درجة التفاعل الكيميائي.. المكونات المشتركة في التفاعل والتي يؤثر تركيزها في سرعة التفاعل. معدل تكون المواد الناتجة أو استهلاك المواد المتفاعلة
يقصد بدرجة التفاعل الكيميائي أس المكونات المشتركة في التفاعل والتي يؤثر تركيزها في سرعة التفاعل أو بعبارة أخرى تتحدد درجة التفاعل من مجموع أسس حدود تركيزات المواد الداخلة في الخطوة المحددة لسرعة التفاعل. ويمكن استخدام الطريقة التي تتغير بها سرعة التفاعل مع تركيز المواد المتفاعلة للتعبير عن درجة التفاعل فالتفاعل الذي سرعته تعتمد على الأس الأول لتركيز مادة من المواد المتفاعلة يسمى تفاعلاً من الدرجة الأولى First order reaction بينما يكون التفاعل الذي تتناسب سرعته مع الأس الصحيح لتركيز مادتين من المواد المتفاعلة يسمى تفاعلاً من الدرجة الثانية Second order reaction وبصفة عامة، فقد وجد من التجربة أن درجة التفاعل تتناسب مع الأس لتركيز المكونات المؤثرة في سرعة التفاعل ويمكن وضع هذا في الصيغة الرياضية التالية، فإذا كان لدينا التفاعل:
A + B → X
سرعة التفاعل R تتناسب مع أس التراكيز كما يلي:
R α CAm . CBn
R = K CAm . CBn
وهذا التفاعل تكون درجته m بالنسبة للمادة n , A بالنسبة للمادة B درجة التفاعل الكلية هي = n + m
والصيغة العامة للتعبير عن سرعة التفاعل هي:
R = -dC/dt = K CAm . CBn
dCx/dt = K CAm . CBn
وتعتمد سرعة التفاعل على معدل تكون المواد الناتجة أو استهلاك المواد المتفاعلة، أو بعبارة أخرى أدق على التركيز لكل مادة من المواد المشتركة في التفاعل بحيث يكون كل تركيز مرفوعاً إلى أس يمكن تعيينه بالتجربة. وهذا الأس قد يكون أعداداً صحيحة مثل 1، 2، 3،... وقد يكون كسراً من الواحد الصحيح، ومن الأمثلة على درجة التفاعل تدرس التفاعلات الآتية:
1.تفكك خامس أكسيد النيتروجين
2N2O5 → 4NO2 + O2
معادلة سرعة التفاعل
-dC(N2O5)/dt = K[N2O5]1
هذا تفاعل من الدرجة الأولى.
2. تفكك ثاني أكسيد النيتروجين
2NO2 → 2NO +O2
معادلة سرعة التفاعل هي:
-dC(NO2)/dt = K[NO2]2
وهذا تفاعل من الدرجة الثانية.
3. تفاعل ثلاثي إيثيل أمين مع بروميد الايثيل في محلول البنزين:
(C2H5)3N + C2H5Br → (C2H5)4NBr
بروميد رباعي إيثيل أمين ثلاثي إيثيل أمين
معادلة سرعة التفاعل:
-dC(C2H5Br)/dt = K[C2H5Br] [(C2H5)3N]
هذا التفاعل كما يظهر من معادلة السرعة درجته الكلية هي الثانية ولكنه أيضاً تفاعل من الدرجة الأولى بالنسبة إلى مادة بروميد الايثيل وأيضاً من الدرجة الأولى بالنسبة إلى مادة ثلاثي إيثيل أمين.
4. تفكك الاستيالدهيد في الحالة الغازية، عند درجة 450ە م.
معادلة سرعة التفاعل:
CH3CHO CH4 + CO
-dC(CH3CHO)/dt = K[CH3CHO]3/2
أي أن درجة التفاعل هي 3/2 .
وبذلك فإنه ليس من الضروري أن تساوي درجة التفاعل أعداداً صحيحة فقد تكون درجة التفاعل تساوي صفراً، أو نصفاً أو ثلاث أنصاف أو أعداداً صحيحة (1، 2، 3،....) وتحديدها يكون فقط من معادلة سرعة التفاعل واختيار ما يطابق المعادلة مع أس التركيز وعندما يكون التفاعل من الدرجة صفر فإن هذا يدل على أن التركيز لا يؤثر في سرعة التفاعل...كما أنه من المهم جداً تأكيد عدم وجود علاقة بين وزن المعادلة الكيميائية ودرجة التفاعل كما يتضح من المثالين الأول والثاني حيث أن لهما معادلات كيميائية متشابهة من ناحية الوزن الكيميائي بينما التفاعل في المثال الأول من الدرجة الأولى وفي المثال الثاني من الدرجة الثانية.
العوامل المؤثرة في سرعة التفاعلات الكيميائية.. طبيعة المواد المتفاعلة. تركيز المواد المتفاعلة. درجة الحرارة. وجود الحافز
العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعلات الكيميائية:
لقد وجد من نتائج التجارب العملية أن أهم العوامل التي تؤثر في سرعة التفاعل هي كالتالي:
- طبيعة المواد المتفاعلة.
- تركيز المواد المتفاعلة.
- درجة الحرارة.
- وجود الحافز.
1. طبيعة المواد المتفاعلة:
تختلف سرعة التفاعل الكيميائي باختلاف المواد المتفاعلة واختلاف الوسط الذي يجرى فيه التفاعل، وعملياً وجد أن طبيعة المواد المتفاعلة تؤثر تأثيراً واضحاً في سرعة التفاعل ولعل هذا يتضح من المثال التالي:
اختزال أيونات البرمنجنات MnO-4 بواسطة أيونات الحديدوز في الوسط الحامضي
Fe +2 → Fe+3 + Mn+2 + MnO-4
تتم بسرعة ويلاحظ ذلك من اختفاء لون البرمنجنات مما يدل على إن التفاعل سريع بينما اختزال نفس الأيونات بواسطة حمض الاكساليك في الوسط الحامضي يتم على مهل مما يدل على أن التفاعل بطئ.
2H2C2O4 + 6H+ → 2H2O + 4CO2 + 2Mn+2 + 2MnO-4
2. تركيز المواد المتفاعلة:
لوحظ أنه عندما يكون تركيز المواد المتفاعلة كبيراً وذلك عند بداية التفاعل تكون سرعة التفاعل كبيرة وبمرور الوقت يقل تركيز المواد المتفاعلة وتنخفض معه سرعة التفاعل.
عموماً العلاقة بين تركيز المواد المتفاعلة وسرعة التفاعل ليست بالعلاقة السهلة حيث تؤدي الزيادة في تركيز إحدى المواد المتفاعلة إلى زيادة سرعة التفاعل وقد تؤدي إلى نقصانها كما في التفاعلات العكسية وقد لا يحدث أي تغيير في السرعة وأحياناً قد تؤدي إلى تسمم التفاعل ولاسيما في التفاعلات غير المتجانسة.
3. درجة الحرارة:
أغلب التفاعلات الكيميائية تزداد سرعتها بارتفاع درجة الحرارة في التفاعل والعكس صحيح سواء كان التفاعل طارداً للحرارة Exothermic أو ماصاً للحرارة Endothermic، ولذلك عند دراسة حركية التفاعلات الكيميائية لأغلب التفاعلات الكيميائية يجب أن يتم ذلك باستخدام حمام ذي درجة حرارة ثابتة (Thermostatic unit).
وعموماً فإن سرعة كثير من التفاعلات الكيمائية التي تجرى بالقرب من درجة حرارة الغرفة تتضاعف أو تزيد إلى ثلاثة أمثالها كلما ارتفعت درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية، وقد اقترح أرهينوس Arrheinus العلاقة:
K = A e-∆H/RT (2)
حيث K هي ثابت سرعة التفاعل، A هو ثابت أرهينوس، ∆H هي حرارة التنشيط ويمكن وضع هذه العلاقة على الصورة:
ln K = ln A - ∆H/RT
log K = log A - ∆H/2.303 RT
ويمكن تبعاً لمعادلة أرهينيوس الحصول على خط مستقيم عند رسم لوغاريتم ثابت السرعة log K مقابل درجة الحرارة المطلقة 1/T ميله يساوي -∆H / 2.303R
أما عند إجراء التفاعل عند درجتي حرارتين فقط T2 , T1 فإن المعادلة السابقة تؤول إلى:
log K1 = -∆H/2.303RT1 + log A
log K2 = -∆H/2.303RT2 + log A وعليه فإن
log K2 – logK1= - ∆H/2.303R [1/T2 – 1/T1]
logK2/K1 = + ∆H/2.303R [T2-T1/T2T1] (4)
مثال: إذا كانت طاقة التنشيط ∆H= 24000 سعر لكل جزئ جرامي، أوجدي نسبة التغير في سرعة التفاعل عند ارتفاع درجة الحرارة من 27ەم إلى127 ەم؟
الحل:
log K2/K1 = 24000/2.303x2 [400-300/400x300] = 4.3421
K2/K2 = 2.199x+1004
أي أن زيادة درجة الحرارة تنتج عنها زيادة في ثابت سرعة التفاعل أي زيادة سرعة التفاعل، فزيادة درجة الحرارة بمقدار 100ەم زادت سرعة التفاعل بنسبة 2x104 مرة، وسبب هذه الزيادة الكبيرة في سرعة التفاعل أنه بزيادة درجة الحرارة يزداد عدد الجزيئات النشطة التي تشترك في التفاعل.
4. وجود الحافز:
الحوافز عبارة عن مواد لها خاصية تنشيط التفاعل الكيميائي وزيادة سرعته دون أن تتغير كيميائياً(حفز موجب ) ودورها هو الإسراع في إتمام التفاعل عن طريق مسالك تكون الطاقة التنشيطية اللازمة لها أقل بكثير من الطاقة التنشيطية اللازمة لإتمام التفاعل بدون الحافز, وقد يقوم عامل الحفز في بعض الأحيان بخفض سرعة التفاعل الكيميائي ويسمى في هذه الحالة مثبط للتفاعل (حفز سالب). وهناك أنواع كثيرة مختلفة من الحوافز، كما تختلف الطريقة التي يعمل بها ولاسيما من ناحية تكوين المركب المتوسط. وقد يكون الحافز مادة غازية أو سائلة أو صلبة أو قد يكون ذاتياً.
ومن دراسة سرعة التفاعل الكيميائي ومعرفة أثر العوامل المذكورة يمكن معرفة الكثير من تفاصيل الخطوات التي يتم بها تحويل المواد المتفاعلة إلى مواد ناتجة.
ولما كان وجود الحوافز يضاعف من سرعة التفاعل بمقدار عشرات الأضعاف وقد يكون الحافز سطح مادة صلبة كجدار إناء التفاعل. لذلك يمكن تقسيم التفاعلات الكيميائية من وجهة نظر حركية التفاعلات إلى:
أ. تفاعلات متجانسة Homogeneous Reactions
ب. تفاعلات غير متجانسة Heterogeneous Reactions
والتفاعل المتجانس: هو الذي يحدث كلياً في طور واحد (One Phase) بينما التفاعل غير المتجانس: هو الذي يحدث جزئياً على الأقل في أكثر من طور واحد.
وأغلب التفاعلات غير المتجانسة العادية تكون لها سرعة تفاعل تعتمد على مساحة السطح التي يتعرض لها خليط المواد المتفاعلة وهذا السطح يمكن أن يكون الجدار الداخلي لإناء التفاعل أو يمكن أن يكون المادة الصلبة الحافزة. لذلك عند دراسة حركية التفاعل لابد من التأكد من تأثير جدارة الإناء في سرعة التفاعل في أي مرحلة من مراحل التفاعل، ويمكن ذلك في حالة كون جدار الإناء من الزجاج فتضاف كرات زجاجية صغيرة أو أنابيب شعرية رقيقة يحدث على سرعة التفاعل. فإذا كان التفاعل متجانساً فلن تتأثر سرعته، أما إذا كان التفاعل غير متجانس فإن سرعته تتأثر بزيادة السطح المعرض.
قياس سرعة التفاعل الكيميائي.. قياس أي متغير مناسب ثم إيجاد العلاقة التي تربطه بالتفاعل وتغيره مع الزمن بالطرق الفيزيائية أوالكيميائية
قياس سرعة التفاعل الكيميائي Measurement of chemical reaction velocity
يلاحظ في أي تفاعل كيميائي أن تركيز المواد الداخلة في التفاعل سواء كانت متفاعلة أو ناتجة تتغير مع الزمن وكذلك خصائصها، ولذا يمكن قياس سرعة التفاعل الكيميائي بقياس أي متغير مناسب، ثم إيجاد العلاقة التي تربطه بالتفاعل وتغيره مع الزمن، ويجب اختيار المتغير المناسب الذي يمكن قياسه بسهولة وأن يتغير تغيراً واضحاً طوال مدة التفاعل حتى يكون القياس دقيقاً ويسمح بالتفريق بين التراكيب المختلفة التي تنتج بمرور الوقت حيث أن لكل تفاعل ظروفه الخاصة به وهناك نوعان من الطرق لقياس سرعة التفاعل وهي الطرق الفيزيائية والطرق الكيميائية.
وتفضل الطرق الفيزيائية المستعملة في تتبع سير التفاعل الكيميائي على الطرق الكيميائية وذلك لأنها لا تحدث اضطراباً في المجموعة، ومن أمثلة هذه الطرق تتبع التغير في:
1- الضغط.
3- معامل الانكسار.
2- الكثافة الضوئية.
4- الرقم الهيدروجيني.
5 - التوصيل الحراري.
6- الحجم.
7- المقاومة الكهربية.
وعندما يكون استعمال إحدى الطرق الفيزيائية ممكناً فإنه أفضل بكثير من الطرق الكيميائية التي تصاحبها صعوبة عند التطبيق.
أما أبسط الطرق الكيميائية هي تحليل عينات من الخليط في فترات مختلفة بعد بدء التفاعل وذلك لمعرفة كمية المواد الناتجة أو الباقية من حجم معين وبعد زمن بعيد وإيقاف التفاعل بعد زمن معين لمعرفة تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة يتم إما بتبريد للوعاء الذي يحتوي على العينة فجائياً لدرجة حرارة أقل بكثير من الدرجة التي يسير فيها التفاعل أو بإضافة مواد كيميائية أخرى لإيقاف التفاعل.
ويجب أن يتم ذلك سريعاً حتى لا يحدث تغير واضح في التركيز أثناء أخذ العينات ثم تحلل بعد ذلك العينة أما بالمعايرة أو بأي طريقة أخرى.
ويجب ملاحظة أنه كلما كانت أغلب التفاعلات الكيميائية تتأثر بالحرارة فإنه يلزم أن يجرى التفاعل المراد قياس سرعته في وسط ضابط للحرارة (Thermostat) فتكون درجة الحرارة خلال التفاعل ثابتة وفي بعض الحالات يجب أيضاً التحكم في الضغط.
يلاحظ في أي تفاعل كيميائي أن تركيز المواد الداخلة في التفاعل سواء كانت متفاعلة أو ناتجة تتغير مع الزمن وكذلك خصائصها، ولذا يمكن قياس سرعة التفاعل الكيميائي بقياس أي متغير مناسب، ثم إيجاد العلاقة التي تربطه بالتفاعل وتغيره مع الزمن، ويجب اختيار المتغير المناسب الذي يمكن قياسه بسهولة وأن يتغير تغيراً واضحاً طوال مدة التفاعل حتى يكون القياس دقيقاً ويسمح بالتفريق بين التراكيب المختلفة التي تنتج بمرور الوقت حيث أن لكل تفاعل ظروفه الخاصة به وهناك نوعان من الطرق لقياس سرعة التفاعل وهي الطرق الفيزيائية والطرق الكيميائية.
وتفضل الطرق الفيزيائية المستعملة في تتبع سير التفاعل الكيميائي على الطرق الكيميائية وذلك لأنها لا تحدث اضطراباً في المجموعة، ومن أمثلة هذه الطرق تتبع التغير في:
1- الضغط.
3- معامل الانكسار.
2- الكثافة الضوئية.
4- الرقم الهيدروجيني.
5 - التوصيل الحراري.
6- الحجم.
7- المقاومة الكهربية.
وعندما يكون استعمال إحدى الطرق الفيزيائية ممكناً فإنه أفضل بكثير من الطرق الكيميائية التي تصاحبها صعوبة عند التطبيق.
أما أبسط الطرق الكيميائية هي تحليل عينات من الخليط في فترات مختلفة بعد بدء التفاعل وذلك لمعرفة كمية المواد الناتجة أو الباقية من حجم معين وبعد زمن بعيد وإيقاف التفاعل بعد زمن معين لمعرفة تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة يتم إما بتبريد للوعاء الذي يحتوي على العينة فجائياً لدرجة حرارة أقل بكثير من الدرجة التي يسير فيها التفاعل أو بإضافة مواد كيميائية أخرى لإيقاف التفاعل.
ويجب أن يتم ذلك سريعاً حتى لا يحدث تغير واضح في التركيز أثناء أخذ العينات ثم تحلل بعد ذلك العينة أما بالمعايرة أو بأي طريقة أخرى.
ويجب ملاحظة أنه كلما كانت أغلب التفاعلات الكيميائية تتأثر بالحرارة فإنه يلزم أن يجرى التفاعل المراد قياس سرعته في وسط ضابط للحرارة (Thermostat) فتكون درجة الحرارة خلال التفاعل ثابتة وفي بعض الحالات يجب أيضاً التحكم في الضغط.
سرعة التفاعل الكيميائي.. استخدام التغير في تركيز المواد المتفاعلة في وحدة الزمن. دراسة حركية التفاعلات و اقتراح ميكانيكية تفاعلها
سرعة التفاعل الكيميائي The speed of the chemical reaction
تحتاج أي ظاهرة كيميائية أو فيزيائية إلى وقت ما لتحدث قد يكون هذا الزمن قصيراً جداً وقد يكون طويلاً جداً. وكثير من التفاعلات المألوفة والتي يتم إجراؤها في المختبر في أنبوبة إختبار هي تفاعلات سريعة جداً فإذا أضيف كلوريد الباريوم إلى محلول كبريتات الصوديوم يلاحظ تكون راسباً أبيضاً في أنبوبة الاختبار هو عبارة عن كبريتات الباريوم حسب المعادلة:
Ba Cl2 + Na2 SO4 → Ba SO4 + 2Na Cl
وأيضاً تفاعلات التعادل بين محاليل الأحماض والقلويات تحدث في وقت لا يمكن قياسه لقصره حيث يتحد أيون الهيدروكسيل مع أيون الهيدروجين ويتكون الماء
OH- + H+ → H2O
ويستدل على ذلك من سرعة تغير لون الدليل المستخدم في الدراسة.
بينما تفاعل غاز الأكسجين مع غاز الهيدروجين لتكوين الماء لا يحصل في الأحوال العادية حتى ولو بقيا في وعاء واحد أياما عديدة.
O2 + 2 H2 → 2H2O
وهناك أمثلة عديدة لتفاعلات كيميائية أخرى بطيئة جداً تأخذ أزمنة طويلة مثل تفاعلات التربية الجيولوجية وتكون الصدأ على الحديد.
وبين التفاعلات السريعة والتفاعلات البطيئة جداً توجد تفاعلات لها سرعات معتدلة يمكن قياسها وهو ما يحدث في معظم تفاعلات الكيمياء العضوية ولذلك يهتم الكيميائيون بها بصفة خاصة لأنها تمكنهم من دراسة حركية هذه التفاعلات و اقتراح ميكانيكية تفاعلها.
ويمكن التعبير عن سرعة التفاعل الكيميائي كمياً باستخدام التغير في تركيز المواد المتفاعلة في وحدة الزمن (عادة يعبر عن التركيز بعدد المولات في وحدة الحجوم (لتر) من النظام) ففي التفاعل:
A + B → AB
في بدء التفاعل يكون تركيز المادة A ذو قيمة عظمى وعندئذ تكون سرعة التفاعل أكبر ما يمكن، وبمرور الزمن فإن عدد الجزيئات A الموجودة في وحدة الحجوم من النظام يتناقص تدريجياً, ونتيجة لذلك يقل عدد ضربات (تصادم) الجزيئات A مع B في وحدة الزمن، وتقل بذلك سرعة التفاعل.
وعلى وجه العموم فإن تناقص تركيز المادة A في وسط التفاعل مع الزمن يمكن تمثيله بالمنحنى KL الذي يقترب تدريجياً من محور الزمن كما في الشكل (1) الذي يمثل العلاقة بين تركيز المادة A (أي C) مقابل زمن سريان التفاعل t (ويصلح هذا المنحنى لأي تفاعل تتناقص سرعته بالتدريج).
كما يتضح من الشكل (1) أنه عند الأزمنة t1 , t2 فان تركيزات من المادة (A) تكافئ القيم من التركيز C1 , C2 (النقط M , N على المنحنى (KL.
وعليه فإن سرعة التفاعل الكيميائي في هذا الوقت من الزمن تتحدد من المعادلة:
R or V = C2-C2/ t2-t1 = - ∆C/∆t (1)
وتعني الإشارة السالبة أن تركيز المادة تحت الدراسة تتناقص أثناء التفاعل أما إذا درس التغير في تركيز إحدى المواد الناتجة من التفاعل فإن هذه القيمة سوف تتزايد مع الزمن ولا توضع حينئذ الإشارة السالبة في المعادلة السابقة منحنى (DF).
ويعبر الرمزان V , R عن متوسط سرعة التفاعل الكيميائي في الجزء المعين من الزمن وكلما قل هذا الجزء من الزمن (أي كلما قلتt ∆) كلما تقاربت النقط N , M من بعضهما على المنحنى KL وكلما كان متوسط السرعة المحسوبة تقريباً قريباً من الواقع، فإذا أعتبر أن التغير في التركيز dC قد حدث في خلال زمن dt قليل جداً يتم الحصول على العلاقة الآتية والتي تمثل سرعة التفاعل الكيميائي الحقيقية في هذا الجزء من الزمن:
V = R = ± dC/dt
حيث V: the velocity of the reaction.:
R: the rate of the reaction.
وبعبارة أخرى تعرف سرعة التفاعل الكيميائي بأنها معدل النقص في تركــيز المواد المتفاعلة
أو معدل الزيادة في تركيز المواد الناتجة خلال زمن معين بمعنى آخر التغير في التركيز مقابل الزمن.
الكيمياء الحركية.. السرعة التي يسير بها التفاعل الكيميائي والزمن اللازم لإنهائه. دراسة القوانين التي تعبر تعبيراً رياضياً عن تأثير تغير التركيز في سرعة التفاعل
تعد الكيمياء الحركية من أهم فروع الكيمياء الفيزيائية وذلك لأنها تختص بموضوع السرعة التي يسير بها التفاعل الكيميائي والزمن اللازم لإنهاء التفاعل. كما تهتم بفهم ميكانيكية التفاعل، وهي بذلك تختلف عن الديناميكا الحرارية التي تهتم بدراسة الحالة الابتدائية والحالة النهائية للتفاعل دون أي اعتبار للحالات المتوسطة أو زمن التفاعل.
وتعرف حركية التفاعلات الكيميائية بأنها الدراسة الكمية للسرعة أو السرعات التي تسير بها التفاعلات الكيميائية، وبتعبير آخر دراسة القوانين التي تعبر تعبيراً رياضياً عن تأثير تغير التركيز في سرعة التفاعل بطريقة يمكن بها استنباط سرعة التفاعل من نتائج التجارب العملية.
وتتضمن كثير من التغيرات الكيميائية حدوث تفاعلين أو أكثر تحدث جميعها في وقت واحد وبطريقة معقدة وغالباً ما يصعب الحصول على نتائج يمكن إعادتها لأن الشوائب وآثار الحوافز تعمل على تغيير سرعات التفاعل، ولا يمكن قياس سرعات أغلب التفاعلات الأيونية في الكيمياء غير العضوية لأنها تحدث بسرعة كبيرة ولكن معظم التفاعلات في الكيمياء العضوية بطيئة فإذا مزجت مادتان عضويتان فإن التفاعل بينهما قد يؤدي إلى نواتج كثيرة كلها ممكنة حسب الديناميكا الحرارية. والمهمة الأساسية للكيمياء الحركية هي توجيه التفاعلات الكيمياء بحيث تسرى بسرعة كبيرة وينتج عنها أقصى نسبة من المنتج المرغوب.
خصائص الموجة المعدلة (المضمنة).. نفس تردد الموجة الحاملة. تردد الغلاف الخارجي (الكاشف) يساوي تردد إشارة التعديل
خصائص الموجة المعدلة (المضمنة):
Modulating Wave Characteristic
تتميز الموجة الناتجة عن طريق عملية التضمين بما يلي:
1) الموجة المضمنة لها نفس تردد الموجة الحاملة”fc”
2) التغير الذي يطرأ على سعة الموجة المضمنة أثناء عملية التعديل يساوي التغير الذي يحدث لسعة إشارة التعديل.
3) تردد الغلاف الخارجي (الكاشف) يساوي تردد إشارة التعديل.
4) سعة الغلاف الخارجي (الكاشف) تساوي سعة إشارة التعديل.
Modulating Wave Characteristic
تتميز الموجة الناتجة عن طريق عملية التضمين بما يلي:
1) الموجة المضمنة لها نفس تردد الموجة الحاملة”fc”
2) التغير الذي يطرأ على سعة الموجة المضمنة أثناء عملية التعديل يساوي التغير الذي يحدث لسعة إشارة التعديل.
3) تردد الغلاف الخارجي (الكاشف) يساوي تردد إشارة التعديل.
4) سعة الغلاف الخارجي (الكاشف) تساوي سعة إشارة التعديل.
توليد إشارة تعديل السعة.. النطاق الجانبي المزدوج ذو الموجة الحاملة الكاملة
توليد إشارة تعديل السعة
Generation of AM Signal
- على الرغم من وجود عدة أنواع من إشارات تضمين السعة فإن النطاق الجانبي المزدوج ذا الموجة الحاملة الكاملة هو الأكثر إستعمالا.
- Amplitude Modulation Double Side Band Full Carrier
- “AMDSBFC”
وفي بعض الأحيان تستخدم بدلا عنها AM للتبسيط.
Generation of AM Signal
- على الرغم من وجود عدة أنواع من إشارات تضمين السعة فإن النطاق الجانبي المزدوج ذا الموجة الحاملة الكاملة هو الأكثر إستعمالا.
- Amplitude Modulation Double Side Band Full Carrier
- “AMDSBFC”
وفي بعض الأحيان تستخدم بدلا عنها AM للتبسيط.
عرض النطاق.. عرض نطاق إشارة المعلومات. عرض نطاق قناة الإرسال أوعرض قناة النقل. الفرق بين التردد الأعلى والتردد الأدنى الذين تسمح لهما القناة بالمرور
عرض النطاق Band Width
يعتبر عرض النطاق أحد العناصر الأساسية بجانب الضوضاء الذي يقلل من كفاءة نظم الاتصالات.
- هنا يجب التميييز بين نوعين من عرض النطاق:
1- عرض نطاق إشارة المعلومات Information Band Width “BW inf”
2- عرض نطاق قناة الإرسال أو ما يسمى كذلك عرض قناة النقل Channel Band Width “BW ch”
عرض نطاق إشارة المعلومات: “BW inf”:
هو عبارة عن الفرق بين التردد الأعلى والتردد الأدنى المحتويين ضمن إشارة المعلومات.
أما عرض نطاق القناة “BW ch”:
هو عبارة عن الفرق بين التردد الأعلى والتردد الأدنى الذين تسمح لهما القناة بالمرور.
وبالتالي نخلص إلى العلاقة التالية:
- حتى تنتقل إشارة المعلومات عبر أي قناة لابد أن يكون عرض نطاق إشارة المعلومات أقل أو يساوي عرض نطاق القناة .
أي Bw inf ≤ BW ch
BW inf = عرض نطاق إشارة المعلومات.
BW ch = عرض نطاق القناة.
مثال:
إذا كان نظام الإرسال التلفزيوني الذي يستخدم الكوابل للنقل له عرض نطاق من 500 KHZ إلي 5000 KHZ أوجد:
1) عرض نطاق القناة.
2) هل هذه القناة تسمح بمرور الإشارات الصوتية.
3) هل تتمكن الإشارات ذات الترددات العالية من العبور خلالها.
يعتبر عرض النطاق أحد العناصر الأساسية بجانب الضوضاء الذي يقلل من كفاءة نظم الاتصالات.
- هنا يجب التميييز بين نوعين من عرض النطاق:
1- عرض نطاق إشارة المعلومات Information Band Width “BW inf”
2- عرض نطاق قناة الإرسال أو ما يسمى كذلك عرض قناة النقل Channel Band Width “BW ch”
عرض نطاق إشارة المعلومات: “BW inf”:
هو عبارة عن الفرق بين التردد الأعلى والتردد الأدنى المحتويين ضمن إشارة المعلومات.
أما عرض نطاق القناة “BW ch”:
هو عبارة عن الفرق بين التردد الأعلى والتردد الأدنى الذين تسمح لهما القناة بالمرور.
وبالتالي نخلص إلى العلاقة التالية:
- حتى تنتقل إشارة المعلومات عبر أي قناة لابد أن يكون عرض نطاق إشارة المعلومات أقل أو يساوي عرض نطاق القناة .
أي Bw inf ≤ BW ch
BW inf = عرض نطاق إشارة المعلومات.
BW ch = عرض نطاق القناة.
مثال:
إذا كان نظام الإرسال التلفزيوني الذي يستخدم الكوابل للنقل له عرض نطاق من 500 KHZ إلي 5000 KHZ أوجد:
1) عرض نطاق القناة.
2) هل هذه القناة تسمح بمرور الإشارات الصوتية.
3) هل تتمكن الإشارات ذات الترددات العالية من العبور خلالها.
المعدل.. إنتاج الموجة التي سوف يتم إرسالها. تعديل الاتساع. تعديل التردد. تعديل الحزمة الجانبية الوحيدة. تعديل زاوية الوجه. تعديل الطور. كشف التضمين - التعديل
المعدل The Modulator
- المذبذب يقوم بإنتاج الموجة التي سوف يتم إرسالها ويمكن إستخدامه كجهاز إرسال بعد تركيب هوائي في خرجه.
- ولكنه سوف يرسل موجة حاملة فقط بدون تعديل أي بدون أصوات أو معلومات مرسلة ويسمى في هذه الحالة بجهاز إرسال CW أو موجة حاملة فقط.
- ولكي يرسل المذبذب أصوات أو المعلومات المراد نقلها عبر الترددات الراديوية لابد من وجود المعدل.
- المعدل هو دائرة كهربية تقوم بطبع وتحميل سواء الأصوات أو المعلومات أو الإشارة المرئية على موجة عالية التردد المنتجة بواسطة المذبذب.
- وذلك لإرسالها إلى مسافات بعيدة بواسطة الترددات الراديوية عن طريق هوائيات الإرسال.
- ويتم إستقبالها بواسطة أجهزة الإستقبال وفصل الموجة الحاملة عن إشارة المعلومات.
توجد عدة طرق للتعديل أهمها:
- تعديل الاتساع (Amplitude Modulation (AM
- تعديل التردد (Frequency Modulation (FM
- تعديل الحزمة الجانبية الوحيدة (Single Side Band (SSB
- تعديل زاوية الوجه (Phase Modulation (PM
تعديل الإتساع: (Amplitude Modulation (AM
هو عبارة عن تغير سعة أو إتساع الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع إشارة التعديل .
أما الموجة الناتجة فتسمى موجة تضمين السعة (تعديل السعة)Amplitude Modulating Wave
تعديل التردد Frequency Modulation
- هو عبارة عن تغير تردد الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع التغير الذي يطرأ على إشارة التضمين .
- أما الموجة الناتجة تدعى موجة تضمين التردد (تعديل التردد) Frequency modulated Wave
تعديل الطور (Phase Modulation (PM
- هو عبارة عن تغير في طور الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع التغير الحاصل في إشارة التضمين نفسها.
- أما الموجة الناتجة فتدعى موجة تضمين الطور phase modulated wave
كشف التضمين (التعديل): Demodulation
- عملية كشف التضمين أو ما يسمى كذلك بإزالة التضمين هي عبارة عن عمليات إستخلاص إشارة المعلومات من الموجة الحاملة.
- المذبذب يقوم بإنتاج الموجة التي سوف يتم إرسالها ويمكن إستخدامه كجهاز إرسال بعد تركيب هوائي في خرجه.
- ولكنه سوف يرسل موجة حاملة فقط بدون تعديل أي بدون أصوات أو معلومات مرسلة ويسمى في هذه الحالة بجهاز إرسال CW أو موجة حاملة فقط.
- ولكي يرسل المذبذب أصوات أو المعلومات المراد نقلها عبر الترددات الراديوية لابد من وجود المعدل.
- المعدل هو دائرة كهربية تقوم بطبع وتحميل سواء الأصوات أو المعلومات أو الإشارة المرئية على موجة عالية التردد المنتجة بواسطة المذبذب.
- وذلك لإرسالها إلى مسافات بعيدة بواسطة الترددات الراديوية عن طريق هوائيات الإرسال.
- ويتم إستقبالها بواسطة أجهزة الإستقبال وفصل الموجة الحاملة عن إشارة المعلومات.
توجد عدة طرق للتعديل أهمها:
- تعديل الاتساع (Amplitude Modulation (AM
- تعديل التردد (Frequency Modulation (FM
- تعديل الحزمة الجانبية الوحيدة (Single Side Band (SSB
- تعديل زاوية الوجه (Phase Modulation (PM
تعديل الإتساع: (Amplitude Modulation (AM
هو عبارة عن تغير سعة أو إتساع الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع إشارة التعديل .
أما الموجة الناتجة فتسمى موجة تضمين السعة (تعديل السعة)Amplitude Modulating Wave
تعديل التردد Frequency Modulation
- هو عبارة عن تغير تردد الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع التغير الذي يطرأ على إشارة التضمين .
- أما الموجة الناتجة تدعى موجة تضمين التردد (تعديل التردد) Frequency modulated Wave
تعديل الطور (Phase Modulation (PM
- هو عبارة عن تغير في طور الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع التغير الحاصل في إشارة التضمين نفسها.
- أما الموجة الناتجة فتدعى موجة تضمين الطور phase modulated wave
كشف التضمين (التعديل): Demodulation
- عملية كشف التضمين أو ما يسمى كذلك بإزالة التضمين هي عبارة عن عمليات إستخلاص إشارة المعلومات من الموجة الحاملة.
دوائر أجهزة الإرسال.. المذبذب. المعدل. مكبرات العزل. مكبرات الإشارة الصوتية الخارجة من المايكروفون. مرشحات ومكبر قدرة إشارة التردد العالي
دوائر أجهزة الإرسال:
1. المذبذب Oscillator.
2. المعدل Modulator.
3. مكبرات العزل Buffer Amplifier.
4. مكبرات الإشارة الصوتية الخارجة من المايكروفون (mic amplifier).
5. مكبر قدرة إشارة التردد العالي (RF Amplifier).
6. مرشحات إشارة التردد العالي (RF filter).
7. الهوائي (antenna).
1. المذبذب Oscillator.
2. المعدل Modulator.
3. مكبرات العزل Buffer Amplifier.
4. مكبرات الإشارة الصوتية الخارجة من المايكروفون (mic amplifier).
5. مكبر قدرة إشارة التردد العالي (RF Amplifier).
6. مرشحات إشارة التردد العالي (RF filter).
7. الهوائي (antenna).
عناصر نظام الاتصالات.. منبع لإشارة المعلومات. قسم الإرسال. الوسط الناقل. قسم الاستقبال
مهما كان نظام الاتصالات فإنه يتشكل من العناصر التالية:
- منبع لإشارة المعلومات.
- قسم الإرسال (Transmitter).
- الوسط الناقل (ينقسم الى قسمين سلكي ولاسلكي).
- قسم الاستقبال (المستقبل Receiver).
تتكون منظومة الإتصال من بعض الدوائر المهمة:
1.دوائر أجهزة الإرسال.
2.دوائر أجهزة الإستقبال.
- منبع لإشارة المعلومات.
- قسم الإرسال (Transmitter).
- الوسط الناقل (ينقسم الى قسمين سلكي ولاسلكي).
- قسم الاستقبال (المستقبل Receiver).
تتكون منظومة الإتصال من بعض الدوائر المهمة:
1.دوائر أجهزة الإرسال.
2.دوائر أجهزة الإستقبال.
تصنيف أنظمة الاتصالات الإلكترونية.. نظام الاتصالات التماثلية. نظام الاتصالات الرقمية
الإتصالات الإلكترونية The Electronic Communication
هي عبارة عن عملية إرسال وإستقبال ومعالجة الإشارة بين محطتين أو أكثر وذلك بإستعمال الدوائر الإلكترونية.
- إن اشارة المعلومات يمكن أن تأخذ إحدى الصيغتين إما إشارة تماثلية (مستمرة) أو إشارة رقمية (متقطعة).
ويمكن تصنيف أنظمة الإتصالات الإلكترونية الى نوعين:
1) نظام الإتصالات التماثلية :Analog Communication system
هو عبارة عن نظام إلكتروني حيث ترسل الطاقة وتستقبل على شكل مستمر.
2) نظام الإتصالات الرقمية :Digital Communication system
هو عبارة عن نظام إلكتروني حيث الطاقة ترسل وتستقبل على شكل مستويات متقطعة.
هي عبارة عن عملية إرسال وإستقبال ومعالجة الإشارة بين محطتين أو أكثر وذلك بإستعمال الدوائر الإلكترونية.
- إن اشارة المعلومات يمكن أن تأخذ إحدى الصيغتين إما إشارة تماثلية (مستمرة) أو إشارة رقمية (متقطعة).
ويمكن تصنيف أنظمة الإتصالات الإلكترونية الى نوعين:
1) نظام الإتصالات التماثلية :Analog Communication system
هو عبارة عن نظام إلكتروني حيث ترسل الطاقة وتستقبل على شكل مستمر.
2) نظام الإتصالات الرقمية :Digital Communication system
هو عبارة عن نظام إلكتروني حيث الطاقة ترسل وتستقبل على شكل مستويات متقطعة.
مسافة القفزة ومنطقة التفويت.. المنطقة التي لا يشملها استقبال البث. المسافة من المرسل الى أول نقطة تعود إليها الموجة السماوية المرتدة الى الأرض
مسافة القفزة ومنطقة التفويت Skip Distance and Skip Zone
مسافة القفزة Skip Distance
هي المسافة من المرسل الى أول نقطة تعود إليها الموجة السماوية المرتدة الى الأرض.
منطقة التفويت Skip Zone
هى المنطقة التي لا يشملها استقبال البث وتبدأ من النقطة التي يضعف عندها استقبال الموجات الارضية الى النقطة التي تعود إليها الموجة السماوية المرتدة الى الارض.
مسافة القفزة Skip Distance
هي المسافة من المرسل الى أول نقطة تعود إليها الموجة السماوية المرتدة الى الأرض.
منطقة التفويت Skip Zone
هى المنطقة التي لا يشملها استقبال البث وتبدأ من النقطة التي يضعف عندها استقبال الموجات الارضية الى النقطة التي تعود إليها الموجة السماوية المرتدة الى الارض.
التردد الحرج.. التردد الذي إن زاد تردد الإشارة المرسلة عنه فإنها لا تعود إلى الأرض وإنما تخترق طبقات الأيونوسفير إلى الفضاء الخارجي
التردد الحرج Critical Frequency
- هو التردد الذي إن زاد تردد الإشارة المرسلة عنه فإنها لا تعود إلى الأرض وإنما تخترق طبقات الأيونوسفير إلى الفضاء الخارجي.
- لذا فالاتصالات عبر الأقمار الاصطناعية تستخدم ترددات أعلى من التردد الحرج للارسال.
- هو التردد الذي إن زاد تردد الإشارة المرسلة عنه فإنها لا تعود إلى الأرض وإنما تخترق طبقات الأيونوسفير إلى الفضاء الخارجي.
- لذا فالاتصالات عبر الأقمار الاصطناعية تستخدم ترددات أعلى من التردد الحرج للارسال.
تأثير التردد.. تأثير تردد الاشارة المرسلة على انعكاس الإشارة وعمق اختراقها لطبقات الأيونوسفير
تأثير التردد Frequency Effect
- يؤثر تردد الاشارة المرسلة على انعكاس الإشارة وعمق اختراقها لطبقات الأيونوسفير.
- وبالتالي في المسافة التي يمكن أن يصلها البث وتزداد هذه المسافة بازدياد التردد عند زاوية اشعاع معينة.
- ويعرف هذا التردد بالتردد الحرج.
- يؤثر تردد الاشارة المرسلة على انعكاس الإشارة وعمق اختراقها لطبقات الأيونوسفير.
- وبالتالي في المسافة التي يمكن أن يصلها البث وتزداد هذه المسافة بازدياد التردد عند زاوية اشعاع معينة.
- ويعرف هذا التردد بالتردد الحرج.
الزاوية الحرجة.. أكبر زاوية ترتد عندها الموجات الساقطة على الطبقة المتأينة
الزاوية الحرجة Critical Angle
- هي أكبر زاوية ترتد عندها الموجات الساقطة على الطبقة المتأينة.
- وبزيادة زاوية الاشعاع عن قيمة الزاوية الحرجة لا تنعكس الموجات من الطبقة المتأينة بل تمر الى الفضاء الخارجي.
- هي أكبر زاوية ترتد عندها الموجات الساقطة على الطبقة المتأينة.
- وبزيادة زاوية الاشعاع عن قيمة الزاوية الحرجة لا تنعكس الموجات من الطبقة المتأينة بل تمر الى الفضاء الخارجي.
تأثير زاوية الاشعاع.. الزاوية المحصورة بين خط الأفق وهوائي الإرسال
تأثير زاوية الاشعاع Radiation Angle
- تعرف زاوية الاشعاع بأنها تلك الزاوية المحصورة بين خط الأفق وهوائي الإرسال.
- وتكون العلاقة بين زاوية الاشعاع ومسافة القفزة للموجة المرسلة علاقة عكسية.
- فبازدياد هذه الزاوية تقل مسافة القفزة للموجة وتقترب من محطة الإرسال إلى أن تصل ألى الزاوية الحرجة.
- تعرف زاوية الاشعاع بأنها تلك الزاوية المحصورة بين خط الأفق وهوائي الإرسال.
- وتكون العلاقة بين زاوية الاشعاع ومسافة القفزة للموجة المرسلة علاقة عكسية.
- فبازدياد هذه الزاوية تقل مسافة القفزة للموجة وتقترب من محطة الإرسال إلى أن تصل ألى الزاوية الحرجة.
طبقة الأيونوسفير.. التأين للغازات المحيطة بالأرض بسبب امتصاص هذه الغازات لكميات كبيرة من الطاقة التي تستمدها من الأشعة فوق البنفسجية
طبقة الأيونوسفير Ionosphere
- تمتد هذه الطبقة من ارتفاع 50 Km وحتى 400 Km تقريبا.
- وقد سميت بهذا الاسم لأنها المنطقة التي يحدث فيها التأين للغازات المحيطة بالأرض بسبب امتصاص هذه الغازات لكميات كبيرة من الطاقة التي تستمدها من الأشعة فوق البنفسجية.
تتألف المنطقة المتأينة من أربعة طبقات رئيسية هي:
1- طبقة D
2- طبقة E
3- طبقة F1
4- طبقة F2
وسنتناول كل من هذه الطبقات بشئ من التفصيل:
أ. طبقة D:
- على ارتفاع (50 - 90) Km تقريبا من سطح الأرض.
- لا تظهر هذه الطبقة الا في النهار حيث تبدأ بالتلاشي والزوال مع ابتداء ظلمة الليل.
من أهم خصائصها:
1. تعكس الموجات ذات التردد المنخفض جدا (VLF).
2. تمتص موجات التردد المنخفض (LF) والمتوسط (MF).
3. تعكس الموجات التي يقل ترددها عن 3MHZ
4. تؤثر على الموجات التي يزيد ترددها عن 3MHZ ويقل التأثير بازدياد التردد.
ب. طبقة E:
- تنشأ من تأين جزيئات الاوكسجين وتقع على ارتفاع 100 Km من سطح الأرض بسمك 25 Km تقريبا تختفي خلال الليل.
من أهم خصائصها:
1. تعكس الموجات حتى 20 MHZ وبالتالي تسمح باتصالات المدى المتوسط حتى 1900 Km
2. تؤثر على الموجات التي يزيد ترددها عن 20 MHZ ويقل التأثير بازدياد التردد.
ج. طبقة F1:
تنشأ من تأين جزيئات النيتروجين وتقع على ارتفاع 200 Km تقريبا بسمك 20 Km تقريبا.
ومن أهم خصائصها:
تعمل على امتصاص بعض موجات التردد العالي HF وتوهين بعضها الآخر.
وعادة فان الترددات التي تخترق الطبقة E تمر أيضا من الطبقة F1 ويتم عكسها بواسطة الطبقة F2
د. طبقة F2:
- تنشأ من تأين العديد من ذرات الغازات كالاوكسجين والهيليوم والهيدروجين.
- وتقع الطبقة F2 على ارتفاع 400 Km تقريبا من سطح الأرض وهي الطبقة الأكثر كثافة بالأيونات.
- لذلك فهي الأكثر فعالية لذا فهي الطبقة الأكثر أهمية في الاتصالات بعيدة المدى.
• خاصة في مجال التردد العالي HF حتى 30 MHZ
• ومما يجدر ذكره أن طبقتي F1 &F2 تندمجان ليلا لتشكلا طبقة واحدة تدعى F وبالتالي يكون انعكاس الموجات واستقبالها ليلا أفضل منه نهارا ويتم بصورة أفضل أيضا.
- تمتد هذه الطبقة من ارتفاع 50 Km وحتى 400 Km تقريبا.
- وقد سميت بهذا الاسم لأنها المنطقة التي يحدث فيها التأين للغازات المحيطة بالأرض بسبب امتصاص هذه الغازات لكميات كبيرة من الطاقة التي تستمدها من الأشعة فوق البنفسجية.
تتألف المنطقة المتأينة من أربعة طبقات رئيسية هي:
1- طبقة D
2- طبقة E
3- طبقة F1
4- طبقة F2
وسنتناول كل من هذه الطبقات بشئ من التفصيل:
أ. طبقة D:
- على ارتفاع (50 - 90) Km تقريبا من سطح الأرض.
- لا تظهر هذه الطبقة الا في النهار حيث تبدأ بالتلاشي والزوال مع ابتداء ظلمة الليل.
من أهم خصائصها:
1. تعكس الموجات ذات التردد المنخفض جدا (VLF).
2. تمتص موجات التردد المنخفض (LF) والمتوسط (MF).
3. تعكس الموجات التي يقل ترددها عن 3MHZ
4. تؤثر على الموجات التي يزيد ترددها عن 3MHZ ويقل التأثير بازدياد التردد.
ب. طبقة E:
- تنشأ من تأين جزيئات الاوكسجين وتقع على ارتفاع 100 Km من سطح الأرض بسمك 25 Km تقريبا تختفي خلال الليل.
من أهم خصائصها:
1. تعكس الموجات حتى 20 MHZ وبالتالي تسمح باتصالات المدى المتوسط حتى 1900 Km
2. تؤثر على الموجات التي يزيد ترددها عن 20 MHZ ويقل التأثير بازدياد التردد.
ج. طبقة F1:
تنشأ من تأين جزيئات النيتروجين وتقع على ارتفاع 200 Km تقريبا بسمك 20 Km تقريبا.
ومن أهم خصائصها:
تعمل على امتصاص بعض موجات التردد العالي HF وتوهين بعضها الآخر.
وعادة فان الترددات التي تخترق الطبقة E تمر أيضا من الطبقة F1 ويتم عكسها بواسطة الطبقة F2
د. طبقة F2:
- تنشأ من تأين العديد من ذرات الغازات كالاوكسجين والهيليوم والهيدروجين.
- وتقع الطبقة F2 على ارتفاع 400 Km تقريبا من سطح الأرض وهي الطبقة الأكثر كثافة بالأيونات.
- لذلك فهي الأكثر فعالية لذا فهي الطبقة الأكثر أهمية في الاتصالات بعيدة المدى.
• خاصة في مجال التردد العالي HF حتى 30 MHZ
• ومما يجدر ذكره أن طبقتي F1 &F2 تندمجان ليلا لتشكلا طبقة واحدة تدعى F وبالتالي يكون انعكاس الموجات واستقبالها ليلا أفضل منه نهارا ويتم بصورة أفضل أيضا.
طبقة التروبوسفير.. الطبقة المناخية التي تحدث بها جميع الظواهر الجوية كالضباب والغيوم والأمطار والعواصف الرعدية والرملية وحرارة ورطوبة وضغط
طبقة التروبوسفير Troposphere
- هي الطبقة السفلى من الغلاف الجوي وتمتد من مستوى سطح البحر حتى ارتفاع 16 Km تقريبا.
- وتعد الطبقة الفعالة في تغيرات المناخ ويطلق عليها الطبقة المناخية.
- وتحدث بها جميع الظواهر الجوية كالضباب والغيوم والأمطار والعواصف الرعدية والرملية وحرارة ورطوبة وضغط.
- جميع العوامل السابقة يمكن أن تؤثر في كفاءة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية وانتقالها.
- وإن التشويش الناتج عن الظواهر الجوية في هذه الطبقة يؤدي للتشويش على معظم أنظمة الاتصال.
- هي الطبقة السفلى من الغلاف الجوي وتمتد من مستوى سطح البحر حتى ارتفاع 16 Km تقريبا.
- وتعد الطبقة الفعالة في تغيرات المناخ ويطلق عليها الطبقة المناخية.
- وتحدث بها جميع الظواهر الجوية كالضباب والغيوم والأمطار والعواصف الرعدية والرملية وحرارة ورطوبة وضغط.
- جميع العوامل السابقة يمكن أن تؤثر في كفاءة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية وانتقالها.
- وإن التشويش الناتج عن الظواهر الجوية في هذه الطبقة يؤدي للتشويش على معظم أنظمة الاتصال.
طبقات الغلاف الجوي المحيطة بالأرض.. طبقة رقيقة مركبة من الغازات كغاز الأوكسجين والهيدروجين والنيتروجين والهيليوم
- الغلاف الجوي الأرضي هو عبارة عن طبقة رقيقة مركبة من الغازات كغاز الأوكسجين والهيدروجين والنيتروجين والهيليوم وبعض الغازات الأخرى وبنسب متفاوتة.
- يحيط الغلاف الجوي بالأرض ويحميها ويعد وجوده عاملا أساسيا ومهما جدا في نشأة الحياة على الأرض.
- إن الغلاف الجوي هو الوسط الذي تتحرك من خلاله الموجات الكهرومغناطيسية عند انتقالها من هوائي الارسال الى هوائي الاستقبال.
يقسم الغلاف الجوي الى ثلاثة طبقات رئيسية هي:
1- طبقة التروبوسفير (الطبقة المناخية).
2- طبقة الستراتوسفير.
3- طبقة الأيونوسفير.
- يحيط الغلاف الجوي بالأرض ويحميها ويعد وجوده عاملا أساسيا ومهما جدا في نشأة الحياة على الأرض.
- إن الغلاف الجوي هو الوسط الذي تتحرك من خلاله الموجات الكهرومغناطيسية عند انتقالها من هوائي الارسال الى هوائي الاستقبال.
يقسم الغلاف الجوي الى ثلاثة طبقات رئيسية هي:
1- طبقة التروبوسفير (الطبقة المناخية).
2- طبقة الستراتوسفير.
3- طبقة الأيونوسفير.
الموجات الفضائية - التروبوسفيرية.. الموجات المباشرة. الموجات المنعكسة من الأرض. اتصالات الميكروويف. الاتصالات عبر الأقمار الصناعية
الموجات الفضائية Space Waves (التروبوسفيرية):
- تسمى الموجات التي تنتشر الي مسافات بعيدة تقريبا حتى 100 Km بالموجات الفضائية.
- تردد هذه الموجات عادة يكون أعلى من 30 MHZ لذا فهي تميل للانتشار بخطوط مستقيمة لتحقيق الاتصال بين أنظمة الرؤية على سطح الأرض.
- أو في الاتصالات الفضائية عبر الأقمار الاصطناعية.
تنقسم الموجات الفضائية الي قسمين:
I. الموجات المباشرة:
وهي التي تصل مباشرة من هوائي الإرسال الى هوائي الاستقبال وتشكل غالبية الموجات الفضائية المرسلة.
II. الموجات المنعكسة من الأرض:
• وهي التي تصل الي هوائي الاستقبال بعد انعكاسها عن سطح الأرض , وتشكل نسبة قليلة من الموجات الفضائية المرسلة .
ومن الجدير بالذكر أنه لاستخدام الموجات الفضائية في عمليات الاتصال فانه يشترط وجود خط رؤية ( Line – of – Sight ) بين هوائي الارسال وهوائي الاستقبال.
ويمكن حساب أكبر مسافة ممكنة لتحقيق خط الرؤية من العلاقة التالية:
R (Km) = 4 ( ht(m)^½ + hr(m) ^½ )
حيث:
- R = المسافة بين هوائي الارسال والاستقبال بالكيلومتر.
- ht = ارتفاع هوائي الارسال عن سطح الارض بالمتر.
- Hr = ارتفاع هوائي الاستقبال عن سطح الارض بالمتر.
مثال:
أحسب أكبر مسافة ممكنة بين هوائيي ارسال واستقبال مع المحافظة على وجود خط رؤية بينهما إذا علمت ان ارتفاع كل منهما يساوي 36 مترا.
يكثر استخدام الموجات الفضائية في:
- اتصالات الميكروويف.
- البث التلفازي.
- الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.
مزايا استخدام هذه الموجات في عمليات الاتصال هي:
1. درجة الوثوقية العالية.
1. النطاق الترددي المتاح لنقل المعلومات كبير.
أما العيوب فهي:
1. كثرة استخدام محطات التقوية عند الارسال لمسافات بعيدة مما يزيد من التكلفة الاقتصادية.
2. تتأثر المباشرة أكثر من غيرها بالعوامل الجوية كالمطر والثلج وغيرها حيث تعمل على اضعافها وتشتيتها.
- تسمى الموجات التي تنتشر الي مسافات بعيدة تقريبا حتى 100 Km بالموجات الفضائية.
- تردد هذه الموجات عادة يكون أعلى من 30 MHZ لذا فهي تميل للانتشار بخطوط مستقيمة لتحقيق الاتصال بين أنظمة الرؤية على سطح الأرض.
- أو في الاتصالات الفضائية عبر الأقمار الاصطناعية.
تنقسم الموجات الفضائية الي قسمين:
I. الموجات المباشرة:
وهي التي تصل مباشرة من هوائي الإرسال الى هوائي الاستقبال وتشكل غالبية الموجات الفضائية المرسلة.
II. الموجات المنعكسة من الأرض:
• وهي التي تصل الي هوائي الاستقبال بعد انعكاسها عن سطح الأرض , وتشكل نسبة قليلة من الموجات الفضائية المرسلة .
ومن الجدير بالذكر أنه لاستخدام الموجات الفضائية في عمليات الاتصال فانه يشترط وجود خط رؤية ( Line – of – Sight ) بين هوائي الارسال وهوائي الاستقبال.
ويمكن حساب أكبر مسافة ممكنة لتحقيق خط الرؤية من العلاقة التالية:
R (Km) = 4 ( ht(m)^½ + hr(m) ^½ )
حيث:
- R = المسافة بين هوائي الارسال والاستقبال بالكيلومتر.
- ht = ارتفاع هوائي الارسال عن سطح الارض بالمتر.
- Hr = ارتفاع هوائي الاستقبال عن سطح الارض بالمتر.
مثال:
أحسب أكبر مسافة ممكنة بين هوائيي ارسال واستقبال مع المحافظة على وجود خط رؤية بينهما إذا علمت ان ارتفاع كل منهما يساوي 36 مترا.
يكثر استخدام الموجات الفضائية في:
- اتصالات الميكروويف.
- البث التلفازي.
- الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.
مزايا استخدام هذه الموجات في عمليات الاتصال هي:
1. درجة الوثوقية العالية.
1. النطاق الترددي المتاح لنقل المعلومات كبير.
أما العيوب فهي:
1. كثرة استخدام محطات التقوية عند الارسال لمسافات بعيدة مما يزيد من التكلفة الاقتصادية.
2. تتأثر المباشرة أكثر من غيرها بالعوامل الجوية كالمطر والثلج وغيرها حيث تعمل على اضعافها وتشتيتها.
الموجات السماوية - الأيونوسفيرية.. توفير اتصال ضمن نطاق الترددات العالية لعدد كبير من المحطات الإذاعية. الانعكاس داخل طبقة الأيونوسفير
الموجات السماوية Sky Waves (الأيونوسفيرية)
- وهي التي يتم بثها نحو السماء لتعود ثانية الى الارض بفعل انعكاسها داخل طبقة الأيونوسفير.
- وتعتمد المسافة التي تقطعها هذه الموجات داخل طبقة الأيونوسفير على ترددها حيث تزداد بازدياد التردد.
- اما إذا زاد ترددها عن قيمة معينة (حوالي 30 MHZ) فستنطلق الى الفضاء الخارجي ولا تنعكس الى الأرض.
- وهي تنتشر الى مسافات بعيدة والى الوجه الثاني من سطح الكرة الأرضية نتيجة للانعكاس الواحد أو الانعكاسات المتعددة على طبقة الأيونوسفير.
- طولها حوالي 10 m
- تستخدم الموجات السماوية بكثرة في عمليات البث الإذاعي حيث يمكن تحقيق انتشار يصل الى 4000 Km في الظروف الجيدة.
أهم مزايا استخدام الموجات السماوية في الاتصال:
- لا تحتاج محطة الارسال الى قدرة كهربائية عالية.
- لا تتأثر بسطح الأرض, وقادرة على توفير اتصال ضمن نطاق الترددات العالية (3 - 30 MHZ) لعدد كبير من المحطات الإذاعية.
- يمكن تحقيق الاتصال لمسافات بعيدة.
أما العيوب فتتمثل في:
- عدم استقرار نظام الإرسال لاعتماده على طبقة الأيونوسفير, والتي تتغير باستمرار خلال اليوم وخلال فصول السنة وظروف الجو.
- لا يمكن استخدام هذا النمط من الإرسال في أنظمة الاتصال التي تتطلب عرض نطاق ترددي كبير.
- وهي التي يتم بثها نحو السماء لتعود ثانية الى الارض بفعل انعكاسها داخل طبقة الأيونوسفير.
- وتعتمد المسافة التي تقطعها هذه الموجات داخل طبقة الأيونوسفير على ترددها حيث تزداد بازدياد التردد.
- اما إذا زاد ترددها عن قيمة معينة (حوالي 30 MHZ) فستنطلق الى الفضاء الخارجي ولا تنعكس الى الأرض.
- وهي تنتشر الى مسافات بعيدة والى الوجه الثاني من سطح الكرة الأرضية نتيجة للانعكاس الواحد أو الانعكاسات المتعددة على طبقة الأيونوسفير.
- طولها حوالي 10 m
- تستخدم الموجات السماوية بكثرة في عمليات البث الإذاعي حيث يمكن تحقيق انتشار يصل الى 4000 Km في الظروف الجيدة.
أهم مزايا استخدام الموجات السماوية في الاتصال:
- لا تحتاج محطة الارسال الى قدرة كهربائية عالية.
- لا تتأثر بسطح الأرض, وقادرة على توفير اتصال ضمن نطاق الترددات العالية (3 - 30 MHZ) لعدد كبير من المحطات الإذاعية.
- يمكن تحقيق الاتصال لمسافات بعيدة.
أما العيوب فتتمثل في:
- عدم استقرار نظام الإرسال لاعتماده على طبقة الأيونوسفير, والتي تتغير باستمرار خلال اليوم وخلال فصول السنة وظروف الجو.
- لا يمكن استخدام هذا النمط من الإرسال في أنظمة الاتصال التي تتطلب عرض نطاق ترددي كبير.
الموجات المستقيمة المسار.. الامواج اللاسلكية المنتشرة في وسط متجانس أو قريب من التجانس بمسار مستقيم أو شبه مستقيم
الموجات المستقيمة المسار
Electromagnetic wave straight path
تسمى الامواج اللاسلكية المنتشرة في وسط متجانس أو قريب من التجانس بمسار مستقيم أو شبه مستقيم بالامواج المستقيمة المسار أو الأمواج الحرة الانتشار.
Electromagnetic wave straight path
تسمى الامواج اللاسلكية المنتشرة في وسط متجانس أو قريب من التجانس بمسار مستقيم أو شبه مستقيم بالامواج المستقيمة المسار أو الأمواج الحرة الانتشار.
تصنيف الأمواج اللاسلكية من حيث المجال والتردد.. أمواج زائدة الطول. طويلة. متوسطة. قصيرة. قصيرة جدا. فوق القصيرة جدا والأمواج المايكروية
تصنيف الأمواج اللاسلكية من حيث المجال والتردد:
- حسب تصنيف اللجنة العالمية للاتصالات اللاسلكية يقسم جزء الأمواج الراديوية الى تسعة مجالات من (4) حتى (12).
- تستخدم في الوقت الحاضر التسميات القديمة للمجالات:
التسميات القديمة للمجالات:
- أمواج زائدة الطول (VLW) وهذه الامواج هي أمواج المجال الرابع.
- أمواج طويلة (LW) وهي أمواج المجال الخامس.
- أمواج متوسطة (MW) وهي أمواج المجال السادس.
- أمواج قصيرة (SW) وهي أمواج المجال السابع.
- أمواج قصيرة جدا (VSW) وهي أمواج المجال الثامن والتاسع.
- أمواج فوق القصيرة جدا والأمواج المايكروية وهي أمواج المجالات العاشر والحادي عشر والثاني عشر.
- حسب تصنيف اللجنة العالمية للاتصالات اللاسلكية يقسم جزء الأمواج الراديوية الى تسعة مجالات من (4) حتى (12).
- تستخدم في الوقت الحاضر التسميات القديمة للمجالات:
التسميات القديمة للمجالات:
- أمواج زائدة الطول (VLW) وهذه الامواج هي أمواج المجال الرابع.
- أمواج طويلة (LW) وهي أمواج المجال الخامس.
- أمواج متوسطة (MW) وهي أمواج المجال السادس.
- أمواج قصيرة (SW) وهي أمواج المجال السابع.
- أمواج قصيرة جدا (VSW) وهي أمواج المجال الثامن والتاسع.
- أمواج فوق القصيرة جدا والأمواج المايكروية وهي أمواج المجالات العاشر والحادي عشر والثاني عشر.
سرعة الموجة الكهرومغناطيسية - التردد والطول الموجي.. الامتداد على نطاق واسع فيما يعرف بالطيف الكهرومغناطيسي
سرعة الموجة :Wave Velocity
- تتحرك الموجة الكهرومغناطيسية بسرعة مميزة تعتمد قيمتها على طبيعة ونوع الوسط المادي الذي تنتشر فيه الموجة.
- حيث تتغير هذه القيمة تبعا للخصائص الكهربية الكهربية للوسط.
- 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:
ü الطول الموجي = سرعة الموجة \ التردد
ü = v / f ג
حيث:
ü ג = الطول الموجي
ü V = سرعة الموجة وهي تساوي سرعة الضوء في الفراغ.
ü f =التردد
مثال:
• أحسب 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).
مكونات الموجة الكهرومغناطيسية.. مجال كهربي E ومجال مغناطيسي H متعامدان مع بعضهما وعلى اتجاه انتشارهما
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 إلى موجات لاسلكية والتي تنتشر من الهوائي في الوسط المحيط به.
- 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.
• 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 إلى موجات لاسلكية والتي تنتشر من الهوائي في الوسط المحيط به.
- 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.
أنواع الموجات.. موجات ميكانيكية (موجات مادية). موجات كهرومغناطيسية
أنواع الموجات Waves Type
تنقسم الى نوعين رئيسيين:
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، الأشعة تحت الحمراء، موجات الميكروويف.
تنقسم الى نوعين رئيسيين:
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، الأشعة تحت الحمراء، موجات الميكروويف.
طول الموجة.. المسافة بين نهايتين عظميين متتاليتين موجبتين أو سالبتين. عدد الذبذبات الكهربية الكاملة للتيار المتردد في الثانية الواحدة
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.
• 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.
المعالم.. معلم المسافـة. معلم الزمن. مـحـور واحـد مـدرج بـوحـدات زمـنـيـة
إن الـمـرجـع الـذي هـو جـمـلـة مـاديـة تـنـسـب إلـيـهـا الـحركـة لا يـكـفـي لـتـعـيـيـن مـوضـع الـمـتـحـرك فـي الـمـكـان والـزمـن، بـل يـجـب إرفـاقـه لـلـمـسـافـة وآخـر لـلـزمـن.
أ- مـعـلـم الـمـسـافـة: يـكـون مـعـلـم الـمـسـافـة:
- فـضـائـيـاً
أو - مـسـتـويـاً
أو - مـسـتـقـيـمـاً
ويـكـون مـرتـبـطـاً بـالـمـرجـع.
ب- مـعـلـم الـزمـن: يـتـكـون مـن مـحـور واحـد مـدرج بـوحـدات زمـنـيـة، مـبـدؤه الـلـحـظـة ز = 0 إن دراسـة الـحـركـة تـتـطـلـب إخـتـيـار مـعـلـم لـلـمـسـافـة ومـعـلـم لـلـزمـن.
أ- مـعـلـم الـمـسـافـة: يـكـون مـعـلـم الـمـسـافـة:
- فـضـائـيـاً
أو - مـسـتـويـاً
أو - مـسـتـقـيـمـاً
ويـكـون مـرتـبـطـاً بـالـمـرجـع.
ب- مـعـلـم الـزمـن: يـتـكـون مـن مـحـور واحـد مـدرج بـوحـدات زمـنـيـة، مـبـدؤه الـلـحـظـة ز = 0 إن دراسـة الـحـركـة تـتـطـلـب إخـتـيـار مـعـلـم لـلـمـسـافـة ومـعـلـم لـلـزمـن.
علم الحركة.. مفهوم الحركة وطابعها النسـي. النقطة المادية. دراسة حركة الأجسام وعلاقتها بالزمن دون التعرض إلى مـسبباتها
يـهـتـم علم الحركة (الـحـركــات) بـدراسـة حـركـة الأجـسـام وعـلاقـتـهـا بـالـزمـن دون الـتـعـرض إلـى مـسـبـبـات هـذه الـحـركـة.
1- مـفـهـوم الـحـركـة وطـابـعـهـا الـنسـبـي:
إلـيـك الـمـثـال الـتـالـي: يـقـف "هـشـام" عـلـى رصـيـف مـحـطـة الـقـطـار لـيـودع زمـيـلـيـه عـلـيـاً وسـعـيـداً الـمـوجـودان داخـل الـقـطـار أمـام نـافـذة إحـدى الـعـربـات، لـنـجـب عـن الـسـؤالـيـن الـتـالـيـيـن.
أ - كـيف يبـدو "علـي" بـالـنسبـة لـهـشـام أثنـاء إنـطـلاق الـقطـار؟
ب - كـيـف يـبـدو "عـلـي" بـالـنـسـبـة لـسـعـيـد أثـنـاء إنـطـلاق الـقـطـار؟
لا شـك أنـك تـتـفـق مـعـي أن هـشـامـاً يـرى عـلـيـاً يـبـتـعـد عـنـه، أي يـغـيـر مـوضـعـه بـالـنـسـبـة لـه، وأن سـعـيـداً يـرى عـلـيـاً فـي نـفـس الـمـكـان أي أن مـوضـعـه يـبـقـى ثـابـتـاً بـالـنـسـبـة لـه.
ومـنـه نـسـتـنـتـج أن: الـحـركـة والـسـكـون مـفـهـومـان نـسـبـيـان (إذ أن عـلـيـاً يـبـدو سـاكـنـاً بـالـنـسـبـة لـسـعـيـد مـتـحـركـاً بـالـنـسـبـة لـهـشـام).
فـلـدراسـة حـركـة جـمـلـة مـا يـجب اختيار (جملـة مـقـارنـة) تـنـسـب إلـيـه الـحـركـة.
كـمـا نـسـتـنـتـج أن: الـحـركـة هـي تـغـيـر مـوضع الـجـسـم بـتـغـيـر الـزمـن بـالـنـسـبـة لـمـرجـع مـا (حـيـث أن مـوضـع عـلـي يـتـغـيـر بـالـنـسـبـة لـهـشـام فـهـو إذن فـي حـالـة حـركـة بـالـنـسـبـة لـه).
2- الـنـقـطـة الـماديـة:
لـتـسـهـيـل دراسـة الـحـركـة، نـعـتـبـر أبـعـاد الـجـسـم صـغـيـرة جـداً بـالـنسبة لـلـمسـافـات الـتـي يـقطـعـهـا ونسـميـه نقطـة ماديـة أو مـتـحـركـاً نـقـطـيـاً.
1- مـفـهـوم الـحـركـة وطـابـعـهـا الـنسـبـي:
إلـيـك الـمـثـال الـتـالـي: يـقـف "هـشـام" عـلـى رصـيـف مـحـطـة الـقـطـار لـيـودع زمـيـلـيـه عـلـيـاً وسـعـيـداً الـمـوجـودان داخـل الـقـطـار أمـام نـافـذة إحـدى الـعـربـات، لـنـجـب عـن الـسـؤالـيـن الـتـالـيـيـن.
أ - كـيف يبـدو "علـي" بـالـنسبـة لـهـشـام أثنـاء إنـطـلاق الـقطـار؟
ب - كـيـف يـبـدو "عـلـي" بـالـنـسـبـة لـسـعـيـد أثـنـاء إنـطـلاق الـقـطـار؟
لا شـك أنـك تـتـفـق مـعـي أن هـشـامـاً يـرى عـلـيـاً يـبـتـعـد عـنـه، أي يـغـيـر مـوضـعـه بـالـنـسـبـة لـه، وأن سـعـيـداً يـرى عـلـيـاً فـي نـفـس الـمـكـان أي أن مـوضـعـه يـبـقـى ثـابـتـاً بـالـنـسـبـة لـه.
ومـنـه نـسـتـنـتـج أن: الـحـركـة والـسـكـون مـفـهـومـان نـسـبـيـان (إذ أن عـلـيـاً يـبـدو سـاكـنـاً بـالـنـسـبـة لـسـعـيـد مـتـحـركـاً بـالـنـسـبـة لـهـشـام).
فـلـدراسـة حـركـة جـمـلـة مـا يـجب اختيار (جملـة مـقـارنـة) تـنـسـب إلـيـه الـحـركـة.
كـمـا نـسـتـنـتـج أن: الـحـركـة هـي تـغـيـر مـوضع الـجـسـم بـتـغـيـر الـزمـن بـالـنـسـبـة لـمـرجـع مـا (حـيـث أن مـوضـع عـلـي يـتـغـيـر بـالـنـسـبـة لـهـشـام فـهـو إذن فـي حـالـة حـركـة بـالـنـسـبـة لـه).
2- الـنـقـطـة الـماديـة:
لـتـسـهـيـل دراسـة الـحـركـة، نـعـتـبـر أبـعـاد الـجـسـم صـغـيـرة جـداً بـالـنسبة لـلـمسـافـات الـتـي يـقطـعـهـا ونسـميـه نقطـة ماديـة أو مـتـحـركـاً نـقـطـيـاً.
تمثيل نتائج القياس بيانياً.. دراسـة قـانـون أوم بـيـن طـرفـي نـاقـل أومـي تـجـريـبـيـاً
تمثيل نـتـائـج الـقـيـاس بـيانـيـاً:
لـنـدرس هـذه الـفـقـرة مـن خـلال الـمـثـال الـتـالـي :
مـثـال: عـنـد دراسـة قـانـون أوم بـيـن طـرفـي نـاقـل أومـي تـجـريـبـيـاً حـصـلـنـا عـلـى الـنـتـائـج الـتـالـيـة :
|
ش (آ)
|
0.50
|
0.70
|
1.00
|
1.30
|
1.60
|
2.00
|
|
ف (فولط)
|
3.5
|
4.9
|
7.0
|
9.1
|
12.6
|
14.0
|
حـيـث ف : فـرق الـكـمـون بـيـن طـرفـي الـنـاقـل الأومـي ، ش : شـدة التـيار الـمـار فـي الـدارة.
أ – أرسـم الـخـط الـبيـانـي الـمـمـثـل لـتـغـيـرات ف بـدلالـة ش.
ب – إسـتـخـرج مـن الـخـط الـبـيـانـي مـقـاومة الـناقـل الأومي،
جـ – أحـسـب الإرتـيـاب " D م " إعـتـبـاراً مـن الـتـجربـة الأخـيـرة بـأخـذ Dش = 0.05 آ وD ف = 0.2 فـولـط.
أ – لـرسـم الـخـط الـبـيـانـي ف = تـا(ش) نـتـبـع الـخـطـوات الـتـالـيـة :
- نـخـتـار مـحـوريـن مـتـعـامـديـن عـلـى الـورقـة الـمـيـلـمـتـريـة ونـوجـهـهـمـا،
- نـكـتـب الـتـابـع عـلـى مـحـور الـتـراتـيـب والـمـتـحـول عـلـى مـحـور عـلـى مـحـور الـفـواصـل ونـرفـقـهـمـا بـوحـدتـي قـيـاسـهـما بـيـن قـوسـيـن :
ف (فـولـط )، ش ( آ) ،
- نـخـتـار سـلـمـاً مـنـاسـبـاً لـلـرسـم :
1 سـم ....فـولـط ، 1 سـم …آ،
- نـعـيـن الـنـقـاط عـلـى الـورقـة الـمـيـلـيـمـتـريـة إنـطـلاقـاً مـن الـجـدول بـعـلامـة (+)
- نـصـل بـيـن هـذه الـنـقـاط ونـرسـم الـخـط الـبيـانـي.
- الـخط البيانـي مـسـتـقـيم إمتداده يـمـر بالـمبـدأ مـعـادلـتـه :
ف = أش ، أ مـيـل الـمـسـتـقـيـم.
ب – مـقـاومـة الـنـاقـل الأومـي :
لـديـنـا مـن الـخـط الـبـيـانـي : ف = أ ش ،
وحـسـب قـانـون أوم : ف = م ش ، بالـمـطـابـقـة نـجد : أ = م ،
م = أ =
م = 1.39 ´ 5 ،
م = 6.95 W ، @ 7.0 W
جـ – حـسـاب الإرتـيـاب الـمـطـلـق D م :
لـديـنـا ف = م ش Ü م =
ومـنـه = + Ü D م = م° ( + )،
من الـتـجـربـة الأخـيـرة : م° = = = 7.0 W
ومنـه D م 7.0 ( + )
D م = 0.3 W
م = ( 7.0 ± 0.3 ) W
دساتير التقريب.. إجراء الحساب بين الـمقادير الفيزيائية التي تحتوي على عدة أرقام عشـرية ذات دلالة
عـنـد إجـراء الـحـسـاب بـيـن الـمـقاديـر الـفـيـزيـائيـة الـتـي تـحـتـوي عـلـى عـدة أرقـام عـشـريـة ذات دلالـة، تـكـون الـحـسـابـات مـعـقـدة وتـسـتـغـرق وقـتـاً طـويـلاً وتـزيـد مـن إحـتـمـال الـخـطـأ، لـذلـك نـلـجـأ إلـى إسـتـخـدام دسـاتـيـر الـتـقـريـب شـريـطـة أن يـكـون الإرتـيـاب الـنـسـبـي فـي الـنـتـيـجـة الـنـهائـيـة أقـل أو يـسـاوي الإرتـيـاب الـنـسـبـي الـذي تـعـطـى بـه الـمـقاديـر الـفـيزيـائـيـة الـتـي تـدخـل فـي الـحـسـاب.
فـإذا كـان لـديـنـا مـثـلاً :
ص = ( 1.000 + 0.005 )( 1.000 + 0.002 )
فإن : ص = 1.000 + 0.005 + 0.002 + 0.000010 = 1.007010
فـإذا أهـمـلـنـا الـحـد : 0.000010 الـذي رتـبـتـه أقـل مـن 10 –4 لـصـغـره أمـام بـاقـي الـحدود الأخـرى.فـإن الإرتـيـاب الـنـسـبـي فـي الـمـقـدار ص يـكـون :
وهـو اقـل مـن وأقـل مـن
و مـنـه نـسـتـطـيـع أن نـكـتـب:
ص » 1.000 + 0.005 + 0.002 = 1.007.
فـإذا كـان لـديـنـا ص = ( 1 + ع )( 1 + عَ )، فـإن :
ص @ 1 +ع + عَ ، بإهـمـال الـجـداء ع.عَ
وإذا كـان لـديـنـا ص = ( 1 +ع ) ( 1 + عَ ) ( 1 + عً )، فـإن :
ص @ 1 + ع + عَ + عً ، حـيـث ع، عَ، عً مـقـاديـر صـغـيـرة جـداً أمـام الـواحـد (1). إذا كـان ع = عَ = عً =..... =
فإن : ص = ( 1 + ع°) ( 1 + ع° ) ( 1 + ع° ) ( 1 + ع° ) ( 1 + ع° )...
ص = ( 1 + ع° )ن 1 + ن ع°
يـمـكـن تـعـمـيـم هـذا الـددسـتـور مـن أجـل قـيـم حـقـيـقيـة لـ ن ( ن ' ح ) وإلـيـك الأمـثـلـة الـتـالـيـة لـلـتـوضـيـح حـيـث ع صـغـيـر جـداً أمـام الـواحـد.
حساب الإرتيابات في حـالـة أ س
حـالـة أ س :
إذا كـان لـديـنـا : س = حيث أ مـقـدار فـيـزيـائـي ، ن عـدد حـقـيـقـي ، فـاعـتـمـاداً عـلـى حـالـة الجداء يـمـكـن أن نـكـتـب :
ومـنـه يـكـون الإرتـيـاب الـنـسـبـي هـو:
مـرة
الإرتياب المطلق:
مـثـال : يـعـطـى دور الـنـواس الـبـسيـط بـالـعـلاقـة د = 2p
حـيـث ل طـول الـنـواس، ج شـدة شـعـاع الـجاذبـيـة.
فـإذا كـان ل = (1.00 ± 0.01) م ، و، ج = ( 9.8 ± 0.1 ) م/ثا2
أحـسـب دور هـذا الـنـواس :
حـسـاب الارتـيـاب الـمطـلـق د:
لـديـنـا د = 2 p
فيـكـون الارتيـاب النـسـبـي:
و الارتـيـاب الـمـطـلـق:
*ومنه دور هـذا الـنـواس : د =
د = ( 2.00 ± 0.02 ) ثا
حساب الإرتيابات في حالة الـقـسمة
حالة الـقـسمة: إدا كان حيث أ، ب مقداران فيزيائيان
نـكـتـب : أ = ب س ، وبـاسـتـعمـال حالـة الجـداء نـجـد :
وحـسـب الـتعريـف الإرتـيـاب الـمـطـلـق فـإنـنـا نـكـتـب :
- الإرتـيـاب الـنـسـبي :
الإرتـيـاب الـمـطـلـق :
مـثـال : أحـسـب الـكـتـلـة الـحـجـمـيـة لـصـفـيـحـة مـعـدنـيـة كـتـلـتـهـا ك = ( 39 ± 1 ) غ وحـجـمـهـا
ح = ( 5.0 ± 0.1 ) سـم3
الحل :
كـح° =
الإرتـيـاب الـمـطـلـق:
ومـنـه تـكـون الـكـتـلـة الـحـجـمـيـة لـمـعـدن الـصـفـيـحـة :كح = كح° + Dكح
كح = ( 7.8 ± 0.4 ) غ/ سـم3
حساب الإرتيابات في حـالـة الـجـداء
حـالـة الـجـداء:
إذا كان س = أ . ب حيث أ، ب مـقـدران فـيـزيـائـيـن قـيـسـاً بـالـخـطـأيـن أ، ب، يـكـون الـخـطـأ فـي س هوس، ونـكـتـب:
س + d س = ( أ + d أ ) ( ب + d ب )
س + d س = أ ب + أ d ب + ب d أ + d أ d ب
بـإهمـال d أ d ب لصغـره أمـام بـاقـي المـقـاديـر نكتـب
س ® س = أب + أب + بأ س = أب
ومـنـه س = أب + بأ
فيكون الـخـطأ النسبي
وحـسـب تـعـريـف الإرتـيـاب الـمـطـلـق نـكـتـب:
الارتـبـاط النسبـي:
الارتـيـاب الـمـطـلـق:
مـثـال : قـيـسـت أبـعـاد مـتـوازي مـسـتـطـيـلات فـكـانـت الـنـتـائـج كـالـتـالـي :
س = (2.1 ± 0.1 ) سم ،ع = ( 3.2 ± 0.1) سم ،ص = (5.3 ± 0.12 ) سم
أوجـد نـتـيـجـة قـيـاس حـجـمـه ح.
الـحـل: ح° = س° ´ ع° ´ ص°
ح° = 2.1 ´ 3.2 ´ 5.3 = 35.6 سـم3
الإرتـيـاب الـمـطـلـق:
D ح @ 3.8 سـم3
ومـنـه نـكـتـب نـتـيـجـة الـقـيـاس : ح = ح° +D ح
ح = ( 35.6 ± 3.8 ) سـم3
حساب الإرتيابات في حالة مجموع جبري
حالة مجموع جبري:
إذا كـان لـديـنـا الـمـقـدار س = أ + ب – جـ وقـد قـيـسـت كـل مـن أ ، ب ، جـ بـالأخـطـاء : d أ ،d ب ، dجـ، يـكـون الـخـطـأ فـي س هـو dس ونـكـتـب :
س + dس = ( أ + dأ ) +( ب + dب ) - ( جـ + dجـ )
س +dس=(أ + ب– جـ)+( dأ +d ب -d جـ)Ü d س =d أ +d ب- d جـ وحـسـب تـعـريـف الإرتـياب الـمـطـلـق نـكـتـب:
س = أ + ب + جـ
فـي حـالـة الـمـجـمـوع الـجـبـري تـجـمـع الإرتـيـابـات الـمـطـلـقـة جـمـعـاً عـاديـاً
مـثـال:
إذا كـانـت نـتـيـجـة قـيـاس كـل مـن أ ، ب، جـ هـي :
أ =( 17.0± 0.1 ) سم ، ب = ( 8.0± 0.2 ) سم ، جـ = ( 9.00 ±0.13 ) سم
أوجـد القـيـمـة الـحـقـيـقـيـة لـلـمـقـدار س = أ + ب - جـ
الـحـل :
س° = أ° + ب° - جـ°
س° = 17.0 + 8.0 –9.00 = 16.0 سـم
Dس = Dأ + Dب + Dجـ
Dس = 0.1 + 0.2 + 0.13 = 0.43 سـم @ 0.4 سـم
نـتـيـجـة قـيـاس س هـي س = س° ± Dس
س = ( 16.0 ± 0.4 ) سـم
حساب الارتيابات.. تـطـبـيـق عـلاقـات ريـاضـيـة
فـي الـقـيـاسـات الـمـبـاشـرة غـالـبـاً لا نـحـتـاج إلـى حـسـاب الارتـيـاب الـمـطـلـق بـل يـعـطـى مـن طـرف صـانـع الـجـهـاز (يـكـتـب عـلـى الـجـهـاز) أو يـكـون مـن رتـبـة تـدريـجـيـة واحـدة مـن تـدريـجـات الـجـهـاز، أمـا فـي الـقـيـاسـات غـيـر الـمـبـاشـرة فـإنـنـا نـلـجـأ إلـى تـطـبـيـق عـلاقـات ريـاضـيـة تـمـكـنـنـا مـن حـسـاب الإرتـيـابـات.
الإرتياب المطلق.. القيمة العظمى للخطأ الحقيقي والتي لا يمكن تجاوزها إلا في أسوأ الحالات احتمالاً
الإرتياب المطـلق (D ق ) :بـمـا أن الـخـطـأ الـمـطـلـق (d ق ) غـيـر مـعـلـوم لـجـهـلـنـا لـلـقـيـمـة الـحـقـيـقـيـة ق ح لـلـمـقـدار الـذي نـقـيـسـه لـذلـك نـلـجـأ لـلـبحـث عـن حـد أعلـى لـه نـسمـيـه الإرتـياب الـمطلـق: D ق.
تـعـريـف: الإرتـيـاب الـمـطـلـق هـو الـقـيـمـة الـعـظـمـى لـلـخـطـأ الـحـقـيـقـي والـتـي لا يـمـكـن تـجـاوزهـا إلا فـي أسـوء الـحـالات إحـتـمـالاً
D ص £
ويـكـون دومـاً مـتـبـوعـاً بـرمـز أو إسـم وحـدة الـقـيـاس الـمـسـتـعـمـلـة.
- إن الإرتـيـاب الـمـطـلـق يـكـون مـن رتـبـة تـدريـجـيـة واحـدة مـن تـدريـجـات جـهـاز الـقـيـاس، مـثـلاً عـنـد إسـتـخـدام مـسـطـرة مـيـلـيـمـتـريـة فـإن الإرتـيـاب الـمـطـلـق D ل = 1 مـلـم، وعـنـد إسـتـخـدام قـدم قـنـويـة بـقـرنـيـة عـشـريـة فـإن الإرتـيـاب الـمـطـلـق
D ل = 0.1 مـلـم
الـتـعـبـيـر عـن نـتـيـجـة قـيـاس مـقـدار مـا:
إذا كـانـت الـقـيـمـة الـتـقـريـبـيـة لـقـيـاس مـقـدار مـا هـي فـإنـنـا نـعـبـر عـن نتـيـجـة قـيـاس هـذا الـمـقـدار بـالـعـلاقـة ق ح = ق° ± D ق
مـثـال: عـنـد قـيـاس طـول قـطـعـة خـشـبـيـة عـدة مـرات حـصـلـنـا عـلـى الـنـتـائـج التالية: 20 سـم ، 20.2 سـم ، 20.1 سـم ، 19.9 سـم، 20 سـم أوجـد نـتـيـجـة الـقـيـاس :
الحل:
القيمة الوسطى:
D ل1 = = 20.2 – 20.04 = 0.16 سـم.
D ل2 = = 20.04 – 19.9 = 0.14 سـم
D ل = = = 0.15 سـم
ومـنـه نـكـتـب نـتـيـجة الـقـيـاس:
ل = ل وD± ل
ل = (20.04 ± 0.15) سـم
أنواع الأخطاء في القياس الفيزيائي.. الخطأ المطلق. الخطأ النسبي
عـنـد قـيـاس مـقـدار مـا (ق0 ) إذا كـررنـا الـقـيـاس عـدة مـرات مـن طـرف عـدة أشـخـاص فـإنـنـا نـحـصـل عـلـى قـيـم مـخـتـلـفـة إخـتـلافـاً بـسـيـطـا جـداً فـيـمـا بـيـنـهـا ولا نـسـتـطـيـع الـجـزم أن إحـدى هـاته الـقـيـم هـي الأصـح مـعـنـى ذلـك ام الـمـقـدار (ق0 ) لـيـس إلا قـيـمـة تـقـريـبـيـة فـإذا كـانـت ق ح الـقـيـمـة الـحـقـيـقـيـة لـلـمـقـدار الـمـقـاس فـإنـنـا نـسـمـي الـمـقـدار : & ق = ق ح – ق 0 الـخـطـأ الـمـطـلـق.
الـخـطـأ الـمـطـلـق (& ق): الـخـطـأ الـمـطـلـق فـي الـقـيـاس هـو عـدد جـبـري حـقـيـقـي نـعـبـر عـنـه بـالـفـرق بـيـن الـقـيـمـة الـمـقـاسـة ( الـتـقـريـبـيـة ) ق& والقيمة الـحقـيـقـيـة لـلمقدار : ق ح ، ق& = ق ح- ويـتـمـيـز بـوحـدة الـقـيـاس.
الخـطـأ الـنـسـبـي: هـو الـنـسـبـة بـيـن الـخـطـأ الـمـطـلـق & ق والـقـيـمـة الـحـقـيـقـيـة ق ح
أي ق&/قح وهـو لا يـتـمـيـز بـوحـدة الـقـيـاس.
إن كـلا مـن الـقـيـمـة الـحـقـيـقـيـة والـخـطـأ الـمـطـلـق مـجـهـولان ولـهـذا نـسـتـخـدم الإرتـيـابات.
الـخـطـأ الـمـطـلـق (& ق): الـخـطـأ الـمـطـلـق فـي الـقـيـاس هـو عـدد جـبـري حـقـيـقـي نـعـبـر عـنـه بـالـفـرق بـيـن الـقـيـمـة الـمـقـاسـة ( الـتـقـريـبـيـة ) ق& والقيمة الـحقـيـقـيـة لـلمقدار : ق ح ، ق& = ق ح- ويـتـمـيـز بـوحـدة الـقـيـاس.
الخـطـأ الـنـسـبـي: هـو الـنـسـبـة بـيـن الـخـطـأ الـمـطـلـق & ق والـقـيـمـة الـحـقـيـقـيـة ق ح
أي ق&/قح وهـو لا يـتـمـيـز بـوحـدة الـقـيـاس.
إن كـلا مـن الـقـيـمـة الـحـقـيـقـيـة والـخـطـأ الـمـطـلـق مـجـهـولان ولـهـذا نـسـتـخـدم الإرتـيـابات.
مفهوم القياس الفيزيائي وأنواعه.. البحث عن عدد المرات التي يحتويها مقدار على مقدار آخر من نفس النوع والذي يعتبر كوحدة
أ- تـعـريـف:
الـقـيـاس هـو الـبـحـث عـن عـدد الـمـرات الـتـي يـحـتـويـهـا مـقـدار عـلـى مـقـدار آخـر مـن نـفـس الـنـوع والـذي يـعـتـبـر كـوحـدة يكـون الـمـقـدار قـابـلا لـلـقـيـاس عـنـدمـا نـسـتـطـيـع إيـجـاد الـنـسـبـة بـيـن كـمـيـتـيـن مـنـه أو إيـجـاد تـسـاويـهـمـا أو مـجـمـوعـهـمـا.
ب- نـوعـاً الـقـيـاس:
الـقـيـاس نـوعـان مـبـاشـر و غـيـر مـبـاشـر.
- الـقـيـاس الـمـبـاشـر : ويـجـرى بـأدوات الـقـيـاس ويـقـرأ نـاتـجـة مـبـاشـرة كـقـيـاس شـدة الـتـيـار وفـرق الـكـمـون والـزمـن والـطـول … إلـخ.
- الـقـيـاس غـيـر الـمـبـاشـر: هـو الـذي نـحـصـل عـلـيـه بـالـحـسـاب مـن مـعـرفـة الـعـلاقـة بـيـن عـدة مـقـاديـر بـعـد إجـراء الـقـيـاس الـمـبـاشـر عـلـيـهـا، كـقـيـاس الـمـسـاحـة الـكـتـلـة الـحـجـمـيـة، كـمـيـة الـكـهـربـاء، الـسـرعـة ، الـطـاقـة الـحـركـيـة .... إلـخ.
الـقـيـاس هـو الـبـحـث عـن عـدد الـمـرات الـتـي يـحـتـويـهـا مـقـدار عـلـى مـقـدار آخـر مـن نـفـس الـنـوع والـذي يـعـتـبـر كـوحـدة يكـون الـمـقـدار قـابـلا لـلـقـيـاس عـنـدمـا نـسـتـطـيـع إيـجـاد الـنـسـبـة بـيـن كـمـيـتـيـن مـنـه أو إيـجـاد تـسـاويـهـمـا أو مـجـمـوعـهـمـا.
ب- نـوعـاً الـقـيـاس:
الـقـيـاس نـوعـان مـبـاشـر و غـيـر مـبـاشـر.
- الـقـيـاس الـمـبـاشـر : ويـجـرى بـأدوات الـقـيـاس ويـقـرأ نـاتـجـة مـبـاشـرة كـقـيـاس شـدة الـتـيـار وفـرق الـكـمـون والـزمـن والـطـول … إلـخ.
- الـقـيـاس غـيـر الـمـبـاشـر: هـو الـذي نـحـصـل عـلـيـه بـالـحـسـاب مـن مـعـرفـة الـعـلاقـة بـيـن عـدة مـقـاديـر بـعـد إجـراء الـقـيـاس الـمـبـاشـر عـلـيـهـا، كـقـيـاس الـمـسـاحـة الـكـتـلـة الـحـجـمـيـة، كـمـيـة الـكـهـربـاء، الـسـرعـة ، الـطـاقـة الـحـركـيـة .... إلـخ.
حساب الخطأ في حالة القياس المباشر تبعاً للعلاقة الرياضية المستخدمة أثناء عملية القياس
طريقة حساب الخطأ في القياس غير المباشر تختلف تبعاً للعلاقة الرياضية المستخدمة (جمع، طرح، ضرب، قسمة) أثناء عملية القياس.
|
الجمع
|
الطرح
|
الضرب
|
القسمة
|
|
كقياس حجم كميتين من
سائل وجمع المقدارين
|
كقياس حجم قطعة نقود
بطرح حجم الماء في مخبار مدرج من حجم نفس الماء بعد وضع قطعة النقود في المخبار
|
كقياس مساحة مستطيل
بقياس الطول وقياس العرض وإيجاد حاصل ضربهما
|
كقياس كثافة سائل
بقياس كتلته وحجمه ثم إيجاد حاصل قسمة الكتلة علي الحجم
|
|
الخطأ المطلق = الخطأ
المطلق في القياس الأول + الخطأ المطلق في القياس الثاني
∆x = ∆x1 +
∆x2
|
الخطأ النسبي في
القياس = الخطأ النسبي في القياس الأول + الخطأ النسبي في القياس الثاني
r = r1 + r2
|
||
|
في تجربة معملية لتعيين كمية فيزيائية L التي تتعين من جمع كميتين فيزيائيتين L1, L2 إذا كانت L1=(5.2±0.1)cm , L2=(5.8±0.2)cm
فاحسب قيمة L ؟
الحل
حساب القيمة الحقيقية
ل (L)
L0 = (5.2 + 5.8) =
حساب الخطأ المطلق ∆L
∆L= (0.1+0.2) =0.3 cm
. . L = (11±0.3) cm
|
احسب الخطأ النسبي
والخطأ المطلق في قياس مساحة A مستطيل طوله m(6±0.1 ) وعرضه m(5±0.2).
الحـل
حساب الخطأ النسبي في
قياس الطول
حساب الخطأ النسبي في
قياس العرض
حساب الخطأ النسبي في
قياس المساحة
r =0.017+0.04 =0.057
حساب الخطأ المطلق في
قياس المساحة :-
. . ∆A = r × AO. .
. . ∆A =
(0.057) × (5×6) = 1.7m2
. . مساحة المستطيل هي A =(30±1.7)m2
|
||
أسباب وجود خطأ في القياس.. اختيار أداة قياس غير مناسبة مع وجود عيب فيها. خروج مؤشر الأميتر عن صفر التدريج عند قطع التيار
خطأ القياس:
لا يمكن أن تتم عملية القياس بدقة 100 % ولابد من وجود نسبة ولو بسيطة من الخطأ.
أسباب وجود خطأ في القياس:
1- اختيار أداة قياس غير مناسبة (كاستخدام الميزان المعتاد بدل الميزان الحساس لقياس كتلة خاتم ذهبي).
2- وجود عيب في أداة القياس: مثال عيوب الأميتر:
(أ) أن يكون الجهاز قديماً والمغناطيس بداخله أصبح ضعيفاً.
(ب) خروج مؤشر الأميتر عن صفر التدريج عند قطع التيار).
3- إجراء القياس بطريقة خطأ مثل:
(أ)عدم معرفة استخدام الأجهزة متعددة التدريج مثل الملتيمتر.
(ب) أو النظر إلي المؤشر أو التريج بزاوية بدلآ من أن يكون خط الرؤية عمودياً علي الأداة).
4- عوامل بيئية (درجات حرارة أو الرطوبة أو التيارات الهوائية).
علل: يجب وضع الميزان الحساس داخل صندوق زجاجي .
لآن عند قياس كتلة جسم صغير باستخدامه قد تؤدي التيارات الهوائية إلي حدوث خطأ في عملية القياس.
لا يمكن أن تتم عملية القياس بدقة 100 % ولابد من وجود نسبة ولو بسيطة من الخطأ.
أسباب وجود خطأ في القياس:
1- اختيار أداة قياس غير مناسبة (كاستخدام الميزان المعتاد بدل الميزان الحساس لقياس كتلة خاتم ذهبي).
2- وجود عيب في أداة القياس: مثال عيوب الأميتر:
(أ) أن يكون الجهاز قديماً والمغناطيس بداخله أصبح ضعيفاً.
(ب) خروج مؤشر الأميتر عن صفر التدريج عند قطع التيار).
3- إجراء القياس بطريقة خطأ مثل:
(أ)عدم معرفة استخدام الأجهزة متعددة التدريج مثل الملتيمتر.
(ب) أو النظر إلي المؤشر أو التريج بزاوية بدلآ من أن يكون خط الرؤية عمودياً علي الأداة).
4- عوامل بيئية (درجات حرارة أو الرطوبة أو التيارات الهوائية).
علل: يجب وضع الميزان الحساس داخل صندوق زجاجي .
لآن عند قياس كتلة جسم صغير باستخدامه قد تؤدي التيارات الهوائية إلي حدوث خطأ في عملية القياس.
حساب أبعاد بعض الكميات الفيزيائية.. المساحة. الحجم. الكثافة. القوة. الشغل (الطاقة). القدرة
الكميات
الفيزيائية
|
علاقتها
مع الكميات الأخرى
|
معادلة
الأبعاد
|
وحدة
القياس
|
المساحة A
|
الطول × العرض
|
L × L = L2
|
m 2
|
الحجم VOL
|
الطول × العرض × الارتفاع
|
L × L × L = L3
|
m 3
|
الكثافة ρ
|
الكتلة ÷ الحجم
|
M / L3 = M L-3
|
Kg/m3
|
القوة F
|
الكتلة × العجلة
|
M × LT-2 =
MLT-2
|
Kgm/s2 = N
|
الشغل (الطاقة) (W)
|
القوة x المسافة
|
Kgm2/s2
= N.m = j
|
|
القدرة (P)
|
الشغل ÷ الزمن
|
Kgm2/s3
= N.m/s = j/s = w
|
أهمية استخدام الساعات الذرية.. تدقيق رحلات سفن الفضاء لاكتشاف الكون. تحديد مدة دوران الأرض حول نفسها
أهمية استخدام الساعات الذرية:
1- تتميز بالدقة المتناهية.
2 – دراسة عدد كبير من المسائل الهامة مثل:
(أ) تحديد مدة دوران الأرض حول نفسها (تحديد زمن اليوم).
(ب) مراجعات لتحسين الملاحة الأرضية والجوية.
(ج) تدقيق رحلات سفن الفضاء لاكتشاف الكون.
1- تتميز بالدقة المتناهية.
2 – دراسة عدد كبير من المسائل الهامة مثل:
(أ) تحديد مدة دوران الأرض حول نفسها (تحديد زمن اليوم).
(ب) مراجعات لتحسين الملاحة الأرضية والجوية.
(ج) تدقيق رحلات سفن الفضاء لاكتشاف الكون.
الثانية (معيار الزمن).. استبدال الثانية بثابت ذري وهي الثانية بساعة السيزيوم الذرية
الثانية: (معيار الزمن)
تم تحديدها في العصور القديمة فقد كان الليل والنهار واليوم الوسيلة للحصول على مقياس ثابت وسهل لوحدة الزمن.
اليوم = 24 × 60 × 60 = 86400 ثانية
الثانية: تساوي 1/86400 من اليوم الشمسي المتوسط .
معلومة إضافية:
اتفق العلماء على استبدال الثانية بثابت ذري وهي الثانية بساعة السيزيوم الذرية وهي الفترة الزمنية اللازمة لينبعث من ذرة السيزيوم 133 عدد من الموجات يساوي 9192631700 موجة.
تم تحديدها في العصور القديمة فقد كان الليل والنهار واليوم الوسيلة للحصول على مقياس ثابت وسهل لوحدة الزمن.
اليوم = 24 × 60 × 60 = 86400 ثانية
الثانية: تساوي 1/86400 من اليوم الشمسي المتوسط .
معلومة إضافية:
اتفق العلماء على استبدال الثانية بثابت ذري وهي الثانية بساعة السيزيوم الذرية وهي الفترة الزمنية اللازمة لينبعث من ذرة السيزيوم 133 عدد من الموجات يساوي 9192631700 موجة.
الوحدات المعيارية.. وحدات القياس المتفق عليها عالمياً والمستخدمة في النظام الدولي للوحدات
الوحدات المعيارية: هي وحدات القياس المتفق عليها عالمياً والمستخدمة في النظام الدولي للوحدات.
فتتحدد أي كمية طبيعية بعاملين اثنين هما العدد والوحدة. أي أنه لا يمكن ذكر أعداد أو أرقام مجردة دون تحديد الوحدة التي تقاس بها تلك الكمية.
فتتحدد أي كمية طبيعية بعاملين اثنين هما العدد والوحدة. أي أنه لا يمكن ذكر أعداد أو أرقام مجردة دون تحديد الوحدة التي تقاس بها تلك الكمية.
عملية التجوية.. تكسير وتفتت المواد الصلبة سواء النارية أو الرسوبية أو المتحولة
عملية التجوية Weathering Processes
وهنا يمكن إدراج كل العمليات التي تؤدي بصورة أو بأخرى إلى تكسير وتفتت المواد الصلبة سواء النارية أو الرسوبية أو المتحولة. ثم بعد ذلك يتم أعداد هذه المواد المفتتة لعملية النقل (ثان عمليات التعرية) بواسطة عوامل النقل المختلفة.
وعملية التجوية لها طبيعة كيميائية وإن كانت تبدو في صورها العديدة ميكانيكية النشأة.
وهنا يمكن إدراج كل العمليات التي تؤدي بصورة أو بأخرى إلى تكسير وتفتت المواد الصلبة سواء النارية أو الرسوبية أو المتحولة. ثم بعد ذلك يتم أعداد هذه المواد المفتتة لعملية النقل (ثان عمليات التعرية) بواسطة عوامل النقل المختلفة.
وعملية التجوية لها طبيعة كيميائية وإن كانت تبدو في صورها العديدة ميكانيكية النشأة.
دراسة الجيولوجيا الطبيعية.. تأثير الغلاف الجوي والمائي على القشرة الأرضية مثل الرياح والأمطار والمياه الجارية والبحار والثلاجات
دراسة الجيولوجيا الطبيعية Physical Geology
من الحقائق التي لا جدال فيها أن سطح الأرض يمر دائما بعملية تغيير مستمرة. والصور أو الدلائل علي هذا عديدة فمن تصور لما تحمله قطرات مياه الأمطار من أعلي إلى أسفل إلي تلك الكميات المائلة من فئات الصخور التي تقع من أعالي الجبال. بالإضافة إلي ذلك السيل الذي لا ينضب من الموارد التي تحملها الرياح في المناطق الصحراوية إلي جانب عدد لا يحصي من الأمثلة منها ما تشاهدها وتحس بها مما في حياتنا القصيرة الجل نسبة غلي هذه الأزمنة الجيولوجية أو مما يثبت لدينا من واقع الدراسة الجيولوجيا للتغيرات التي حدثت لتضاريس القشرة الأرضية وأهمها ما يعرف بنظرية تزحزح القارات.
ومن المنطق أن نبدأ حديثنا عن عملية التغير في سطح القشرة الأرضية هذه بمناقشة ما نراه الآن وما نشاهده علي الطبيعة من تحركات للكثبان الرملية والتي تتراكم بفعل الرياح وتكون المصاطب النهرية أو الدلتا نتيجة لما تحمله مياه الأنهار من مواد عالقة كالغرين والطمي والزلازل بما تحدثه من هزات أرضية تؤدي إلي التكسير والتخريب والبراكين بما تحمله من باطن الأرض لتخرجه خلال فوهاتها…….الخ.
أن ما نراه الآن هو صورة من صور عديدة بعضها طويل الأجل يمتد آلاف السنين والبعض الآخر بضع دقائق لبهو ضوء يلقي علي ما حدث في الماضي وأثر في هدم أو بناء سطح القشرة الأرضية. ولهذا فانه يمكن تقسيم العوامل المختلفة التي تؤثر في تغيير سطح القشرة الرضية إلي نوعين:
1- عوامل خارجية External Processes
ويقصد بها تأثير الغلاف الجوي والمائي على القشرة الأرضية مثل الرياح والأمطار والمياه الجارية والبحار والثلاجات... الخ.
2- عوامل داخلية Internal Processes
تشمل عملية تغيير سطح القشرة الأرضية جزأين رئيسيين هما الهدم والبناء.
(1) الهدم Destruction
ويشمل عمليات التفتيت و التكسير والتحلل بحيث يؤدي إلي تحول المواد الصلبة المتماسكة إلي مواد مفككة و مهشمة من السهل علي عوامل النقل المعروفة نقلها من مكانها إلي مكان آخر وتسمي هذه العمليات جميعها بعملية التعرية لسطح الأرض.
(2) البناء Construction
ويشمل عمليات تجميع وترسيب المواد الناتجة من عمليات الهدم والمنقولة إلي أماكن الترسيب.
وإنه لمن المدهش أن نري أن عمليات الهدم تكون في أوج نشاطها في الأماكن المرتفعة عن سطح الأرض وعلي العكس، فان عملية البناء تسعي إلي ملأ الحفرات والمنخفضات والوصول بها إلي سطح الأرض . ومن ثم ، فإن عمليات الهدم والبناء تتضافر في تسوية سطح الأرض طبيعيا.
من الحقائق التي لا جدال فيها أن سطح الأرض يمر دائما بعملية تغيير مستمرة. والصور أو الدلائل علي هذا عديدة فمن تصور لما تحمله قطرات مياه الأمطار من أعلي إلى أسفل إلي تلك الكميات المائلة من فئات الصخور التي تقع من أعالي الجبال. بالإضافة إلي ذلك السيل الذي لا ينضب من الموارد التي تحملها الرياح في المناطق الصحراوية إلي جانب عدد لا يحصي من الأمثلة منها ما تشاهدها وتحس بها مما في حياتنا القصيرة الجل نسبة غلي هذه الأزمنة الجيولوجية أو مما يثبت لدينا من واقع الدراسة الجيولوجيا للتغيرات التي حدثت لتضاريس القشرة الأرضية وأهمها ما يعرف بنظرية تزحزح القارات.
ومن المنطق أن نبدأ حديثنا عن عملية التغير في سطح القشرة الأرضية هذه بمناقشة ما نراه الآن وما نشاهده علي الطبيعة من تحركات للكثبان الرملية والتي تتراكم بفعل الرياح وتكون المصاطب النهرية أو الدلتا نتيجة لما تحمله مياه الأنهار من مواد عالقة كالغرين والطمي والزلازل بما تحدثه من هزات أرضية تؤدي إلي التكسير والتخريب والبراكين بما تحمله من باطن الأرض لتخرجه خلال فوهاتها…….الخ.
أن ما نراه الآن هو صورة من صور عديدة بعضها طويل الأجل يمتد آلاف السنين والبعض الآخر بضع دقائق لبهو ضوء يلقي علي ما حدث في الماضي وأثر في هدم أو بناء سطح القشرة الأرضية. ولهذا فانه يمكن تقسيم العوامل المختلفة التي تؤثر في تغيير سطح القشرة الرضية إلي نوعين:
1- عوامل خارجية External Processes
ويقصد بها تأثير الغلاف الجوي والمائي على القشرة الأرضية مثل الرياح والأمطار والمياه الجارية والبحار والثلاجات... الخ.
2- عوامل داخلية Internal Processes
تشمل عملية تغيير سطح القشرة الأرضية جزأين رئيسيين هما الهدم والبناء.
(1) الهدم Destruction
ويشمل عمليات التفتيت و التكسير والتحلل بحيث يؤدي إلي تحول المواد الصلبة المتماسكة إلي مواد مفككة و مهشمة من السهل علي عوامل النقل المعروفة نقلها من مكانها إلي مكان آخر وتسمي هذه العمليات جميعها بعملية التعرية لسطح الأرض.
(2) البناء Construction
ويشمل عمليات تجميع وترسيب المواد الناتجة من عمليات الهدم والمنقولة إلي أماكن الترسيب.
وإنه لمن المدهش أن نري أن عمليات الهدم تكون في أوج نشاطها في الأماكن المرتفعة عن سطح الأرض وعلي العكس، فان عملية البناء تسعي إلي ملأ الحفرات والمنخفضات والوصول بها إلي سطح الأرض . ومن ثم ، فإن عمليات الهدم والبناء تتضافر في تسوية سطح الأرض طبيعيا.
النواة.. جوف الأرض. نواة صلبة أو لزجة نصف شفافة أو سائلة ذائبة أو في حالة غازية
النواة core
وقد يسمي أحيانا وبصفة عامة جوف الأرض Centrosphere وقد حار العلماء في استنتاج حالة هذا الجزء المركزي للأرض و خصائصه بين كونه نواة صلبة أو لزجة نصف شفافة أو سائلة ذائبة أو في حالة غازية، ولكن أجمعت الآراء على ثقله (حيث يصل وزنه النوعي إلى 10) وشدة حرارته وقوة الضغط عليه.
وبالاستعانة بدراسة موجات الزلازل والمغناطيسية الأرضية ودراسة الشهب والنيازك أمكن استنتاج أن هذا الجزء من الكرة الأرضية يتكون أساسا من الحديد والنيكل وعلى ذلك فقد يسمي (نيفة).
وبحساب بسيط يمكن الاستدلال علي الوزن النوعي لهذا الجزء من الأرض، فقد أمكن للفيزيقيين حساب الوزن النوعي للأرض مقدرا: بأن الأرض تزن ستة آلاف مليون طن تقريبا (5.98 X 1710 جرام) وحيث أن حجم الأرض 1.083 X 2710 سم فان ثقلها النوعي = 5.52 في المتوسط، ومن المعروف أن كثافة القشرة الأرضية تتراوح بين 2.7 - 2.9 للسيال، 2.9 - 3.4 للسيما.
كما أن كثافة الغلاف المائي تزيد بقليل عن واحد، وبعملية حسابية يتضح أن كثافة جوف الأرض كبيرة تتراوح بين 8، 11 ومتوسط هذه الكثافة أكبر بقليل من كثافة الحديد وأقل من كثافة النيكل.
وقد يسمي أحيانا وبصفة عامة جوف الأرض Centrosphere وقد حار العلماء في استنتاج حالة هذا الجزء المركزي للأرض و خصائصه بين كونه نواة صلبة أو لزجة نصف شفافة أو سائلة ذائبة أو في حالة غازية، ولكن أجمعت الآراء على ثقله (حيث يصل وزنه النوعي إلى 10) وشدة حرارته وقوة الضغط عليه.
وبالاستعانة بدراسة موجات الزلازل والمغناطيسية الأرضية ودراسة الشهب والنيازك أمكن استنتاج أن هذا الجزء من الكرة الأرضية يتكون أساسا من الحديد والنيكل وعلى ذلك فقد يسمي (نيفة).
وبحساب بسيط يمكن الاستدلال علي الوزن النوعي لهذا الجزء من الأرض، فقد أمكن للفيزيقيين حساب الوزن النوعي للأرض مقدرا: بأن الأرض تزن ستة آلاف مليون طن تقريبا (5.98 X 1710 جرام) وحيث أن حجم الأرض 1.083 X 2710 سم فان ثقلها النوعي = 5.52 في المتوسط، ومن المعروف أن كثافة القشرة الأرضية تتراوح بين 2.7 - 2.9 للسيال، 2.9 - 3.4 للسيما.
كما أن كثافة الغلاف المائي تزيد بقليل عن واحد، وبعملية حسابية يتضح أن كثافة جوف الأرض كبيرة تتراوح بين 8، 11 ومتوسط هذه الكثافة أكبر بقليل من كثافة الحديد وأقل من كثافة النيكل.
الغلاف الصخري للأرض.. الجزء الصخري الصلب من الأرض والمنطقة المركزية الرخوة
الغلاف الصخري Lithosphere
يشمل هذا الغلاف الجزء الصخري الصلب (وكذلك المنطقة المركزية الرخوة) من الأرض، ويغمر الغلاف المائي ما يقرب من ثلاثة أرباع هذه اليابسة فلا يظهر منها إلا ما يكون القارات فقط.
وقد أدت الدراسات الجيولوجية والطبيعية الي أن اليابسة تتكون من طبقات متركزة Concentric shells تحيط بنواه مركزية Central core أن هذه الطبقات تتكون من مواد مختلفة ويحتمل أن تكون في حالات طبيعية مختلفة.
ويمكن تقسيم الغلاف الصخري إلى:
يشمل هذا الغلاف الجزء الصخري الصلب (وكذلك المنطقة المركزية الرخوة) من الأرض، ويغمر الغلاف المائي ما يقرب من ثلاثة أرباع هذه اليابسة فلا يظهر منها إلا ما يكون القارات فقط.
وقد أدت الدراسات الجيولوجية والطبيعية الي أن اليابسة تتكون من طبقات متركزة Concentric shells تحيط بنواه مركزية Central core أن هذه الطبقات تتكون من مواد مختلفة ويحتمل أن تكون في حالات طبيعية مختلفة.
ويمكن تقسيم الغلاف الصخري إلى:
1- القشرة الأرضية Earth crust.
2- الستار Mantle.
3- النواة core.
الغلاف الجوي.. الجزء الغازي الذي يحيط بالكرة الأرضية ويتكون من ثلاث نطاقات رئيسية: تروبوسفير.ستراتوسفير. أيونوسفير
الغلاف الجوي Atmosphere
هو الجزء الغازي الذي يحيط بالكرة الأرضية إحاطة تامة ويمتد علي الأقل ما يقرب من 250 ميلا من سطح الأرض، ونسبة وزنه إلى وزن الأرض تعادل 200,000: 1 وتقل كثافة هذا الغلاف الغازي كلما ابتعدنا عن سطح الأرض، ويبلغ متوسط ضغطه عن سطح البحر ما يعادل 14,7 رطل علي البوصة المربعة =(76 سم / زئبق). ويتكون هذا الغلاف من خليط من النيتروجين والأكسجين بنسبة 1:4 تقريبا (79,4 : 20,6 ٪)، وهذا بالإضافة إلى كميات صغيرة من الأرجون والأمونيا وغازات كبريتية وبخار الماء ثاني أكسيد الكربون بجانب بعض الأبخرة الأخرى والأتربة البركانية. وقد أمكن التعرف على ثلاث نطاقات رئيسية في الغلاف الجوي هي، من أسفل إلى أعلى:
1- تروبوسفير Troposphere.
2- ستراتوسفير Stratosphere.
3- أيونوسفير Ionosphere.
وذلك علي أساس نوع ونسبة الغازات السائدة ، واتجاه حركة هذه الغازات ، ومتوسط درجة الحرارة ومعدل تغيرها في كل من هذه النطاقات.
ومن المعتقد أن تركيب الغلاف الجوي كان مختلفا في العصور الجيولوجية القديمة عن تركيبه الحالي وخاصة في نسبة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ويمكن الاستدلال علي هذا الاختلاف في التركيب من النسبة العالية لعنصر الأكسجين الداخل في تكوين صخور القشرة الأرضية وكذلك من كمية الرواسب الفحمية التي تكونت من الغابات الكثيفة التي كانت منتشرة في تلك الأزمنة الغابرة في كثير من أنحاء الأرض.
ولهذا الغلاف الحيوي أهميته الجيولوجية من حيث نشاطه الكيميائي والطبيعي الذي يؤثر تأثيرا فعالا علي سطح الأرض، إذ يؤكد الأكسجين المعادن والصخور التي تكون القشرة الأرضية مكونا بذلك مواد جديدة ، كما أن ثاني أكسيد الكربون القابل للذوبان في الماء يكسبه قدرة ظاهرة علي إذابة بعض الصخور وخاصة الجبرية منها .أما عن النشاط الطبيعي لهذا الغلاف فيكفي التنويه إلى عمل الرياح الذي يساعد في تفتيت صخور القـشرة الأرضية وكذلك حملها ونقلها من مكان لآخر.
ويمكن تلخيص العمل الجيولوجي لهذا الغلاف الجوي في أنه عمل هدام للسطح الخارجي للقشرة الأرضية في وقت نشاطه في مكان ما في حين أنه عمل بنائي في نفس الوقت في مكان آخر.
هو الجزء الغازي الذي يحيط بالكرة الأرضية إحاطة تامة ويمتد علي الأقل ما يقرب من 250 ميلا من سطح الأرض، ونسبة وزنه إلى وزن الأرض تعادل 200,000: 1 وتقل كثافة هذا الغلاف الغازي كلما ابتعدنا عن سطح الأرض، ويبلغ متوسط ضغطه عن سطح البحر ما يعادل 14,7 رطل علي البوصة المربعة =(76 سم / زئبق). ويتكون هذا الغلاف من خليط من النيتروجين والأكسجين بنسبة 1:4 تقريبا (79,4 : 20,6 ٪)، وهذا بالإضافة إلى كميات صغيرة من الأرجون والأمونيا وغازات كبريتية وبخار الماء ثاني أكسيد الكربون بجانب بعض الأبخرة الأخرى والأتربة البركانية. وقد أمكن التعرف على ثلاث نطاقات رئيسية في الغلاف الجوي هي، من أسفل إلى أعلى:
1- تروبوسفير Troposphere.
2- ستراتوسفير Stratosphere.
3- أيونوسفير Ionosphere.
وذلك علي أساس نوع ونسبة الغازات السائدة ، واتجاه حركة هذه الغازات ، ومتوسط درجة الحرارة ومعدل تغيرها في كل من هذه النطاقات.
ومن المعتقد أن تركيب الغلاف الجوي كان مختلفا في العصور الجيولوجية القديمة عن تركيبه الحالي وخاصة في نسبة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ويمكن الاستدلال علي هذا الاختلاف في التركيب من النسبة العالية لعنصر الأكسجين الداخل في تكوين صخور القشرة الأرضية وكذلك من كمية الرواسب الفحمية التي تكونت من الغابات الكثيفة التي كانت منتشرة في تلك الأزمنة الغابرة في كثير من أنحاء الأرض.
ولهذا الغلاف الحيوي أهميته الجيولوجية من حيث نشاطه الكيميائي والطبيعي الذي يؤثر تأثيرا فعالا علي سطح الأرض، إذ يؤكد الأكسجين المعادن والصخور التي تكون القشرة الأرضية مكونا بذلك مواد جديدة ، كما أن ثاني أكسيد الكربون القابل للذوبان في الماء يكسبه قدرة ظاهرة علي إذابة بعض الصخور وخاصة الجبرية منها .أما عن النشاط الطبيعي لهذا الغلاف فيكفي التنويه إلى عمل الرياح الذي يساعد في تفتيت صخور القـشرة الأرضية وكذلك حملها ونقلها من مكان لآخر.
ويمكن تلخيص العمل الجيولوجي لهذا الغلاف الجوي في أنه عمل هدام للسطح الخارجي للقشرة الأرضية في وقت نشاطه في مكان ما في حين أنه عمل بنائي في نفس الوقت في مكان آخر.
أهمية دراسة الجيولوجيا من الناحية الزراعية.. تقدير كمية المياه الجوفية المتاحة علي أساس حساب الميزان المائي للأحواض المائية
من الناحية العلمية.. استطاع علم الجيولوجيا أن يضئ لنا طريق البحث في تاريخ الأرض ونشأتها وتكوينها، وما ظهر عليها من تغيرات أدت إلى بناء قاراتها وجبالها، وتطور الكائنات الحية التي سكنت سطحها.
ومن الناحية التطبيقية الاقتصادية فان الجيولوجيا ما كان لها أن تتقدم كعلم يخطو خطواته الواسعة، لولا العامل الاقتصادي، لأن مدنيتنا الحديثة التي قامت علي العلم والصناعة قد ضاعفت كثيرا من قيمة المعادن والصخور المكونة للقشرة الأرضية.
كما يمكن دراسة أهميه الجيولوجيا من الناحية الزراعية من خلال دراسة مصادر المياه الجوفية في محافظة شمال سيناء كأحد مصادر المياه الأروائية المحلية. وقد أوضحت دراسة دياب (1988)، بأنه توجد المياه الجوفية في خمس وحدات جيولوجية مميزة هي:
1- ترسيبات الرمل والحصي من العصر الرباعي (مستودع صخور الحقب أو الزمن الرابع) حيث يبلغ عدد الآبار التي تستمد مياهها من هذا المستودع بحوالي 204 بئر أهلي وحكومي في شمال سيناء.
2- طبقات الحجر الجيري من العصر الايوسين حيث تتواجد بعض العيون التي تستمد مياهها من هذه الطبقات مثل عين الجديرات.
3- صخور العصر الكريتاوي الأوسط وهي تبشر بإمكانات مستقبلية للمياه الصالحة خاصة في مناطق وسط سيناء .
4- صخور العصر الكريتاوي السفلي حيث تحوي صخور الحجر الرملي النوبي مياه جوفية ذات نوعية صالحة للاستخدام في غالبية مناطق وسط سيناء.
5- صخور العصر البوراسي، وهي توجد في وسط سيناء في صورة أحجار رملية متداخل فيها طبقات من الطفلة مكونة وحدة من وحدات الحجر الرملي النوبي الحامل للمياه الجوفية الصالحة للاستخدام.
ويتضح مما سبق ذكره، أن مستودع صخور الحقب الرابع هو المصدر الرئيسي للمياه الجوفية في منطقة العريش والساحل الشمالي الشرقي في سيناء حيث أن معدل الإنتاج الآبار فيها مرتفع . بالإضافة إلى أن نوعية المياه الجوفية التي يحويها هذا المستودع تعتبر ذات ملوحة مقبولة وتكاليف إنشاء الآبار منخفضة وذلك نظرا لارتفاع مستوي المياه الجوفية في هذه المنطقة.
كما أوضحت نتائج الدراسة السابقة، أن مصدر تغذية الخزان الجوفي في منطقة شمال سيناء هو التسرب الرأسي لمياه تكوين الحجر النوبي الرملي الحامل للمياه الجوفية خلال فالق لحقن جنوب مدينة العريش، والتسرب الأفقي المحتمل من تكوينات العصرين الكريتاوي والأيوسيني بمناطق شرق البحر المتوسط حيث الأمطار والعواصف المطيرة بحوض وادي العريش وكذلك أحواض الوديان بالمنطقة ، وسلاسل جبال وسط وشمال سيناء. وأن احتمال تغذية مستودع الحقب الرابع عن طريق المياه المدفوعة من مستودع الحجر الرملي النوبي أمر قام.
ومن خلال دراسة كل من مصادر المياه الجوفية تغذية الخزان الجوفي، يمكن تقدير كمية المياه الجوفية المتاحة وذلك علي أساس حساب الميزان المائي للأحواض المائية.
ومن الناحية التطبيقية الاقتصادية فان الجيولوجيا ما كان لها أن تتقدم كعلم يخطو خطواته الواسعة، لولا العامل الاقتصادي، لأن مدنيتنا الحديثة التي قامت علي العلم والصناعة قد ضاعفت كثيرا من قيمة المعادن والصخور المكونة للقشرة الأرضية.
كما يمكن دراسة أهميه الجيولوجيا من الناحية الزراعية من خلال دراسة مصادر المياه الجوفية في محافظة شمال سيناء كأحد مصادر المياه الأروائية المحلية. وقد أوضحت دراسة دياب (1988)، بأنه توجد المياه الجوفية في خمس وحدات جيولوجية مميزة هي:
1- ترسيبات الرمل والحصي من العصر الرباعي (مستودع صخور الحقب أو الزمن الرابع) حيث يبلغ عدد الآبار التي تستمد مياهها من هذا المستودع بحوالي 204 بئر أهلي وحكومي في شمال سيناء.
2- طبقات الحجر الجيري من العصر الايوسين حيث تتواجد بعض العيون التي تستمد مياهها من هذه الطبقات مثل عين الجديرات.
3- صخور العصر الكريتاوي الأوسط وهي تبشر بإمكانات مستقبلية للمياه الصالحة خاصة في مناطق وسط سيناء .
4- صخور العصر الكريتاوي السفلي حيث تحوي صخور الحجر الرملي النوبي مياه جوفية ذات نوعية صالحة للاستخدام في غالبية مناطق وسط سيناء.
5- صخور العصر البوراسي، وهي توجد في وسط سيناء في صورة أحجار رملية متداخل فيها طبقات من الطفلة مكونة وحدة من وحدات الحجر الرملي النوبي الحامل للمياه الجوفية الصالحة للاستخدام.
ويتضح مما سبق ذكره، أن مستودع صخور الحقب الرابع هو المصدر الرئيسي للمياه الجوفية في منطقة العريش والساحل الشمالي الشرقي في سيناء حيث أن معدل الإنتاج الآبار فيها مرتفع . بالإضافة إلى أن نوعية المياه الجوفية التي يحويها هذا المستودع تعتبر ذات ملوحة مقبولة وتكاليف إنشاء الآبار منخفضة وذلك نظرا لارتفاع مستوي المياه الجوفية في هذه المنطقة.
كما أوضحت نتائج الدراسة السابقة، أن مصدر تغذية الخزان الجوفي في منطقة شمال سيناء هو التسرب الرأسي لمياه تكوين الحجر النوبي الرملي الحامل للمياه الجوفية خلال فالق لحقن جنوب مدينة العريش، والتسرب الأفقي المحتمل من تكوينات العصرين الكريتاوي والأيوسيني بمناطق شرق البحر المتوسط حيث الأمطار والعواصف المطيرة بحوض وادي العريش وكذلك أحواض الوديان بالمنطقة ، وسلاسل جبال وسط وشمال سيناء. وأن احتمال تغذية مستودع الحقب الرابع عن طريق المياه المدفوعة من مستودع الحجر الرملي النوبي أمر قام.
ومن خلال دراسة كل من مصادر المياه الجوفية تغذية الخزان الجوفي، يمكن تقدير كمية المياه الجوفية المتاحة وذلك علي أساس حساب الميزان المائي للأحواض المائية.
الجيولوجيا الاقتصادية.. دراسة الرواسب المعدنية ذات القيمة الاقتصادية مثل القصدير والرصاص والنحاس والذهب، ومعرفة أماكن وجودها
الجيولوجيا الاقتصادية Economic geology
وتشمل دراسة الرواسب المعدنية ذات القيمة الاقتصادية مثل القصدير والرصاص والنحاس والذهب، ومعرفة أماكن وجودها.
كما تشمل دراسة أحجار البناء والزخرفة كالرخام والجرانيت، بالإضافة إلى التطبيق العملي للجيولوجيا في خدمة الإنسان ولخيره مثل البحث عن مصادر المياه الأرضية والبحث عن البترول واستخراجه، دراسة التربة، تطبيق الأسس الجيولوجية عند إقامة المشروعات الهندسية مثل بناء المدن وتشييد الخزانات والسدود والطرق.
وتشمل دراسة الرواسب المعدنية ذات القيمة الاقتصادية مثل القصدير والرصاص والنحاس والذهب، ومعرفة أماكن وجودها.
كما تشمل دراسة أحجار البناء والزخرفة كالرخام والجرانيت، بالإضافة إلى التطبيق العملي للجيولوجيا في خدمة الإنسان ولخيره مثل البحث عن مصادر المياه الأرضية والبحث عن البترول واستخراجه، دراسة التربة، تطبيق الأسس الجيولوجية عند إقامة المشروعات الهندسية مثل بناء المدن وتشييد الخزانات والسدود والطرق.
الجيولوجيا التركيبية.. دراسة بناء الكتل الصخرية وتصدع القشرة الأرضية وتشققها والتواء طبقات صخورها
الجيولوجيا التركيبية Structural geology
تختص الجيولوجيا التركيبية بدراسة بناء الكتل الصخرية، تهتم بصفة خاصة بدراسة تصدع القشرة الأرضية وتشققها والتواء طبقات صخورها نتيجة القوي التي تتعرض لها من ضغط وشد.
تختص الجيولوجيا التركيبية بدراسة بناء الكتل الصخرية، تهتم بصفة خاصة بدراسة تصدع القشرة الأرضية وتشققها والتواء طبقات صخورها نتيجة القوي التي تتعرض لها من ضغط وشد.
علم الصخور.. دراسة تركيب الصخور وكيفية تكوينها والمواد التي تنتج من تفتيتها وتحليلها
علم الصخور Petrology
يدرس علم الصخور تركيب الصخور وكيفية تكوينها، والمواد التي تنتج من تفتيتها وتحليلها والتغيرات التي تطرأ عليها، والعوامل التي تؤثر فيها.
يدرس علم الصخور تركيب الصخور وكيفية تكوينها، والمواد التي تنتج من تفتيتها وتحليلها والتغيرات التي تطرأ عليها، والعوامل التي تؤثر فيها.
أوليّات عمر بن الخطاب.. أول من جهر بالإسلام. عمل بالتاريخ الهجري. جمع الناس على صلاة القيام. جمع القرآن الكريم في المصحف. منع الصدقات عن المؤلفة قلوبهم
عمر بن الخطاب هو أول من:
1- جـهـر بـالإسـلام.
2- هـاجـر جـهـــراً.
3- عمل بالتاريخ الهجري.
4- مصر الأمصار.
5- أوقـف وقـفـاً في سبيل الله.
6- دون الـدواويــن.
7- جمع الناس على صلاة القيام.
8- درأ الحد بالضرورة.
9- استقضى القضاة في الأمصار.
10- ضرب في الخمر ثمانين جلدة.
11- أوقف تقسيم الأرض المفتوحة.
12- جمع القرآن الكريم في المصحف.
13- اجـتهد في تفصيل ما لم يرد فيه نص.
14- مـنع الـصدقات عـن المؤلـفة قـلـوبهـم.
15- أمضى طلاق الـثلاث بكـلمـة واحـــدة.
16- عس في المدينة وحمل الدرة وأدب بها.
وهكذا نجد عمر بن الخطاب رضي الله عنه قد جمع المجد من أطرافه، فكان ملء السمع والبصر في حياته، وملء صفحات التاريخ بعد مماته، وهو الذي قال عنه النبي (ص) (لم أر عبقرياً يفري فريه) أي يعمل عمله.
رضي الله عنه وأرضاه بقدر ما قدم للإسلام والمسلمين، وأجزل له المثوبة بقدر ما اجتهد فأصاب أو أخطأ.
1- جـهـر بـالإسـلام.
2- هـاجـر جـهـــراً.
3- عمل بالتاريخ الهجري.
4- مصر الأمصار.
5- أوقـف وقـفـاً في سبيل الله.
6- دون الـدواويــن.
7- جمع الناس على صلاة القيام.
8- درأ الحد بالضرورة.
9- استقضى القضاة في الأمصار.
10- ضرب في الخمر ثمانين جلدة.
11- أوقف تقسيم الأرض المفتوحة.
12- جمع القرآن الكريم في المصحف.
13- اجـتهد في تفصيل ما لم يرد فيه نص.
14- مـنع الـصدقات عـن المؤلـفة قـلـوبهـم.
15- أمضى طلاق الـثلاث بكـلمـة واحـــدة.
16- عس في المدينة وحمل الدرة وأدب بها.
وهكذا نجد عمر بن الخطاب رضي الله عنه قد جمع المجد من أطرافه، فكان ملء السمع والبصر في حياته، وملء صفحات التاريخ بعد مماته، وهو الذي قال عنه النبي (ص) (لم أر عبقرياً يفري فريه) أي يعمل عمله.
رضي الله عنه وأرضاه بقدر ما قدم للإسلام والمسلمين، وأجزل له المثوبة بقدر ما اجتهد فأصاب أو أخطأ.
المكانة الاجتماعية والقيادية لعمر بن الخطاب.. يا محمد لقد استبشر أهل السماء بإسلام عمر
عمر بن الخطاب رجل مهيب في قومه ذو رأي سديد، وشجاعة نادرة، ومواقف صعبة، يهابه الأعداء ثم الأصدقاء (وكانت له السفارة في الجاهلية، فكانت قريش إذا وقعت الحرب بينهم أو بينهم وبين غيرهم بعثوه سفيراً، وإذا ناخرهم مناخر أو فاخرهم بعثوه مناخراً ومفاخراً).
(ولما أسلم عمر بن الخطاب رضي الله عنه نزل جبريل فقال: يا محمد لقد استبشر أهل السماء بإسلام عمر).
وبعد إسلامه نادى بالإسلام جهراً، وكان من المهاجرين الأولين، وشهد كل المشاهد مع النبي (ص)، بقوة وثبات، وكان له رأي سديد في غزوة بدر وموقف شهير في غزوة الحديبية، وذلك عندما وافق النبي صلى الله عليه وسلم على شروط أهل مكة المفضية للصلح معهم، "وتسمى في كتب السيرة بشروط صلح الحديبية" والتي تنص على:
1- أن يعود المسلمون إلى المدينة دون عمرة.
2- أن يوقف الحرب بين الطرفين لعشرة أعوام.
3- أن يرد المسلمون من أسلم من قريش خلال هذه الفترة، ولا يقبلوا إسلامه، دون التزام أهل مكة برد من جاءهم مرتداً من المسلمين.
4- ألا يعتدي أحد الطرفين على أي قبيلة متحالفة مع الطرف الآخر.
فبرز عمر رضي الله عنه أمام رسول الله صلى الله عليه وسلم ثم قال: أو ليسو بالمشركين؟- أي أهل مكة -
قال صلى الله عليه وسلم: بلى.
قال عمر: ألسنا بالمؤمنين ؟
قال صلى الله عليه وسلم: بلى.
قال عمر: فعلاما نعطى الدنيّة في ديننا؟
قال صلى الله عليه وسلم: أنا عبد الله ورسوله فلن أخالف أمره ولن يضيعني.
فانقاد عمر رضي الله عنه عند ذلك للأمر وسكن.
علماً بأن هذا الأمر الذي خاض فيه عمر رضي الله عنه كان يخالج نفوس كثير من الصحابة الحاضرين للواقعة حينذاك دون أن يعربوا عنه.
وقد نزل القرآن مؤكداً لسلامة رأي عمر بن الخطاب في أكثر من الموطن، وأعز الله به الإسلام، وسماه النبي (ص) عبقرياً ومحدثاً وفاروقاً، وتفانى رضي الله عنه في خدمة الإسلام قبل وبعد خلافته، (قال عبد الله بن مسعود رضي الله عنه: كان إسلام عمر فتحاً، وكانت هجرته نصراً، وكانت إمارته رحمة، لقد رأيتنا وما نستطيع أن نصلي بالبيت حتى أسلم عمر، فلما أسلم عمر قاتلهم حتى تركونا فصلينا).
وهكذا ضرب عمر بن الخطاب رضي الله عنه رقماً قياسياً في عزة الإسلام ونصرته، وأظهر قدراً من الإخلاص والجد والاجتهاد في سبيل الحق، قلً أن تجد لها مثيلاً في تاريخ الكسب البشري والمجاهدات الإنسانية، وذلك بفضل شخصيته القيادية، ومكانته الاجتماعية، وجرأته في الحق، ومجاهداته في سبيله، (قال ابن مسعود رضي الله عنه: ما زلنا أعزة منذ أسلم عمر)، ولما حضرت أبو بكر رضي الله عنه الوفاة استخلف عمر، فقيل له: ماذا قائل لربك ؟ قال: أقول استخلفت عليهم خيرهم.
(ولما أسلم عمر بن الخطاب رضي الله عنه نزل جبريل فقال: يا محمد لقد استبشر أهل السماء بإسلام عمر).
وبعد إسلامه نادى بالإسلام جهراً، وكان من المهاجرين الأولين، وشهد كل المشاهد مع النبي (ص)، بقوة وثبات، وكان له رأي سديد في غزوة بدر وموقف شهير في غزوة الحديبية، وذلك عندما وافق النبي صلى الله عليه وسلم على شروط أهل مكة المفضية للصلح معهم، "وتسمى في كتب السيرة بشروط صلح الحديبية" والتي تنص على:
1- أن يعود المسلمون إلى المدينة دون عمرة.
2- أن يوقف الحرب بين الطرفين لعشرة أعوام.
3- أن يرد المسلمون من أسلم من قريش خلال هذه الفترة، ولا يقبلوا إسلامه، دون التزام أهل مكة برد من جاءهم مرتداً من المسلمين.
4- ألا يعتدي أحد الطرفين على أي قبيلة متحالفة مع الطرف الآخر.
فبرز عمر رضي الله عنه أمام رسول الله صلى الله عليه وسلم ثم قال: أو ليسو بالمشركين؟- أي أهل مكة -
قال صلى الله عليه وسلم: بلى.
قال عمر: ألسنا بالمؤمنين ؟
قال صلى الله عليه وسلم: بلى.
قال عمر: فعلاما نعطى الدنيّة في ديننا؟
قال صلى الله عليه وسلم: أنا عبد الله ورسوله فلن أخالف أمره ولن يضيعني.
فانقاد عمر رضي الله عنه عند ذلك للأمر وسكن.
علماً بأن هذا الأمر الذي خاض فيه عمر رضي الله عنه كان يخالج نفوس كثير من الصحابة الحاضرين للواقعة حينذاك دون أن يعربوا عنه.
وقد نزل القرآن مؤكداً لسلامة رأي عمر بن الخطاب في أكثر من الموطن، وأعز الله به الإسلام، وسماه النبي (ص) عبقرياً ومحدثاً وفاروقاً، وتفانى رضي الله عنه في خدمة الإسلام قبل وبعد خلافته، (قال عبد الله بن مسعود رضي الله عنه: كان إسلام عمر فتحاً، وكانت هجرته نصراً، وكانت إمارته رحمة، لقد رأيتنا وما نستطيع أن نصلي بالبيت حتى أسلم عمر، فلما أسلم عمر قاتلهم حتى تركونا فصلينا).
وهكذا ضرب عمر بن الخطاب رضي الله عنه رقماً قياسياً في عزة الإسلام ونصرته، وأظهر قدراً من الإخلاص والجد والاجتهاد في سبيل الحق، قلً أن تجد لها مثيلاً في تاريخ الكسب البشري والمجاهدات الإنسانية، وذلك بفضل شخصيته القيادية، ومكانته الاجتماعية، وجرأته في الحق، ومجاهداته في سبيله، (قال ابن مسعود رضي الله عنه: ما زلنا أعزة منذ أسلم عمر)، ولما حضرت أبو بكر رضي الله عنه الوفاة استخلف عمر، فقيل له: ماذا قائل لربك ؟ قال: أقول استخلفت عليهم خيرهم.
الاشتراك في:
الرسائل (Atom)
