عبدالله خيريمقدمة
عندما يذكر شخص ما كلمة “سلك” ففي الغالب يكون يقصد قطعة معدنية اسطوانية مرنة تتدرج في الحجم من قطر يبدأ من بضعة مليمترات ويصل إلى عدة سنتيمترات. يمكن أن تشير كلمة سلك إلى تطبيقات كهربية أو ميكانيكية؛ في الميكانيكا هناك ما يُعرف بالسلك الشداد (guy-wire)، ولكنا في هذا الدرس سنتحدث عن الأسلاك من منظور كهربائي فقط.
ما يوجد بداخل السلك الشعري
تُعد أسلاك الكهرباء العمود فقري للمجتمع الذي نعيش فيه. لا يخلو أي بيت من الأسلاك الضرورية لإضاءة المصابيح وتسخين الأفران وحتى لاستخدام الهاتف المحمول. يتم استخدام الأسلاك للسماح للتيار (current) بالسريان من مكان إلى آخر. معظم الأسلاك تحتوي على عازل كهربائي (insulation) يحيط بالقلب المعدني. المادة العازلة (insulator) هي مادة لا تسري شحناتها الكهربية الداخلية بشكل حر، ولذلك لا توصل التيار الكهربي. لا وجود للمادة العازلة المثالية (المطلقة) (perfect insulator)، ولكن بعض المواد مثل الزجاج والورق والتفلون (Teflon) تمتلك مقاومة نوعية (resistivity) عالية، ولذلك فهي من أفضل المواد العازلة.
المادة العازلة يتم إضافتها حول السلك لتجنب وجود أسلاك عارية مما قد يؤدي لسريان الكهرباء خلال جسم الأشخاص (خطير) أو سريانها خلال سلك آخر بدون قصد.
مواضيع مُقترحة للقراءة
إليك بعض المواضيع التي قد تود الاطلاع عليها قبل قراءة درسنا عن الأسلاك:
- الجهد (Voltage)، التيار (Current)، المقاومة (Resistance)، وقانون أوم (Ohm’s Law)
- كيف نقوم باللحام والتثبيت عبر الثقوب (PTH) (قريباً)
- البادئات والوحدات المترية (Metric Prefixes and Units) (قريباً)
السلك المصمت (solid) والسلك الشعري (stranded)
تأتي الأسلاك في أحد شكلين، إما شعرية أو ذات قلب مصمت.
ألوان متنوعة من السلك المصمت
يتكون السلك المصمت من قطعة واحدة من السلك المعدني يطلق عليها الخيط (strand). أحد أكثر أنواع الأسلاك المصمتة شيوعاً هو السلك الملفوف (wire wrap). على الجانب الآخر يتكون السلك الشعري من العديد من قطع الأسلاك الكهربية مُجمّعة معاً في حزمة واحدة.
ألوان وأحجام مختلفة من السلك الشعري
يتميز السلك الشعري بمرونة أكبر بكثير من السلك المصمت المماثل له في الحجم. لذلك يتم استخدام السلك الشعري عندما تكون هناك حاجة لتحريكه وثنيه بشكل متكرر (مثل ذراع الروبوت). في المقابل يتم استخدام السلك المصمت عندما لا يكون احتياج لثنيه أو تحريكه، مثل عمل النماذج الأولية (prototyping) للدوائر الكهربية على ألواح التجارب (breadboards)، حيث أن استخدام سلك ذو قلب مصمت يجعل من السهل أن يتم تثبيته في فتحات لوح التجارب. ويعد استخدام سلك شعري مع ألواح التجارب أمراً صعباً للغاية؛ حيث أن الأسلاك تنفصل وتتفرق كلما تم دفعها بداخل فتحات اللوح.
سُمك السلك (Wire Thickness)
يستخدم المصطلح “معيار (gauge)” لتحديد قطر السلك. ويُستخدم معيار السلك لتحديد كمية التيار التي يمكن أن يتحملها التيار في حدود آمنة. يمكن أن يشير معيار السلك إلى خواص كهربية وميكانيكية، ولكننا في هذا الدرس سنتناول الجزء الكهربي فقط.
يوجد نظامان رئيسيان لقياس معيار الأسلاك: معيار السلك الأمريكي (American Wire Gauge (AWG)) ومعيار السلك القياسي (Standard Wire Gauge (SWG)). ولكنا لن نتناول الفرق بين النظامين في هذا الدرس.
تدريج تقريبي للعديد من المعايير المختلفة للأسلاك
تعتمد كمية التيار التي يمكن أن ينقلها السلك على بعض العوامل المختلفة، مثل تركيب السلك وطوله وحالته. بشكل عام كلما زاد سمك السلك زادت كمية التيار الذي يستطيع نقله.
جدول تقريبي يوضح علاقة سمك السلك بكمية التيار الذي يستطيع نقله
يُعد استخدام الأسلاك ذات القلب الصلب أمراً مثالياً عند التعامل مع ألواح التجارب (مثل المعيار الأمريكي 22) لأنها تناسب فتحات لوح التجارب بشكل جيد. بينما يعتبر السلك الشعري الخيار رقم 1 لعمل النماذج الأولية التي تتضمن عمليات لحام.
ملحوظة: تأكد من عدم سريان تيار أكبر من المسموح خلال أي سلك، لأنه يصبح عرضه للحرارة والذوبان وقد يسبب حرائق!
كيفية تعرية الأسلاك
الحصول على توصيلات كهربية آمنة ومتينة يبدأ من تعرية السلك بشكل دقيق ونظيف. من الضروري أن تتم إزالة الطبقة البلاستيكية الخارجية بدون خدش (تخصير) (nicking) السلك المعدني الداخلي. إذا تم خدش السلك فإن الوصلات تصير عرضه للتلف وقد يحدث قصر.
أسلاك تم تعريتها بشكل سليم بدون خدوش أو حفر
الأداة المستخدمة
أداة تعرية السلك (wire stripper) اليدوية هي عبارة عن زوج متقابل من الشفرات وتشبه إلى حد كبير المقص، وتحتوي على العديد من الفتحات بأحجام مختلفة، وهذا يسمح للمستخدم بتحديد حجم الفتحة التي تناسب حجم السلك، وهذا أمر ضروري للغاية للحفاظ على السلك وتعريته بشكل مثالي.
تحذير: العديد من أدوات تعرية الأسلاك الموجودة في المتاجر لا تناسب تعرية الأسلاك ذات المعيار الصغير (22 إلى 30). عندما تقوم بعمل نماذج أولية أو استخدام ألواح التجارب تأكد من الحصول على أداة مناسبة لتعرية أسلاك معيارها الأمريكي 22 أو أصغر. من الجيد أيضاً أن يكون بإمكان الأداة تعرية الأسلاك ذات المعيار الأمريكي 30.
بالرغم من أنه يمكن استخدام سكين لتعرية الأسلاك، إلاّ أن ذلك يمكن أن يتلف السلك من خلال خدش المعدن أو قطع جزء منه. أيضاً يعتبر استخدام السكين لتعرية الأسلاك أمر جد خطير؛ حيث أنها من الممكن أن تنزلق بسهولة وتسبب جروحاً خطيرة.
تعرية السلك
ببساطة يتم الضغط على السلك على بعد حوالي ربع بوصة من نهايته أو حسب الطول المطلوب مع استخدام الفتحة المناسبة من الأداة، وبعد ذلك يتم لفها بشكل بسيط وبالتالي يتم قطع العازل ويصبح حر الحركة.
بعد ذلك يتم جذب أداة التعرية إلى نهاية السلك ليخرج معها العازل البلاستيكي ويصبح السلك مُعرّى وجاهز.
ملاحظات وتوضيحات وإرشادات
من الضروري أن يتم اختيار حجم الفتحة الذي يتوافق مع حجم السلك؛ إذا كانت الفتحة أكبر بكثير من السلك فلن يتم تعريته، أما لو كانت الفتحة صغيرة للغاية عن السلك فإن ذلك يجعل السلك عرضة للتلف. استخدام فتحة أصغر من السلك يعني أن أداة التعرية ستنغلق بشكل أكبر من المطلوب وبالتالي تصل إلى السلك المعدني الموجود بالقلب. في حالة السلك الشعري يتم قطع الحلقة الخارجية من الأسلاك الرفيعة مما يقلل من القطر الكلي للسلك ويضعف من قوته. أما حدوث شق (nick) في السلك المصمت فيؤدي إلى تقليل قوة ومرونة السلك إلى حد كبير، وبالتالي تزداد احتمالية انقطاع السلك عند ثنيه بشكل كبير.
هذه الأسلاك لم يتم تعريتها بشكل صحيح، وتوجد بها خدوش وأسلاك متقطعة
إذا تم خدش سلك ما دون قصد فالحل الأفضل هو أن يتم قص الجزء التالف وإعادة تعرية السلك من جديد.
كيفية تجعيد (crimp) الوصلات الكهربية الطرفية (Connectors)
الوصلة الطرفية الكهربية هي عبارة عن أداة يتم استخدامها لربط الدوائر الكهربية ببعضها البعض باستخدام طريقة ميكانيكية. الوصلات الطرفية يمكن أن تكون مؤقتة أو تُستخدم كمُشترك دائم بين سلكين.
هناك مئات الأنواع من الوصلات الطرفية، هذه الوصلات يمكن أن تصل بين سلكين لهما أطوال مختلفة، أو تستخدم للتوصيل بين سلك وطرف كهربائي (مثل الطرف الموجود في نهاية البطارية).
الأداة المستخدمة
كلمة تجعيد (crimping) في هذا النص تعني أن يتم توصيل قطعتين معدنيتين معاً من خلال تشويه إحداهما أو كلاهما حتى يتماسكا معاً. هذا التشويه هو ما نسميه “تجعيد”.
تم تشويه المعدن لكي يقبض على السلك ويمنعه من الحركة
ملاحظة: الأداة المستخدمة في التجعيد ليس لها أي معنى باللغة العربية، وتُذكر في النصوص العربية باسمها (crimper)، بدلاً من ذلك سنستخدم كلمة مُجعِّد للدلالة عليها.
لكي يتم تثبيت وصلة وسلك معاً يجب استخدام أداة مخصصة تُعرف بالمُجعِّد (crimper). ملحوظة: الكمّاشة (pliers) ليست مُجعِّد ولا المطرقة (hammer) ولا الملازم (vises). عندما يتم استخدام مُجعِّد جيّد بشكل صحيح فإنه يصنع التحام بارد (cold weld) بين السلك والمحيط الداخلي للوصلة. إذا قمت بكسر مُجعِّد إلى نصفين فستجد بداخله قالب صلب للسلك والوصلة الطرفية معاً. واستخدام أداة غير مناسبة لا يؤدي لعمل التجعيد بصورة صحيحة.
لماذا نحتاج إلى هذه الدرجة من الإتقان؟ لأن التجعيد السيء يترك فراغات هوائية بين السلك والوصلة، هذه الفراغات الهوائية تؤدي إلى تجميع الرطوبة (moisture) مما يسبب التآكل (corrosion)، والتآكل يؤدي لزيادة المقاومة (resistance) التي بدورها تتسبب في زيادة الحرارة ومع الوقت يمكن أن يتسبب ذلك في انكسار الوصلة.
المُجعِّد بالأعلى يمنحنا أفضل النتائج، وأيضاً المجعد بالأسفل بعمل بشكل جيد
توجد العديد من المجعدات بأشكال وطرازات مختلفة. المجعد المثالي الموجود في الصورة بالأعلى يحتوي على سقاطة (ratchet) داخلية. عندما يتم الضغط على المقبضين تقوم بالانغلاق بإحكام لمنع فكي المجعد (jaws) من الانفتاح مرة أخرى. عندما يتم الضغط بشكل كافي لتركيب الوصلة تنفتح السقاطة مجدداً لتحرير الوصلة التي تم تجعيدها، وهذا يضمن حدوث ضغط كافي لتجعيد الوصلة. هذا الطراز من المجعدات يحتوي أيضاً على فك عريض ليغطي معظم المساحة السطحية من الوصلة.
المجعد الموجود بالأسفل في الصورة يمكن أن يحقق نفس النتائج المرجوة ولكنه أقل فاعلية، ويتطلب أن يكون المستخدم حذراً للغاية؛ حيث يجب الانتباه أثناء عملية التجعيد للتأكد من أن الفكين موضوعان بشكل صحيح على الوصلة، لأن المحاذاة غير الصحيحة تعطي وصلة ليست على المستوى المطلوب، وبالتالي مع مرور الوقت يمكن أن تنفصل الوصلة نتيجة للاستخدام العادي. بشكل عام يجب الضغط بأقصى قوة ممكنة للحصول على تجعيد مناسب.
تجعيد الوصلة
هناك العديد من الآراء والنقاشات مع وضد استخدام السلك المصمت في الوصلات الطرفية المجعدة. يعتقد الكثيرون أن استخدام التجعيد مع السلك المصمت يخلق نقطة ضعف في السلك قد تؤدي إلى انكسار الوصلة. توجد أيضاً احتمالية كبيرة أن تنفك الوصلة من السلك المصمت لأن السلك لا يكون متماشياً مع الوصلة من الأساس. إذا اضطررت لاستخدام سلك مصمت في وصلة طرفية فسيكون من الجيد أن تقوم بلحام السلك في مكانه بعد عملية التجعيد.
في البداية يجب اختيار سلك بمقاس يناسب مقاس الوصلة الطرفية أو العكس. بعد ذلك يتم تعرية السلك بحيث يكون طول السلك الذي يتم تعريته مساوياً لطول المحيط المعدني الداخلي للوصلة، والذي يتراوح عادة في حدود ربع بوصة. إذا تلائم السلك الذي تم تعريته مع المحيط الداخلي للوصلة بدون وجود فراغ فهذا يعني أن مقاس الوصلة مناسب للسلك.
طول السلك متلائم مع طول المحيط الداخلي للوصلة.
تذكر: إذا لم يتلاءم السلك مع داخل الوصلة أو كان هناك الكثير من الفراغ فهذا يعني أن مقاس السلك والوصلة غير مناسبين لبعضهما البعض.
بعد ذلك يجب أن يتم إدخال السلك المعدني إلى أن يتلامس العازل مع نهاية تجويف الوصلة الطرفية.
بعد ذلك يتم إدخال السلك والوصلة في المُجعِّد. يجب أن يتماشى لون العازل الخاص بالوصلة مع اللون على المُجعِّد؛ فإذا كان لون عازل الوصلة أحمر قم باستخدام الجزء المميز باللون بنقطة حمراء من المُجعِّد. وإذا لم يحتوي المُجعِّد على علامات ملونة فقم باستخدام علامات المعيار الموجودة على الجانب.
يجب أن يتم ضبط الوصلة بشكل أفقي بحيث يكون الجزء الذ يتم إدخال السلك فيه لأعلى. ثم يتم وضع المُجعِّد عمودياً على الوصلة من جهة تجويف السلك. لإتمام عملية التجعيد يتم الضغط على الأداة بقوة معينة. بوجه عام ليس هناك مجال لتلف الوصلة نتيجة لزيادة قوة الضغط على مقبضي المجعد.
بعد إتمام عملية التجعيد يجب أن يبقى السلك والوصلة متصلان معاً حتى عند محاولة جذبهما بعيداً عن بعضهما البعض بقوة كبيرة. إذا أمكن جذب السلك من الوصلة فهذا يعني أن عملية التجعيد تمت بشكل غير صحيح. من الأفضل أن تنفك الوصلة بينما نجربها بدلاً من أن تنفك بعد أن يتم تثبيتها في المكان الخاص بها. الجدول التالي يوضح القوة التي تتحملها الوصلات المجعدة تبعاً لمعيار السلك.
أخطاء شائعة
مقاس سلك لا يتناسب مع الوصلة أو مقاس وصلة لا يتناسب مع السلك.
تجعيد سيء؛ الوصلة صغيرة جداً على معيار السلك المستخدم
كن حذراً ولا تقم بتعرية السلك بشكل أكبر من اللازم.
تم تعرية جزء كبير من السلك دون حاجة لذلك، مما أدى إلى انكشاف جزء كبير منه
نذكر أيضاً (مع أن ذلك لا يشكل خطراً) أنه لا يجب أن يجب أن يبرز السلك بشكل كبير من تجويف الوصلة. وإذا حدث ذلك فيجب أن يتم قص الجزء الزائد.
يجب أن يتم قص الجزء البارز من السلك العاري
المضي قدماً
من المفترض الآن أنه قد أصبحت لديك معرفة جيدة بالأسلاك الكهربية ومدى أهميتها في عالم الإلكترونيات. سواء كنت تقوم بعمل نموذج أولي أو إعادة تشكيل أو إنتاج منتج نهائي فإن السلك هو صديق عزيز لك.
إليك بعض الدروس المرتبطة بالأسلاك الكهربية التي يمكنك قراءتها:
- السلك هو العنصر الرئيسي الأهم عندما تقوم ببناء الدوائر الكهربية (circuits).
- لست متأكد من الوصلة التي عليك استخدامها؟ ألق نظرة على درس أساسيات الوصلات لتتوسع في معرفة ذلك. (قريباً)
- تريد عمل نموذج أولي؟ اطلع على درس ألواح التجارب (Breadboards).
تمّت ترجمة هذه المادّة من موقع sparkfun تحت تصريح كرييتف كومّونز 3 (Creative Commons 3.0)
أضف تعليق