4 طول موجة أو أكبر، وهي تتّجه نحو الخارج انطلاقاً من قاعدة الهوائي الشاقولي المُنصَّب على السطح، وتوصَل إلى تدريعِ خطّ التغذية المحوري.

 

يمكنك أن تضعَ الشعاعات مباشرةً عل سطح الأرضيّة أو أن تغمرَها تحت السطح بعدّة سنتمترات. عندما تُزيد عددَ الشعاعات بطولٍ ثابتٍ ما في منظومة هوائي شاقوليّ مُنصوب على السطح، فإن أداءَ الهوائيّ يتحسّن. فوق ذلك، إذا ما قمتَ بزيادة طولِ كلِّ شعاع في منظومةٍ تحتوي عدداً ثابتاً ما من الشعاعات، فإن ذلك يُحسِّن من أداء الهوائي.

وكما ذكرنا سابقاً في هذا الفصل، إذا رفعت قاعدةَ الهوائي الشاقولي على الأقلّ بمقدار 1/4 طول موجة فوق سطح الأرض فإنك سوف تحتاج فقط إلى ثلاثةِ أو أربعةِ شعاعات بطول 1/4 موجة من أجل الحصول على أرضيِّ جيّدٍ بتردّد RF.

يزوِّدنا الثقلُ المُقابل بواسطةٍ بديلةٍ للحصول على أرضيّ بالتردّد RF أو بمستوي أرضيّ. يمكنك أن تضعَ شبكةً من الأسلاك، أو شاشةً، أو صفيحةً معدنيّةً فوق سطح الأرض، وأن تُوجِّهَها أفقيّاً، صانِعاً بذلك في الواقع مُكثِّفةً حيث يلعب الثقلُ المقابل دورَ "صفيحةٍ (أولى)" والأرضُ دورَ "الصفيحة (المقابلة)" الأخرى.

 

فكرة مفيدة:  مثاليّاً، ينبغي على نصف قطر الثقل المقابل أن يكون على الأقلّ بطول 1/4 موجة عند أخفض تردّد تعتزم استخدامَه.           

 

– الكسب والاتّجاهيّة

نعرِّف كسب الطاقة في الطاقة لهوائي مُرسِل على أنه النسبةُ -مُقدَّرةً بالديسيبل (dB)– بين القدرة الُمشَعّة الفعّالة (ERP) الأعظميّة وقدرةالتردّد الراديوي RF الفعليّة المُطبَّقة عند نقطة التغذية.

إذا كانت ERP مُساويةً لـ PERP واط، وساوت القدرةالمُطبَّقة P واط، كان لدينا:

الاكتساب في الطاقة (dB) = 10 × log(PERP/P)

حيث يرمز الـ "log" إلى اللوغاريتم بالأساس 10. يُحدِّد المهندسون مقدارَ الاكتساب في الطاقة في الاتّجاه(ات) المُفضَّل(ـة) للهوائي.

  

– مسألة 12-5 :

ما الذي يمكن أن يُسبِّبَ توليد فرقٍ في الفولطية بين السلك المُؤرَّض لشريطٍ كهربائي بثلاثة أسلاك وأنبوب الماء البارد المصنوع من النحاس في منزلك؟

الحلّ: 

ما لم تكن للأنبوب النحاسي وصلةٌ مباشرة بمقاومة شبه معدومة بينه وأسلاك التأريض في المنظومة الكهربائيّة، فإن فولطيةَ تيّارٍ متناوب AC كبيرةً يمكن أن توجَدَ بين الأسلاك. تستحث هذه الفولطية بواسطة الاقتران الكهرو مغنطيسي بين الأسلاك والأنبوب.

يمكن أيضاً أن توجد تيّاراتٌ كهربائيّة في الأرض نفسها، ممّا يقتضي فروقاً في الفولطية بين نقاطٍ في التربة موضوعة على بعد أكثر من بضعة أمتارٍ فيما بينها. حتى ولو ذهب أنبوبُ الماء البارِد مباشرةً نحو الأرض وكانت جميع ضفائر الأنبوب من معدنٍ إلى معدن، فإنه يمكن أن توجَدَ فولطيةُ AC بين الأنبوب وسلك التأريض لمنظومةٍ كهربائية منزليّة. يمكن أن تبلغَ قيمةُ هذه الفولطية مستوياتٍ عاليةً بشكلٍ يكفي للتسبُّب بصدمة كهربائية مُميتة.

 

– تأريض التردّد الراديوي

يُبيِّن الشكلُ 12-5 مخطّطاً مناسِباً لتأريضٍ بتردّد راديوي، ومُخطّطاً آخرَ غيرَ  مناسبٍ. يذهب كلُّ جهاز في منظومةِ تأريضٍ جيّدةٍ بالتردّد RF (مُبيَّنة في A) إلى مسرى أرضيّ مشترك يذهب بدوره إلى أرضيّ الأرض عبر ناقِلٍ وحيد بطولٍ أقصر ما يمكن.

تحتوي منظومةُ تأريضٍ سيّئةٌ (مُبيَّنة في B) حلقاتِ أرضية تُزيد طواعيةَ وقابليّةَ تعرّض الجهاز للتداخل الكهرو مغنطيسي (EMI).

يمكن لأسلاك الأرضيّ الطويلة أو لحلقاتِ الأرضيّة أن تعمل كهوائيّاتِ تردّد راديوي RF، بقطع النظر عن مدى القيمة الصغيرة لمقاومات التيّار المستمرّ DC التي يمكننا الحصول عليها.

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)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪تركوا بصمات خالدة في الكون الفسيح
د. علي حويلي 
قدر لكوكبة من العلماء العرب أن يتألقوا كرواد في علوم الفلك والفضاء، وأن يستكشفوا أسرار الكون، وتخلد إنجازاتهم في سجلات الفضاء الكونية، لا سيما في تسيير المركبات الآلية روبوتات الفضاء أو الرحلات الاستكشافية لمعالم الكواكب والمجرات والنجوم. ويجدر التنويه هنا بالعنصر النسائي العربي الذي غير الصورة النمطية للمرأة، وسجل إنجازات مهمة في علوم الفضاء. واستفادت وكالة الفضاء الأمريكية ناسا من إنجازات هؤلاء العلماء، كتصدير الصواريخ ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪طب الشيخوخة.. العلل وأدواؤها
.نزار خليل العاني
ثمة معضلتان مستعصيتان على الدواء، لم يجد الإنسان حلاً لهما: الشيخوخة والموت. وفي تاريخ الطب استطاع الإنسان أن ينتصر على جائحات وبائية حصدت مئات الآلاف من الأرواح، وقهر العديد من الأمراض التي فتكت بالبشر، لكنه بعد مئات السنين من الثورة الطبية الحديثة، لا يزال يقف عاجزاً أمام الطارئ الذي لا حلَّ نهائياً له حتى اليوم، وأقصد الشيخوخة.
التخمين سيد الموقف
في مطلع ستينيات القرن الماضي بدأتُ الدراسة الجامعية في كلية ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪علماء عرب يتصدون لمحاربة القرصنة الإلكترونية
. علي حويلي
يحرص معظم العلماء الأمريكيين العرب في الولايات المتحدة على أن يستثمروا علاقاتهم المهنيّة ورصيدهم العلمي والأكاديمي، عبر توظيفها في خدمة وطنهم الأم.
وثمة عدد كبير من العلماء العرب المقيمين في المهجر ممن تخصصوا في مجال أمن المعلومات ونشروا أبحاثا متميزة، وحققوا إنجازات لافتة على الصعيد العالمي.
مجلة «التقدم العلمي» التقت عدداً من هؤلاء العلماء، وأجرت معهم حوارات مختصرة حول مسيرتهم المهنية، وإنجازاتهم في مجال أمن ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪تأريض المريخ قد يكون مستحيلاً بسبب نقص ثاني أكسيد الكربون
قلم: ليا كراين Leah Crane ترجمة: مي منصور بورسلي
لطالما حَلِمنا طويلاً بتحويل كوكب المريخ Mars إلى أرض ثانية، مكان يمكن للبشر أن يعيشوا فيه دون أن يضطروا إلى ارتداء بذلات الفضاء. وأسهل طريقة للقيام بذلك هي استخدام ثاني أكسيد الكربون CO2 الموجود مسبقًا على المريخ لخلق جو جديد، ولكن ذلك مستحيلًا يبدو  الآن.
إذ سيشمل تأريضُ المريخ لجعله صالحًا للحياة الأرضية رفعَ درجة حرارة سطحه وزيادة ضغطه من خلال إضافة جو مصنوع من غازات الدفيئة التي ... (قراءة المقال)