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
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
    كاي كوبفرشميدت ترجمه:   د. عبد الرحمن سوالمه تغطيه مجله ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre في 10 مارس، عندما التقي 61 شخصًا للتدريب علي التراتيل بكنيسه  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمده ساعتين ونصف الساعه انشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وانشدوا مره اخري. ولكن احدهم كان يعاني منذ ثلاثه ايام ما يبدو كانه زكام، والذي تبين فيما بعد انه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت مراكز مكافحه ...
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
عمّار العاني باحث في المعلوماتيه وتاثير وسائل التواصل الاجتماعي، سوريه في الوقت الذي تظهر فيه معظم الابحاث العلميه ان ظاهره الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقه مؤكده، فان نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظريه ويعتبرها خدعه من قبل الحكومات. وتظهر الاحصاءات ان نحو 5% من الاهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الاساسيه لاطفالهم ايماناً منهم باخطارها، علي الرغم من التوافق شبه الكامل في الاوساط الطبيه علي ان هذه المخاوف لا اساس لها.     وفي سياق ...
مجلة العلوم
‫‪"سرعة خاطفة": جهود أمريكية لإنتاج اللقاح تخرجإلى العلن
     جون كوهين ترجمه:   د. عبد الرحمن سوالمه الحكمه المتعارف عليها هي ان انتاج لقاح لكوفيد-COVID-19 19 لن يكون ممكنا قبل سنه علي الاقل من الان، ولكن جهود الجهات التنظيميه في حكومه الولايات المتحده، والتي تعرف بعمليه السرعه الخاطفه  Operation Warp Speed او اسرع من الضوء، لا تنطبق عليها هذه الحكمه التقليديه. وهذا المشروع،  المبهم حتي الان، والذي من المرجح ان يُعلِن عنه البيت الابيض رسميًا في الايام القادمه، سيختار مجموعه متباينه من ...
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
جمال المطر اختصاصي في امراض الاذن والانف والحنجره، الكويت تعد الكائنات الحيه الدقيقه والفيروسات من العوامل الممرضه الشائعه للانسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك انواع تصيب الانسان مسببه له امراضاً متنوعه مثل متلازمه عوز نقص المناعه المكتسبه الايدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبه. ويشهد العالم حاليا اول جائحه يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي الي فصيله فيروسات واسعه ...
التقدم العلمي
‫‪أصبح العدو القديم حليفًا .. استخدام الفيروسات في علاج السرطان
خالد صنبر، د. معتصم البارودي، د. نبيل احمد باحثون في مجال الامراض والفيروسات بكليه الطب في هيوستن، الولايات المتحده علي الرغم من كونها اكثر الكائنات بساطًه فان الفيروسات اتقنت عمليه التطور بصوره مذهله؛ فقد اتاح استغلال تلك المخلوقات الدقيقه لمخلوقات اكثر تعقيدًا، لحاجتها الي التكوينات الخلويه، قدره كبيره لها علي اجتياز العقبات التطوريه. ففي جينومنا الخاص، اتخذت الفيروسات مخبئًا لاحدي اكثر الرحلات نجاحًا عبر الزمن، اذ يعتقد ان نحو %10 من ...
التقدم العلمي
‫‪قصة الفيروسات .. 3 رواد أسهموا في اكتشافاتها المذهلة
اسلام حسين باحث في مجال الفيروسات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الوريات المتحده يعتبر اواخر القرن التاسع عشر العصر الذهبي لعلم الميكروبيولوجيا علم الاحياء المجهريه، اذ شهد اكتشافات كثيره عن بعض انواع المكروبات، وتحديدا البكتيريا والفطريات. وادت هذه الاكتشافات الي تكوين نظريه شموليه عن الميكروبات، تعرف بنظريه الجراثيم germ theory، التي بنيت علي معلومات توفرت لدي العلماء في ذلك الوقت. افترضت هذه النظريه توفر بعض الخصائص في اي مسبب مكروبي ...
التقدم العلمي
‫‪تركوا بصمات خالدة في الكون الفسيح
د. علي حويلي  قدر لكوكبه من العلماء العرب ان يتالقوا كرواد في علوم الفلك والفضاء، وان يستكشفوا اسرار الكون، وتخلد انجازاتهم في سجلات الفضاء الكونيه، لا سيما في تسيير المركبات الاليه روبوتات الفضاء او الرحلات الاستكشافيه لمعالم الكواكب والمجرات والنجوم. ويجدر التنويه هنا بالعنصر النسائي العربي الذي غير الصوره النمطيه للمراه، وسجل انجازات مهمه في علوم الفضاء. واستفادت وكاله الفضاء الامريكيه ناسا من انجازات هؤلاء العلماء، كتصدير الصواريخ ...
التقدم العلمي
‫‪طب الشيخوخة.. العلل وأدواؤها
خليل العاني ثمه معضلتان مستعصيتان علي الدواء، لم يجد الانسان حلاً لهما: الشيخوخه والموت. وفي تاريخ الطب استطاع الانسان ان ينتصر علي جائحات وبائيه حصدت مئات الالاف من الارواح، وقهر العديد من الامراض التي فتكت بالبشر، لكنه بعد مئات السنين من الثوره الطبيه الحديثه، لا يزال يقف عاجزاً امام الطارئ الذي لا حلَّ نهائياً له حتي اليوم، واقصد الشيخوخه. التخمين سيد الموقف في مطلع ستينيات القرن الماضي بداتُ الدراسه الجامعيه في كليه الصيدله، ومنذ ...
التقدم العلمي
‫‪علماء عرب يتصدون لمحاربة القرصنة الإلكترونية
علي حويلي يحرص معظم العلماء الامريكيين العرب في الولايات المتحده علي ان يستثمروا علاقاتهم المهنيّه ورصيدهم العلمي والاكاديمي، عبر توظيفها في خدمه وطنهم الام. وثمه عدد كبير من العلماء العرب المقيمين في المهجر ممن تخصصوا في مجال امن المعلومات ونشروا ابحاثا متميزه، وحققوا انجازات لافته علي الصعيد العالمي. مجله «التقدم العلمي» التقت عدداً من هؤلاء العلماء، واجرت معهم حوارات مختصره حول مسيرتهم المهنيه، وانجازاتهم في مجال امن المعلومات. طارق ...
مجلة العلوم
‫‪تأريض المريخ قد يكون مستحيلاً بسبب نقص ثاني أكسيد الكربون
ليا كراين Leah Crane ترجمه: مي منصور بورسلي لطالما حَلِمنا طويلاً بتحويل كوكب المريخ Mars الي ارض ثانيه، مكان يمكن للبشر ان يعيشوا فيه دون ان يضطروا الي ارتداء بذلات الفضاء. واسهل طريقه للقيام بذلك هي استخدام ثاني اكسيد الكربون CO2 الموجود مسبقًا علي المريخ لخلق جو جديد، ولكن ذلك مستحيلًا يبدو  الان. اذ سيشمل تاريضُ المريخ لجعله صالحًا للحياه الارضيه رفعَ درجه حراره سطحه وزياده ضغطه من خلال اضافه جو مصنوع من غازات الدفيئه التي تحبس ...
مجلة العلوم
‫‪10 تطورات تقنية خارقة لعام 2018
العصبيه المتبارزه. الاجنه الاصطناعيه. الذكاء الاصطناعي في السُّحُب. مرحبا بكم في قائمتنا السنويه للتطورات التقنيه الخارقه العشره، والتي نعتقد انّها ستشكّل الطريقه التي نعيش ونعمل بها الان، ولسنوات عديده قادمه. منذ عام 2001 ونحن نختار كلَّ عام ما نسمّيه 10 تطورات تقنيه خارقه، وغالبا ما يتساءل الناس عمّا نعنيه بالضبط، وهذا تساؤل معقول. فلم تصل بعض من اختياراتنا الي الاستخدام علي النطاق الواسع بعد، في حين قد يكون بعضها الاخر علي اعتاب ان ...
مجلة العلوم
‫‪لماذا لن نتمكّن أبدا من معرفة كلّ شيء؟
ريتشارد ويب انّ ادمغتنا عباره عن فوضي مجيده وصاخبه؛ وهذا سبب واحد فقط لكوننا لن نصل ابدا الي التنوير النهائي حول ماهيه الواقع. في النهايه، يخبرنا الروبيان الكبير عن السبب وراء كوننا محكومين بالّا نفهم الواقع تماما. لكن دعونا اولا نعود الي الوراء قليلا. نحن نعلم باننا نعيش في عالم توجد فيه حدود مادّيه صلبه لما يمكن لنا معرفته. فسرعه الضوء المحدوده تقيّد قدرتنا علي الرؤيه في الزمن والمكان، الارتياب الكمّي لفهمنا للجسيمات تحت الذرّيه. وماذا ...
مجلة العلوم
‫‪الجينوم اللامرئي: جواهر بين السَّقَط
اللامرئي: جواهر بين السَّقَط* ما ان اعتقد البيولوجيون انهم ادركوا تقريبًا كنه الدنا، حتي بدؤوا يكتشفون في الصبغيات طبقتين1 ضخمتين من المعلومات  مخباتين في هذه البني تؤثران في الوراثه والتنامي والمرض. <W .W. گيبس>  قبل نحو عشرين عامًا، كان الفلكيون اخذين بالحسبان قوانين الثقاله الجاذبيه والبنيه الاساسيه للاجسام السماويه المرئيه مقتنعين بان المجرات النائيه تتحرك علي نحو لا يوحي باي معني. ولكن كان عليهم ان يستنتجوا شيئًا فشيئًا ...

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق