فيزياء · الإلكترونيات والاتصالات · صفحات الكتاب ٩٠–٩٩

مختبر الأسيلوسكوب والرادار والراديو

اضغط على الكتاب لفتحه

من الكتاب

تركيب كاشف الذبذبات

يتركب من أنبوبة أشعة الكاثود والمجموعة الحارفة: زوجان من الألواح (س١، س٢) و(ص١، ص٢) يولدان مجالين كهربائيين متعامدين على بعضهما وعلى مسار الشعاع الإلكتروني.

(س١، س٢) مع مصدر متردد: النقطة تتحرك يميناً ويساراً.
(ص١، ص٢) مع مصدر متردد: النقطة تتحرك إلى أعلى وأسفل.
فوق 16 Hz ترى العين خطاً بسبب دوام الرؤية.

دائرة المسح

جهد على صورة أسنان المنشار: يزداد تدريجياً ثم ينعدم فجأة، فتتحرك النقطة من اليسار إلى اليمين ثم تختفي وتظهر من اليسار. يسكن المنحنى عندما يساوي تردد الجهد المدروس تردد المسح أو مضاعفاته، وبه نعرف التردد المجهول.

جرّب بنفسك

اضغط «مسح بطيء» وتابع النقطة على الشاشة المكبرة فوق الأنبوبة.
ارفع تردد المسح فوق 16 Hz: متى يصير المسار خطاً؟
اجعل تردد ص ثلاثة أضعاف تردد المسح ثم غيّره قليلاً.

من الكتاب

ما الرادار؟

كلمة مركبة من أوائل حروف Radio Detection and Ranging. يُستخدم لكشف الطائرات والصواريخ وتحديد ارتفاعها وسرعتها واتجاهها ليلاً ونهاراً وفي الضباب، ولكشف السفن والغواصات. يرسل حزمة موجات لاسلكية تردداتها 10⁸–10⁹ Hz.

محطة الرادار وتشغيلها

تتكون من مرسل (دائرة مهتزة عالية التردد متصلة بملف في بؤرة هوائي على شكل قطع مكافئ)، ومستقبل، وكاشف.

الكاشف: النقطة تتحرك أفقياً بانتظام.
الصدى المنعكس عن الهدف يولد فرق جهد بين (ص١، ص٢) فتظهر قمة.
من التدريج نعرف زمن الذهاب والإياب.

بعد الهدف = سرعة الموجات × نصف زمن الذهاب والإياب
d = c × t / 2

جرّب بنفسك

ضع الطائرة على 150 كم وأرسل نبضة: كم ميكروثانية للصدى؟
ضاعف البعد: هل يتضاعف الزمن؟ ولماذا تصغر قمة الصدى؟
غيّر الارتفاع: الرادار يقيس المسافة المباشرة لا الأفقية.

من الكتاب

تركيب جهاز الإرسال الإذاعي

دائرة الميكروفون: مصدر تيار مستمر وملف.
الدائرة المهتزة: مكثف متغير السعة وملف، تولد التيارات الحاملة عالية التردد.
معدل التيار: يدمج التيار المعبر عن الصوت في الحامل.
دائرة الهوائي: تبث الموجات الكهرومغناطيسية في كل الاتجاهات.

تيار معبر عن الصوت + تيار حامل = تيار معدل

ملاحظات

التيار المعبر عن الصوت لا يعطي موجات لاسلكية لأن تردده صغير، فيُحمَّل على تيار حامل.
لزيادة قدرة المحطة تُستخدم دوائر الترانزستور لتكبير التيار المعدل.

جرّب بنفسك

اختر «صمت»: ما شكل التيار المعدل؟
ارفع شدة الصوت: هل تتغير السعة أم التردد؟
غيّر تردد الحامل كأن المحطة انتقلت إلى تردد آخر.

من الكتاب

تركيب جهاز الاستقبال

دائرة الهوائي: تحول الموجات إلى تيارات تأثيرية مختلفة التردد.
دائرة الرنين (ضبط الموجه): بتغيير ترددها حتى يتفق مع تردد المحطة تُنتقى المحطة: التوليف.
دائرة السماعة: يقوَّم التيار ويكبَّر، ويُفصل الحامل عن المعبر عن الصوت، ثم يمر في السماعة.

لماذا التقويم؟

الموجة المعدلة متماثلة فوق المحور وتحته فمتوسطها صفر، والسماعة لا تتبع الحامل السريع. بعد التقويم يبقى نصف الموجة فيتغير متوسطها مثل الصوت تماماً.

f = 1 / (2π√(LC)) · إثراء

جرّب بنفسك

شغّل الصوت وحرّك المؤشر ببطء بين المحطات الثلاث.
راقب أبراج البث: أي برج تضيء موجاته عند الرنين؟
أطفئ دائرة التقويم وأنت على محطة: ماذا حدث؟

من الكتاب

تركيب مكبر الصوت

ملف من سلك نحاسي معزول ملفوف حول أسطوانة صغيرة من الورق المقوى مثبتة عند رأس مخروط أجوف من الورق المقوى. يقع الملف في فجوة أسطوانية بين قطبي مغناطيس عادي (١٠-أ) أو كهربائي (١٠-ب)، أقطابه دائرية: قطب مركزي وقطب حلقي يحيط به.

كيف يتحول التيار إلى صوت؟

يتغير المجال المغناطيسي للملف مع التيار المعبر عن الصوت، فتتغير القوى المتبادلة بينه وبين المجال الدائم فيهتز. اتجاه القوة عمودي على اتجاه الفيض واتجاه التيار، ويهتز المخروط فيحرك كمية كبيرة من الهواء فتحدث موجات صوتية.

جرّب بنفسك

اختر «تيار مستمر»: لماذا يتحرك المخروط مرة ثم يقف؟
ارفع الشدة وراقب تضاغط الهواء أمام المخروط.
شغّل الصوت وغيّر التردد: هل تتغير حدة النغمة أم شدتها؟

جارٍ تجهيز المختبر...

مختبر الأسيلوسكوب والرادار والراديو

أمثلة محلولة وتمارين

بعد هدف عن محطة رادار

صدى بعد ٤٠٠ ميكروثانية

سرعة طائرة مقتربة

تردد جهد مجهول

زمن الذهاب والإياب

تردد المسح وعدد الموجات

الاختبار الشامل