لخّصلي

مقدمة: شهدت مجالات الكهرباء تطوراً هائلاً بفضل الأبحاث العلمية، مُنشئةً تخصص الهندسة الكهربائية والإلكترونية. سنتناول تاريخ تطور الكهرباء بفروعها (هندسة القوى، هندسة الإلكترونيات والاتصالات، وهندسة الحاسبات). شهد القرن العشرون تطوراً مذهلاً في الإلكترونيات: الصمامات المفرغة، ثم الترانزيستور، ثم الدوائر المتكاملة، مُسارعةً تطور الحاسب الآلي.

تاريخ تطور الهندسة الكهربائية: بدأت علاقة الإنسان بالكهرباء بالبرق، ثم لاحظ الإغريق ظاهرة جذب الكهرمان للريش بعد تدليكه بالصوف. اكتشف الرومان حجارة تجذب الحديد (المغناطيس) وسمكاً يُسبب صدمات كهربائية. في القرن السادس عشر، درس "وليم جلبرت" الجذب المغناطيسي واكتشف مواد كهربائية أخرى، مُشتقاً اسم "الكهرباء" من الكلمة اليونانية لكهرمان. لم يدرك جلبرت أن الكهرباء تتولد من الاحتكاك. ابتكر "فون جيوريك" أول آلة لتوليد الكهرباء (كرة كبريت تدور)، ولاحظ "ستيفين جراي" نقل التأثيرات الكهربية عبر خيوط، مُصنفاً المواد إلى موصلات وعوازل. "هوكسبي" استبدل الكرة الكبريتية بزجاجية، مُنتجاً ضوءاً ساطعاً. "مشنبروك" اخترع وعاء ليدن (المكثف).

درس "بنيامين فرانكلين" الكهرباء نظرياً، مُميزاً بين كهرباء موجبة وسالبة، واصفاً إياها بشيء متحرك خلال المادة. أثبت أن شحنة وعاء ليدن هي قوة كامنة، مُمهداً لاكتشاف موجات الراديو. اخترع فرانكلين البطارية بتوصيل أوعية ليدن، وصور الكهرباء كتيار من جسيمات دقيقة، وصمم فرشاة تفريغ، واخترع مانعة الصواعق.

درس "لويجي جلفاني" تأثير الكهرباء على الكائنات الحية، مُلاحظاً تقلص عضلات ضفدعة عند استثارة أعصابها. "فولتا" أثبت أن تلامس معدنين مختلفين يُولّد تياراً كهربياً، مُخترعاً البطارية الكهربائية. "دافي" درس خصائص أكسيد النيتروز (التخدير)، وحلّل كربونات الصوديوم والبوتاسيوم، مُكتشفاً القوس الكهربي وأفران القوس الكهربي، ووجد علاقة بين الكهرباء والمادة، مُستخدمًا التحليل الكهربي لتحديد مواقع المعادن.

اكتشف "أورستد" أن التيار الكهربي يُحرف الإبرة المغناطيسية، مُمهداً لاختراع المحرك الكهربي بواسطة "مايكل فراداي". أثبت فراداي توليد الكهرباء من دوران مغناطيس داخل ملف، ودرس مرور التيار في السوائل، مُكتشفاً التحليل الكهربي، والأيونات، والعلاقة بين كمية العنصر المترسب والتيار. أبحاث فراداي في الغازات أدت لاكتشاف أشعة المهبط، وموجات الراديو (هيرتز)، والأشعة السينية (روتنجن). "طومسون" جعل الغازات موصلة في أنابيب مفرغة.

شخصيات: "أديسون" اخترع المصباح الكهربائي، وصمامات الراديو، وهوائياً لاسلكياً، وجهاز تسجيل صحفي (مُمهّد للجراموفون)، ونظام التلغراف الرباعي، والتلغراف الكاتب. "جاوس" صمم نظام تلغراف طوره "هنري". "كوك" صمم نظام برق عام، و"مورس" اخترع جهاز برق تسجيلي ونظام شفرات. "جراهام بل" اخترع التليفون الذي طوره أديسون. "فلمنج" اخترع صمامات الراديو، و"فورست" اخترع الشبكة المعدنية في صمامات الراديو. تطورت استخدامات الميكا والأسلاك المعزولة والمولدات الكهربية والنظام الثلاثي الوجه. أديسون سجل أكثر من ألف اختراع.

الكهرباء في مصر: بدأ استخدام الكهرباء في القاهرة عام 1892م (شركة ليون البلجيكية)، ثم الإسكندرية، ثم شبكة كهربائية للصرف الزراعي. عام 1895م، أنشئت محطات توليد كهرباء في القاهرة والإسكندرية وبعض المحافظات. أنشئت شركة ترام القاهرة عام 1897م، وكُهرب خط ترام الرمل عام 1904م. بدأ إضاءة الشوارع عام 1914م، وانتهت كهربة شوارع القاهرة عام 1926م. استُخدمت قناطر نجع حمادي (1930م) وخزان أسوان (1945م) لتوليد الكهرباء.

الكهرباء في مصر بعد ثورة 1952م: اهتمت الدولة بقطاع الكهرباء، مُنشئةً محطات توليد وشبكات نقل. تميزت السنوات (1952-1962) بإنشاء السد العالي ومحطة توليد الكهرباء، والشبكة الكهربية الموحدة. في عام 1952م، كان أقصى حمل كهربي 110 ميجاوات، و الاستهلاك 929 مليون كيلووات/ساعة. في عام 1962م، زاد إلى 548 ميجاوات و 3000 مليون كيلووات/ساعة. أنشئت محطات كهرباء شمال القاهرة (1952م)، وجنوب القاهرة (1957م)، والتبين (1958م)، وطلخا (1955-1956م)، ودمنهور (1960م)، والسيوف (1960م)، وأسوان الأولى (1960-1961م).

الفترة (1962-1972م): أنشئت محطة السد العالي والشبكة القومية الموحدة (1967م) التي ربطت محطات التوليد، بتكلفة 312 مليون جنيه مصري. تنتج محطة السد العالي 10 مليار كيلووات ساعة سنوياً. ربطت جميع محطات التوليد بالشبكة الموحدة عام 1972م، مُحسّنةً كفاءة استخدام الطاقة وتقليل الأعطال. أنشئ نظام تحكم مركزي في القاهرة و مراكز إقليمية أخرى.

تطور الحاسبات الآلية: بدأ التفكير في تصنيع الحاسبات خلال الحرب العالمية الثانية. صنع "كوفراد زيوس" حاسباً لتصميم الطائرات (1941م)، و"هوارد أيكن" حاسبة إلكترونية (1944م). أربع مراحل لتطور الحاسبات: الجيل الأول (1945-1956م): أنياك (صمامات مفرغة)، وإيفاك (تخزين بيانات). يونيفاك (1951م). الجيل الثاني (1956-1960م): استخدام الترانزيستور، وحاسبات IBM. الجيل الثالث (1960-1971م): تحسين وحدة التحكم وسرعة العمليات وسعة التخزين. الجيل الرابع (1971م حتى الآن): أشباه الموصلات، والرقائق الإلكترونية، والمعالجات الدقيقة، والحاسبات الشخصية، والحاسبات المحمولة، وحاسبات الجيب.

4 مقدمة
حدث تطور هائل فى مجالات الكهرباء نتيجة للأبحاث العلمية التى قام بها العديد من العلماء مما
أدى إلى إنشاء تخصص الهندسة الكهربية والإلكترونية. وسنخصص الجزء القادم لسرد تاريخى
لتطور الكهرباء بفروعها المختلفة (هندسة القوى والآلات الكهربائية، هندسة الالكترونيات
والاتصالات ثم هندسة الحاسبات والمنظومات). وحدث تطورمذهل في علم الإلكترونيات فى القرن
العشرين فظهرت الصمامات المفرغة، ثم ظهرت وصلة الترانزيستور الذى حل محل الصمامات
المفرغة، ثم بظهور الدوائر المتكاملة التى حلت محل الترانزيستور، وهذا بدوره شد معه الحاسب
الآلى فكان تطوره سريعا مما يتمشى من التطور الإلكترونى ونتعرض لهذه الأجزاء فى الجزء
القادم.

2-4 تاريخ تطور الهندسة الكهربية
1-2-4 الإنسان والكهرباء
بدأت علاقة الإنسان بالكهرباء منذ بداية الخليقة وكانت هذه البداية عندما عرف الإنسان الأول
البرق الذى كان يسبب له الخوف والهلع وذلك لما كان يسببه له من كوارث وأخطار. وبدأ الإنسان
الأول يفكر فى هذه الظاهرة الغريبة ولم يصل لحل لها حتى وصل إلى العصر الإغريقى فتوصل
إلى ظاهرة أخرى أنه عند تدليك مادة الكهرمان بقطعة فراء من الصوف تكسبه خاصية الجذب
فتجعله جاذبا لريش الطيور واستمر البحث والتفكير فى هذه الظواهر مستمرا حتى العصر
الرومانى حيث تم اكتشاف نوع من الحجارة له خاصية فريدة عن باقى أنواع الحجارة وهى أن
هذا النوع من الحجارة يجذب مادة الحديد وأن الحديد الذى انجذب لهذا الحجر هو بدوره يكتسب
خاصية الجذب وقد أطلقوا على هذه الحجارة اسم مغناطيس نسبة إلى مقاطعة مغنسيا والتى أكتشف
بها هذا النوع من الحجارة. فى العصر الرومانى أيضا لاحظ الإنسان وجود نوع من السمك يصيب
الإنسان الذى يلامسه بصدمة مؤلمة تسبب له رعشة شديدة وأطلق على هذا النوع من الأسماك "
السمك الرعاش" ولم يدرك الإنسان آنذاك ما هو السبب فى هذه الرعشة، ولكنه توصل فيما بعد
إلى أن السبب فى هذه الرعشة هى وجود شحنة كهربية مخزنة فى جسم هذا النوع من السمك يقوم
بإطلاقها على من يهاجمه كوسيلة للدفاع عن نفسه.
ظل الحال على ما هو عليه من غموض للتعرف على تلك الظواهر الطبيعية حتى النصف الثانى
من القرن السادس عشر حيث بدأ العالم "وليم جلبرت" بدراسة ظاهرة الجذب المغناطيسى وقد
توصل إلى أنه توجد قوى جذب أخرى مماثلة لقوى الجذب المغناطيسية تنتج عندما نقوم بتدليك
مواد أخرى غير مادة الكهرمان مثل الزجاج والياقوت والماس والكبريت، وكل هذه المواد تكتسب
خاصية الجذب مثل مادة الكهرمان تماما، وقد أطلق على هذه المواد آنذاك المواد الكهربائية. وقد
أشتق أسم الكهرباء من مرادف يونانى لكلمة كهرمان وهى تعنى المضئ. ولم يتوصل وليم جلبرت
فى هذا الوقت الى أن هذه المواد تكتسب الكهرباء كنتيجة للاحتكاك وذلك نظرا لأنه كان يمسك هذه
المواد بيده أثناء عملية التدليك وبالتالى كانت تتسرب الشحنات الكهربائية التى كانت تتكون على
هذه المواد أثناء التدليك عن طريق جسمه إلى الأرض وقد أجرى وليم جلبرت العديد من التجارب
(4) الهندسة الكهربية
92
فى هذا المجال إلى أن توصل إلى أن الأجسام المشحونة تفقد شحنتها إذا ما تركت معرضة لجو
رطب أو إذا ما تم تسخينها. بداية من القرن السابع عشر.
توصل العالم "فون جيوريك" إلي اختراع أول آلة لتوليد الكهرباء وكانت هذه الآلة عبارة عن كرة
من مادة الكبريت تدور حول محورها بسرعة معينة ونتيجة لاحتكاك سطح هذه الكرة مع الهواء
فيتكون علي سطحها شحنة كهربيه تزداد قيمتها بزيادة سرعة دوران الكرة. وقد لاحظ جيوريك أنه
عند تقريب إصبعه من سطح الكرة تحدث فرقعة مصحوبة بوميض ولم يتوصل آنذاك الى تفسير
مقنع لما يحدث، ثم جاء عالم آخر يدعى ستيفين جراي توصل إلى أن التأثيرات الكهربية يمكن
نقلها من مكان إلى مكان آخر عبر خيطين من القطن وتوصل أيضا إلى تصنيف المواد إلى مواد
توصل الكهرباء وأطلق عليها الموصلات ومواد أخرى لا توصل الكهرباء وأطلق عليها عوازل،
وتوصل أيضا أن المعادن مشحونة بشحنة كهربية يصدر عنها وميض لا يرى إلا في الظلام، وكان
هذا أول تفسير علمي لظاهرة البرق التى لاحظها الإنسان وكانت تسبب له الخوف والفزع وخاصة
عندما كانت تحدث عواصف برقية فوق صواري السفن وأعلى المنازل، وفسرت أيضا ظاهرة آلة
جيوريك والفرقعة التى كانت تحدث عند اقتراب إصبعه من سطح الكرة.
في بداية القرن الثامن عشر قام العالم "هوكسبي" بإدخال تعديل على آلة جيوريك بأن استبدل الكرة
الكبريتية بكرة زجاجية مفرغة. وقام هوكسبي بشحن هذه الكرة الزجاجية بإدارتها حول محورها
فأصبحت متوهجة بضوء ساطع قوي كان ذلك إيذانا بالتوصل إلى المصباح الكهربي. وفي منتصف
القرن الثامن عشر تقريبا قام العالم "جرو مرت" باستخدام نفس فكرة هوكسبي للكرة الزجاجية في
إضاءة المناجم لكنه استبدل الكرة الزجاجية بأنابيب مفرغة، ثم جاء العالم "واطسون" وطور في
لى تصنيع أنبوبة تعطي ضوءا ثابتا لا يتوقف على سرعة ً تصنيع الأنبوبة المفرغة وتوصل إ
الدوران. ثم توصل عالم آخر يدعى "مشنبروك" إلى اختراع وعاء تخزن عليه الشحنة الكهربية
بقيمة كبيرة ويمكننا الحصول منه علي صدمة كهربية في أي وقت وأطلق عليه وعاء ليدن وكان
هذا الوعاء يمثل أول نوع من أنواع المكثفات الكهربية.
أما أول من قام بدراسة الكهرباء على أساس نظري حتى يتوصل إلى كنهها وما حقيقتها فهو العالم
"بنيامين فرانكلين" وكان ذلك في بداية النصف الثاني من القرن الثامن عشر وتوصل في أبحاثه
إلى إن الكهرباء لا تتولد نتيجة الاحتكاك بل هى شئ يتخلل بين المواد ويجذبها وقد ميز فرانكلين
بين نوعين من الكهرباء وهما الكهرباء الموجبة وأعطاها الرمز "+" والكهرباء السالبة وأعطاها
ً وغير قابل للفناء وقد ً الرمز "–"
، وقد وصف الكهرباء بأنها شئ متحرك خلال المادة ذهابا وإيابا
ثبت أيضا أن الشحنة الكهربية المخزنة في وعاء ليدن الذي توصل إليه العالم مشنبروك والذي ً أ
يسبب الصدمة الكهربية هي قوة كامنة داخل وعاء. وقد أدى هذا التفسير إلى توصل العالم الكبير
"مايكل فراداي" إلى أن الشحنة الكهربية المخزنة في وعاء ليدن ناتجة عن تأثير مجال
كهرومغناطيسي محيط بهذا الوعاء أو بمعنى أخر محصور في المنطقة المحيطة لموصل حامل
للكهرباء، وقد أدى هذا الاستنتاج إلى إكتشاف موجات الراديو، وقد توصل العالم بنيامين فرانكلين
في هذا التوقيت إلى اختراع البطارية الكهربائية وذلك بأن قام بتوصيل عدة أوعية من أوعية ليدن
على التوالي لكي يحصل على طاقة كهربائية بقيمة عالية.
(4) الهندسة الكهربية
93
ً آخر للكهرباء فصورها على أنها عبارة عن تيار من الجسيمات الدقيقة
وقد وضع فرانكلين تصورا
تتدفق عبر الموصلات المعدنية دون مقاومة، ولقد صمم كذلك الشكل المروحي لفرشاة التفريغ
وهى عبارة عن مجموعتين من الشرائح المعدنية إحداهما ثابتة والأخرى متحركة وشحن إحدى
المجموعتين بشحنات سالبة بينما شحن الأخرى بشحنات موجبة فأدى ذلك إلى تحرك المجموعة
المتحركة وبهذا أثبت أن الشحنات الكهربية المختلفة تتجاذب أما المتشابهة تتنافر. واستمر فرانكلين
في أبحاثه فتوصل إلى اختراع مانعة الصواعق وكانت في صورتها الأولى المبسطة وكانت عبارة
عن قضيب معدني موصل للكهرباء يتم وضعه أعلى المنشآت ويتم توصيله بالأرض وبذلك يتم
مرور الشحنات الكهربية للصواعق الكهربي إلى الأرض وبذلك يتم حماية المباني والسفن من
الصواعق وكان لهذا الاختراع أكبر الأثر لتكسيد قدرة الإنسان في التحكم في القوى الطبيعية.
بعد ذلك بدأ التفكير في دراسة تأثير الكهرباء على الكائنات الحية وكان ذلك في النصف الثاني من
القرن الثامن عشر فقام العالم "لويجي جلفاني" بتركيز أبحاثه على كيفية تأثير الجهاز العصبي
لجسم الإنسان الحي على الجسم نفسه فقام بإجراء أبحاث عديدة ومن هذه الأبحاث تجربة أجراها
على ضفدعة بأن قام باستثارة أعصاب أرجلها عن طريق وخذها بشوكة من المعدن فوجد أن
عضلات الأرجل تتقلص مما يثبت بأنه توجد بالأعصاب شحنات كهربية هى التى أدت الى تقلص
عضلات أرجل الضفدعة. وقد حدث شئ أثار انتباهه أثناء إجرائه لتجاربه فبالمصادفة البحتة كان
أحد مساعديه يقوم بتوليد الكهرباء بجواره بالمعمل فلاحظ جلفاني أن عند ملامسة الشوكة لعصب
الضفدعة تهتز أرجلها بشدة غير عادية فلفت نظره هذا الاهتزاز العنيف مما جعله يبحث عن
الأسباب التي أدت إلى ذلك فتوصل إلى أن الكهرباء المتولدة في المنطقة المجاورة للضفدعة قد
انتقلت بطريقة ما إليها وقد تم التوصل فيما بعد إلى أن هذا كان نتيجة التوصيل الحثي للكهرباء.
وفي نهاية القرن الثامن عشر وبداية القرن التاسع عشر قام العالم "فولتا" بالإستفادة وإستكمال
التجارب التي أداها العالم جلفاني، وإستطاع التوصل إلى أن الكهرباء التي نتجت عند وغز
الضفدعة والتي تسببت في الرعشة الشديدة لأرجلها لم يكن السبب فيها الجهاز العصبي للضفدعة
ولكن السبب فيها هو الشوكة المعدنية التي كان يوخز بها الضفدعة ومنها توصل إلى الكشاف
الكهربي، وأثبت أنه عند تلامس معدنين مختلفين يمر تيار كهربي. ولإثبات ذلك قام بإجراء تجربة
فقام بوضع رقيقة من القصدير أعلى لسانه ورقيقة أخرى من الفضة أسفل لسانه ثم وصل بينهما
على لسانه فقام بتطبيق هذه التجربة عمليا ا يتكون من ً بسلك رفيع فشعر بطعم لاذع فكون جهاز
شرائح متتالية من الزنك والنحاس يفصل بينهما مادة عازلة من اللباد المشبع بحامض مخفف وقام
بتجميع هذه الشرائح في وعاء فحصل على تيار كهربي قوي وثابت، وكان هذا الجهاز هو البطارية
الكهربائية.
وفي بداية القرن التاسع عشر توصل العالم "دافي" في أبحاثه إلى الخصائص الفسيولوجية لغاز
أكسيد النيتروز، فوجد أن الأشخاص الذين يتعرضون له يصابون بموجة من الضحك وكان لهذا
اللغز القدرة على إزالة آلام الأسنان وكان ذلك بداية لإكتشاف التخدير في الطب. ومن أبحاث دافي
كذلك بأنه قام بإستخدام بطارية فولتا في تحليل كربونات الصوديوم وكربونات البوتاسيوم، وأدت
أبحاثه إلى إكتشاف هذين العنصرين وتوصل كذلك إلى إختراع القوس الكهربي وإستخدمه في
تصميم الأفران عالية الحرارة وسميت بأفران القوس الكهربي وتم إستخدامها في صهر المعادن.
وإستمر دافي في أبحاثه فتوصل إلى وجود علاقة بين الكهرباء والمادة حيث أن جزيئات العنصر
(4) الهندسة الكهربية
94
ترتبط مع بعضها البعض عن طريق قوة كهربية، وإستدل على ذلك بأن المادة تتحول إلى مكوناتها
الأصلية بواسطة التحليل الكهربي. وبناءأ ولد ً على ذلك إستطاع دافي أن يتوصل إلى أن المعادن يت
عنها تيارات كهربية حتى وهي في باطن الأرض وإستفاد من ذلك في تحديد مواقع المعادن في
ً إلى قياسات كهربية يقوم بها وهي نفس الطرية المستخدمة حتى اليوم للتنقيب عن
الطبية إستنادا
المعادن.
في بداية القرن التاسع عشر توصل العالم "أورستد" إلى إكتشاف مهم وهو أن مرور التيار الكهربي
في سلك يؤدي إلى إنحراف الإبرة المغناطيسية الموجودة بالقرب من السلك وكنتيجة لهذا الإكتشاف
المهم إستمرت محاولات العلماء في هذا المضمار حتى توصلوا إلى حركة دوران مستمرة من
الكهرباء وبذلك قد توصلوا إلى إختراع المحرك الكهربي وقد توصل لهذا الإختراع المهم العالم
"مايكل فراداي".
وبعد توصل العلماء إلى الحصول على المغناطيسية من الكهرباء بدءوا السير في الإتجاه المضاد
وهو الحصول على الكهرباء من المغناطيسية وهو ما إستطاع فراداي التوصل إليه فأثبت أن دوران
المغناطيس داخل ملف يؤدي إلى توليد كهرباء بين طرفيه وأن شدة التيار المتولد تتناسب مع الحركة
النسبية للمغناطيس داخل الملف. ولاحظ فراداي كذلك أن مرور تيار ثابت القيمة في ملف يجعل
ً فراداي بإجراء تجارب عديدة خاصة
الإبرة المغناطيسية ساكنة في وضع ثابت. وقد قام أيضا
بمرور التيار الكهربي خلال السوائل. وقد قام بمساعدته عالم آخر يدعى "وليم ويل" بالتوسع في
الدراسة في هذا المجال فتوصلوا إلى التحليل الكهربي والمصعد والمهبط، كذلك تم التوصل إلى
الأيون ليعبر عن الذرات المشحونة للعناصر المكونة للمحاليل، وتم التوصل إلى العلاقة بين كمية
العنصر المترسب وبين كمية التيار المستخدم في التحليل.
وهكذا أدت أبحاث فرادى عن الموجات الكهرومغناطيسية إلى فتح آفاق واسعة لموجات الراديو
ولم يتوقف الأمر عند هذا الحد، فقد مهدت أبحاث فرادى عن التحليل الكهربى خلال المحاليل
الكيميائية إلى أبحاث أخرى فى اتجاه آخر. فقد اتجهت أبحاثه إلى دراسة مرور التيار الكهربى
خلال الغازات فتوصل فى أبحاثه إلى أشعة المهبط. واستمرت الأبحاث فى هذا المجال حتى استطاع
العالم "هيرتز" اكتشاف موجات الراديو، وتوصل إلى أن أشعة المهبط لها القدرة على اختراق
الرقائق المعدنية. بعد ذلك توصل العالم "روتنجن" إلى اكتشاف الأشعة السينية وهى أشعة ذات
قوة كبيرة تمكنها من التأثير على أفلام التصوير برغم الغلاف المحيط بها. استطاع بعد ذلك العالم
"طومسون" جعل الغازات موصلة جيدة للتيار فى الأنابيب المفرغة من الهواء عند فرق جهد
معين.

2-2-4 شخصيات فى مجال الكهرباء لها بصمات فى حياة الإنسان
-1 أولى هذه الشخصيات هو العالم "أديسون" فقد أخترع المصباح الكهربى، وقد ساعد هذا
الإختراع فى إختراع صمامات الراديو وتوصل كذلك الى إختراع هوائى لاستقبال موجات
اللاسلكى.
-2 العالم "جاوس" فهو أول من صمم نظاما للبرق (التلغراف) الذى طوره " هنري" وأخترع
جهاز أقوى من جهاز جاوس.
(4) الهندسة الكهربية
95
-3 "كوك" صمم وشغل أول نظام للبرق يستطيع العمل فى الخدمة العامة ثم جاء "مورس"
فأخترع جهاز البرق التسجيلي ووضع نظام الشفرات والذى يحول الحروف إلى نبضات
كهربية عبارة عن نقاط وشرط ولا يزال هذا النظام ساريا حتى اليوم.
-4 استطاع "أديسون" أن يخترع جهاز لتسجيل التقارير الصحفية السريعة حتى يمكننا الإستماع
إليها مرة أخري وكان هذا الجهاز يتكون من قرص من الورق اللين يدور علي قاعدة متحركة
وإبرة مغناطيسية تتحرك فوقه بذبذبات معينة وكان هذا الجهاز البسيط الحافز لاختراعه
العظيم الجراموفون.
-5 توصل العالم" أديسون " إلى اختراع نظام التلغراف الرباعي وهو يقوم بإرسال أربع برقيات
في وقت واحد عبر سلك واحد دون أن يحدث تداخل في الإشارات، ثم توصل إلى التلغراف
الكاتب وهو عبارة عن آلة كاتبة تترجم الإشارات التى تتلقاها إلى حروف وأرقام وكلمات
عادية.
-6 توصل العالم "جراهام بل" إلى اختراع جهاز التليفون لكن كان هذا الجهاز البسيط لا يعمل
إلا في مسافات بسيطة لضعف التيار الكهربي فقام أديسون بإجراء تعديلين جوهريين على
الجهاز، فى التعديل الأول استعمل مرسل كربوني الذي استطاع به تكبير التيار الناتج عن
الصوت عدة مرات وبالتالي أمكنه استعمال التليفون لمسافات أطول، أما التعديل الثاني كان
عبارة عن استعمال جهاز تقوية للمغناطيس فيقوم بتلقي الرسائل البرقية من المتكلم ويكبرها.
-7 تولى العالم "فلمنج" الدراسة التى بدأها أديسون المصباح الكهربي، فتوصل إلى اختراع
صمامات الراديو واستطاع أن يحصل منها على تيارات مستمرة من التيارات المترددة التى
تستقبلها أجهزة الراديو.
-8 استطاع "فورست" إلى اختراع الشبكة المعدنية في صمامات الراديو وبذلك تمكن من
تضخيم الموجات الصوتية بالإضافة إلى تقويم التيار.
-9 بعد ذلك تهافتت دراسة القوى الكهربية إلى استخدام رقائق الميكا في عزل الشرائح
المغناطيسية واستخدام الأسلاك المعزولة في نقل الكهرباء، وتم التوصل إلى التصميم
الصحيح للمولد الكهربي ثم تم التوصل إلي النظام الثلاثي الوجه الذي أدى الى توفير كبير
في استخدام أسلاك التوصيل.

وبهذا يعتبر العالم أديسون علامة مميزة في تاريخ الكهرباء فقد سجل ما يزيد على ألف اختراع
معظمها في مجال الكهرباء.

3-4 تاريخ الكهرباء في مصر
ستنصب دراستنا في هذا الجزء على بداية دخول الكهرباء إلى مصر وكيف تطورت حتى وصلت
إلى ما وصلت إليه الآن. كانت بداية إستخدام الكهرباء في مصر في مدينة القاهرة في نهاية القرن
التاسع عشر وبالتحديد في عام 1892م. حيث قامت شركت ليون البلجيكية بهذه المهمة وقد
استخدمت الكهرباء في الجر الكهربي في مدينة القاهرة ثم مدينة الإسكندرية. وفي الربع الأول من
بداية القرن العشرين قامت الحكومة المصرية بإنشاء أول شبكة كهربية لخدمة مشروعات الصرف
الزراعي في شمال الدلتا. وفي عام 1895م بدأ إستخدام الكهرباء في الأغراض العامة حيث تم
(4) الهندسة الكهربية
96
إنشاء محطات لتوليد الطاقة الكهربية في مدينتي القاهرة والإسكندرية وكذلك في بعض عواصم
المحافظات وكانت تعمل هذه المحطات بصورة منفردة.
أول شركة أنشئت في مصر كانت من أجل إستخدام الكهرباء في الجر الكهربي وهي شركة ترام
القاهرة وكان ذلك في عام 1897م، وتم إنشاء هذه الشركة لإقامة ثمانية خطوط ترام بمدينة القاهرة
تم زيادتها إلى سبعة عشر خطا 1934م. وقد أقامت الشركة في بداية عملها محطة كهرباء ً في عام
خاصة بها ولكن في عام 1934م أصبحت هذه الشركة تحصل على إحتياجاتها من الكهرباء من
محطة الشركة المصرية التي تم إنشاؤها في شبرا البلد. أما في مدينة الإسكندرية فقد تم كهربة خط
ترام الرمل الذي كان يربط مدينة الإسكندرية بضاحية الرمل في عام 1904م. وقد تم إستخدام
الكهرباء في إضاءة الشوارع بداية من عام 1914م بعد أن ثبت أفضلية إستخدام الكهرباء عن الغاز
من حيث قوة الإضاءة وإقتصاديات إستخدامها وتم إضاءة جميع شوارع مدينة القاهرة مع نهاية
عام 1926م.
وبعد أن تم بناء قناطر على نهر النيل بهدف تنظيم عمليات الري فقد إستخدمت هذه القناطر وفرق
منسوب المياه من أمام إلى خلف القنطرة في توليد الكهرباء، فقد تم إستخدام قناطر نجع حمادي في
توليد الكهرباء في عام 1930م ثم إستخدم خزان أسوان بعد ذلك في عام 1945م في توليد الكهرباء
وإستخدمت الكهرباء المتولدة من الخزان في تصنيع الحديد الذي تم إكتشافه، هذا بالإضافة إلى
إنشاء مصنع لإنتاج سماد نترات الجير في مدينة إسنا حيث يوجد خام الجير اللازم لذلك.

4-4 الكهرباء في مصر بعد ثورة 23 يوليو 1952م
ً إهتمت الدولة منذ ثورة 23 يوليو 1952 بقطاع
وحتى الآن إهتماما الكهرباء لأهمية هذا ً عظيما
القطاع في تحقيق التنمية الشاملة للمجتمع، ومن أجل هذا دأبت الدولة على إنشاء الكثير من محطات
توليد القوى الكهربية ومد شبكات نقل هذه القوى مما أدى إلى تحقيق قفزة هائلة في إنتاج وتوزيع
الطاقة الكهربية بعد الثورة وقد تميزت العشر سنوات بعد الثورة (1952م- 1962م) بإنشاء السد
العالي ومعه محطة توليد الكهرباء الضخمة، ثم بدأ بعد ذلك في إنشاء الشبكة الكهربية الموحدة. أما
السنوات التالية بعد السبعينات فقد تم تأسيس البنية الأساسية لقطاع الكهرباء والطاقة. وفي الثمانينات
كان قطاع الكهرباء في سباق مع نفسه لتغطية الطلب المتزايد على الطاقة اللازمة للمشروعات
الكبرى. وسنقوم بإستعراض التطور الهائل في القوى الكهربائية في مصر بداية من عام 1952م.
ً
مع بداية الثورة في عام 1952م وخلال السنوات العشر التالية تطورت الطاقة الكهربية تطورا
ً والإستهلاك، ففي عام 1952م كان الحد الأقصى للحمل الكهربي لا يتعدى من حيث الإنتاج
هائلا
110 ميجاوات، أما الطاقة الكهربية المستهلكة في نفس العام كانت لا تزيد عن 929 مليون
كيلووات/ساعة. في عام 1962م زاد أقصى حمل إلى 548 ميجاوات، أما الطاقة المستهلكة
علما 1952م هو 20 مليون نسمة ً فأصبحت 3000 مليون كيلووات/ساعة بأن عدد السكان في عام
وأصبح 26 مليون نسمة في عام 1962م.
وكانت أولى المحطات التى تم إنشاؤها في عام 1952 هي محطة شمال القاهرة على بداية ترعة
الإسماعيلية وكانت تضم وحدتي توليد قدرة كل واحدة 10 ميجاوات ووحدة أخرى قدرتها 20
ميجاوات وتم توسيع هذه المحطة في عام 1956م بإضافة وحدتين أخرتين قدرة كل منهما 30
(4) الهندسة الكهربية
97
ميجاوات ومن أجل نقل الطاقة المتولدة من هذه المحطة تم تركيب محولات 66 كيلو فولت ليخرج
منها مغذيات 66 كيلو فولت لربط مخرج هذه المحطة بمحطة محولات القاهرة والتي كانت تم
محطات السبتية والحلمية وشبرا ذوات الجهد 66 كيلو فولت. وفي عام 1957م تم إنشاء محطة
جنوب القاهرة وكانت هذه المحطة من أكبر المحطات الحرارية بمصر في هذا التوقيت وتضم
وحدتي توليد رئيسيتين قدرة كل منهما 60ميجاوات ووحدتين مساعدتين قدرة كل منهما 7.5
ميجاوات. وفي عام 1958م أقيمت محطة التبين بجوار مصنع الحديد والصلب على بعد حوالي
ً جنوب مدينة القاهرة، وكان الغرض من إنشائها هو إستخدام غازات الأفران العالية
35 كيلو مترا
التي توجد في مصنع الحديد والصلب كوقود للمراجل البخارية بالمحطة بالإضافة إلى إستخدام
المازوت. وتحتوي هذه المحطة على ثلاث وحدات قدرة كل وحدة 15 ميجاوات وتم ربط هذه
المحطة بمصنع الحديد والصلب وكذلك ببلدة الكريمات والتي تقع في أقصى جنوب محافظة الجيزة
بواسطة ستة خطوط ذات جهد 66 كيلو فولت.
أما في الدلتا وفي خلال عامي 1955م، 1956م فقط تم إنشاء محطة توليد كهرباء طلخا بمحافظة
الدقهلية وتضم هذه المحطة ثلاث وحدات بخارية قدرة كل وحدة 37.5 ميجاوات. وفي عام 1960م
تم إنشاء محطة دمنهور البخارية بمحافظة البحيرة وتتكون من وحدتين قدرة كل وحدة 15
ميجاوات، وفي نفس العام أقيمت محطة السيوف بحافظة الإسكندرية وتضم وحدتين بخاريتين قدرة
كل وحدة 26.5 ميجاوات. وفي عام 1960م- 1961م تم توليد الكهرباء من محطة أسوان الأولى
وكان ذلك يمثل أول توليد للكهرباء فى مصر باستعمال مساقط المياه (الطاقة الهيدروليكية)، وكانت
قدرة هذه المحطة 345 ميجا وات وكانت تغذى هذه المحطة محافظتي أسوان و قنا بالإضافة إلى
تغذية مصانع شركه كيما للأسمدة بأسوان. ومن الاستعراض السابق اتضح أن محطة كهرباء خزان
أسوان تعتبر أهم وأكبر المحطات التى تم إنشاءها فى تلك الفترة الزمنية من حيث استغلال القوه
المائية فى توليد الكهرباء فى مصر. وتبعا لما سبق فقد تم خلال العشر سنوات التالية من عمر
الثورة إضافة طاقة إجمالية قدرها 810 ميجا وات كان نصيب مشاركه القدرة الهيدروليكية فيها
حوالي الثلث أما الثلثين الآخرين كانت تعتمد على البترول ومشتقاته.

الفترة الزمنية من 1962م إلى 1972م
شهدت مصر طفرة كبيره للتقدم فى مجال الهندسة الكهربية فى مصر فقد تم إنشاء أكبر محطة
لتوليد الكهرباء فى مصر وهى محطة السد العالي ثم إنشاء الشبكة القومية الموحدة و التى ربطت
محطة توليد السد العالي بكل محطات التوليد الأخرى بمصر بنظام يضم استقرار الطاقة الكهربية
بمستوى يمكن الاطمئنان والاعتماد عليه. وكانت التكاليف النهائية لبناء السد العالي والمحطة
الكهربائية وكذلك خطوط نقل القوى الكهربائية من السد العالي إلى القاهرة وإنشاء محطات
المحولات اللازمة لذلك تقدر بحوالي 312 مليون جنيه مصري في ذلك الوقت. أما محطة الكهرباء
فهي أكبر محطة لتوليد الكهرباء في مصر، وهي من 12 توربينة مائية قدرة كل منها "175" ألف
كيلووات "ميجاوات"، تنتج طاقة كهربائية تقدر بعشرة مليار كيلوات ساعة سنويا ومن فوائد السد .ً
ً العالي .
توليد طاقة كهربائية تقدر بعشرة مليارات كيلو وات ساعة سنويا
بدأ تشغيل الشبكة الموحدة في عام 1967م بعد إنشاء محطة توليد كهرباء السد العالي 1967م وعن
طريق هذه الشبكة تم نقل الطاقة الكهربية المولدة من محطة كهرباء السد العالي إلى مدينة القاهرة
(4) الهندسة الكهربية
98
وهذه الشبكة عبارة خط نقل هوائي مزدوج الدائرة بجهد 500 كيلو فولت ويربط هذا الخط محطة
محولات نجع حمادي وأسيوط وسمالوط وفي عام /1972 تم ربط جميع محطات التوليد في مصر
على الشبكة الموحدة، وكان لهذه الشبكة فوائد عديدة منها إمكانية تبادل الطاقة الكهربية بين مناطق
الإنتاج المختلفة وتخفيض عدد وحدات التوليد الاحتياطية في محطات التوليد المختلفة وكذلك توفير
إستخدام الوقود اللازم لهذه الوحدات الاحتياطية، هذا بالإضافة إلى تقليل الأعطال عامة مما يؤدي
إلى إرتفاع مستوى الخدمة لمستهلكي الطاقة على مستوى مصر كلها.
ولكي تعمل الشبكة القومية الموحدة بالطريقة المثلى من الناحيتين الفنية والاقتصادية تم إنشاء نظام
مركزي للتحكم في سريان الطاقة الكهربية في شرايين الشبكة القومية الموحدة فقد تم إنشاء مركز
للتحكم بجوار محطة غرب القاهرة بإمبابة ويعاون هذا المركز عدة مراكز تحكم إقليمية متواجدة
بالقاهرة ونجع حمادي وطلخا والإسكندرية وكل هذه المراكز تضمها شبكة اتصالات تليفونية
وبرقية مع جميع المحطات للتوليد والتحويل المتصلة بالشبكة ووسائل الإتصال هذه تعمل بموجات
محملة على خطوط نقل القوى الكهربية وعن طريق هذه الخطوط يتم أيضا ل جميع المعلومات ً نق
والبيانات الكهربية الرئيسية بصفة مستمرة إلى جميع أنحاء الشبكة الموحدة.

5-4 تطور الحاسبات الآلية
بدأ التفكير في تصنيع الحاسبات الآلية وتطويرها في بداية الحرب العالمية الثانية من أجل استغلال
إمكانياتها في المجالات العسكرية المختلفة. ففي عام 1941م تمكن العالم كوفراد زيوس بتطوير
حاسب آلي لاستخدامه في تصميم الطائرات والصواريخ العسكرية. وفي عام 1944م نجح المهندس
الأمريكي هوارد أيكن من تصنيع حاسبة إلكترونية كانت تستطيع إجراء العمليات الحسابية الأساسية
.َ وقد إعتمد ايكن في تصنيع
الأربعة الجمع والطرح والضرب والقسمة حتى ثلاث وعشرون رقما
الآلة على إستخدام موجات كهرومغناطيسية لتحريك أجزائها ميكانيكية وكان حجم هذه الآلة يبلغ
نصف حجم ملعب كرة القدم ويمكننا تقسيم مراحل تطور الحاسبات الآلية إلى أربعة مراحل.

الجيل الأول 1956-1945م
في هذه الفترة قام علماء جماعة بنسلفانيا بتطوير جهاز أطلق عليه إسم أنياك وكان يتكون من ثمانية
ً من المقاومات وكان يستهلك كمية هائلة من الكهرباء ً من الصمامات ال
عشر ألفا مفرغة وسبعون ألفا
تكفي إضاءة مدينة بكاملها ويرجع الفضل في هذا التطوير إلى بريسر وموكلي. وفي عام 1945م
إنضم العالم جون نيومان إلى فريق العمل بجامعة بنسلفانيا وتمكن الفريق من تصميم حاسب له
إمكانيات تخزين بيانات في ذاكرته وإدخال تقنيات جديدة تستخدم في تنسيق وتنظيم الوظائف داخل
الحاسب في وحدة العمليات المركزية، وعن طريق هذه التقنيات إستطاع مستخدم الحاسب إيقافه
عن العمل ثم إستخدامه بعد ذلك في أي وقت كيفما شاء وسمي هذا الجهاز إيفاك. وفي عام 1951م
قام رنجتون راند بتطوير آخر للحاسب وأسماه يونيفاك وقد إستخدم هذا الحاسب في التنبؤ بنتائج
الإنتخابات عام 1952 في الولايات المتحدة الأمريكية ومن خصائص هذا الجيل من الحاسبات أنها
كانت تعمل بالصمامات المفرغة والوحدات المغناطيسية لتخزين البيانات والمعلومات.

(4) الهندسة الكهربية
99
الجيل الثاني 1960-1956م
كان لإختراع الترانزيستور عام 1948م أثر كبير في تطور الحاسبات حيث استبدلت الصمامات
المفرغة الكبيرة الحجم بالترانزيستور ونتج عن ذلك صغر حجم الحاسب وأصبح أكثر سرعة وأقل
ً للكهرباء
ً وإستهلاكا
ً . وفي عام 1956 قامت شركة IBM بتطوير أول حاسب آلي وتكلفتا
أعطالا
يستخدم الترانزيستور، وقد حدث تطور هائل في لغة الحاسب حيث تم إستبدال اللغة الأولية بلغة
أخرى أكثر سهولة أتاحت إستخدام الأرقام والحروف في كتابة برامج الحاسب والتي كانت تترجم
إلى اللغة الأولية للحاسب ولكن كانت تكلفة هذه الأجهزة عالية بالنسبة للفرد العادي ولذلك كانت لا
تستعمل في الأعمال المدنية والتجارية ولكن كان يقتصر إستعمالها في النواحي العلمية فقط.

الجيل الثالث 1971-1960م
إستمرت الأبحاث من أجل تحسين وتطوير أداء الحاسب وانصب معظم الجهد خلال هذه الفترة
ً زيادة
على تحسين أداء وحدة التحكم في العمليات وكذلك تحسين سرعة إجراء العمليات وأيضا
سعة وحدة التخزين بالإضافة إلى تطوير وإستحداث لغات أخرى للتعامل مع الحاسب.

الجيل الرابع 1907م وحتى الآن
بعد اختراع أشباه الموصلات تقلص حجم الحاسب حيث تم تطوير الرقائق الإلكترونية لتتسع
الواحدة منها لمئات الآلاف من الوحدات الإلكترونية، ثم ظهرت بعد ذلك رقائق جديدة تتسع الواحدة
منها إلى ملايين الوحدات الإلكترونية، وقد أدى هذا الإكتشاف إلى تقليص حجم الحاسب وزيادة
سرعته وكفاءته ودقة حسابه. وفي عام 1971م حدثت طفرة هائلة في صناعة الرقائق الإلكترونية
حيث تم صناعتها بطريقة خاصة لتقوم بأداء أكثر من وظيفة بالحاسب ولقد أطلق عليها المعالجات
الدقيقة وقد إستخدمت هذه المعالجات في صناعة العديد من الأجهزة الإلكترونية مثل التليفون
والتليفزيون والميكروويف وأجهزة إلكترونية أخرى عديدة.

وقد قامت شركة IBM بصناعة الحاسب الشخصي لإستخدامه بالمنازل والشركات والمؤسسات
وقد ساعد في إنتشار هذه الحاسبات التطور الهائل في إعداد البرامج الجاهزة التي تعمل بها هذه
الحاسبات والتي تتناسب مع جميع الأعمار والإهتمامات وواصل حجم الحاسب الشخصي في
التقلص فظهرت الحاسبات المحمولة وحاسبات الجيب.