قصة النظرية الكهرومغناطيسية ـ Electromagnetic Theory

النظرية الكهرومغناطيسية

قصة النظرية الكهرومغناطيسية ـ Electromagnetic Theory

يمكنكم من التالي :
تحميل كتب في الكهرومغناطيسية pdf
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Ø بينت تجارب الفيزيائيين من أمثال أروستد وفاراداي في بداية القرن التاسع عشر أن الظواهر الكهربائية والمغناطيسية مرتبطة بعضها ببعض .

Ø ولذلك كان لابد من وصفها بنظرية واحدة هذه النظرية تعرف بالنظرية الكهرومغناطيسية.

Ø بدأ العالم الفيزيائي جيمس كلارك ماكسويل بالتنبؤ في عام بانتشار موجات كهرومغناطيسية .1885 

Ø حدد سرعتها رياضيا فوجدها تساوي سرعة الضوء وتنتقل خلال الهواء أو الفراغ بدون أي موصلات.

Ø في عام 1887 اكتشف العالم الألماني هنري هيرتز الموجات الكهرومغناطيسية .

Ø التي سميت وحدة قياس التردد بعد ذلك باسمه تكريما لمكتشفها (هيرتز) .

النظرية الكهرومغناطيسية

• في عام 1888 قام هيرتز بتوليد الموجات الكهرومغناطيسية التي سميت بالموجات اللاسلكية .

• وكان ذلك باحداث شرارة كهربية اهتزازية بين قطبي الملف الثانوي لملف رومكورف عندما يصل فرق الجهد الكهربي بينهما الي قدر كاف للتغلب على مقاومة الهواء في الفجوة بين القطبين.

• واندفاع الالكترونات مجيئا وذهابا بين القطبين أثناء هذا التفريغ الكهربي .

• وقد نجح في استقبال هذه الموجات في فجوة بين نهايتي حلقة معدنية حيث لاحظ توليد شرارة بينهما وهي في وضع معين بدون وجود أسلاك بين المرسل والمستقبل.

• وقد لاحظ هيرتز أن الشرارة لا يتم استقبالها الا اذا كانت الحلقة ذات قطر معين.

• وموضوعة في وضع يكون فيه الخط الفاصل بين طرفي فتحتها يوازي الخط الواصل بين قطبي الملف الثانوي الذي يولد الشرارة. 

• اعتقد هيرتز أن أكتشافه هذه الموجات غير مهم ولكنه على الأقل اكتشف وجود هذه الموجات وعرف أنها لا ترى بالعين المجردة.

• بعد ذلك قام بنشر هذا الاكتشاف في جريدة الكهرباء وشرح طريقة المذبذب الذي يولد الموجات الكهرومغناطيسية .

• في ذلك الوقت بدأ تاريخ الراديو فقام علماء من جميع أنحاء العالم بتجاربهم على موجات الراديو .

• وأخيرا قام ماركوني من ايطاليا الذي قرأ بحث هيرتز وتولدت عند ماركوني فكرة لماذا لا يستفاد من موجات هيرتز في ارسال رسالة باشارة مورس بدلا من التلغراف السلكي لمسافات بعيدة بدون وجود أي أسلاك .

• وقام بتجاربه في بداية عام 1895 بتجميع بعض العناصر:

• مثل الملف الذي صممه فاراداي مرسل موجات هيرتز.

• وكاشف الموجات الذي صممه برانلي .

• وأخيرا مفتاح مورس التلغرافي.

مصمما بذلك أول تلغراف ومرسل لاسلكي وأستطاع أن يرسل لمسافة واحد كيلومتر.

في عام 1900 قام ماركوني هو والعالم أمبرس فلمنج باكتشاف التوليف وانه من الممكن أن يتم الارسال على ترددات كثيرة منعا لحدوث تداخل بين محطات اللاسلكي.

في عام 1906 اخترع العالم Reginald Fessenden مرسل صوت على الموجات المستمرة بنظام تعديل الاتساع (AM) . 

• استخدم فيه مذبذب التردد العالي الذي قام Alexanderson باختراعه ومرسل فتحة الشرارة الدوار.

• قام أولا بارسال رسالة النداء العام بنظام مورس لجذب الانتباه اليه من السفن القريبة .

• ثم بعد ذلك تحدث في الميكروفون ففوجئ مستقبلو اللاسلكي بسماع صوت بشري بدلا من اشارات مورس .

• وصنع أول اذاعة في شمال الأطلسي تم الاستماع اليها بواسطة مستقبلات الكريستال اليدوية الصنع على الموجة 7000 متر و 42 هيرتز.

الموجات :Waves

*  أي نمط يتكرر مع الوقت يسمى بالموجة فمثلا أمواج البحر تتكرر بنمط معين أيضا الموجات الصوتية وموجات الجهد. 

* الشكل الموجي : Wave Form هو الرسم البياني الذي يمثل الموجة. 

* ازاحة الطور Phase Shift : يمثل الفرق في التوقيت بين موجتين متشابهتين مثلا الازاحة الطولية بين موجة الجهد وموجة التيار هي 90 درجة .

طول الموجة wave Length:

• هو طول الموجة الكاملة للاشارة ويمثل ذلك المسافة بين نهايتين عظميين متتاليتين موجبتين أو سالبتين.

• أو كتعريف عام: طول الموجة هو المسافة بين أي نقطتين متتاليتين على الموجة ولهما نفس الطور.

• التردد Frequency: 

• هو عدد الذبذبات الكهربية الكاملة للتيار المتردد في الثانية الواحدة. 

• 

أنواع الموجات: Waves Type

• تنقسم الى نوعين رئيسيين:

1.موجات ميكانيكية (موجات مادية).

2.موجات كهرومغناطيسية .

موجات ميكانيكية (موجات مادية):

وهي التي تتطلب وسط مادي تنتشر خلاله ولا يمكنها الانتشار في الفراغ.

• ومن أنواعها: 

• موجات طولية مثل موجات الصوت.

• موجات مستعرضة مثل اهتزاز الوتر والموجات المائية.

موجات كهرومغناطيسية:

وهي التي لا تتطلب وجود وسط مادي تنتشر خلاله ويمكنها الانتشار في الفراغ.

• ومن أمثلتها :

• موجات مستعرضة: مثل موجات الضوء – موجات اللاسلكي – الأشعة السينية - (X-ray)أشعة قاما – الاشعة تحت الحمراء – موجات الميكروويف. 

الموجات الكهرومغناطيسية: The Electromagnetic Waves

• الموجات الكهرومغناطيسية :هي الأساس في الاتصالات اللاسلكية والتي فيها يتم الاتصال بين نقطتين أو أكثر (مرسل ومستقبل) بينهما مسافات شاسعة ولا يوجد بينهما خطوط نقل مباشرة.

• عند المرسل تقوم الهوائيات بتحويل الطاقة الكهربائية القادمة اليها الي موجات لاسلكية والتي تنتشر من الهوائي في الوسط المحيط به .

الموجات الكهرومغناطيسية:

* وعند المستقبل يقوم هوائي المستقبل باستقبال الموجات اللاسلكية وتحويلها بعد عدد من العمليات الى تيار وجهد .

* مثل تلك العمليات التي كانت عند المرسل قبل ارتفاع قيمة تردد الاشارة الكهربية.

* عند ارتفاع التردد فان الجهد والتيار يتحولان الي مجال كهربي ومجال مغناطيسي على التوالي . 

مكونات الموجة الكهرومغناطيسية :

• تتكون الموجة الكهرومغناطيسية من مجال كهربي E ومجال مغناطيسي H متعامدين مع بعضهما وعلى اتجاه انتشارهما.

• الموجات الكهرومغناطيسية مثل موجات الضوء والوجات فوق الحمراء والموجات فوق البنفسجية وموجات المايكروويف وغيرها. 

خصائص الموجات الكهرومغناطيسية:

Electromagnetic Waves Characteristics

1) سرعة الموجة :Wave Velocity 

Ø تتحرك الموجة الكهرومغناطيسية بسرعة مميزة تعتمد قيمتها على طبيعة ونوع الوسط المادي الذي تنتشر فيه الموجة .

Ø حيث تتغير هذه القيمة تبعا للخصائص الكهربية الكهربية للوسط.

Ø وأعلى سرعة لهذه الموجات هي سرعة الضوء 3 * 10^8 متر في الثانية وذلك عندما تنتشر هذه الموجات في الفراغ. 

أما في الأوساط الاخري:

فان هذه السرعة تقل عن سرعة الضوء.

التردد والطول الموجي:

يرتبطان بالعلاقة التالية:

* الطول الموجي = سرعة الموجة \ التردد

ג = v / f  

حيث : 

 ג = الطول الموجي 

 V = سرعة الموجة وهي تساوي سرعة الضوء في الفراغ

 f =التردد 

أمثلة على التردد Example

• احسب قيمة الطول الموجي لموجة تنتشر في الفراغ ولها الترددات التالية: 

1. 1 KHZ

2. 1 MHZ

3. 1GHZ

تمتد ترددات الموجات الكهرومغناطيسية على نطاق واسع فيما يعرف بالطيف الكهرومغناطيسي (The Electromagnetic Spectrum)

خصائص الموجة الكهرومغناطيسية:

• عند انتقال الموجات الكهرومغناطيسية وانتشارها عبر عدد من الأوساط المختلفة فانها قد تتعرض الى الانكسار أو الانعكاس أو الحيود .وقد تعاني ايضا من التداخل أو الخفوت والتي يمكن تعريفها كالآتي:

1.الانكسار : Refraction

يقصد به تغير اتجاه شعاع الموجة الكهرومغناطيسية عند انتقاله من وسط الي وسط آخر له خصائص كهربية مختلفة. 

2. الانعكاس : Reflection

هو تغيير الموجة الكهرومغناطيسية لاتجاهها في نفس الوسط نتيجة لسقوطها على حاجز يفصل هذا الوسط عن وسط آخر يختلف معه في الخصائص الكهربية.

3. الحيود : Diffraction

هو مقدرة الموجة الكهرومغناطيسية على الانحراف عند الزوايا الحادة والانحناء عن العوائق التي تواجهها. 

4. التداخل : Interference

هو اختلاط موجتين أو أكثر عند تواجدهما في نفس المكان والزمان وعندما تكون ترددات هذه الموجات متقاربة.

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

قسم التقنية الكهربائية 

مقرر : مبادئ هندسة الراديو

Radio Engineering Basic 

الفصل الدراسي الثالث الكترونات 

استاذ المادة: سراقه محمد أبراهيم

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

سجل إعجابك وشارك زملاءك لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى

تعديل المقال