Tip:
Highlight text to annotate it
X
كيف يعمل كاشف الدخان.
من آلية الكشف حتى الإلكترونيات.
مدعومة جزئياً من قبل برنامج جرانت الخاص بالعلوم الكيميائية الخاص بمؤسسة كاميل وهنري دريفوس
أنا أرى أن كاشفات الدخان أعجوبة هندسية.
دعوني أريكم كيف يعمل.
هذه الأسطوانة السوداء تحوي فتحات تهوية تسمح للهواء بالدخول إلى الكاشف.
الآن, الأسطوانة تخفي تحتها القطعة الأهم في الجهاز.
تقبع هنا شريحة أمريكيوم(Am 241) مشعّة بسمك 1 مايكر-كوري وتزن حوالي 0.29 مايكر-جرام.
تلك القطعة الصغيرة من المادة المشعة تنشئ تيار صغير يجعل الكاشف يعمل.
دعوني أشرح كيف.
الهواء يمر بين هذين القطبين الكهربائيين, طبعاً الهواء لا يوصل أي كهرباء الآن,
لكن عندما تصطدم جسيمات alpha من قطعة الأمريكيوم(Am)بجزئيات الأكسجين والنيتروجين التي تكون الهواء
تقوم بإسقاط الإلكترونات الجاهزة لمغادرة جزيئات الغاز ذات الشحنة الكهربائية.
بطارية ال9فولت تحرك الأيونات مما يولد تيار.
الآن أصبح لدينا تقريباً 100 بيكو-أمبير, حوالي جزء واحد من مئة مليار من التيار الذي يسري في منزلك.
عندما يدخل الدخان للحجرة تلتصق به الأيونات وتبطأ مما يجعلها تفقد شحنتها,
كلا الحدثين يسببان بإيقاف التيار, مما يشغل الإنذار.
الآن, لجعل شيء بهذا الصغر يعمل ببطارية 9فولت نحتاج لتقنية ثورة الحالة الصلبة في الستينيات.
دعوني أريكم.
إذا قمت بإزالة القطبين تستطيعون الآن رؤية دائرة متكاملة صغيرة.
الدائرة تتضمن جهاز رائع يسمى MOSFET, وهو الذي يقوم بكشف التغيرات البسيطة بالتيار.
في الكاشف, الجهاز يعمل كمفتاح إطفاء وتشغيل يفعل عن طريق فرق التيار بين الأقطاب.
كأي ترانزستور, عمل الجهاز يعتمد على آلية بناء صمامات ثنائية(دايود) من أشباء الموصلات.
تذكروا أن الصمام يسمح بمرور التيار في اتجاه واحد فقط لإنه يستعمل نوعين من أشباء الموصلات
نوع يستعمل حاملات الشحن السالبة والآخر يستعمل حاملات الشحن الموجبة.
نقلب البطارية وسيتوقف سيل الشحنات.
الآن, لـ\\\"بناء\\\" MOSFET نقوم بضم صمامين ثنائيين معاً بحيث يكونا متعاكسي الإتجاه.
قد يبدو هذا عديم الفائدة لأنه لن يكون هناك أي تيار مار عبر هذا الترتيب,
لكن المهندسين ضمنوا هذا الجهاز في نفس نوع شبه الموصل كما في أطراف الصمامات التي يلامسها.
ثم وضعوا موصلات معدنية في أطراف الصمامات وعلى قطعة المادة شبه الموصلة.
بعدها قاموا بتغليف الصمامات بطبقة رقيقة من ثاني أكسيد السيليكون.
الآن وبعكس المعادن أو أشباه الموصلات, هذه لا تقوم بتوصيل الكهرباء على الإطلاق.
على تلك, قاموا بوضع شريحة معدنية أخرى تسمى البوابة, تفتح أو تغلق قناة التيار بين المصدر والمقحل الحقلي.
عندما نقوم بصنع فرق جهد بين البوابة والمصدر ينشأ لدينا حقل
عبر الطبقة العازلة يقوم بتوجيه الشحنة الموجبة الحرة بإتجاه البوابة, مما يفتح قناة تسمح للتيار بالمرور.
في الدائرة الكهربائية نستعمل بطارية ال9-فولت لصنع فرق جهد بين المصدر والبوابة.
يقوم بتحييز البوابة وجعل التيار يمر عبر الـMOSFET مما يؤدي لإطلاق الإنذار,
لذلك نضاده بإستخدام تيار يسري من الكاشف.
هنا يقوم الغاز المتأين بخلق التيار الصغير بين القطبين الذي أريتكم إياها مسبقاً.
ذلك التيار يمر عبر مقاومة كبيرة ويخلق جهد يعارض البطارية
ويمنع مرور التيار عبر الـMOSFET.
إذا دخل الدخان للغرفة, التيار الصغير يتوقف,
الـMOSFET يسمح للتيار بالمرور إلى هذا القطاع من الدائرة الكهربائية
مما يقوم بتشغيل الإنذار.
الآن, بالنسبة لي هذه هي الهندسة بأفضل تجلياتها:
بسيط, موثوق, رخيص ويحفظ أرواح غير معدودة من البشر.