مقدمة في الالكترونيات
مع تطورات الأجهزة الالكترونية من عصر الصناعة وصولاً الى عصر التقنية تطورت بشكل ملحوظ فظهر منها كل شئ لجعل حياتنا أسهل وأبسط والأجهزة الالكترونية هي آلات تم تطويرها لخدمة الإنسان لجعل بيئته وحياته أسهل في جميع المجالات وفي هذه المقالة سوف نتطرق الى عدة أجزاء منها من أصغر جزءاً منها حتى تصميمها النهائي والتي تنقسم بمجموعات مختلفة ومجالات عديدة والتي سوف أحاول جاهداً تبسيط المفهوم للقارئ بسبب كثرة المسميات العلمية والتي من الممكن أن يصعب حفظها أو فهمها ولكن سوف أحاول جعلك تتصور الأجهزة التي نتعامل معها كل يوم لتبسيطها هيا بنا لنتعرف عليها.
ما هي الأجهزة الالكترونية
الأجهزة الإلكترونية هي مكونات للتحكم في تدفق التيارات الكهربائية لغرض معالجة المعلومات والتحكم في النظام. وتشمل الأمثلة البارزة الترانزستور (Transistor) والثنائي أو الدايود (Diode) وتسمى هذه المجموعة (المكونات الإلكترونية). عادة ما تكون الأجهزة الإلكترونية صغيرة ويمكن تجميعها معًا في حزم تسمى الدوائر المتكاملة أو الدارة المتكاملة (Integrated circuit - IC). يعد هذا التصغير أمرًا أساسيًا في طفرة الإلكترونيات الحديثة.
ما هي الدارة المتكاملة
الدائرة المتكاملة (المعروفة أيضًا باسم IC أو الرقاقة (Chip) أو الرقاقة الدقيقة (Microchip)) عبارة عن مجموعة من الدوائر الإلكترونية على قطعة مسطحة صغيرة من مادة شبه موصلة، عادةً السيليكون. في الدائرة المتكاملة، يتم دمج عدد كبير من الترانزستورات المصغرة والمكونات الإلكترونية الأخرى معًا على الشريحة. وينتج عن ذلك دوائر أصغر حجمًا وأسرع وأقل تكلفة من تلك المبنية من مكونات منفصلة، مما يسمح بعدد كبير من الترانزستورات.
ما هي الإلكترونيات
يسمى بعلم الإلكترونيات وهو مجال فرعي من الهندسة الكهربائية يركز على استخدام الأجهزة النشطة مثل الترانزستورات والثنائي (الدايود) والدوائر المتكاملة للتحكم في تدفق التيار الكهربائي وتضخيمه وتحويله من شكل إلى آخر.
بمعنى آخر هي مجال علمي وهندسي يدرس ويطبق مبادئ الفيزياء لتصميم وإنشاء وتشغيل الأجهزة التي تتعامل مع الإلكترونات (إلكترون أو الجسيم الكهربي - Electron) والجسيمات الأخرى المشحونة كهربائيًا.
أنواع الشحنات الكهربائية وهي (غالباً ما تكون محمولة على البروتونات والإلكترونات) وهي من مكونات الذرة.
- الشحنة موجبة (البروتون - Proton)
- الشحنة السالبة (الالكترون - Electron)
الشحنات الكهربائية تكوّن مجالًا كهربائيًّا وإن كانت متحركة تكون مجالًا مغناطيسيًّا. الجمع بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي يسمى المجال الكهرومغناطيسي وتفاعله مع الشحنات هو مصدر القوة الكهرومغناطيسية وهي واحدة من القوى الأساسية الأربعة في الفيزياء. دراسة الجسيمات المشحونة وكيفية تنظيم تفاعلاتهم بواسطة الفوتون يُطلق عليه الكهروديناميكية الكمية.
ما انواع التيار الكهربائي
ماهو AC و DC
- التيار المتردد | Alternating current (AC)
- التيار المستمر | Direct current (DC)
ما الفرق بين الجهد المتردد والمستمر
- جهد التيار المتردد 110 فولت الى 220 فولت.
- جهد التيار المستمر 12 فولت الى 48 فولت.
ما الفرق بين Analog و Digital
يتم استخدام الإشارة التناظرية للتعبير عن مجال التغير المستمر كهذا
بينما تستخدم الإشارة الرقمية للتعبير عن مجال التغير المتقطع كهذا :
ماذا تشمل الالكترونيات
تشمل الإلكترونيات أيضًا مجالات الإلكترونيات الدقيقة، والإلكترونيات النانوية، والإلكترونيات الضوئية، والإلكترونيات الكمومية، التي تتعامل مع تصنيع وتطبيق الأجهزة الإلكترونية على المقاييس المجهرية والنانوية والبصرية والكمية.
دائماً ما نسمع بمكونات الذرة ولكن لا نستطيع تخيل كيف نستطيع العمل بها دعني أجيبك بشكل أبسط في وقتنا الحالي ومع تطور التقنية أصبح كل الأدوات جاهزة لنصنع شئ حتى لو كنا في المنزل ولكن بسبب عدم معرفتنا الكافية في كيفية جلب أو أخذ مكونات الذرة سوف يصعب علينا معرفة من أين نستطيع نشتريها مثلاً ولكن في العلوم لا تعلمك كيف تصنع ولكن تعلمك كيف تعمل الذرة مما يجعلنا لا نفهم أو نعلم كيفية الحصول عليها.
دعني أشرح لك وسوف ترى كم هي بسيطة عندما نفهم كيف نجلب مكونات الذرة وصناعة شيئاً ما عندما يكون لدينا المعرفة بها.
ذكرت لك سابقاً في الدارة الالكترونية بأن هي قطعة مسطحة كما هي في المصطلحات العلمية عندما نفتح جهاز الكمبيوتر سوف نرى هذه القطعة المسطحة والتي تسمى أيضاً بأسم "المعالج"... فنحن نستطيع شراء المعالج بدون الكمبيوتر أليس كذلك؟
دعنا نكمل الشحنات الكهربائية هي مكونات الذرة والتي تحمل الاسماء المتداولة في كل مكان (الفوتون والالكترون) والتي نستطيع الحصول عليها جاهزة من خلال شراء بورد جاهز مثل (Motherboard) في أجهزة الكمبيوتر أو لوح تجارب (breadboard) أو لوحة دارة مطبوعة (Printed Circuit Board - PCB) الذي سوف يخلق لنا النموذج النهائي بعد تفاعل الذرات مع بعضها أي بعد تركيب الأجزاء ببعضها ببعض سوف تولد لنا الشحنات الكهربائي والتي تكون محمولة بمكونات الذرة. أليس الأمر أصبح أسهل علينا بفهم، ماهي الذرة أحياناً العلوم تجعل الأمر مجهول ولكن عند معرفة أين يمكننا تواجد الذرة سوف يصبح سهل الادراك والفهم.
ما هي أنواع الأجهزة الإلكترونية:
- أجهزة الحاسوب (الكمبيوتر)
- الاجهزة المحمولة (الجوال ، التابلت و الساعات الذكية ...الخ)
- التلفزيون
- المسجلات (الدي في دي)
- أجهزة التحكم عن بعد (ريموت كنترول)
- أجهزة التسجيل (الكاسيت)
- أجهزة التصوير (الكاميرات)
- أجهزة التشغيل (السي دي)
- أجهزة ألعاب الفيديو
- أجهزة الملاحة (GPS) وغيرها.
1- الكمبيوتر (الحاسوب) | Computer
هو جهاز يقوم بتخزين ومعالجة وإخراج المعلومات، ويستخدم في مجالات مثل التعليم والاتصال والترفيه وغيرها.
2- الهاتف المحمول (الجوال) | Mobile phone
هو جهاز يسمح بالاتصال اللاسلكي بين الأشخاص عبر شبكات الاتصالات، ويحتوي على مزايا مثل التصوير والإنترنت والألعاب وغيرها.
3- التلفاز | TV
هو جهاز يستقبل إشارات كهرومغناطيسية ويحولها إلى صور وأصوات، ويستخدم في مشاهدة البرامج والأفلام والأخبار وغيرها.
4- الأجهزة المنزلية الصغيرة أو اجهزة المطبخ الكهربائية | Kitchen Appliances
هي أجهزة تساعد في تقطيع أو خلط أو طبخ الأطعمة بسرعة وسهولة، مثل الخلاط والفرامة والميكروويف.
الأجهزة الإلكترونية تُستخدم في مجالات عديدة، منها:
- الصحة والطب.
- الهندسة.
- الإلكترونيات.
- الحاسوب.
- الطيران.
- الفضاء.
- الاتصالات والمعلوماتية.
- الترفيه والإعلام.
- التعليم والبحث العلمي.
- الأمن والسلامة.
- الإدارة والأعمال.
- الصناعة والتصنيع.
وغيرها الكثير من الجوانب الحياتية اليومية التي في كل يوم يدخل جهاز الكتروني الى حياتنا مما يجعلنا نستخدمة كوسيلة أسرع من كانت عليه بالسابق إليك مثال بسيط كالمبخرة الالكترونية التي كانت في السابق تحتاج الى اشعال النار لتشغيل الفحم ولكن الآن اصبح يمكن حمله باليد وتشغيلها عن طريق بطاريات ليثيوم داخلية لانراها.
فوائد و أضرار الأجهزة الإلكترونية
فوائد الأجهزة الإلكترونية
- زيادة الإنتاجية
- تسهيل عملية التواصل
- تعزيز عملية التعليم
- تعزيز إدراك الأطفال
أضرار الأجهزة الإلكترونية
- فقد تؤدي إلى تقليل الحركة والنشاط البدني.
- الإدمان - الإفراط على استخدامها.
- تأثيرها على صحة العين.
- الإضرار بالصحة النفسية.
كيف تساهم الاجهزة الالكترونية في تسهيل حياتنا
مع التقدم المستمر في الالكترونيات، أصبحت الحياة أكثر سهولة، حيث تم تبسيط استخدام الأشياء المعقدة، ومن أبرز النقاط التي ساهمت اليه:
- تحسين جودة الحياة.
- توفير الوقت والجهد.
- الحصول على المعلومات بسرعة.
تاريخ الإلكترونيات الى التطور التقني
يعود إلى أواخر القرن التاسع عشر وبدايات القرن العشرين، حيث نشأت الهندسة الإلكترونية كمهنة من التحسينات التكنولوجية في صناعة التلغراف وفي صناعات الراديو والهاتف. وفي أواخر الخمسينيات ظهر مصطلح الهندسة الإلكترونية. حدثت ثورة في صناعة الإلكترونيات من خلال اختراعات أول ترانزستور في عام 1948، وشريحة الدارات المتكاملة في عام 1959.
ما هي أنواع التكنولوجيا الحديثة
هناك العديد من التقنيات المبتكرة التي يُتوقع أن تلعب دورًا كبيرًا في المستقبل. من بينها:
- شبكات الجيل الخامس | 5G
- تقنية البلوك تشين | Blockchain
- البيانات الضخمة | Big Data
- الذكاء الاصطناعي | Ai
- التعلم الآلي | Machine Learning
- السيارات ذاتية القيادة | Self-driving car
- الأقمار الصناعية المصغرة | SmallSats and CubeSats
- إنترنت الأشياء (IoT) عبر الأقمار الصناعية
- استكشاف الفضاء | Space exploration
- القياسات الحيوية | Biometrics
- الهوية الرقمية | Online identity
- المدفوعات الرقمية | Digital payments
- الطائرات المسيرة | Unmanned aerial vehicle (UAV)
هذه التقنيات ساعدت على تحسين جودة الحياة وتبسيط استخدامها وعملياتها في مختلف مجالات الحياة.
في الختام
في كل عام وفي كل يوم يتم تطوير أجهزة الكترونية جديدة تجعل من حياتنا أبسط وأسهل وهذا ماتقدمه لنا الشركات في عالم التقنية اليوم هي فقط محاكاة لِما كان عليه جهاز أخر ولكن تم تطويره بطريقة تجعل منه أستخدامه بطرق أخرى. وهكذا هي التقنية يجب أن ندرك ما تقدمه لنا لنتعامل معها حسب إحتياجاتنا لنحسن استخداماتها.