مختبر الفيزياء
مختبر الفيزياء
حجب الموجات الكهرومغناطيسية
Electromagnetic Wave Shielding
يتكون الطيف الكهرومغناطيسي من عدة أنواع من الإشعاعات الكهرومغناطيسية. ويمكن تصنيف هذه الإشعاعات وفق تردداتها أو أطوالها الموجية؛ فأشعة جاما الأكبر ترددًا والأكبر طاقة، طولها الموجي يشكل جزءًا من النانومتر.
والإشعاعات التي تلي أشعة جاما يزداد طولها الموجي، يقل كل من ترددها وطاقتها، وهي على الترتيب:
الأشعة السينية، الأشعة فوق البنفسجية، الضوء المرئي، الأشعة تحت الحمراء، موجات الميكروويف، وموجات الراديو.
والعين البشرية يمكنها فقط رؤية الأطوال الموجية الواقعة ضمن مدى الضوء المرئي فقط، بينما جميع الأشكال الأخرى للإشعاعات غير مرئية.
مستقبلات الموجات الكهرومغناطيسية، كتلك الموجودة في المذياع والتلفاز، تكشف الموجات باستخدام الهوائي. ولأن كل جهاز كهربائي يغير مقدار التيار أو يعمل على تيار متناوب، يصدر موجات كهرومغناطيسية؛ فالموجات المنبعثة من هذه المصادر يمكن أن تتداخل مع الإشارات المستقبلة المطلوبة.
ولبعض المواد فاعلية في إيقاف أو حجب موجات الراديو. وسوف تستقصي في هذه التجربة قدرة المواد المختلفة على حجب موجات الراديو.
سؤال التجربة
ما المواد التي تحجب الموجات الكهرومغناطيسية، موجات الراديو؟
الأهداف
- تجرب مواد مختلفة لمعرفة فاعليتها في حجب الموجات الكهرومغناطيسية.
- تلاحظ وتستنتج أنواع المواد التي تحجب موجات الراديو.
- تجمع وتحلل بيانات عن أنواع الحجب.
احتياطات السلامة
- استخدم دائمًا نظارة واقية ومعطفًا.
- البس القفازين عند ثني سلك الشاشة أو حمله.
- كن حذرًا عند استعمال الدبابيس لتجنب خدش الجلد.
المواد والأدوات
| المواد والأدوات |
| ---------------------------------------------------------------- |
| مذياع FM-AM صغير يعمل بالبطارية |
| صندوقان صغيران من الكرتون |
| صندوق فلزي أو علبة بغطاء |
| ورق ألومنيوم |
| أكياس تحمي من التفريغ الكهربائي، كالمستخدمة في حماية قطع الحاسوب |
| أسلاك مشبكة |
| شريط لاصق |
| قفازات جلدية |
| مكبس |
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مختبر_الفيزياء_حجب_الموجات_الكهرومغناطيسية_المواد_والأدوات.png
الخطوات
1
غلف السطح الخارجي لأحد الصندوقين بورق الألومنيوم، وغلف الغطاء وحده بحيث يمكن إزالته ودفعه بسهولة.
2
حضر صندوقًا مصنوعًا من أسلاك مشبكة، وذلك بطي قطعة منها، بحيث تصبح على هيئة صندوق له أربعة أوجه ومفتوح الطرفين.
استخدم المكبس لتثبيت نهايات قطعة الأسلاك المشبكة بعضها ببعض، وتأكد أن الصندوق واسع وكبير بحيث يمكن إدخال المذياع فيه.
ثم اقطع جزءًا من الأسلاك المشبكة بحيث تغلق بها أحد طرفي الصندوق المفتوح بإحكام.
ثم استخدم قطعة أخرى من الأسلاك المشبكة لتغلق الطرف الآخر للصندوق بحيث يصبح كالباب يمكن فتحه أو إغلاقه.
3
شغل المذياع ووالفه مع أقوى إشارة من محطة AM.
دون تردد المحطة؛ حيث يمكنك معرفة التردد من خلال مؤشر المذياع أو من خلال الاستماع إلى بث المحطة؛ فقد يذكر التردد.
4
ضم المذياع إلى صدرك وأحطه بذراعيك، وأهمل انخفاض الصوت؛ لأنك تغطي السماعة.
كيف تأثر استقبال المذياع للإشارة بذلك؟
دون ملاحظاتك.
5
ضع المذياع داخل صندوق الكرتون، وضع غطاء الصندوق، وأصغ إلى المذياع.
هل تأثر استقباله للإشارة؟
ودون ملاحظاتك.
6
كرر الخطوة 5 أربع مرات أخرى باستخدام:
- الصندوق المغطى بالألومنيوم.
- الصندوق المصنوع من الأسلاك المشبكة، المغلق الباب.
- الصندوق الفلزي، المغلق الغطاء.
- الكيس الذي يحمي من التفريغ الكهربائي.
7
غير مؤشر المذياع إلى حزمة FM، ووالفه مع أقوى محطة.
دون تردد المحطة.
ثم كرر الخطوات من 4 إلى 6.
جدول البيانات
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مختبر_الفيزياء_جدول_بيانات_حجب_موجات_الراديو.png
| الحزمة | التردد Hz | الحاجب | الملاحظات |
| ------ | --------- | ------------------------------- | --------- |
| AM | | ذراع شخص | |
| AM | | صندوق كرتون | |
| AM | | صندوق كرتون مغطى بألومنيوم | |
| AM | | صندوق الأسلاك المشبكة | |
| AM | | صندوق فلزي | |
| AM | | أكياس تحمي من التفريغ الكهربائي | |
| FM | | ذراع شخص | |
| FM | | صندوق كرتون | |
| FM | | صندوق كرتون مغطى بألومنيوم | |
| FM | | صندوق الأسلاك المشبكة | |
| FM | | صندوق فلزي | |
| FM | | أكياس تحمي من التفريغ الكهربائي | |
التحليل
1. التلخيص
أي المواد أكثر فاعلية لحجب موجات الراديو؟
2. استخدام الأرقام
احسب الطول الموجي لكل تردد استخدمته في المذياع.
وتذكر أن:
λf = c
حيث إن c سرعة الموجات الكهرومغناطيسية وتساوي:
3.00 × 10⁸ m/s
3. قارن
ما العلاقة بين الطول الموجي للموجة المستخدمة في المذياع واتساع الفتحة أو الفتحات في المواد المستخدمة لحجب موجات الراديو؟
4. تفسير البيانات
ما الصفات المشتركة بين المواد التي تعمل على حجب موجات الراديو؟
الاستنتاج والتطبيق
1. اشرح
قدم شرحًا حول ما قد يحدث للمجالات الكهربائية والمغناطيسية لموجات الراديو التي منعت من الوصول إلى المذياع باستخدام المواد الحاجبة.
2. استنتج
لماذا لم تكن تغطية المذياع بذراعيك فعالة في إيقاف موجات الراديو؟
3. استخدم التفسير العلمي
تمتص مياه المحيط موجات الراديو وتحد من اختراقها بحيث تصل إلى عمق يساوي طول الموجة تقريبًا تحت السطح.
وبسبب ذلك تستخدم موجات لها ترددات صغيرة جدًا:
40-80 Hz
للتواصل مع الغواصات تحت الماء.
لماذا قد يكون موقع محطة إرسال الموجات الراديوية ذات القدرة العالية والمستخدمة للاتصال بغواصة ما موجودًا في منطقة نائية بعيدة عن المحيط؟
مساعدة: قدر طول الهوائي المستخدم إذا كان طوله يساوي نصف الطول الموجي.
التوسع في البحث
كيف يكون حجم الثقوب في الأسلاك الفلزية المشبكة الموضوعة على باب فرن الميكروويف مقارنة بطول موجة الميكروويف التي ترددها:
2.4 GHz
الفيزياء في الحياة
افترض أنك تريد إرسال بعض الصور أو المعلومات المخزنة على القرص المغناطيسي لحاسوبك إلى صديقك، فما الذي يتعين عليك عمله لحماية القرص من الموجات الكهرومغناطيسية خلال الإرسال؟
التقنية والمجتمع
الهواتف الخلوية
Cellular Phones
هل لديك هاتف خلوي؟
كان الهاتف الخلوي، الجوال، في الماضي القريب نادر الاستعمال وباهظ الثمن.
أما الآن فقد أصبح شائعًا ومتوافرًا، ويستخدمه معظم الناس.
شبكات الجوال الخلوي
أخذ الهاتف الخلوي هذا الاسم من طريقة تقسيم الشركات للمدن إلى مناطق صغيرة تسمى الخلايا، ولكل خلية شكل سداسي خلال شبكة سداسية كبيرة.
وتكون مساحة الخلايا عادة:
26 km²
وتتغير وفق طبيعة المنطقة، وعدد مالكي الأجهزة الخلوية في المنطقة.
ويوجد في كل خلية محطة أساسية تتكون من برج وصناديق أو غرف تحتوي على معدات وأجهزة راديوية.
عندما تجري مكالمة فإنك ترسل الإشارة من هاتفك إلى المحطة الأساسية الواقعة في خليتك، ثم ترسل هذه الإشارة من المحطة الأساسية المحلية إلى المحطة الأساسية الواقعة في المنطقة التي يكون فيها الشخص الذي اتصلت به.
كيف تتواصل الهواتف الخلوية مع المحطات الأساسية؟
تستخدم الهواتف الخلوية موجات راديوية لإرسال المعلومات واستقبالها من المحطات الأساسية وإليها.
ويعمل الهاتف الخلوي مرسلًا ومستقبلًا للموجات الراديوية في آن واحد.
فيعمل جهاز الإرسال في الهاتف على تحويل الصوت إلى موجة مشفرة في صورة موجة ترددية راديوية، ثم يرسل الموجة الراديوية إلى أقرب محطة أساسية.
تستقبل المحطة الأساسية الموجة المشفرة من هاتفك، وتحللها وترسلها إلى المحطة الأساسية المطلوبة في صورة موجات راديوية.
وعند استقبال الموجة يعمل الهاتف على التقاط الموجة الراديوية وتحويلها إلى موجة صوتية مسموعة يمكنك فهمها.
وباستخدام ترددين مختلفين، تردد للتحدث وتردد للسمع، يمكن لشخصين أن يتحدث أحدهما إلى الآخر في اللحظة نفسها.
ويمكن لأنظمة شركات الهواتف الخلوية من خلال محطاتها الأساسية أن تبث مكالمتك في جميع أنحاء البلاد، حتى إذا كنت أنت والشخص الذي تتحدث معه متحركين.
فعندما تتحرك تنتقل من خلية إلى أخرى.
وتعمل المحطات الأساسية آليًا على إرسال الإشارة إلى المحطة الأساسية الصحيحة في النظام.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
التقنية_والمجتمع_الهواتف_الخلوية_شبكة_الخلايا_والمحطات_الأساسية.png
توضيح الرسم
| المصطلح |
| ----------- |
| محطة أساسية |
| خلية |
مخاطر استعمال الهواتف الخلوية
لا يخلو استخدام الهاتف الخلوي من بعض المخاطر؛ فالتحدث بالهاتف في أثناء قيادة السيارة مثلًا خطر، ويسبب حوادث مرورية.
وقد بينت الدراسات أن عدد الحوادث المرورية التي تحدث مع الأشخاص الذين يستخدمون الهاتف أثناء القيادة تزيد أربع مرات على الحوادث التي تحدث مع الأشخاص الذين لا يستخدمون الهاتف أثناء القيادة.
وحسب نظام المرور السعودي فإن استخدام الجوال أثناء القيادة مخالفة مرورية؛ لضمان مستوى السلامة المرورية على الطرق في المملكة العربية السعودية.
وتضع بعض محطات الوقود ملصقات تحذر من استعمال الهاتف الخلوي؛ وذلك لأن الكهرباء الساكنة الناتجة عن الهاتف الخلوي قد تعمل على إشعال بخار الديزل المتصاعد.
وهناك خطر آخر محتمل، وهو أن الهاتف يبث موجات راديوية أثناء تشغيله، لذا تنبعث منه طاقة كهرومغناطيسية تعرف بالتردد الراديوي:
RF
وهناك بعض الأدلة على أن الهواتف الخلوية تبعث من الإشعاع قد يسبب مشاكل صحية خطيرة.
وحتى الآن لم تعرف يقينًا الآثار الصحية على المدى الطويل لاستعمال الهواتف الخلوية، إن وجدت.
وتعمل منظمة الصحة العالمية على إجراء تقييم مستمر لهذه المخاطر، كما توصي المنظمة بالاستخدام الرشيد للهواتف الخلوية، وإجراء المكالمات الطويلة عبر الهواتف الثابتة، وإبعاد الهاتف الخلوي عن الرأس قدر الإمكان حين استخدامه، باستخدام مكبر الصوت، أو السماعات السلكية أو سماعة البلوتوث، وتجنب النوم بالقرب منها.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
التقنية_والمجتمع_رؤية_2030_تعزيز_السلامة_المرورية.png
الربط مع رؤية 2030
من أهداف الرؤية:
2.3.4 تعزيز السلامة المرورية.
التفكير الناقد
1. استخدم التفسير العلمي
من أين اكتسبت الهواتف الخلوية هذا الاسم؟
2. قارن
فيم تتشابه أجهزة المذياع FM/AM والهواتف الخلوية؟
وفيم تختلف؟
3. التفكير الناقد
فسر لماذا تعد المرسلات القليلة القدرة المستخدمة في الهواتف الخلوية، مهمة في المحافظة على إبقاء وزن الهواتف الخلوية خفيفة؟
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.