أنواع أجهزة التكييف

انواع اجهزة التكييف :

1 - جهاز تكييف شباك (Packaged DX System ) /

 DX : اختصار ل Direct - Expansion .. كلمة Direct يعني المبخر في اتصال مباشر مع الحمل (Load) وهو المسئول عن تبخير الفريون .. وكلمة Expansion يعني طريقة دخول الفريون للمبخر .. قبل الفريون ما يدخل على المبخر بيعدي الاول على ال Expansion Valve .. وبهذا اطلق عليها اسم ب DX Systems

أو  يطلق عليها إسم : DX Sytem أو على اي جهاز تكييف بيستخدم ملفات تبريد وفريون ..







جهاز تكييف الشباك عبارة عن كتلة واحدة .. فيه كل اجزاء التكييف الاساسية .. الضاغط Compressor والمكثف Condenser وجهاز التمدد Expansion Device والمبخر Evaporator .. ولأنه يعتبر  كتلة واحدة عند تركيبه  في اي بيت محتاج انه يتفتحله فتحة في الحائط .. الطول والعرض لهذا الجهاز  من 80-90 سم * 50-60 سم ..


وهذا  شرح جميل جداً لجهاز تكييف الشباك ..
http://www.youtube.com/v/nKZ2DPvvua8&hl=en&fs=1&

وهذا  فيديو لتحسين اداء تكييف الشباك (تنظيف المكثف والمبخر من التراب لزوم تحسين اداء انتقال الحرارة) .. اللي يهمك منه هو اجزاء التكييف ..

الجزء الاول
http://www.youtube.com/watch?v=Z2MQmdjh0_w

الجزء الثاني
http://www.youtube.com/watch?v=o1GMuspo_8M

في الفيديو يوجد  موتور واحد بس بيحرك مروحة المكثف ومروحة المبخر .. هو عبارة عن موتور واحد وخارج منه اكسين متركب في واحدة ريشة المكثف والثانية  ريشة المبخر ..

مميزاته :

- تكلفة التكييف نفسه رخيصة
- الاجزاء كلها في مكان واحد وصيانته سهلة

عيوبه :

- صوته عالي
- السعة التبريدية له قليلة
-  لتركيب جهاز تكييف شباك  محتاج  فتحة في الحاطة كبيرة 80*50 سم

2 - جهاز تكييف مُنفصل (Split DX System) /




هذه النوعية من أجهزة التكييف ، يوجد بها وحدتين: وحدة داخلية ووحدة خارجية. الوحدة الخارجية تتكون من:[ المكثف والضاغط والصمام التمدد ] والوحدة الداخلية تتكون من:[المبخر ] .. يبقى عندنا جهازين منفصلين واصل بينهم مواسير (Refrigerant Lines) بيمر فيه الفريون ..

في الصورة الاولى .. الجهاز اللي فوق يسمى:المبخر والجهاز اللي تحت :فيه الضاغط والمكثف وصمام التمدد .. ومن الممكن توزيع الفريون على اكثر من مبخر كما في  المثال  في الصورة الثانية ..

ومن الممكن استخدام اكثر من ضاغط ومكثف ويوزع على اكثر من مُبخر  كما في  المثال  في الصورة الثانية (Multi Split AC) ..





مميزاته :

- السعة التبريدية له عالية بالنسبة لتكييف الشباك
- صوته قليل
- ما محتاج نفتح فتحة كبيرة مثل الموجود في  تكييف الشباك .. محتاج فتحة صغيرة لتوصيل وصلات الفريون.

عيوبه :

- مُقيد بطول معين لوصلات الفريون وكذلك فرق الارتفاع بين المبخر داخل الغرفة والمكثف خارج الغرفة.. بالتالي توجد  صعوبة بسيطة  في التركيب والصيانة
- من الصعب تغذية  اكثر من مبخر في غرف متباعدة بسبب قدرة ضخ الفريون عن طريق الضاغط ستكون  قليلة وكذلك  الجهاز مقيد بطول معين ومن الصعب تجاوز الطول المحدد لتفادي التكلفة الزائدة (لذا نحتاج  power زيادة) بالنسبة للأداء.

3 - Glycol Cooled System /



بعد ما الفريون بيخرج من الضاغط .. بيعدي على مبادل حراري Heat Exchanger (بين الفريون ومادة الجليكول).. وبيعدي مادة الجليكول (ماء + ايثلين جليكول اللي بيستخدموه في رادياتير العربية في الدول باردة عشان يقللوا درجة تجمد المياة) على مواسير الفريون وبيحصل انتقال حرارة .. وفي مضخة في مكان خارج الغرفة بتسحب مادة الجليكول وتبردها في الهواء عن طريق مراوح ..

مميزاته :

- مادة الجليكول تقدر تضخها لمسافات كبيرة (لأنك بتستخدم pump بتضخ سائل) بالتالي تقدر توزعها على اكتر من غرفة للتبريد
- المبادل الحراري الخاص بمادة الجليكول صغير جداً بالنسبة للمكثف .. لأن مادة الجليكول عندها قدرة كبيرة لأمتصاص الحرارة اكثر من الهواء
- ميزة رائعة جداً اقتصادياً .. في المناطق الباردة نسبياً .. ال Glycol مع ال Cooling Coils .. بينزل درجه حرارته ل 10 درجات مئوية عن طريق عمل bypass لجهاز التبريد .. ساعتها دائرة التبريد نفسها بتتقفل .. ومادة الجليكول بتعدي على ملف اسمه (economizer Coli) والهواء بيعدي على الملف دة وبيغذي الغرفة .. وهذه العملية  اسمها (Free Cooling) .. وتكلفتها بسيطة جداً جداً ..

عيوبه :

- تكلفته زيادة بسبب الاجزاء الزيادة الخاصة ب (Glycol Cooling) بالنسبة ل Air Cooled
- بيحتاج صيانة اكتر من التكييف العادي (Air Cooled)

4 - Water Cooled System /



نفس نظام التبريد بالجليكول تقريبا .. بس في اختلافين

1 - بدل الجليكول بنستخدم مياة
2 - بدل Fluid Cooler الموجود في حالة الجليكول .. بنستخدم برج تبريد Cooling Tower .. وعشان تعرف اية هو برج التبريد .. مصطفى محمود كان جاوب سؤال على برج التبريد .. ممكن تشوفه من هنــــــــــا


مميزاته :

1 - تقدر تضخ المياة لمسافات كبيرة وبالتالي تغذي اكثر من غرفة
2 - المبادل الحراري (الفريون مع المياة) صغير بالنسبة للمكثف العادي
3 - اداء عملية التبريد عن طريق ال Cooling Tower ممتازة ومع سماحية ضخ المياة لمسافات طويلة .. تقدر تغذى اكثر من غرفة بكفاءة عالية ..
4 - المنظومة دي بتستخدم في حالة الاحمال العالية نسبياً .. يعني بدل ما تستخدم تكييف مركزي (Chilled Water وهنتكم عنه بعدين ) سعره عالي جداً جداً .. تقدر تستخدم المنظومة هذه   وسعرها اقل بالنسبة للتكييف المركزي بكثير .. فهي اقتصادية جداً في الاحتمال العالية نسبياً

عيوبه :

1 - تكلفة ال Cooling Tower مع ال pump وخلافه عالية ..
2 - تكلفة الصيانة لل Cooling Tower نفسه عالية لأنه في عمليات معالجة للمية ب تتم اثناء عملية الصيانة ..
3 - ال Cooling Tower بيحتاج مساحة كبيرة جداً ..

ريموت كنترول للتحكم في الإضاءة

Multicolor LED Light Bulb with Remote Control

This super bright 5 Watt LED light bulb works with a standard lightbulb socket and can transition through dozens of color and brightness combinations.

The included IR remote can select an individual color or brightness level or choose one of four different transition effects. Great for mood lighting, decorating, parties or special lighting environments.

It has four brightness level settings and four transition effects (long pause on each color, short pause, slow fade between colors, faster fade).

Features:

·         IR remote can turn bulb on/off and adjust colors, transitions, brightness levels

·         4 transition effects – flash, strobe, fade, smooth

·         Access to 16 specific colors (including White, Green, Blue, Red, Orange, Yellow, Purple)

·         Fits into a standard lightbulb socket

·         Dimensions: 4″ length x 2″ dia

مراحل بناء منزل بالفيديو

تاريخ الكهرباء

إن من أعجب وأعظم الأبواب التي فتحها الله على البشر في القرنين الماضيين هو باب الطاقة الكهربائية حيث أن هذا الباب قد فتح أبوابا كثيرة ما كان لها أن تفتح بدونه. فبدون الكهرباء ما كان للمصابيح الكهربائية أن تظهر حيث مكنت هذه المصابيح البشر من  إضاءة بيوتهم ومكاتبهم ومصانعهم  وشوارعهم بمجرد كبسة زر. لقد أراحت المصابيح الكهربائية البشر من عناء عمليات تجهيز وإشعال وإطفاء مصابيح الشمع أو الزيت أو الكاز والتي لا تضيء إلا أماكن محددة وبدرجات إضاءة متدنية مع ما يترتب على إشعال هذه المصابيح من تلوث لأجواء البيوت أو خطر احتراق أثاثها. وللقارئ أن يتخيل مدى الجهد الذي ستبذله ربات البيوت في تجهيز عدد كاف من مصابيح الكاز أو الغاز لوضعها  في مرافق بيت يتكون من عدة غرف وما يتبعها من غرف الضيوف والجلوس والمطبخ والحمامات. وبدون الكهرباء ما كان للمحركات الكهربائية أن تظهر حيث مكنت هذه المحركات  البشر من استخدام  الثلاجات والغسالات والمكيفات والمراوح ومضخات الماء في داخل المنازل وبدون ضوضاء تذكر. وللقارئ أن يتخيل في حال غياب الكهرباء الآثار المترتبة على استخدام محركات الديزل أو البنزين  لتشغيل مثل هذه الأجهزة بدلا من المحركات الكهربائية. وبدون الكهرباء ما كان للتلفزيونات والراديوات والمسجلات والتلفونات والحواسيب أن تظهر أبدا حيث لا يمكن لمثل هذه الأجهزة أن تعمل بدون الكهرباء. وبدون الكهرباء ما كان للمصانع الحديثة أن تظهر والتي تستخدم محركات كهربائية بمختلف الأحجام والأنواع والتي يتم التحكم بها بكل سهولة من غرف التحكم.  وبدون الكهرباء ما كان للسيارات والمركبات أن تشتغل إلا من خلال تدوير محركها يدويا أو من خلال دفعها لمسافات معينة.  وبدون الكهرباء ما كان لكثير من الأجهزة والمعدات أن تظهر  كالرادارات والليزرات والأجهزة الطبية وغيرها من الأجهزة الكهربائية التي لا يمكن لها أن تعمل بغير الطاقة الكهربائية والتي بغيابها تختفي هذه التطبيقات التي اعتاد الإنسان على استخدامها ابتداء من بداية القرن العشرين. ولكي ندرك بسهولة أهمية الكهرباء في حياتنا المعاصرة فما علينا إلا أن نتخيل ما سيكون عليه حال الحياة فيما لو انقطعت الكهرباء بكل أشكالها وبدون رجعة عن مستخدميها حيث ستتعطل أنظمة الإنارة وجميع الأجهزة المنزلية من ثلاجات وغسالات ومراوح ومكيفات وخلاطات وهواتف وراديوهات وتلفزيونات ومسجلات وحواسيب وتتوقف معظم المصانع الحديثة عن الإنتاج  وتتعطل أجهزة المستشفيات والبنوك وتتوقف حركة الطائرات المركبات والأليات وتتوقف مراكز الأبحاث والمختبراتعن العمل.

لقد بقي اهتمام البشر بظاهرة الكهربائية محدودا إلى أن تمكن العالم الإيطالي فولتا  في عام 1800م من تصنيع البطارية وهي أول مصدر يقوم بتوليد الشحنات الكهربائية بشكل متواصل من خلال تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة فيها إلى طاقة كهربائية. وتعتبر ظاهرة الكهربائية  من أهم الظواهر الفيزيائية التي اكتشفها الإنسان في مطلع القرن التاسع عشر فقد تمكن الإنسان بعد سنوات قليلة من اكتشافها من استغلالها لتصنيع أجهزة ومعدات لعبت دورا بارزا في تسهيل حياة الإنسان على هذه الأرض. والطاقة الكهربائية طاقة خفية تسري بصمت في الأسلاك المعدنية دون أن يحس بها أحد ويمكن للمستخدم أن يأخذ من هذه الأسلاك  كمية الطاقة التي  يريدها دون زيادة أو نقصان. إن أهم ما يميز الطاقة الكهربائية هو سرعة انتقالها حيث أنها تنتقل من أماكن توليدها إلى أماكن استعمالها بسرعة تقترب من سرعة الضوء فعندما يقوم شخص بكبس زر لإضاءة مصباح في منزله  فإن الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيله ستصل إليه من محطة توليد قد تبعد عنه عشرة آلاف كيلومتر في زمن لا يتجاوز ثلاثة بالمائة من الثانية. ومن ميزات الطاقة الكهربائية أنها طاقة لا كتلة لها ولا حجم ولذا فإن كلفة نقلها لا تكاد تذكر مع كلفة نقل الطاقة المخزنة في مختلف أنواع الوقود كالفحم ومشتقات البترول والغاز. إن أحد أهم استخدامات الطاقة الكهربائية هو في تحويل مختلف أشكال الطاقة إلى طاقة كهربائية نظيفة تتميز بسهولة نقلها وتوزيعها على مستخدميها ومن ثم تقوم أنواع مختلفة من الأجهزة الكهربائية بتحويل الطاقة الكهربائية بكفاءة عالية لمختلف أشكال الطاقة الأخرى كالطاقة الحرارية والحركية والضوئية والكيميائية والكهرومغناطيسية.  أما الاستخدام الذي لا يقل أهمية عن الاستخدام الأول هو في استخدام الكهرباء  لنقل إشارات المعلومات بمختلف أنواعها كالإشارات السمعية والمرئية والمقروءة والمرسومة كما هو الحال مع أنظمة التلكس والهاتف والفاكس والراديو والتلفزيون. وتستخدم الكهرباء في مختلف أنظمة القياس والتحكم وفي الأجهزة الطبية وأجهزة التصوير وفي أجهزة الرادار والليزر. لقد كان أول استخدام للطاقة الكهربائية هو في نقل المعلومات المكتوبة لمسافات بعيدة  وبسرعة البرق من خلال نظام التلغراف أو البرق الذي اخترعه الأمريكي مورس في عام 1839م. ومن ثم تم استخدامها لنقل المكالمات الصوتية من خلال نظام التليفون (الهاتف) الذي اخترعه الأمريكي جراهام بل في عام 1875م.  وفي عام 1882م تمكن الأمريكي "أديسون" من إضاءة  شوارع نيويورك بالمصابيح الكهربائية التي سبق له أن اخترعها في عام 1878م  وذلك بعد  أن تم تصنيع أول مولد كهربائي عملي في عام 1871م. أما الموجات الكهرومغناطيسية فيعود الفضل في اكتشافها   لعالم الفيزياء الاسكتلندي  "ماكسويل"  الذي قام في عام 1860م بصياغة جميع القوانين المتعلقة بالكهربائية والمغناطيسية  في أربع  معادلات تفاضلية تنبأ من خلال حلها  بوجود الموجات الكهرومغناطيسية.  ولقد تحققت نبوءة ماكسويل  على يد الفيزيائي الألماني "هيرتز" الذي تمكن من اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية في عام 1890م.  وقد استغل الإيطالي "ماركوني" هذا الاكتشاف العظيم  في إرسال أول تلغراف لاسلكي  عبر القنال الإنكليزي  في عام 1899م  وعبر المحيط الأطلسي في عام 1901م.

1-2  الكهرباء الساكنة

لقد عرف البشر منذ أيام الإغريق ظاهرة الكهرباء الساكنة وذلك عندما لاحظوا أنه عند احتكاك بعض أنواع المواد ببعضها البعض تتولد شرارة كهربائية عند فصلها ولاحظوا كذلك وجود قوى تجاذب وتنافر بين الأجسام الحاملة لهذه الشحنات الكهرباء الساكنة. وفي عام 1663م تمكن العالم الألماني أوتو قوركي(Otto von Guericke) من اختراع آلة لتوليد الشحنات الكهربائية الساكنة من خلال الاحتكاك.  ولقد تمكن الكيميائي الفرنسي تشارلز دوفي (Charles du Fay) (1698-1738م) في عام 1733م من تصنيف الشحنات الكهربائية إلى شحنات كهربائية موجبة وأخرى سالبة وكذلك تصنيف المواد إلى مواد موصلة وأخرى عازلة للكهرباء وقد لاحظ كذلك وجود قوة تنافر بين الشحنات المتماثلة وقوة تجاذب بين الشحنات المختلفة. وقد تم تطوير آلة  توليد الكهرباء الساكنة من قبل كثير من العلماء  فقد قام الفيزيائي الإيطالي اليساندرو فولتا باختراع آلة تعتمد على الحث أو التأثير وليس على الاحتكاك  سميت آلة التاثير الكهربائي  electrophorus)).   وفي عام 1745م تمكن العالم الدانماركي بيتر موسجنبروك (Pieter Musschenbroek) (1692-1761م) من تصنيع ما يعرف بجرة ليدن (Leyden Jar) وهو جهاز قادر على تخزين كميات كبيرة من الشحنات الكهربائية الساكنة وهو يماثل المكثف الكهربائي المستخدم اليوم.  وفي عام 1780م تمكن الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولومب (Charles de Coulomb) (1736-1806م) من وضع قانون لحساب قوة التجاذب والتنافر بين شحنتين كهربائيتين حيث وجد أن مقدار القوة الكهربائية يتناسب طرديا مع حاصل ضرب مقدار الشحنتين وعكسيا مع مربع المسافة بينهما أي أن له نفس صيغة  قانون الجاذبية الذي وضعه نيوتن في القرن السابع عشر. وقام كولومب كذلك بدارسة توزيع الشحنات الكهربائية على أسطح الأجسام المعدنية ولذلك فقد أطلق اسمه على وحدة الشحنة الكهربائية وهي الكولومب تخليدا لذكره. أما ظاهرة المغناطيسية فقد لاحظها الإنسان  منذ القدم  في بعض أنواع الأحجار المعدنية والتي سميت بالمغناطيسات  وذلك بعد أن شاهد قدرتها على جذب القطع الحديدية ولاحظ كذلك وجود قوى تجاذب وتنافر بين أقطاب هذه المغناطيسات ولكن لم يتمكن أحد من إكتشاف وجود علاقة بين ظاهرتي الكهربائية والمغناطيسية إلا في بداية القرن التاسع عشر.

1-3 البطارية (Battery)

 تم اختراع البطارية كمصدر مستمر للطاقة الكهربائية على يد الفيزيائي الإيطالي اليساندرو فولتا (Alessandro  Volta) (1745م-1827م) وذلك في عام 1800م. وقد قام فولتا قبل اختراعه للبطارية بتجارب كثيرة على الكهرباء الساكنة فقد قام بدراسة الكهرباء الجوية وأجرى بعض التحسينات على جهاز توليد الكهرباء الساكنة المسمى (electrophorus) والذي تم اختراعه على يد العالم السويدي جوهان ويلكي (Johan Carl Wilcke) في عام 1765م. وقام كذلك باختراع جهاز لإشعال الغازات باستخدام الشرارة الكهربائية واكتشف العلاقة بين الجهد بين طرفي المكثف وكمية الشحنة المخزنة فيه والتي وجد أنها علاقة خطية. وفي عام 1791م بدأ بدراسة ظاهرة الكهرباء التي تولدها أجسام الحيوانات والتي اكتشفها قبله الطبيب الإيطالي لوجي جلفاني (Luigi Galvani) بالصدفة في عام 1783م فعندما قام جلفاني بغرس مشرح معدني في رجل ضفدعة ميتة تحركت الرجل بشدة عندما تلامس المشرح مع طاولة التشريح المعدنية والتي كانت لحسن الحظ من معدن يختلف عن معدن المشرح. ولقد عزى جلفاني هذا الأمر إلى وجود كهرباء في أجسام الكائنات الحية إلا أن فولتا أكتشف السبب وراء مصدر الكهرباء هذه عندما أجرى تجربة غرس فيها قضيبان من معدنيين مختلفين في ورقة مشبعة بالملح بدلا من جسم الضفدعة  فتولد فرق جهد بين القضيبين المعدنيين. وبهذه التجربة اكتشف فولتا ظاهرة التفاعل الكهروكيميائي والتي مفادها أنه يمكن الحصول على فرق جهد كهربائي من خلال وضع قضيبين معدنيين مختلفين  في محلول ملحي أو حامضي (electrolyte) وغالبا ما يستخدم الزنك والنحاس والرصاص والفضة كقضبان معدنية ومحلول ملح الطعام والأحماض المختلفة كحامض الكبريتيك كمحاليل كهربائية. ويطلق على الوحدة الأساسية للبطارية اسم الخلية الكهربائية حيث تتكون البطارية من عدد من الخلايا توصل على التوالي لزيادة فرق الجهد أو على التوازي لزيادة التيار الذي يمكن تزويده من البطارية. وكانت البطارية الأولى التي صنعها فولتا تتكون من رزمة من أقراص الزنك والنحاس يوجد بين كل قرصين منهما طبقة من ورق مقوى مشبع بمحلول ملح الطعام ويتم وصل قطبي البطارية بقرصي الزنك والنحاس الخارجيين. ولقد تم تكريم مخترع البطارية الفيزيائي فولتا وتخليد ذكره بإطلاق إسمه على وحدة الجهد الكهربائي وهو الفولت. ولقد تم اختراع أنواع مختلفة من البطاريات  فيما بعد بميزات وقدرات مختلفة  ففي عام 1859م اخترع الفرنسي جاستون بلانتي (Gaston Plante) بطارية قابلة للشحن مكونة من الرصاص وثاني أكسيد الرصاص كأقطاب وحامض الكبريتيك كمحلول وتستخدم هذه البطارية اليوم بكثرة في السيارات لتشغيل محركاتها وفي نظم إشعالها. وفي عام 1866م اخترع الفرنسي جورج ليكلانشي (George Leclanche)  البطارية الشهيرة والتي لا زالت تستخدم حتى اليوم والتي تتكون من كلوريد الأمونيوم كمحلول كهربائي والزنك كقطب موجب وثاني أكسيد المغنيز كقطب موجب وقد تم استخدام قضيب من الكربون لجمع التيار من معجون ثاني أكسيد المغنيز وتعطي هذه البطارية فرق جهد يبلغ واحد ونصف فولت. وفي عام 1899م اخترع ولدمار جونقنر (Waldmar Jungner)  بطارية النيكل-كادميوم القابلة للشحن. وفي عام 1901م اخترع الأمريكي ثوماس أديسون (Thomas Edison) بطارية المحلول القاعدي (Alkaline) وهي لا تختلف في تركيبها عن بطارية ليكلانشي  سوى باستخدام  محلول قاعدي مثل هيدروكسيد البوتاسيوم  بدلا من المحلول الحامضي ولكنها في المقابل أطول عمرا وأكثر تحملا وهي شائعة الاستخدام اليوم. وغالبا ما تستخدم البطاريات في الأجهزة الكهربائية المحمولة كالراديوات والمسجلات والحاسبات اليدوية والهواتف الخلوية والساعات اليدوية والمصابيح الكهربائية اليدوية وكذلك في مختلف أنواع المركبات. ولذلك يوجد أنواع كثيرة من البطاريات تستخدم مختلف أنواع الأقطاب المعدنية والمحاليل الكهربائية وتتفاوت تفاوتا كبيرا في مواصفاتها المختلفة والتي أهمها فرق جهدها بالفولت وكثافة الطاقة المخزنة والتي تقاس بالجول لكل كيلوغرام وكذلك عمرها التشغيلي وحجمها وشكلها. وتراوح أحجام البطاريات من الصغيرة جدا التي قد يصل حجمها حجم حبة العدس وتستخدم في الساعات اليدوية إلى الكبيرة  جدا التي قد تزن عشرات الكيلوغرامات وتستخدم في المركبات المختلفة.

1-4 قوانين الكهرباء وظواهرها

 بعد اختراع البطارية الكهربائية انصبت جهود العلماء  في أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية على دراسة خصائص التيار الكهربائي المتولد من هذه البطارية وذلك من خلال ربط قطبيها باستخدام أسلاك مصنوعة من مواد مختلفة. وفي خلال ثلاثين عاما تمكن هؤلاء العلماء من كشف معظم قوانين الكهرباء على الرغم من تباعد المسافات بينهم وكذلك غياب وسائل الاتصال الحديثة التي تمكنهم من معرفة الإنجازات التي تتم على أيدي غيرهم في هذا المجال. إن الكهرباء ظاهرة خفية لا تدركها حواس البشر ولذلك تحتاج لقياس كمياتها المختلفة أجهزة ومعدات معقدة ولكن مما يثير الدهشة وكذلك الإعجاب أن هؤلاء العلماء قد تمكنوا من كشف معظم قوانين الكهرباء باستخدام أجهزة بدائية جدا كان أهمها البوصلة. لقد كانت الرياضيات  أقوى سلاح استخدمه هؤلاء العلماء لكشف أسرار هذه الظاهرة الخفية وكانت نتائجهم من الدقة بحيث لم يتم أي تعديل على معظم القوانين التي اكتشفوها.

قوانين أمبير(Ampere's Law)

في عام 1820م اكتشف الفيزيائي الدانيماركي هانز أورستد ( Hans Oersted) (1777-1851م) بالصدفة أثناء قيامه بتجربة أمام طلابه حول الظاهرة الكهربائية أن التيار الكهربائي ينتج مجالا مغناطيسيا حوله وذلك عند مشاهدته لانحراف إبرة البوصلة عند وجودها بجانب سلك يحمل تيارا كهربائيا. وفي نفس العام قام الفيزيائي والرياضي الفرنسي أندري أمبير (Andre Ampere) (1775-1836م)  بدراسة هذه الظاهرة وتوصل لعدة حقائق منها أن اتجاه المجال المغناطيسي المتولد يكون عاموديا على اتجاه التيار وأن خطوط المجال المغناطيسي تشكل دوائر حول التيار الذي أنتجها. ولقد تمكن أمبير باستخدام الرياضيات من وضع أحد أهم قوانين الكهرومغناطيسية والمسمى باسمه والذي ينص على أن تكامل شدة المجال المغناطيسى حول أي مسار مغلق يحيط بالتيار الكهربايي يساوي قيمة التيار مضروبا بثابت تناسب معين وهو النفاذية المغناطيسية. ولقد اكتشف أمبير أيضا أن الأسلاك  التي تحمل تيارات كهربائية في نفس الاتجاه تتنافر  بينما تتجاذب إذا كانت بعكس بعضها وهذه الظاهرة هي أساس الكهروديناميكا والتي يعمل على أساسها المحرك الكهربائي. وقد صاغ أمبير هذه الظاهرة بقانون آخر له وهو قانون أمبير للقوة  والذي ينص على أن قوة التنافر أو التجاذب بين سلكين مستقيمين يحملان تيارين تتناسب  طرديا مع حاصل ضرب قيمة التيارين وعكسيا مع المسافة الفاصلة بينهما ويساوي ثابت التناسب ثابت النفاذية المغناطيسية. ولقد تم تكريم هذا العالم الشهير وتخليد ذكره بإطلاق إسمه على وحدة التيار الكهربائي وهو الأمبير.

قانون بايوت-سافارت (Biot-Savart Law)   

تمكن الفيزيائيان الفرنسيان جين بايوت (Jean Biot  ) (1774-1862م)  وفلكس سافارت (Felix Savart) (1791-1841م)  في عام 1820م من وضع قانون يحدد شدة المجال المغناطيسي المتولد من التيار الكهربائي عند أي نقطة في الفضاء المحيط بالتيار. وينص قانون بايوت-سافارات على أن شدة المجال المغناطيسي المتولد عن تيار كهربائي محمول في سلك يؤول طوله للصفر  عند أي نقطة في الفضاء  يتناسب طرديا مع قيمة التيار وعكسيا مع مربع بعد النقطة عن السلك ويكون اتجاه المجال عاموديا على كل من اتجاه السلك واتجاه الخط الواصل بين السلك والنقطة المعنية وذلك حسب قاعدة معينة.

المغناطيس الكهربائي والحث الذاتي(Electric Magnet & Self Inductance)

تمكن الفيزيائي الإنكليزي وليم ستورجيون (William Sturgeon) (1783-1850م) في عام 1824م من تصنيع أول مغناطيس كهربائي من خلال لف سلك معزول حول قضيب من الحديد. وقد قام الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري (Joseph Henry) (1798-1878م) بعدة تحسينات على المغناطيس الكهربائي واخترع كذلك المرحل الكهربائي (electric relay) والذي لعب دورا مهما في نظام التلغراف الذي اخترع فيما بعد. أما إسهام هنري الأكبر في الكهرباء فهو اكتشافه لمبدأ الحث الذاتي (self inductance) والذي مفاده أن الملفات الكهربائية (electric coil) تقاوم أي تغيير في قيمة التيار المار بها من خلال توليد فيضا مغناطيسيا متغيرا يعمل على توليد قوة دافعة كهربائية في الملف باتجاه يقلل من معدل تغير التيار. وتحدد قيمة الحث الذاتي لأي ملف بقسمة كمية الفيض المغناطيسي الذي يولده على قيمة التيار المار فيه وقد سميت وحدة الحث الذاتي بالهنري تخليدا لذكر هذا العالم. وقد اكتشف هنري أيضا بالتزامن مع فارادي قانون الحث المتبادل (mutual inductance) أو ما يسمى بقانون فارادي للحث ولكن فارادي سبق هنري في نشر نتائج أبحاثه فسمي القانون باسمه.

التأثير الكهروحراري (Thermoelectric Effect)    

اكتشف العالم الألماني ثوماس سيبك (Thomas Seebeck) (1770-1831م)  في عام 1821م  التأثير الكهروحراري حيث وجد أن دائرة مغلقة مكونة من سلكين مصنوعين من معدنين مختلفين تولد مجالا مغناطيسيا حولها إذا كانت نقطتا إلتقاء السلكين عند درجات حرارة مختلفة. وقد تمكن الفيزيائي الدانيماركي هانز أورستد من تفسير هذه الظاهرة وعزاها لتولد جهد كهربائي بين العقدتين وذلك على عكس ما كان يظن سيبك من أن مغناطيسا قد نتج من التقاء المعدنين. وقد تم استخدام هذه الظاهرة في قياس درجات الحرارة بما يسمى بالمزدوجات الحرارية (Thermocouples). وقد تمكن العالم الفرنسي جين بيلتير (Jean  Peltier) (1785-1845م) في نفس الفترة من اكتشاف عكس هذه الظاهرة فعند تمرير تيار كهربائي في الدائرة المذكورة فإن إحدى العقدتين تنتج حرارة والأخرى تمتص الحرارة أي تبرد وعند عكس اتجاه التيار يحدث العكس ويمكن استخدام هذه الظاهرة كمضخة حرارية للتبريد أو التسخين. وفي عام 1851م تمكن العالم وليم ثومسون المشهور باسم اللورد كيلفن (William Thomson) باكتشاف تأثير ثومسون (Thomson effect) والذي مفاده أن أي سلك يحمل تيارا كهربائيا قد يمتص أو يطلق حرارة إذا ما تعرض لاختلاف في درجة حرارة السلك على مدى طوله.

قانون أوم (Ohm's Law)

قام أستاذ المدرسة الألماني جورج أوم (Georg Ohm) (1787-1854م) بدراسة كمية التيار المار في مختلف أنواع وأحجام الأسلاك المعدنية وقد لاحظ أن كمية التيار تزداد كلما زاد قطر السلك وتقل كلما زاد طوله وبناءا على ذلك قام في عام 1927م بوضع قانونه المشهور الذي يحدد كمية التيار المار في الدائرة الكهربائية والذي يساوي حاصل تقسيم الجهد الكهربائي للبطارية على مقاومة الدائرة. وقد لاحظ أوم أيضا أن بعض المواد لا تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها فأطلق عليها اسم المواد العازلة بينما تسمح مواد أخرى بمروره فأسماها المواد الموصلة. وقد قوبلت نتائج أبحاث أوم  بالرفض في بداية الأمر وتم طرده من المدرسة التي كان يدرس فيها وعاش فقيرا يائسا ولم يتبين للناس أهمية أبحاثه إلا في عام 1849م ولذا تم تعينه أستاذا في جامعة ميونخ في ذلك العام.  ولقد تم تكريم أوم وتخليد ذكره بإطلاق إسمه على وحدة المقاومة الكهربائية وهي الأوم.

قانون فارادي (Faraday's Law)

لعب الفيزيائي والكيميائي الإنكليزي ميشيل فارادي (Michael Faraday) (1791-1867م) دورا بارزا في مجال الكهرباء وله مساهمات عدة في هذا المجال فقد وضع ككيميائي قوانين التحليل الكهروكيميائي ولكن أهم مساهماته كانت في اكتشافه لأهم ظاهرة كهربائية وهي الحث الكهرومغناطيسي وذلك في عام 1831م. وينص قانون فارادي على أن القوة الدافعة الكهربائية المتولدة في أي دائرة كهربائية مغلقة مقاسة بالفولت تساوي معدل تغير الفيض المغناطيسي الذي يقطع تلك الدائرة مع الزمن. لقد توصل فارادي إلى هذا القانون من خلال التجربة حيث يعتبرعالما تجريبيا من الطراز الأول فقد تبين له أنه عند تحريك سلك معدني في مجال مغناطيسي ثابت فإن فرقا في الجهد يتولد بين طرفي السلك ويتناسب فرق الجهد المتولد طرديا مع شدة المجال المغناطيسي وسرعة حركة السلك في الاتجاه العامودي على اتجاه خطوط المجال المغناطيسي وكذلك طول السلك. وقد قام العالم الأستوني هينريش لينز (Heinrich Lenz) في عام 1834م بتحديد اتجاه القوة الدافعة الكهربائية في ظاهرة الحث في قانونه المشهور والذي ينص على أن اتجاه التيار المتولد في الدائرة الكهربائية نتيجة للحث يجب أن يكون بحيث ينتج مجالا مغناطيسيا يعمل على تقليل المجال المغناطيسي الأصلي إذا كان متزايدا والعكس بالعكس. ويعتبر قانون فارادي أساس عمل المولد الكهربائي والذي يعزي الفضل في اختراعه أيضا إلى فارادي  ولا يقل اختراع المولد الكهربائي أهمية عن اختراع البطارية وهو على العكس منها يمكنه توليد كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية من الطاقة الميكانيكية والمتوفرة بكثرة في الطبيعة ولقد تم تكريم فارادي وتخليد ذكره بإطلاق إسمه على وحدة السعة الكهربائية وهي الفاراد.  

المولد الكهربائي (Electric Generator) والمحرك الكهربائي (Electric Motor)

يعود الفضل الأكبر في استغلال ظاهرة الكهرباء لصالح البشر للعالم الأنكليزي الشهير فارادي والذي برز في ذهنه سؤال بالغ الأهمية وهو إذا كان بإمكان التيار الكهربائي إنتاج مجال مغناطيسي حوله فلما لا يكون بالإمكان إنتاج  تيار كهربائي من المجال المغناطيسي فكان أن اكتشف قانون الحث الكهرومغناطيسي وذلك في عام 1831م كما شرحنا ذلك  آنفا. ويقوم المولد الكهربائي بتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية بينما تقوم البطارية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية ولهذا فإنه بإمكان المولد الكهربائي توليد كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية بسبب توفر الطاقة الميكانيكية بكثرة في الطبيعة كما في طاقة المياه والرياح أو من خلال المحركات الميكانيكية التي تعمل بشتى أنواع الوقود. وفي عام 1831م تمكن فارادي من توليد التيار الكهربائي من خلال تحريك قرص من النحاس بين قطبي مغناطيس طبيعي وسمي هذا المولد الكهربائي بقرص فارادي ولكن أداء هذا المولد البسيط كان سيئا لأن معظم الطاقة الكهربائية المولدة تضيع على شكل حرارة في القرص. وفي عام 1832م قام الفرنسي هبولايت بيكسي (Hippolyte Pixii) بتصنيع أول مولد تيار متغير بدائي من خلال تحريك قطبي مغناطيس يدويا امام ملفين كهربائيين.  أما المساهمة الثانية لفارادي فهو اختراع المحرك الكهربائي الذي بقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية وقد قام بتصنيع أول محرك بدائي في عام 1821م. وفي عام 1828م تمكن المخترع الهنغاري  أنيوس جدليك (Ányos Jedlik) من تصنيع أول محرك كهربائي بشكل اقرب ما يكون للمحركات الحديثة. وفي عام 1832م تمكن الفيزيائي الإنكليزي وليم ستورجيون (William Sturgeon) (1783-1850م) من تصنيع أول محرك تيار مستمر بمبدل (commutator). وتوالت بعد ذلك التحسينات على المحركات الكهربائية إلى أن تم تصنيع أول محرك كهربائي تجاري يعمل بالتيار الثابت في عام 1837م على يد الأمريكي ثوماس ديفينبورت (Thomas Davenport). وفي عام 1888م تمكن المهندس الكهربائي الكرواتي المولد نيكولا تسلا (Nikola Tesla) من تصنيع أول محرك تيار متغير.

قانون جاوس (Gauss's Law)

قام الرياضي والفيزيائي الألماني الشهير كارل جاوس (Carl Friedrich Gauss) (1777-1855م) في عام 1835م من وضع قانون يوضح العلاقة العامة بين المجال الكهربائي وكمية الشحنات التي تولده حيث ينص قانونه على أن تكامل المركبة العامودية لكثافة الفيض الكهربائي (electric flux density) على أي سطح مغلق يحيط بعدد من الشحنات يساوي مجموع قيم الشحنات التي يحتويها ذلك السطح. وله قانون مماثل للمجال المغناطيسي حيث ينص هذا القانون على أن تكامل المركبة العامودية لكثافة الفيض المغناطيسي (magnetic flux density) على أي سطح مغلق يحيط بعدد من الشحنات يساوي صفرا. وهذا يعني أنه لا وجود للشحنات المغناطيسية وأن كمية الفيض المغناطيسي التي تدخل أي سطح مغلق يجب أن تساوي كمية الفيض التي تخرج منه.

قانون حفظ الشحنة الكهربائية (Conservation of Electric Charge)

ينص قانون حفظ الشحنة الكهربائية على أن كمية الشحنة الكهربائية في أي نظام مغلق تبقى ثابتة بغض النظر عما يجري في داخله من تغيرات. واستنادا إلى هذا القانون يوجد ما يسمى بمعادلة الاستمرارية (continuity equation) والتي مفادها أن التيار الذي يخرج من أي نقطة يساوي سالب المشتقة الزمنية لكمية الشحنة الموجودة عند تلك النقطة. وتستخدم هذه المعادلة لحل كثير من المسائل في الكهرومغناطيسية وفي تحليل النبائط الإلكترونية.       

قانون جول الأول (Joule's First Law)

تمكن الفيزيائي الإنكليزي جيمس جول (James  Joule)(1818-1889م) في عام 1840م من اكتشاف قانون لحساب كمية الطاقة التي يولدها التيار المار في سلك له مقاومة معينة حيث وجد أن كمية القدرة (power) المتولدة تساوي حاصل ضرب قيمة المقاومة في مربع قيمة التيار ويمكن حساب كمية الطاقة (energy) من خلال ضرب القدرة في الزمن إذا كانت القدرة ثابتة أو من خلال التكامل إذا كانت متغيرة. ويستخدم الجول كوحدة لقياس كمية الطاقة وذلك تخليدا لذكر هذا العالم والذي له إسهامات كثيرة أهمها تحديد كمية الحرارة المتولدة من الطاقة الحركية أو ما يسمى المكافيء الميكانيكي للحرارة. ولا بد هنا من التذكير بأن وحدة القدرة هي الواط نسبة إلى المخترع الأسكتلندي جيمس واط (James Watt) (1736-1819م) مخترع الآلة البخارية الحديثة.

قوانين كيرتشوف للتيار والجهد (Kirchoff Current & Voltage Laws)

قام الفيزيائي الألماني جوستاف كيرتشوف (Gustav Robert Kirchoff) (1824-1887م) في عام 1845م بوضع أهم قانونين يستخدمان في تحليل الدوائر الكهربائية وهما قانون كيرتشوف للتيار والذي ينص على أن مجموع التيارات التي تدخل أي عقدة ( نقطة إلتقاء مجموعة أسلاك) يجب أن يساوي مجموع التيارات التي تخرج منها. أما قانون كيرتشوف للجهد فينص على أن مجموع الجهود الواقعة على عناصر أي دائرة كهربائية مغلقة يجب أن يساوي الصفر مما يعني أن هنالك عناصر يجب أن يرتفع الجهد عليها وأخرى لا بد أن يهبط فيها الجهد وبهذا تكون مجموع الإرتفاعات في الجهد يساوي مجموع الإنخفاضات. وتتكون الدوائر الكهربائية في العادة من ثلاثة عناصر سلبية وهي المقاومة (Resistance) والتي يتناسب الجهد عليها طرديا مع التيار المار فيها حسب قانون أوم ويمثل ثابت التناسب قيمة هذه المقاومة والمواسعة أو المكثف (Capacitance) والتي يتناسب الجهد عليها مع التكامل الزمني للتيار المار فيها ويمثل ثابت التناسب معكوس قيمة هذه المواسعة والمحاثة (Inductance) والتي يتناسب الجهد عليها مع التفاضل الزمني للتيار المار فيها ويمثل ثابت التناسب قيمة هذه المحاثة.  ويوجد في أي دائرة كهربائية مصدر واحد أو أكثر لتوليد الطاقة الكهربائية وقد صنف العلماء مصادر الطاقة الكهربائية إلى نوعين وهما مصدر الجهد (voltage source) والذي لا يتغير الجهد عند أطرافه مهما كانت قيمة التيار المسحوب ومصدر التيار (current source) والذي لا يتغير التيار المسحوب منه مهما كانت قيمة الحمل الموصول عليه.   

التيارات الدوامة (Eddy Currents)

اكتتشف الفيزيائي الفرنسي جين فوكولت (Jean Bernard Léon Foucault) (1819-1868م) ظاهرة التيارات الدوامة في عام 1851م عندما لاحظ أن الموصلات التي تتعرض لمجال مغناطيسي متغيير ترتفع درجة حرارتها. ولقد كان من السهل عليه تفسير هذه الظاهرة باستخدام قانون الحث الذي اكتشفه فارادي في عام 1831م فالمجالات المغناطيسية المتغيرة تولد قوى دافعة كهربائية في داخل الموصل وبالتالي تولد تيارات كهربائية تكون على شكل دوائر لا حصر لعددها تحيط بخطوط المجال المغناطيسي الذي يولدها ويبدو شكل هذه التيارات إذا ما تخيلناها على شكل الدوامات المائية. وحسب قانون جول فإن هذه التيارات الكهربائية ستولد طاقة حرارية في داخل الموصل الذي يحملها وتعتمد هذه الطاقة الحرارية المتولدة على أبعاد وشكل الموصل ومقاوميته. إن التيارات الدوامة ظاهرة بالغة السوء لمصممي المولدات والمحركات والمحولات الكهربائية حيث أن أجسام هذه الآلات تبنى من الحديد نظرا لخصائصه المغناطيسية الممتازة وبما أن عمل هذه الآلات يتطلب وجود مجال مغناطيسي متغيير فإن تيارات دوامة كبيرة ستتولد في أجسامها الحديدية مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارتها وتقليل كفاءتها.

     

معادلات ماكسويل(Maxwell Equations)

تمكن عالم الفيزياء والرياضيات الاسكتلندي الشهير جيمس كلارك ماكسويل (James Clerk Maxwell)  (1831-1879م) في عام 1860م من صياغة جميع القوانين المتعلقة بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية وتفاعلهما مع بعضهما البعض ومع الشحنات والتيارات الكهربائية التي تنتجها في أربع  معادلات تفاضلية. فالمعادلة الأولى حسب الترتيب في الصورة المرفقة  هي قانون جاوس ولكن بشكل تفاضلي ومفادها أن أي شحنة كهربائية نقطية في الفضاء تولد حولها مجالا كهربائيا تنطلق خطوطه من مكان الشحنة.  أما المعادلة الثانية فما هي إلا قانون جاوس للمغناطيسية ولكن بشكل تفاضلي ومفادها أن لا وجود للشحنات المغناطيسية ولذلك فإن خطوط المجال لا بد وأن تكون منغلقة على نفسها. أما االمعادلة الثالثة فما هي إلا قانون فارادي للحث حيث قام ماكسويل بتحويله من شكله التكاملي إلى شكله التفاضلي أو النقطي ومفاد هذه المعادلة أن المجال المغناطيسي المتغير مع الزمن يولد حوله مجالا كهربائيا تتناسب قيمته وتوزعه في الفضاء مع معدل تغير كثافة المجال المغناطيسي مع الزمن وكذلك اتجاهه في الفضاء. أما المعادلة الرابعة فهي شكل معدل لقانون أمبير فبعد أن قام ماكسويل بتحويله من شكله التكاملي إلى شكله التفاضلي أضاف حدا جديدا أطلق عليه اسم تيار الإزاحة وهذه الإضافة هي من أهم إسهامات ماكسويل في مجال الكهرومغناطيسية حيث مكنته من التنبؤ بوجود الأمواج الكهرومغناطيسية. وبإضافة تيار الإزاحة لمعادلة أمبير  أصبح مفاد معادلة ماكسويل الرابعة أن التيار الكهربائي أو المجال الكهربائي المتغير مع الزمن  يولد حوله مجالا مغناطيسيا تتناسب قيمته وتوزعه في الفضاء مع قيمة واتجاه التيار وكذلك مع معدل تغير شدة المجال الكهربائي مع الزمن واتجاهه في الفضاء. لقد كتب ماكسويل معادلاته الأربع على شكل معادلات تفاضلية جزئية مطوله ومعقدة بلغ عددها عشرين معادلة وبعشرين متغير مجهول. وقد قام المهندس الكهربائي والرياضي أولفر هيفيصايد (Oliver Heaviside) (1850-1925م) بإعادة صياغتها في عام 1884م باستخدام حسبان المتجهات (Vector calculus) لتصبح بالشكل المبسط التي هي عليه الآن. ولا بد من القول بأن المهندس هيفيصايد له إسهامات كثير في مجال الهندسة الكهربائية وفي الرياضيات فهو الذي وضع نظرية خطوط النقل (transmission line theory)  واخترع الكبل المحوري (coaxial cable) وحسن من كفاءة خطوط نقل إشارات التلغراف. وفي عام 1865م تمكن ماكسويل من خلال دمج المعادلات الأولى والثانية الحصول على معادلة تفاضلية من الدرجة الثانية وعند حل هذه المعادلة تبين له أن المجالات الكهربائية والمغناطيسية لا بد وأنها تنتشر على شكل موجات في الفضاء وبهذا فقد أثبت وتنبأ من خلال التحليل الرياضي البحت وجود ما يسمى بالموجات الكهرومغناطيسية. وتتكون الموجة الكهرومغناطيسية من مجال كهربائي وآخر مغناطيسي متعامدان في الفضاء ويتغيران بشكل دوري مع الزمن وتنتشر الموجة في الفضاء باتجاه يتعامد مع اتجاهي المجالين الكهربائي والمغناطيسي. وقد أكد ماكسويل في بحثه هذا على أن الضوء ما هو إلا شكل من أشكال الموجات الكهرومغناطيسية وأن هذه الموجات تنتشر في الأوساط المختلفة  بسرعة تتحدد من قيم السماحية الكهربائية والنفاذية المغناطيسية للوسط.  وقد تمكن من حساب سرعة الانتشار في الفضاء الحر من خلال حل هذه المعادلات ووجد أنها تساوي ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية تقريبا. وقد تمكن القيزيائيان الأمريكيان ألبرت ميكلسون (Albert Michelson) وإدوارد مورلي (Edward Morley) في عام 1887م من قياس سرعة الضوء في الفراغ ووجدوها مطابقة تماما لسرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية التي تنبأ بها ماكسويل. ولماكسويل مساهمات كبيرة في مختلف المجالات وتكمن عبقريته في مقدرته الفذة على استخدام الرياضيات في صياغة مختلف أنواع الظواهر الفيزيائية وكذلك استنباط بعض الحقائق الفيزيائية من الصيغ الرياضية فله إسهامات بالغة الأهمية في علم الديناميكا الحرارية وحركة الغازات وفي علم التحكم وفي الضوء.

توليد الأمواج الكهرومغناطيسية

 توفي ماكسويل  في عام 1878م وذلك قبل أن تتحقق نبوءته بوجود الموجات الكهرومغناطيسية على يد عالم الفيزياء الألماني هينرتش هيرتز (Heinrich Hertz) (1857-1894م) وذلك في عام 1887م حيث تمكن من توليد الموجات الكهرومغناطيسية باستخدام أشكال بسيطة من الهوائيات وقد تم تكريم هيرتز بإطلاق اسمه على وحد التردد الهيرتز.  يعد اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية من أعظم الاكتشافات التي حققها البشر على مدى تاريخهم وذلك بعد اكتشافهم وتوليدهم للطاقة الكهربائية وذلك لأنها سهلت بشكل كبير عملية نقل المعلومات إلى أي مكان على سطح هذه الأرض وحتى خارج حدودها.   ومنذ أن صاغ ماكسويل قوانين الكهرومغناطيسية في معادلاته الأربع   لم يتم إضافة إلا الشيء القليل إلى علم الكهرومغناطيسية النظري. أما في المجال التطبيقي فقد تم استخدام هذه المعادلات بشكل كبير من قبل المهندسين الكهربائيين لحل كثير من المسائل كانتشار الموجات في الأوساط المختلفة كخطوط النقل  ومرشدات الموجات والألياف الضوئية وفي تصميم هوائيات الإرسال والإستقبال وفي تطبيقات أخرى لا حصر لها. ولقد استغل الإيطالي "ماركوني" هذا الاكتشاف العظيم وقام في عام 1895م بسلسلة تجارب لنقل المعلومات لاسلكيا وتكللت جهوده بالنجاح في عام 1899م حيث قام بإرسال أول رسالة تلغرافية لاسلكية عبر القنال الإنكليزي وتمكن كذلك في عام 1901م من إرسال رسالة تلغرافية لاسلكية عبر المحيط الأطلسي.

قانون لورنتز للقوة (Lorentz Force Law)

يعتبر قانون لورنتز للقوة أحد القوانين المكملة لمعادلات ماكسويل الأربع لحل مختلف المسائل في علم الكهرومغناطيسية ولقد ظهر هذا القانون بشكل غير مكتمل في أحد المعادلات التي تعامل معها ماكسويل في اشتقاقاته المختلفة. وفي عام 1892م  تمكن الفيزيائي الهولندي الشهير هندرك لورنتز (Hendrik Antoon Lorentz) (1853-1928م) من وضع القانون بصيغته النهائية التي نستخدمها اليوم ويحدد هذا  القانون مقدار القوة التي تؤثر على شحنة كهربائية عند وجودها في مجال كهربائي سواء كانت هذه الشحنة ساكنة أو متحركة وكذلك القوة التي تؤثر على الشحنات الكهربائية المتحركة في داخل مجال مغناطيسي. وللعالم لورنتز الفائز بجائزة نوبل مساهمات كثيرة  في الفيزياء كتحويلاته الشهيرة المستخدمة في نظرية النسبية. ويستخدم هذا القانون لتصميم أنواع مختلفة من الأجهزة كأنبوب الأشعة المهبطية المستخدم في التلفزيونات وفي مولدات الأمواج الدقيقة والأجهزة الطبية.

تأثير هول (Hall Effect)

أكتشف الفيزيائي الأمريكي إدون هول (Edwin Herbert Hall) (1855-1938م) في عام 1879م هذا التأثير المسمى باسمه عندما لاحظ أن جهدا كهربائيا قد تولد بين وجهي شريط معدني يحمل تيارا كهربائيا وذلك عند تسليط مجال مغناطيسي ثابت بشكل عامودي على اتجاه التيار. وقد وجد هول أن مقدار الجهد المتولد يتناسب طرديا مع حاصل ضرب التيار الكهربائي بكثافة المجال المغناطيسي ويعتمد ثابت التناسب على نوع مادة الشريط المعدني. ولهذه الظاهرة تطبيقات كثيرة في التقنيات الحديثة كقياس التيار الكهربائي وكثافة المجال المغناطيسي وفي أجهزة التحكم بالمحركات الكهربائية وكثير من أنواع المستشعرات.

 التأثير السطحي (Skin  Effect)

لقد قد كان الرياضي والفيزيائي الإنكليزي  السير هوراك لامب (Sir Horace Lamb) (1849-1934م) أول من اكتشف ظاهرة التأثير السطحي واشتق قوانينها للأسلاك دائرية المقطع وذلك في عام 1883م. وتحدث ظاهرة التأثير السطحي في الموصلات الحاملة للتيارات الكهربائية المتناوبه أو المتغيرة حيث يوجد عند هذه التيارات النزعة للتوزع في الأماكن القريبة من سطح الموصل مبتعدة عن مركزه حيث تكون كثافة التيار أكبر ما تكون عند السطح وتقل بشكل أسي (exponential) كلما ابتعدت عن السطح. ويعرف العمق السطحي (skin depth) بأنه المسافة المقاسة من سطح الموصل باتجاه مركزه والذي تهبط فيه كثافة التيار إلى 37 بالمائة من قيمته عند السطح وهو يتناسب عكسيا مع الجذر التربيعي للتردد وطرديا مع الجذر التربيعي لمقاومية (resistivity) مادة الموصل. ففي الموصلات النحاسية على سبيل المثال فإن العمق السطحي يبلغ 8.57 ملم عند 60 هيرتز و 0.66 ملم عند 10 كيلوهيرتز. إن هذه الظاهرة ذات أثر سيء عند نقل الإشارات الكهربائية ذات الترددات العالية حيث تزداد مقاومة هذه الأسلاك بشكل كبير مع زيادة التردد مما يزيد من كمية الطاقة المفقودة فيها ولذلك يستخدم المهندسون تقنيات متعددة للتغلب على المشاكل الناتجة عن هذه الظاهرة. ويوجد ظاهرة مماثلة ترفع من مقاومة الموصلات الحاملة للتيارات المتغيرة يطلق عليها اسم تأثير المجاورة (proximity effect) وتحدث هذه الظاهرة عند وجود عدة موصلات متجاورة تحمل تيارات متغييرة فتعمل على حصر التيارات في مساحة صغيرة من المساحة الكلية لمقطع الموصل.

       

التأثير الكهروضغطي (Piezoelectric Effect)

التأثير الكهروضغطي هو قدرة بعض المواد وخاصة ذات البنية البلورية في توليد فرق جهد كهربائي بين أسطحها وذلك عند تسليط قوة ضاغطه على هذه الأسطح. وعكس هذا التأثير يمكن أن يحصل في هذه المواد فعند تسليط جهد كهربائي بين أسطح هذه المواد فإن أبعادها تتغير أو تتشوه. وعلى الرغم من أن هذه الظاهرة قد أشير لها من قبل عدة علماء ابتداء من منتصف القرن الثامن عشر إلا أن أول من قام بإثباتها مخبريا هو الفيزيائي الفرنسي بيري كوري (Pierre Curie) وزوجته ماري كوري (Maria Curie) وذلك في عام 1880م. ولهذا التأثير استخدامات كثيرة جدا بالغة الأهمية في التقنيات الحديثة كما في توليد وكشف الموجات الصوتية وفوق الصوتية وفي توليد الجهد العالي (high voltage) كما في ولعات السجاير وفي المستشعرات (sensors) وفي الموازين الدقيقة وفي المذبذبات والمهتزات البلورية (   multivibrators&crystal oscillators) وفي الساعات. ويعتبر الكوارتز من أهم المواد الطبيعية التي تبدي التأثير الكهروضغطي إلى جانب مواد طبيعية كالتوباز وبعض الأملاح والسكاكر ومصنعة كالمواد السيراميكية.

التأثير الكهروضوئي (Electro Optic Effect)

يتعلق التأثير الكهروضوئي بظواهر تتغير فيها الخصائص الضوئية لبعض المواد نتيجة لتسليط مجالا كهربائيا عليها ومن هذه الخصائص معامل الإمتصاص ( Absorption Coefficient) ومعامل الإنكسار(Refractive Index). وهنالك أنواع كثيرة من هذا التأثير كتأثير فرانس- كليدش(Franz-Keldysh effect) والذي يتأثر به معامل إمتصاص بعض المواد شبه الموصلة نتيجة لتسليط مجال كهربائي عليها وكتأثير كير (Kerr effect) والذي يتأثر به معامل إنكسار بعض المواد شبه الموصلة بمربع شدة المجال الكهربائي المسلط عليها. وتستخدم هذه التأثيرات في المعدلات (modulators) وفي الكاشفات (detectors) في أنظمة الاتصالات الضوئية.

التأثير الكهروفوتوني (Photoelectric Effect)

أول من اكتشف ظاهرة التأثير الكهروفوتوني هو الفيزيائي الألماني هينرتش هيرتز (Heinrich Hertz) أثناء إجراء تجاربه التي تتعلق بتوليد الموجات الكهرومغناطيسية وذلك في عام 1887م ولقد سميت هذه الظاهرة باسمه لفترة من الزمن. ومفاد هذه الظاهرة أنه عند تسليط أمواج كهرومغناطيسية على أسطح المعادن فإن إلكترونات تنبعث من هذه الأسطح إذا ما زاد ترددها عن حد معين . ولقد قام عدد كبير من العلماء بدراسة هذه الظاهرة ولإيجاد تفسير مقنع لها أمثال الفيزيائي الإنكليزي جوزيف طومسون(Joseph John  Thomson) و الفيزيائي والمهندس الكهربائي الكرواتي نيكولا تيسلا (Nikola Tesla). ولقد تمكن الفيزيائي الشهير ألبرت أينشتاين (Albert Einstein) (1879-1955م) في عام 1905م من تفسير هذه الظاهرة بعد أن تبين له أن الضوء وغيره من الموجات الكهرومغناطيسية يتكون من سيل من الفوتونات التي تعتمد كمية الطاقة فيها على تردد الموجة وإذا ما زادت طاقة الفوتون عن حد معين فإن بإمكانها اقتلاع الإلكترونات من مداراتها فتنبعث خارجة من أسطح المعادن.