مواضيع

1

أسس هندسة كهربائية و الكترونية / ارجووووكم مساعدة

« في: نوفمبر 16, 2004, 04:26:39 مساءاً »

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته اخواني ارجووكم طلب في مسابقة عندي بعد شهر كل ولد يسويله تجربه فانا شاركت وقلت اسوي سفينة صغيرة ما نفع دايما اعملها فقلت مالي غير اخواني اعضاء هذا المنتدى الكريم يساعدوني ارجوووكم ساعدوني انا بصف ثالث اعداادي بليييييز '>

2

منتدى علم الفيزياء العام / الدارة الكهربائية المتضائلة بشكل لا يصدق

« في: أكتوبر 13, 2004, 04:24:24 مساءاً »

بنى الباحثون ترانزستورات نانوية و أسلاكاً نانوية ، و هم لا يحتاجون حالياً إلا إلى إيجاد طريقة لجمعهما معاً
هل نحتاج حقاً إلى الاستمرار في صنع دارات أصغر ؟ يبدو أن نمنمة الالكترونيات الميكروية السليكونية ماضية قدماً على نحوٍ يندر معه أن يخطر على بالنا ذلك السؤال ـإلا ربما عندما نشتري حاسوباً جديداً ،إذ ما إن نفعل ذلك حتى نجد أنه صار طرازاً عتيقاً قبل أن نغادر المتجر .يحتوي المعالج الميكروي الحديث على أكثر من 40 مليون ترانزستور ، و قد يحتوي على 5 بلايين منها قبل عام 2015. إلا أن هذا التسارع المثير نحو الأمام سوف يواجه خلال العقدين القادمين قيوداً علمية و تقنية و اقتصادية .و قد تكون ردة الفعل الأولى نحو ذلك أن نتساءل : ما المشكلة في هذا ؟ أليست الخمسة بلايين ترانزستور كافية ؟

و كما توحي الكلمة ،فإن الإلكترونيات المكروية  microelectronics تتضمن مكونات تقاس أبعادها بالمكرون الواحد تقريبا ً( على الرغم من أنها تقلصت مؤخراً إلى حجم يقاس بمئة نانومتر ). لكن المضي إلى ما بعد الإلكترونيات المكروية يعني أكثر من مجرد تقليص المكونات بعامل 10 إلى 1000 .و هو يتضمن أيضاً تغيراً أساسياً في الطريقة التي نفكر بها في جمع الأشياء كلها معاً.

إن كلاً من الإلكترونيات المكروية و الإلكترونيات النانوية nanoelectronics تستلزم ثلاثة مستويات من التنظيم . ذلك أن لبنة البناء الأساسية هي عادة الترانزستور أو مكافئه النانوي ـو هو مبدال  switch يستطيع فصل التيار و وصله؛إضافة إلى تضخيم الإشارات .ففي الإلكترونيات المكروية ، تصنع الترانزستورات من قطع شبه موصلة ـ و هي مادة ،مثل السليكون غير النقي يمكن تطويعها للقفز بين حالتي التوصيل و عدم التوصيل .أما في الإلكترونيات النانوية ،فيمكن أن تكون الترانزستورات  جزيئات عضوية أو بنى غير عضوية شديدة الضآلة .

و المستوى الآخر من التنظيم هو  الوصلات البينية ـ أي الأسلاك التي تصل الترانزستورات معاً من أجل القيام بعمليات حسابية أو منطقية .ففي الإلكترونيات المكروية ، تكون الأسلاك عبارة عن وصلات معدنية مرسَّبة على السيليكون ، و يتراوح عرضها عادة بين مئات النانومترات حتى  عشرات الميكرومترات . أما في الإلكترونيات النانوية ، فهي أنابيب نانوية أو أسلاك أخرى يقارب عرضها نانومتراً واحداً.

و في المستوى الأعلى ، يوجد ما يسميه المهندسون (البنية)architecture ـ أي الطريقة الشاملة التي بموجبها توصل الترانزستورات معاً على نحو يمكن معه زرع الدارة في حاسوب أو نظام آخر بحيث تعمل بشكل مستقل عن تفاصيل المستوى الأدنى .و لم يتوصل باحثو الإلكترونيات النانوية تماماً إلى نقطة اختبار البنى المختلفة، لكننا نعرف القدرات التي سوف يستطيعون استغلالها و نقاط الضعف التي ينبغي لهم التغلب عليها .

* آلات تصغير
كان استخدام الجزيئات في الأدوات الإلكترونية قد اقترح قبل ما يزيد على ربع قرن فقد اقترح أنه بترتيب البنى الذرية للجزيئات العضوية حسب الطلب ، يجب أن يكون من الممكن تركيب أداة تشبه الترانزستور . و خلال عام 2000 تبين أن الآلاف من الجزيئات المتجمعة معاً تستطيع حمل الإلكترونات من إلكترود (مسرى) معدني إلى آخر .و يبلغ عرض كل جزيء نحو 0.5 نانومتر ، و يبلغ طوله نانومتراً واحداً أو أكثر.و قد بينت فرق البحث أن تجمعات الجزيئات تستطيع العمل كمبدال وصل ـ فصل،و يمكنها بالتالي أن تكون قابلة للاستخدام في ذاكرة الحاسوب.فإن كانت في وضعية الوصل ، بقيت فيها نحو عشر دقائق.ربما لا يبدو ذلك زمناً طويلاً ، لكن ذاكرة الحاسوب تفقد معلوماتها آنياً عادة لدى إيقاف تشغيل الحاسوب ؛و حتى عندما يكون الحاسوب في حالة التشغيل ، فإن المعلومات المخزنة فيها تتسرب ، ولذلك يجب إنعاشها كل ( 0.1) ثانية تقريباً .



يمكن أن تكون هناك تطبيقات مفيدة للتجهيزات النانوية . فعلى سبيل المثال ،استخدمت الأنابيب النانوية الكربونية شبه الموصلة من قبل مجموعة [في جامعة ستانفورد] من أجل كشف جزيئات الغاز ،و استخدم [من جامعة هارفارد] الأسلاك النانوية شبه الموصلة مكاشيف فائقة الحساسية لطيف واسع من المركبات البيولوجية . كما قام الباحثون في جامعة هارفارد بتحويل ترانزستورات المفعول الحقلي ، المصنوعة من أسلاك نانوية ،  إلى محسات  ( sensors ) ، و ذلك بتعديل سطوحها بمستقبلات جزيئية. إن لهذه التقانة المقدرة على كشف جزيئات مفردة باستخدام مقياس جهد كهربائي عادي .كما أن الحجم الصغير للأسلاك النانوية و حساسيتها يجعلان من الممكن أيضاً تجميع محسّات فائقة المقدرة تستطيع ، على سبيل المثال ،سَلسَلة الجينوم البشري برمته على شيبة واحدة ، أو أن توظَََََََّف في أدوات طبية تستخدم الحد الأدنى من الوسائل الباضعة ( minimally invasive ) ( و هي وسائل تشخيصية أو علاجية تعتمد الحد الأدنى من السبل الجراحية أو الأدوات الجارحة ) . و في المستقبل الأقرب ، قد نرى أدوات هجينة ميكروية ـ نانوية ، أي سيليكون مع لب نانوي  ،ربما ذاكرة حاسوبية عالية الكثافة تستطيع حفظ محتوياتها إلى الأبد .

و على الرغم من أن هناك عملاًً هائلاً يجب إنجازه قبل أن تشق الإلكترونيات النانوية طريقها إلى الحواسيب ، فإن هذا الهدف يبدو الآن أقل ضبابية مما كان قبل نحو عام . فمع اكتسابنا الثقة ، سوف نتعلم ليس نمنمة الإلكترونيات المكروية الرقمية فحسب ، بل الذهاب أيضاً إلى حيث لم تذهب دارة رقمية من قبل . فالتجهيزات النانوية التي تبدي الظاهرة الكمومية ، على سبيل المثال ، يمكن أن تستغل في التعمية الكمومية و الحساب الكمومي . إن غنى العالم النانوي سوف يغير عالم الأشياء الكبيرة .

3

منتدى علم الفيزياء العام / الموصلات العجيبة عديمة المقاومة

« في: أكتوبر 13, 2004, 04:17:00 مساءاً »

بدأت الموصلات الفائقة العاملة عند درجات الحرارة العالية تجد لنفسها استخدامات في عالم الواقع

على مدى عدة أشهر في سنة 1987 ، بدا كما لو أن العالم على وشك أن يتغير .فالقطارات يمكن أن تطير على وسائد مغنطيسية ، و الحواسيب ستكون أسرع ، و الطاقة الكهربائية أرخص ، و الماسحات الطبية medical scanners ستنتشر في مكاتب الأطباء ، وغير ذلك كثير .

 و السبب وراء هذه التفاؤلات كان اكتشاف نوع جديد من الموصلات الفائقة من قبل باحثين في الشركة IBM بزوريخ . و هذا النوع من الموصلات هو مادة تكاد تكون أعجوبة ، إذ توصل الكهرباء دون أي فقد في الطاقة .كانت الموصلات الفائقة موجودة منذ عام 1911 ، لكن جميع الأنواع المعروفة كانت تعمل عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق ، مما جعلها عديمة الجدوى لجميع التطبيقات ما عدا تلك البالغة التخصص .

أدى هذا الاكتشاف إلى مجموعة من الموصلات الفائقة الأكسيدية تعمل عند درجة حرارة أعلى كثيراً من درجة حرارة النتروجين السائل . فالنتروجين السائل يغلي عند درجة الحرارة 77 كلفن ، مما يجعل إنتاجه أرخص كثيراً و التعامل معه أسهل كثيراً من الهليوم السائل الذي يبرّد الموصلات الفائقة المعتادة .و حاليّاً ، بعد أكثر من عقد من اكتشافهم ، هاهم يدخلون سوقين أكثر قرباً للمستهلكين ، هما خطوط  نقل الطاقة و الاتصالات اللاسلكية .

تكمن العقبة الكبرى في تصنيع الكبلات التجارية الفائقة الموصلية التي تعمل عند درحات الحرارة العالية في أن المواد خزفية (سيراميكية ) ، و لذلك فهي هشة جداً .و في عام 1987 أدرك خبير المعادن [من معهد ماساتشوستس للتقانة ] أنه مثلما يمكن بسهولة سحب الزجاج القابل للكسر للحصول على خيوط رفيعة لصنع ألياف بصرية مرنة ، فإن الشيء نفسه يمكن عمله بالنسبة إلى الموصلات الفائقة .

إن فكرة يوريك الأساسية هي وضع حبيبات صغيرة من المادة الفائقة الموصلية قي أنبوبة فضية قطرها نحو قطر ربع الدولار تقريباً . ثم تسحب هذه إلى خيوط رفيعة تضم إلى بعضها و توضع في أنبوبة فضية أخرىو هذه تسطح لتصبح شريطاً فائق الموصلية يكون مرناً إلى حد معقول و لكنه لا يشبه مطلقاً السلك النحاسي في قابليته للثني .

يتكون الكبل من أنبوبة مجوفة يسري فيها مبرّد النتروجين السائل . و تحيط به طبقات من الأسلاك الفائقة الموصلية ، إضافة إلى عوازل ، و كلها محتواة ضمن زجاجة حافظة للحرارة ذات جدار مزدوج . يبلغ قطر المجموعة كلها خمس بوصات ، و لكنها ستكون أرفع في النماذج الإنتاجية .و مع ذلك فهو أرفع من سلك نحاسي يحمل التيار نفسه ، و هذا هو المهم . و لدى تساوي جميع الظروف فإن الوفر المتحقق باستخدام كبل فائق الموصلية ذي كفاءة أعلى ليس في العادة كبيراً لدرجة تجعله يستحق النفقات . و لكن المكسب الأساسي يكمن في إمكانية دفع كمية ضخمة من الطاقة خلال الموصل الفائق بسبب انعدام الناقلية فيه فهو إذاً يحل المشكلة العويصة التي تواجه مهندسي الطاقة في المدن ، و هي أين يمكن و ضع الأسلاك إن لم يكن في قنوات  الكبلات المكتظة . من التطبيقات الأخرى المميزة في مجال الطاقة : المنظومة الفائقة الموصلية لتخزين الطاقة المغنطيسية التي يمكن أن تحد من الاضطرابات في شبكات الكهرباء ، و من ثم المحركات و المحولات الخفيفة الوزن .

بدأت الأدوات الفائقة الموصلية تجد طريقها كذلك كمرشحات في الاتصالات اللاسلكية . فالمرشح المثالي يمرر تردداً واحداً فقط ، و لكن في الواقع فإن المقاومة الكهربائية تجعل المرشحات تمرر مجالاً صغيراً من الترددات . أما المرشحات الفائقة الموصلية فهي أكثر انتقائية بكثير بسبب عدم وجود مقاومة كهربائية فيها . أضف إلى ذلك أن جزءاً أصغر من الإشارة يضيع بين الهوائي و المستقبل ، مما يجعل هذه المرشحات شديدة الحساسية . وهذان العاملان أكثر أهمية في الاتصالات الهاتفية الخلوية التي يجب أن تعمل في طيف راديوي مزدحم إلى أقصى حد ،و أن تلتقط الإشارات من أجهزة إرسال ذات قدرة ضعيفة .

حتى الآن لم تحقق أية شركة ربحاً من الموصلات الفائقة التي تعمل عند درجات الحرارة العالية ، و يظل السعر عقبة أمام القبول الواسع  . و لكن مع التقدم المطرد في السوق يمكن أن تصل إلى 30 بليون دولار بحلول عام 2020 فإن تلك الموصلات الفائقة قد تبرر التفاؤل الشديد الذي شهده عام 1987 .

4

منتدى علم الفيزياء العام / نعم يمكنك ان تلمس الضوء

« في: أكتوبر 11, 2004, 05:08:49 مساءاً »

هل تعتقد ان الضوء سريع.. حسنا، فكر مرة ثانية، ففي بعض الأحيان تصل سرعته لأقل من سرعة الزواحف
جميع طلبة المدارس يعرفون ان الضوء هو أسرع ما في الكون، فهو ينتقل بسرعة 297 ألف كيلومتر أو 186 ألف ميل في الثانية في الفضاء. ويستغرق الضوء نحو ثماني دقائق ليصل إلينا من الشمس، ينما يستغرق نحو ثانية ليصل إلينا من القمر ومليوني عام من اقرب مجرة .
إلا ان عالمة فيزياء دانمركية وفريقها توصلوا الى طريقة لتقليل سرعة الضوء لتصل الى اقل من 6ر1 كيلومتر في الساعة، أي اقل من سرعة الإنسان وهو يمشي .
وكانت دراسة قادتها العام الماضي الدكتورة لين هاو من معهد رولاند للعلوم وجامعة هارفارد قد تمكنت من تقليل سرعة الضوء لتصل الى 60 كيلومترا في الساعة .
والآن توصلوا الى ما هو اكثر من ذلك, فقالت الدكتورة هاو إن الإنسان يمكنه الآن أن يرسل شعاعا من الضوء ويعد لنفسه قدحا من القهوة ويعود في الوقت المناسب ليرى الضوء خارجا من الجانب الآخر الذي أرسل إليه .
وأضافت انه يمكن للإنسان أن يلمس الضوء تقريبا. واستخدمت الدكتورة هاو وفريقها مجموعة من الذرات تم تبريدها لدرجة حرارة تصل إلى اجزاء دقيقة من المليون من الدرجة المئوية فوق الصفر المطلق، وهي أقل درجة حرارة يمكن الوصول إليها والتي تتوقف عندها أي حركة .
وعن طريق إطلاق أشعة من ضوء الليزر عبر هذه المجموعة من الذرات تمكن الباحثون من تقليل سرعة الضوء .
ويمكن استخدام الضوء المنخفض السرعة في العديد من المجالات مثل الاتصالات وإرسال الإشارات وعروض التلفزيون وأجهزة الرؤية الليلية .

5

منتدى علم الفيزياء العام / الحسن بن الهيثم

« في: أكتوبر 07, 2004, 11:35:29 صباحاً »

هو أبو علي الحسن بن الهيثم، والمهندس البصري المتوفى عام 430 هـ، ولد في البصرة سنة 354 هـ على الأرجح. وقد انتقل إلى مصر حيث أقام بها حتى وفاته. جاء في كتاب (أخبار الحكماء) للقفطي على لسان ابن الهيثم: ( لو كنت بمصر لعملت بنيلها عملاً يحصل النفع في كل حالة من حالاته من زيادة و نقصان ). فوصل قوله هذا إلى صاحب مصر، الحاكم بأمر الله الفاطمي، فأرسل إليه بعض الأموال سراً، وطلب منه الحضور إلى مصر. فلبى ابن الهيثم الطلب وارتحل إلى مصر حيث كلفه الحاكم بأمر الله إنجاز ما وعد به. فباشر ابن الهيثم دراسة النهر على طول مجراه، ولما وصل إلى قرب أسوان تنحدر مياه النيل منه تفحصه في جوانبه كافة، أدرك أنه كان واهماً متسرعاً في ما ادعى المقدرة عليه، وأنه عاجز على البرّ بوعده.

حينئذ عاد إلى الحاكم بالله معتذراً، فقبل عذره وولاه أحد المناصب. غير أن ابن الهيثم ظن رضى الحاكم بالله تظاهراً بالرضى، فخشي أن يكيد له، وتظاهر بالجنون، وثابر على التظاهر به حتى وفاة الحاكم الفاطمي. وبعد وفاته عاد على التظاهر بالجنون، وخرج من داره، وسكن قبة على باب الجامع الأزهر، وطوى ما تبقى من حياته مؤلفاً ومحققاً وباحثاً في حقول العلم، فكانت له إنجازات هائلة
ويصفه ابن أبي أصيبعة في كتابه (عيون الأنباء في طبقات الأطباء) فيقول: (كان ابن الهيثم فاضل النفس، قوي الذكاء، متفنناً في العلوم، لم يماثله أحد من أهل زمانه في العلم الرياضي، ولا يقرب منه. وكان دائم الاشتغال، كثير التصنيف، وافر التزهد...)
لابن الهيثم عدد كبير من المؤلفات شملت مختلف أغراض العلوم.

 وأهم هذه المؤلفات: كتاب المناظر، كتاب الجامع في أصول الحساب، كتاب في حساب المعاملات، كتاب شرح أصول إقليدس في الهندسة والعدد، كتاب في تحليل المسائل الهندسية، كتاب في الأشكال الهلالية، مقالة في التحليل والتركيب، مقالة في بركار الدوائر العظام، مقالة في خواص المثلث من جهة العمود، مقالة في الضوء، مقالة في المرايا المحرقة بالقطوع، مقالة في المرايا المحرقة بالدوائر، مقالة في الكرة المحرقة، مقالة في كيفية الظلال، مقالة في الحساب الهندي، مسألة في المساحة، مسألة في الكرة، كتاب في الهالة وقوس قزح، كتاب صورة الكسوف، اختلاف مناظر القمر، رؤية الكواكب ومنظر القمر، سمْت القبلة بالحساب، ارتفاعات الكواكب، كتاب في هيئة العالم.

 ويرى البعض أن ابن الهيثم ترك مؤلفات في الإلهيات والطب والفلسفة وغيرها إن كتاب المناظر كان ثورة في عالم البصريات، فابن الهيثم لم يتبن نظريات بطليموس ليشرحها ويجري عليها بعض التعديل، بل إنه رفض عدداً من نظرياته في علم الضوء، بعدما توصل إلى نظريات جديدة غدت نواة علم البصريات الحديث. ونحاول فيما يلي التوقف عند أهم الآراء الواردة في الكتاب زعم بطليموس أن الرؤية تتم بواسطة أشعة تنبعث من العين إلى الجسم المرئي، وقد تبنى العلماء اللاحقون هذه النظرية. ولما جاء ابن الهيثم نسف هذه النظرية في كتاب المناظر، فبين أن الرؤية تتم بواسطة الأشعة التي تنبعث من الجسم المرئي باتجاه عين المبصر.
بعد سلسلة من اختبارات أجراها ابن الهيثم بيّن أن الشعاع الضوئي ينتشر في خط مستقيم ضمن وسط متجانس اكتشف ابن الهيثم ظاهرة انعكاس الضوء، وظاهرة انعطاف الضوء أي انحراف الصورة عن مكانها في حال مرور الأشعة الضوئية في وسط معين إلى وسط غير متجانس معه. كما اكتشف أن الانعطاف يكون معدوماً إذا مرت الأشعة الضوئية وفقاً لزاوية قائمة من وسط إلى وسط آخر غير متجانس معه.
وضع ابن الهيثم بحوثاً في ما يتعلق بتكبير العدسات، وبذلك مهّد لاستعمال العدسات المتنوعة في معالجة عيوب العين من أهم منجزات ابن الهيثم أنه شرّح العين تشريحاً كاملاً، وبين وظيفة كل قسم منها
توصل ابن الهيثم إلى اكتشاف وهم بصري مراده أن المبصر، إذا ما أراد أن يقارن بين بعد جسمين عنه أحدهما غير متصل ببصره بواسطة جسم مرئي، فقد يبدو له وهماً أن الأقرب هو الأبعد، والأبعد هو الأقرب. مثلاً، إذا كان واقفاً في سهل شاسع يمتد حتى الأفق، وإذا كان يبصر مدينة في هذا الأفق (الأرض جسم مرئي يصل أداة بصره بالمدينة)، وإذا كان يبصر في الوقت نفسه القمر مطلاً من فوق جبل قريب منه (ما من جسم مرئي يصل أداة بصره بالقمر)، فالقمر في هذه الحالة يبدو وهماً أقرب إليه من المدينة.

6

منتدى علم الفيزياء العام / كيف هذه ارجو المساعدة مسئلة توئم غريبة

« في: أكتوبر 07, 2004, 11:24:43 صباحاً »

تناقض التوائم :
إذا هناك توأمان , وركب أحدهما صاروخاً يسير بسرعة الضوء, وظل مسافراً بهذه السرعة سنين عديدة فطبقاً  لقياسات شقيقه التوأم على سطح الأرض , فإنه عند عودته إلى الأرض سوف يبدو أكبر سناً منه عند بدء الرحلة ببضعة أعوام فقط, في حين أن شقيقه التوأم الذي بقي على الأرض, سوف يكون قد أصبح شيخاً عجوزاً, والتناقض هنا هو حدوث ذلك لأحد التوأمين دون الآخر... لماذا؟

لأن الأول أبطأ الزمن عنده (70,000مرّة) أما الذي بقي على الأرض بقي الزمن عنده عادياً !! فدقّات قلبك ورئتيك وعقارب ساعتك كلها تبطؤ بمقدار مرّة(70,000)
 المصدر:  من كتاب ( الإنسان بين العلم والدين)
للدكتور شوقي أبو خليل