الشهر: يونيو 2023

الكثافة وتطبيقاتها هي الكلمة التي غالبًا ما تجعل عيون الناس تتلألأ. إنه مرتبط بفصول علمية مملة ومعادلات رياضية معقدة. لكن ماذا لو أخبرتك أن الكثافة هي في الواقع مفهوم ممتع جدًا؟

على سبيل المثال، هل تعلم أن الفلين أقل كثافة من الماء، لذا فهو يطفو جزئيا؟ ولكن إذا أضفت ما يكفي من الملح إلى الماء، فستزداد كثافة الماء وسيطفو الفلين كليًا فوق سطح الماء. وذلك لأن جزيئات الملح تضيف كتلة إلى الماء دون زيادة حجم الماء كثيرًا. كما ترون ، فإن الكثافة مفهوم ممتع للغاية. الأمر كله يتعلق بكمية الأشياء التي يتم تعبئتها في مساحة معينة. إليك هذا المقال لتبسيط وتوضيح مفهوم الكثافة بشكل أعمق وكذلك العوامل المؤثرة عليه وتطبيقاته في حياتنا اليومية [1].

ما هي الكثافة؟

الكثافة هي خاصية فيزيائية تصف مقدار الكتلة لكل وحدة حجم للمادة. بمعنى آخر، إنه مقياس لمدى تماسك جزيئات المادة. معادلة الكثافة هي:

الكثافة = الكتلة / الحجم

يتم التعبير عن وحدات الكثافة عادةً بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم/م  مكعب) أو بالجرام لكل سنتيمتر مكعب (جم/ سم مكعب)، ولكن الوحدات الأخرى مثل رطل لكل بوصة مكعبة (رطل / بوصة)

تمثل الكثافة وتطبيقاتها جزءً مهمًا في العديد من مجالات العلوم والهندسة، بما في ذلك الكيمياء والفيزياء وعلوم المواد والجيولوجيا. يتم استخدامه لتحديد وتصنيف المواد، ولتحديد نقاء المادة، ولحساب طفو الأشياء في السوائل [1].

كيفية قياس الكثافة؟

هناك عدة طرق لقياس كثافة المادة، حسب طبيعة المادة ومستوى الدقة المطلوبة. فيما يلي بعض الطرق الشائعة [2]:

1. مبدأ أرخميدس: تتضمن هذه الطريقة قياس قوة الطفو على جسم مغمور في سائل. قوة الطفو تساوي وزن السائل الذي أزاحه الجسم ، ويمكن استخدامها لحساب كثافة الجسم. تُستخدم هذه الطريقة بشكل شائع لقياس كثافة الأجسام أو المساحيق غير المنتظمة.
2. قياسات الكتلة والحجم: تتضمن هذه الطريقة قياس كتلة وحجم مادة ما مباشرة ، ثم حساب الكثافة باستخدام صيغة الكثافة = الكتلة / الحجم. تستخدم هذه الطريقة بشكل شائع لقياس كثافة السوائل والمواد الصلبة.
3. إزاحة الغاز: تتضمن هذه الطريقة قياس حجم الغاز المزاح بواسطة مادة صلبة أو سائلة عند غمره في الغاز. يمكن بعد ذلك حساب كثافة المادة باستخدام الصيغة الكثافة = الكتلة / الحجم. تستخدم هذه الطريقة بشكل شائع لقياس كثافة المواد الصلبة والسوائل غير القابلة للذوبان في الماء.
4. حيود الأشعة السينية: تتضمن هذه الطريقة قياس نمط حيود الأشعة السينية التي تمر عبر بلورة المادة. يمكن تحديد التباعد بين الذرات في البلورة من نمط الحيود ، ويمكن حساب كثافة المادة من التباعد الذري والوزن الجزيئي للمادة.
5. تتضمن هذه الطريقة قياس حجم كتلة معروفة من المادة باستخدام حاوية متخصصة تسمى.pycnometer يمكن بعد ذلك حساب كثافة المادة باستخدام العلاقة الكثافة = الكتلة / الحجم.

هذه ليست سوى عدد قليل من الطرق العديدة المتاحة لقياس كثافة مادة ما. يعتمد اختيار الطريقة على طبيعة المادة ومستوى الدقة المطلوبة والمعدات المتاحة.

ما هي العوامل التي تؤثر على الكثافة؟

يمكن أن تتأثر كثافة المادة بعوامل مختلفة مثل درجة الحرارة والضغط وتكوين المادة. على سبيل المثال، تقل كثافة الغاز مع زيادة درجة الحرارة، بينما تزداد كثافة السائل عمومًا مع انخفاض درجة الحرارة [3].

تتأثر الكثافة بعدة عوامل كاللآتي:

1. درجة الحرارة: تقل كثافة مادة ما بشكل عام مع زيادة درجة حرارتها. هذا لأنه مع ارتفاع درجة الحرارة ، تكتسب الجسيمات الموجودة في المادة طاقة حركية أكثر وتتحرك بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى انتشارها واحتلال مساحة أكبر. نتيجة لذلك ، تصبح المادة أقل كثافة.

2. الضغط: يمكن أن تتأثر كثافة المادة أيضًا بالضغط. بشكل عام ، مع زيادة الضغط على مادة ما ، تزداد كثافتها أيضًا. وذلك لأن الجسيمات الموجودة في المادة تقترب من بعضها البعض ، مما يقلل من مقدار المسافة بينها ويزيد من كثافة المادة.

3. التركيب: يتم تحديد كثافة المادة أيضًا من خلال تكوينها. المواد المختلفة لها كثافة مختلفة لأن جزيئاتها مرتبة بشكل مختلف. على سبيل المثال ، تكون المعادن عمومًا أكثر كثافة من اللافلزات لأن ذراتها متماسكة بشكل وثيق.

4. حالة المادة: يمكن أن تختلف كثافة المادة أيضًا حسب حالة المادة. على سبيل المثال ، كثافة الغاز أقل بكثير من كثافة السائل أو المادة الصلبة لأن الجسيمات الموجودة في الغاز تكون متباعدة كثيرًا.

5. الشوائب: يمكن أن يؤثر وجود الشوائب في مادة ما على كثافتها. إذا تم خلط مادة مع مادة أخرى لها كثافة مختلفة ، فإن الخليط الناتج سيكون له كثافة في مكان ما بين الكثافتين الأصليتين.

يعد فهم العوامل التي تؤثر على الكثافة أمرًا مهمًا في العديد من مجالات العلوم والهندسة، بما في ذلك علوم المواد والكيمياء والفيزياء. من خلال التحكم في هذه العوامل، يمكن للعلماء والمهندسين معالجة كثافة مادة ما لتحقيق خصائص أو خصائص محددة.

ما أهمية الكثافة؟

تعتبر الكثافة خاصية مادية مهمة لها العديد من التطبيقات العملية في مختلف مجالات العلوم والهندسة. فيما يلي بعض الأسباب الرئيسية لأهمية الكثافة [3]:

1. تحديد وتصنيف المواد: كثافة المادة هي خاصية فريدة يمكن استخدامها لتحديد وتصنيف المواد. على سبيل المثال، يستخدم الجيولوجيون كثافة الصخور والمعادن لتحديد أنواع مختلفة من الصخور وتحديد تكوينها.

2. تحديد النقاوة: يمكن استخدام كثافة مادة لتحديد نقاوتها. إذا تم خلط مادة مع مادة أخرى لها كثافة مختلفة، فإن الخليط الناتج سيكون له كثافة في مكان ما بين الكثافتين الأصليتين. من خلال قياس كثافة الخليط، يمكن للعلماء تحديد درجة نقاء المادة.

3. حساب الطفو: كثافة المادة مهمة أيضًا لحساب طفو الأشياء في الموائع. ستطفو الأشياء الأقل كثافة من السائل الذي تغمره، بينما ستغرق الأشياء الأكثر كثافة. يستخدم هذا المبدأ في العديد من التطبيقات، مثل بناء السفن وتصميم الغواصات وتصميم أجهزة التعويم.

4. علم وهندسة المواد: تعتبر كثافة المادة عاملاً مهمًا في تحديد خواصها الميكانيكية، مثل القوة والصلابة والليونة. من خلال التحكم في كثافة المادة، يمكن للعلماء والمهندسين معالجة خصائصها لتحقيق خصائص محددة.

5. الكيمياء والفيزياء: كثافة المادة مهمة أيضًا في الكيمياء والفيزياء، حيث تُستخدم لحساب الخصائص المختلفة مثل الكتلة المولية والوزن الجزيئي والسعة الحرارية النوعية.

باختصار، من خلال فهم كثافة وتطبيقاتها وكيفية التحكم فيها، يمكن للعلماء والمهندسين تطوير مواد جديدة بخصائص وخصائص محددة، وتصميم الأجهزة والهياكل التي تم تحسينها للتطبيقات المقصودة.

ما هي تطبيقات الكثافة في الحياة اليومية؟

تلعب الكثافة وتطبيقاتها دورًا مهمًا في حياتنا اليومية، غالبًا بطرق قد لا ندركها. فيما يلي بعض الأمثلة عن كيفية تأثير الكثافة على حياتنا اليومية [3]:

1. الطبخ: الكثافة عامل مهم في الطبخ، وخاصة في الخبز. على سبيل المثال، تؤثر كثافة الدقيق على كمية الدقيق اللازمة لصنع كمية معينة من العجين، وتؤثر كثافة السكر على كمية السكر اللازمة لتحلية الوصفة.

2. النقل: الكثافة عامل رئيسي في النقل، لا سيما في تصميم المركبات. على سبيل المثال، تؤثر كثافة الوقود على المسافة التي يمكن للمركبة أن تقطعها على خزان الغاز، وتؤثر كثافة المواد المستخدمة في بناء السيارة على وزن السيارة وكفاءتها في استهلاك الوقود.

3. البناء: الكثافة مهمة أيضًا في البناء، حيث تؤثر على قوة ومتانة المواد. على سبيل المثال، تؤثر كثافة الخرسانة على قوتها الانضغاطية، وتؤثر كثافة الخشب على قوته ومقاومته للتعفن.

4. الصحة والطب: تستخدم الكثافة في التطبيقات الطبية المختلفة، مثل تحديد كثافة العظام لتشخيص هشاشة العظام، وقياس كثافة السوائل في الجسم لتشخيص حالات طبية معينة.

5. علم البيئة: تعتبر الكثافة مهمة في علوم البيئة حيث تستخدم لقياس كثافة ملوثات الهواء ولتحديد كثافة المياه في المسطحات المائية. تُستخدم هذه المعلومات لرصد وتنظيم مستويات التلوث ولحماية البيئة.

باختصار، تعتبر الكثافة وتطبيقاتها تؤثر على العديد من جوانب حياتنا اليومية، من الطهي والنقل إلى البناء وعلوم البيئة. من خلال فهم دور الكثافة في هذه التطبيقات، يمكننا اتخاذ قرارات مستنيرة وتطوير تقنيات جديدة محسّنة للأغراض المقصودة.

المصادر

1. Vision Learning | Density
2. Anton Paar | Density and density measurement
3. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology | A Review Paper on Comparative Study of Density of Bituminous Layer by Various Methods

ظلت ليزرات الأشعة السينية مدة طويلة مادة خصبة للخيال العلمي. ولم يبدأ أول جهاز منها بالعمل لغرض علمي إلا قبل اثني عشرة سنة، وذلك في جامعة ستانفورد باعتبارها مرفقا تابعا لمكتب العلوم في وزارة الطاقة الأمريكية. ويستمد هذا الجهاز، المعروف باسم منبع الضوء المترابط للمسرع الخطي (LCLS) طاقته من أطول مسرع جسيمات خطي في العالم، في مختبر المسرع الوطني SLAC. وقدي جري بواسطته تكوين حالات غريبة للمادة لم تحصل في أي مكان أخر من الكون، وذلك بتعريض الذرات والجزيئات والجوامد لنبضات أشعة سينية ذات شدة عالية. فماهو هذا الجهاز؟ وما هي خصائصه؟

ألية عمل الأشعة السينية

إذا وضعنا ذرة أو جزيئا أو حبيبة غبار في وجه أقوى ليزر للأشعة السينية في العالم، فإنه لن يكون أمامها أي فرصة للنجاة. إذ تصل درجة حرارة تلك المادة المضاءة بالليزر إلى أعلى من مليون “كلفن” كما في حالة الشمس. وذلك في غضون أقل من جزء واحد من تريليون جزء من الثانية. وعلى سبيل المثال، تفقد ذرات النيون الخاضعة لمثل هذه الظروف الاستثنائية جميع إلكتروناتها العشرة سريعا وبمجرد خسارتها لغلافها الإلكتروني الواقي تنفجر مبتعدة عن الذرات المجاورة. ويمثل مسار حطامها مشهدا فاتنا جدا للفيزيائيين.

إن ما يجعل هذه العملية مدهشة هو أن ضوء الليزر يطرد إلكترونات الذرة من الداخل إلى الخارج. لكن الإلكترونات, التي تحيط بنواة الذرة على شكل طبقات مدارية شبيهة بطبقات البصل، لا تتفاعل جميعا بتجانس مع حزمة الأشعة السينية. لأن الطبقات الخارجية شفافة تقريبا لهذه الأشعة. ولذا فإن الطبقة الداخلية هي التي تقع تحت وطأة الإشعاع، تماما كما تسخْن القهوة في الفنجان الموضوع في فرن موجات ميكروية قبل الفنجان بمدة طويلة_ كما يتضح فى الشكل المقابل. فإن الأشعة السينية تقوم بطرد إلكترونات المدار الداخلي K _. وينطلق الإلكترونان الموجودان في تلك الطبقة إلى الخارج مخلفين وراءهما حيزا فارغا فتغدو الذرة جوفاء. وخلال بضع فيمتوثوان، تمتص إلكترونات أخرى إلى الداخل لتحل محل الإلكترونات المفقودة. وتتكرر دورة تكوين التجويف الداخلي وملء الفراغ حتى لا يتبقى أي إلكترون حول الذرة. وتحدث هذه العملية في الجزيئات وفي المادة الصلبة أيضا.[1]

لكن تلك الحالة الغريبة لا تدوم إلا بضع فيمتوثوان.  وفي الجوامد، تتفكك المادة إلى حالة متأينة, أي إلى بلازما كثيفة وساخنة لا توجد عادة إلا في ظروف استثنائية من مثل تفاعلات الاندماج النووي أو في مراكز الكواكب الضخمة. وعلى كوكب الأرض لا مثيل للحالة المتطرفة الخاطفة التي تنشأ عند تفاعل الذرة مع حزمة ليزر الاشعة السينية.

إحياء المسرع الخطي LCLS وفتح أفاق جديدة

 في الواقع استمد أول ليزر أشعة سينية طاقته من اختبار لقنبلة نووية تحت الأرض. فقد صنع ذلك الليزر من أجل مشروع سري اسمه إكسكاليبر Excalibur. ونفذه مختبر <لورنس ليفرمور> القومي. وكان ذلك الجهاز واحد من مكونات مبادرة الدفاع الاستراتيجي التي أطلقها الرئيس الأمريكي الأسبق <رونالد ريكان> والمسماة بحرب النجوم في ثمانينات القرن الماضي. حيث كان الغرض منها أن تعمل على إسقاط الصواريخ والأقمار الصناعية.[2]

إن الليزر المعروف بمنبع الضوء المترابط في المسرّع الخطي(LCLS) الموجود في مركز مسرّع ستانفورد الخطي (SLAC). يوقظ ذكريات منظومات “حرب‏ النجوم” المضادة للصواريخ تلك.[3] فقد قامت جامعة ستانفورد ببنائه كأطول مسرع إلكترونات في العالم. ويبلغ طول ذلك المسرع ثلاثة كيلومترات، ويبدو من الفضاء كإبرة موجهة إلي قلب الحرم الجامعي. إن ذلك المسرع الخطي مدين في نشأته للعديد من الإكتشافات وجوائز نوبل التى أبقت الولايات المتحدة فى طليعة فيزياء الجسيمات الأولية طوال عقود من الزمن. ومنذ إعادة إناطة مهام جديدة في الشهر 2009/10. غدت بالنسبة إلى فيزياء الذرة والبلازما والكيمياء وفيزياء المادة الكثيفة وعلم الأحياء، ما يمثله المصادم الهادروني الكبير (LHC). ويمكن لنبضات الأشعة السينية لمنبع الضوء المترابط LCLS أن تكون بالغة القصر ( بضع فيمتوثوان) إلي حد أنها تجعل الذرات تبدو جامدة. وهذا ما يمكن الفيزيائيين من رؤية التفاعلات الكيميائية أثناء حدوثها. وتلك النبضات شديدة السطوع أيضا، ولذا تسمح بتصوير البروتينات والجزيئات الحيوية الأخرى التي كانت دراستها شديدة الصعوبة.

ظلال الذرات وتصوير المسافات الضئيلة

يدمج ليزر الأشعة السينية أداتين من الأدوات الرئيسية التي يستعملها فيزيائيون اليوم التجريبيون. وهما منابع ضوء السنكروترونات Synchrotrons والليزرات الفائقة السرعة Ultrafast Lasers. أما السنكروترونات، فهي مسرعات مضمارية الشكل تدور الإلكترونات ضمنها وتصدر أشعة سينية تلج أجهزة قياس موضوعة حول محيط الآلة على هيئة دولاب ذي قضبان منبثقة من مركزه. وتستعمل أشعة السنكروترون السينية لدراسة أعماق الذرات والجزيئات والنُظم النانوية. فضوء الأشعة السينية مثالي لهذا الغرض، لأن أطوال موجاته من مقاس الذرة. [4] ولذا تولد الذرات ظلالا ضمن حزمة الاشعة السينية. وإضافة إلى ذلك، يمكن تعديل الأشعة السينية بحيث ترى أنواعا معينة من الذرات. كذرات الحديد فقط مثلا، وتبين مكان تموضعها ضمن الجسم الصلب أو ضمن جزيء كبير كجزيئات الهيمو جلويين (الحديد هو المسؤول عن اللون الآحمر للدم).

لكن ما تعجز عنه الأشعة السينية هو اقتفاء أثر الحركة الذرية ضمن الجزيء أو الجسم الصلب. فكل ما نراه حينئذ هو غشاوة باهتة. لأن النبضات ليست قصيرة ولا ساطعة بقدر كاف. ولا يمكن للسنكروترون تصوير الجزيئات إلا إذا كانت مصطفة على هيئة بلورات، حيث تقوم قوى موضعية بإبقاء الملايين منها في صفوف منتظمة.

وفيما يخص الليزرات، فإن ضوءها أشد سطوعا بكثير من الضوء العادي لأنه ضوء مترابط. إن الحقل الكهرومغناطيسي في الليزر ليس متموجا كسطح البحر الهائج، بل يهتز بنعومة وانتظام متحكم فيهما. ويعني الترابط ان الليزرات تستطيع تركيز طاقة هائلة ضمن بقعة صغيرة. وأنه يمكن إشعالها وإطفاؤها في برهة قصيرة من رتبة الفيمتوثانية.

التباين بين الأشعة السينية والليزرات العادية

وتعمل الليزرات العادية عند أطوال موجات الضوء المرئي والضوء القريب منه. وتلك أطوال أكبر بألف مرة من أطوال الموجات الضرورية لتمييز الذرات إفراديا. وعلى غرار رادار الطقس الذي يستطيع رؤية عاصفة مطرية دون تمييز قطرات المطر،  فإن الليزرات العادية تستطيع رؤية مجموعة متحركة من الذرات دون تمييزها إفراديا. فمن أجل تكوين ظل حاد للجسم المرصود يجب أن يكون طول موجة الضوء صغيرا ومن رتبة مقاس ذلك الجسم على الأقل. ولذا نحتاج إلى ليزر أشعة سينية. وباختصار يتغلب ليزر الأشعة السينية على الصعوبات والسلبيات التي تمثلها الأدوات الشائعة لتصوير المادة عند المقاسات الشديدة الضآلة. لكن صنع جهاز من هذا النوع ليس بالمهمة السهلة.

بدت فكرة بناء ليزر أشعة سينية غريبة في وقت من الأوقات.  باعتبار أن صنع أي ليزر أمر بالغ الصعوبة بحد ذأته. فالليزرات العادية تنجح في عملها لأن الذرات تشبه البطاريات الصغيرة. فهي تمتص مقادير قليلة من الطاقة وتخزنها ثم تصدرها على شكل فوتونات، أى جسيمات ضوء. وهي تحرر طاقتها تلفائيا عادة, إلا أن <أينشتاين> كان قد اكتشف فى بداية القرن العشرين طريقة لقدح تحريرها من خلال عملية تسمى الاإصدار المحرض Simulated emission. وإذا جعلتَ الذرة تمتص مقدارا معينا من الطاقة, ثم قذفتها بفوتون يمتلك مقدارا مماثلا من الطاقة، أصدرت الذرة الطاقة الممتصة ، مولدة نسخة من الفوتون. وينطلق الفوتونان (الأصلي والمستنسخ) ليحفزا تحرير طاقة من زوج من الذرات الأخري، ويتكرر ذلك مراكما جيشا مستنسخا في تفاعل متسلسل أسي. والنتيجة هى حزم ليزرية.

لكن حتي عندما تكون الظروف ملائمة، فإن الذرات لاتستنسخ فوتونات دائما. فاحتمال إصدار ذرة معينة لفوتون عند قذفها بفوتون آخر، قليل. وثمة فرصة أكبر لها لتحرير طاقتها قبل حدوث ذلك. وتتغلب الليزرات العادية على هذه المحدودية بضخ طاقة تملأ الذرات، مع استعمال مرايا ترسل الضوء المستنسخ جيئة وذهابا ليتلتقط فوتونات جديدة.

أما في ليزر الأشعة السينية، فيغدو تحقيق كل خطوة من هذه العملية أشد صعوية بكثير. ففوتون الأشعة السينية يمكن أن يمتلك طاقة أكبر بألف مرة مما يمتلكه الفوتون المرئي. لذا على كل ذرة أن تمتص طاقة أكبر بالف مرة. ولا تحتفظ الذرات بطاقاتها مدة طويلة. إضافة إلى أنه من الصعب الحصول على مرايا عاكسة للأشعة السينية. وعلى الرغم من أن هذه العوائق ليست جوهرية، فإن ثمة حاجة إلى طاقة هائلة لتكوين الظروف الليزرية.

أجزاء المسرع الخطي وآلية عمله

يعد منبع الضوء المترابط LCLS أقرب شئ تصنعه البشرية لمدفع سفينة فضاء ليزري ويستمد هذا الجهاز طاقته من مسرع جسيمات خطي. وهو نسخة مضخمة من المدفع الإلكتروني المستعمل في جهاز التليفزيون القديم الذي يطلق إلكترونات بسرعات قريبة من سرعة الضوء والمموج هو أساس هذا الاإختراع. إذ يجعل اللكترونات تسلك مسارا منعرجا. وكلما غيرت الإلكترونات اتجاهها في، أصدرت إشعاعا يتألف في هذه الحالة من أشعة سينية. ونظرا لأن الإلكترونات تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الأشعة السينية التي تصدرها، فإن هذه العملية تغذي نفسها وتنتج حزمة استثنائية بشدتها ونقائها.[5]

مكونات الجهاز:

1. ليزر التشغيل: يولد ليزر التشغيل نبضات ضوء فوق بنفسجي تقتلع نبضات من الإلكترونات من المهبط.
2. المسرع: تسرع الحقول الكهربية الإلكترونات لتصبح طاقاتها 12 بليون إلكترون فولت. ويستعمل في منبع الضوء المترابط LCLS هذا كيلو متر واحد من الطول الإجمالي للمسرع SLAC. أي ثلثه فقط.
3. ضاغط الحزمة 1: تدخل النبضات الإلكترونية ممرا منحنيا ذا شكل “S” مخفف يقوم بتسوية نسق الإلكترونات ذات الطاقات المتباينة.
4. ضاغط الحزمة2: بعد جولة من التسارع. تدخل النبضات ضاغطا آخر أطول من الضاغط الأول. لأن طاقة الإلكترونات الآن أكبر.
5. ردهة النقل: تقوم المغانط هنا بتكبير أو تصغير النبضات.
6. ردهة المموج: تسبب مجموعة مغانط ذات قطبييات متناوبة حركة متعرجة للإلكترونات، محرضة إياها علي توليد حزمة أشعة سينية ليزرية.
7. استخلاص الجزمة: يسحب مغنطيس قوي الإلكترونات ويدع الأشعة السينية تكمل طريقها.
8. محطة منبع الضوء التجريبية: تقوم الأشعة السينية بعملها. حيث تضرب المادة وتقوم بمهمة التصوير.

المصادر:

1- Interaction of X-ray with Atoms

2-Excalibur Project

3- LCLS Overview II SLAC

4-Synchrotron

5-The Ultimate X-ray Machine

إذا نظرت إلى أحياء مدينتك سترى الخرسانة في كل مكان من حولك، فهي مادّة البناء الأساسية لمعظم المنشآت الآن. لكنها لم تكن كذلك في بداية الأمر، فقد بدت ثوريةً للغاية قبل الميلاد في معبد «البانثيون-Pantheon» عندما بناه الرومان. منذ ذلك الحين وإلى اليوم يستمرّ تطوّر الخرسانة لتواكب التغيُّرات المستمرّة في صناعة البناء. ويطوّر العلماء اليوم مواد بناء غريبةً وغير متوقّعة من قبل، مثل الأسمنت الصالح للأكل، والخرسانة الشفافة. وتحدِّث الخرسانة الشفافة ثورةً في صناعة الإنشاءات، وعلى الرغم من أنها مادة جديدة نسبيًا إلا أنها تكتسب شعبيةً واسعةً. ويرجّح أن تستخدم في المزيد من التطبيقات مع استمرار تطوّرها.

ما هي الخرسانة الشفافة

تعد «الخرسانة الشفافة- Translucent concrete» نوعًا من أنواع الخرسانة التي تسمح بمرور الضوء من خلالها مع الحفاظ على الخصوصية، وذلك بفعل الألياف البصرية المدمجة بها. تعرف أيضًا باسم الخرسانة شبه الشفافة، أو الخرسانة الناقلة للضوء.[1]

تُدعى الألياف البصرية أيضًا باسم «الألياف الضوئية-Fiber optic» وهي عبارة عن ألياف رقيقة ومرنة. تصنع من الزجاج أو البلاستيك لنقل البيانات عبر مساحات طويلة، وتنقل الإشارات الضوئية وتحوّلها إلى إشارات كهربائية في نهاية الاستقبال. لا يتعدّى سمكها سمك الشعرة، وتُجمّع عادةً العديد من الألياف في حزم مع بعضها. وتستخدم على نطاق واسع في الاتصالات السلكية واللاسلكية، والإنترنت، والمعدات الطبية، وأجهزة الاستشعار. مثلًا تستخدم مستشعرات الألياف البصرية لمراقبة السلامة الإنشائية للجسور والبنى التحتية الأخرى.[2]

ترتَّب الألياف البصرية في جميع أنحاء الخرسانة مما يسمح للضوء بالانتقال عبرها من طرف إلى آخر. فيظهر نمط معيّن من الضوء على سطح الجدار اعتمادًا على بنية الألياف المتواجدة فيه.[1]

متى بدأت فكرة الخرسانة الشفافة لأوّل مرة؟

يعود تاريخ الخرسانة الشفافة إلى أوائل القرن ال20، لكنها اكتسبت اهتمامًا كبيرًا في السنوات الأخيرة كمادة بناء مستدامة. ذكر مفهوم الخرسانة شبه الشفافة لأوّل مرّة في براءة اختراع قدّمها الألماني Paul Liese في مكتب الولايات المتحدة لبراءات الاختراع عام 1922. وتعلّقت براءة الاختراع بألواح أو كتل شفافة للجدران والأسقف الخرسانية. طوّر لاحقًا «جيمس هيل- James N.Hill » طريقةً لإنشاء لوح شفاف عام 1965.ثم استمرّت صناعتها بالتطوّر، حتى وصلت إلى نتيجة اليوم.[3]

صناعة الخرسانة الشفافة

تتشابه عملية صنع الخرسانة الشفافة مع الخرسانة العادية، مع فارق انتشار الألياف البصرية في جميع أنحاء الخليط. وتصنع عادةً من الأسمنت، والرمل، والماء، والركام، والملدّنات، والألياف البصرية الناقلة للضوء. يزداد انتقال الضوء بازدياد حجم الألياف POF «بولي ميثل ميثاكريليت-Poly methyl methacrylate» وقطرها. وتنتج الشركات الخرسانة الشفافة بإضافة (1-5)% من الألياف البصرية، ويستخدم ركام ناعم فيها بدلًا من ركام خشن. [1][4]

عندما يصطدم الضوء الطبيعي أو الاصطناعي بالألياف ينتقل من خلال الخرسانة، مما يجعلها مشعةً. وتوضع الألياف بعناية باليد إما طبقةً بطبقة، أو بشكل فردي ومبعثرة وذلك بالاعتماد على مظهر المنتج النهائي.[5]

فوائد عديدة في صناعة البناء

تجلب الخرسانة الشفافة عدّة فوائد على صناعة البناء والتشييد، ومنها:

• الجمالية، يمكن استخدامها كميزة معمارية لخلق منظر جمالي مريح وفريد للمبنى. وقد تستعمل في الديكور الداخلي لأجزاء محدّدة من الفراغات.
• الرصد الإنشائي، يمكن دمج الألياف الضوئية في الخرسانة للكشف عن الإجهاد الإنشائي، ويؤدّي ذلك إلى الكشف المبكّر عن المشاكل المحتملة.[6]
• انخفاض الوزن، الخرسانة الشفافة أخفّ من الخرسانة العادية، والذي يؤثّر بدوره على الوزن الذاتي للهيكل، مثلًا تنخفض قيمة الحمولة الميتة. ويقصد بالحمولة الميتة في الإنشاء: الأحمال التي تكون ثابتةً نسبيًا مع مرور الوقت، بما في ذلك وزن الهيكل الإنشائي، والجدران، والأبواب.
• تحسين مقاومة الانضغاط الأولية بنسبة تتراوح بين 10-15% بعد 28 يومًا، في حال استخدام مزيج الألياف البصرية بنسبة 3%. بينما تنخفض مقاومة الانضغاط تدريجيًا مع زيادة الألياف البصرية في المزيج.[4] ويقصد بمقاومة الانضغاط قدرة المادة على مقاومة القوى الضاغطة محوريًا.

تأثيرات على البيئة

تمتلك الخرسانة الشفافة العديد من التأثيرات البيئية التي تجعل منها مادّة بناء مستدامة. إذ تقلّل استهلاك الطاقة لأنها تسمح بمرور الضوء الطبيعي من خلالها، نتيجةً لذلك تقلّ الحاجة إلى استعمال الإنارة الاصطناعية خلال أوقات النهار. وتُصنع من ملاط يتطلّب كمّية مياه أقلّ، ويُنتج نفايات أقل أيضًا. بسبب ذلك ينخفض انبعاث الكربون، وتتحسّن نوعية الهواء بسبب الملوثات الأقل نسبيًا. مما يخلق بيئةً صحيةً أكثر داخل المبنى.[7]

تحديات ومساوئ

تعتبر الخرسانة الشفافة تقنيةً جديدةً نسبيًا، ولا يزال هنالك الكثير من البحوث والتجارب التي يجب القيام بها لفهم كامل خصائصها وتطبيقاتها. وتواجه العديد من الصعوبات والعوائق ومنها:

• العثور على المواد الصحيحة. يجرّب الباحثون العديد من المواد التي تسمح للضوء بالمرور من الخرسانة، وتحافظ على السلامة الهيكلية لها في نفس الوقت. ويعمل الباحثون اليوم على تطوير الخليط باستخدام مواد نانوية وزجاج بليكسي Plexiglass.
• الحفاظ على الخصائص الميكانيكية، إذ يمكن أن تتغيّر بإضافة الألياف. على سبيل المثال؛ تمتلك الخرسانة الشفافة مقاومة انضغاط أقل من الخرسانة التقليدية، والتي قد تحد من استخداماتها في تطبيقات معينة.[8]
• امتصاص الرطوبة، يمكن للخرسانة الشفافة امتصاص الرطوبة، وقد يؤدي ذلك إلى تغيير اللون وغيرها من المشكلات مع مرور الوقت.
• التكلفة، تتطلب الخرسانة الشفافة تكلفة أعلى لصنعها، بسبب سعر الألياف البصرية المرتفع، وعملية التصنيع الإضافية.
• التوافر المحدود، لأنها غير متاحة على نطاق واسع، مما يجعل من الصعب الحصول عليها لبعض المشاريع.[6]
• قيود على التصميم. على سبيل المثال؛ قد تكون كمية الضوء التي تمرّ محدودةً، ويختلف مظهر الخرسانة اعتمادًا على زاوية ورود الضوء. لذلك يجب على المعماريين أخذ هذه العوامل بالحسبان أثناء تصميم المشروع.[8]

مسجد العزيز في أبو ظبي

يحتوي مسجد العزيز في أبو ظبي على عناصر بارزة من الكتابة العربية، تمثّل تهجئة 99 اسمًا للّه من القرآن. وتضيء الكتابة على الواجهة البالغ مساحتها 515 متر مربع في الظلام بفعل الخرسانة الشفافة. حيث تمكّنت الشركة الألمانية LUCEM من تحديد موقع الألياف الضوئية وفقًا للرسومات التي قدّمها المعماريون والخطّاط العربي.

وصبغوا الخرسانة بذات لون الألواح الحجرية المستعملة في أماكن أخرى من واجهة المسجد، حتى تصبح الواجهة متناسقةً. كما صبغوا الألواح الشفافة بالرمل، من أجل منحهم الملمس الصحيح. على الرغم من أن الواجهة تبدو وكأنها مضاءة من داخل المبنى، لكن يتحقق التأثير بالحقيقة بفضل نظام المصابيح المثبّتة داخل تجويف الجدار.[9]

مصرف العاصمة في الأردن

سعى مصممو «مصرف العاصمة- capital bank» إلى تغيير النهج التقليدي للمصارف، وإنشاء تجربة تجارية فيه. فاستعاضوا عن طاولات الخدمة وأماكن الانتظار التقليدية بمكاتب فردية، وأماكن استقبال مخصّصة لتلبية احتياجات العملاء. ودمجوا الطبيعة في التصميم عن طريق وضع المكاتب حول فراغ داخلي متأثر بالحدائق اليابانية. أما بالنسبة للمظهر الخارجي، فعادةً ما تتطلب المصارف وجود خصوصية للعملاء، لذلك توضع الفتحات الزجاجية في الحد الأدنى. واختار المهندسون الحجر للإكساء، لكي يتناسب مظهر المصرف مع العمارة المحلية في المنطقة. بينما استخدمت الخرسانة الشفافة لإكساء واجهة الدرج بارتفاع 14م من أجل استكمال فكرة الطبيعة التي تتدفّق عبر الأضواء والظلال. واستخدمت كذلك خرسانة عادية لتغطية الأجزاء غير الشفافة من الواجهة، والتي صنعت بذات الخليط السابق للحفاظ على السطح النهائي متماثلًا ومتناسبًا أيضًا مع لون الحجر المستعمل في باقي أنحاء المبنى.[10]

استخدامات متنوعة في التصميم الداخلي والديكور

تدخل اليوم الخرسانة الشفافة في التصميم الداخلي بكثرة. على سبيل المثال كنيسة St. Andreas في ألمانيا. وفي ردهة Hansa carrée في هامبورغ، ألمانيا. وتنار بألوان مختلفة من للخلف، فيخلق ذلك مظهرًا فريدًا ومميزًا.[11]

وصنعت كذلك نجمة متعددة الألوان على الأرض كمشروع فني مشترك في مدينة آوغسبورغ الألمانية.[11]

يبدأ كل ابتكار بفكرة، ونطوّر اليوم ما بدأ به أسلافنا منذ أكثر من ألفي عام. فإلى أين ستقودنا أفكارنا لاحقًا في المستقبل البعيد؟

المصادر

1. iJRASET
2. National Library of medicine
3. Semantic scholar
4. Research Gate
5. LUCEM
6. Research Gate
7. Research Gate
8. Semantic scholar
9. Archdaily
10. Archdaily
11. LUCEM

تعرّفنا في مقالٍ سابق على عناصر الحرَم الشريف والمسجد الأقصى الرئيسية، وفي هذا المقال سنتابع الحديث عن أحد أنواع العناصر العديدة المكوّنة له، ألا وهي قباب الحرم القدسي الشريف.

القباب

يحتوي الحرم القدسيّ الشريف على ثلاث عشرةَ قبّةٍ، تعرّفنا في مقالاتٍ سابقة على أكبر قبّتين منها، قبّة الصخرة وقبّة السّلسلة، أمّا القباب الإحدى عشرة المتبقيّة فهي:

قبة المعراج

عبارةٌ عن هيكلٍ مثمّن الشّكل يحملُهُ ثلاثون عموداً من الرّخام [1]، يقع مدخله في جهته الشمالية، ويوجد فيه محرابٌ يشير إلى اتجاه القبلة، وما يميّز هذه القبّة وجود قبّةٍ أصغر حجماً أعلى القبة الأساسية والتي يبدو شكلها كالتاج [2].

لا يزال عام بناء القبة واسم مؤسسها غير معروفَين ؛ تم تجديدها من قبل الأمير عز الدين عثمان بن علي الزنجبيلي، محافظ القدس، في عهد الملك الأيوبي العادل في عام 1200 م [2]، وخلال الترميم الأخير الذي خضعَت له، تم استبدال صفائح الرصاص التي كانت تغطيها بألواحٍ حجرية [1].

قبة النبيّ

قبّةٌ يحملها هيكلٌ مثمّنُ الشّكل تقع شمال غرب قبّة الصخرة [2]، ويُعتَقَد أنّ بناءها قد تمّ في المكان الذي صلّى به النبيّ محمد (ص) إماماً بالأنبياء والملائكة في ليلة الإسراء والمعراج [3].

القبة، المغطاة بصفائح الرصاص، ذات شكل نصف بيضوي. يعلوها فانوس يحمل أعلاهُ هلالًا. ولها وهي مقسمة إلى أضلاع لتعزيزها. وتحملها ثمانية أعمدة رخامية فوق قاعدة مثمّنة الشّكل، ويجمع بين كلّ عمودَين قوسٌ مدبّب مزيّنٌ بحجارةٍ حمراء وسوداء وبيضاء، ويعلو كلٌّ منها تاجٌ مزخرف [4].

تحت القبة، مُصلّى مصنوعٌ من الحجارة الملونة. ويحاط بجدارٍ حجريٍّ منخفض من جميع الجوانب، باستثناء مدخل صغير من جانب واحد. هناك مساحة محدودة للغاية داخل المصلّى، حيث يمكن لشخص واحد فقط أن يصلّي فيه في كل مرة [4].

أمر محمد بك، حاكم غزة والقدس في عهد السلطان العثماني سليمان القانوني، ببناء المُصلّى، بينما أمر السلطان عبد المجيد ببناء القبة [2].

قبة سليمان

تقع هذه القبة في الجزء الشمالي من الحرم الشريف، ويُعتَقَد أنها قد بُنِيت اللمرة الأولى في الفترة الأموية [2]، وبالتحديد في عهد سليمان بن عبد الملك (715-717م)، الخلفية الأمويّ السابع، لكنّ المنشأة الحالية تعود للفترة الأيوبية وبالتحديد لبداية القرن الحادي عشر الميلادي [3] حيث تمّ ترميمها في تلك الفترة [2].

القبة مثمنة الشكل وتستند إلى 24 عمودًا من الرخام؛ وبداخلها صخرة صغيرة يُعتقد أنها قطعة مأخوذة من صخرة الإسراء المقدسة، ولهذا السبب كانت محمية بسياج حديدي في الماضي.
وللقبة محرابٌ يشير إلى القبلة ومدخل صغير في الشمال. اليوم، يستخدم المبنى كمقر للدعاة الإناث في مديرية أوقاف القدس [2].

قبة موسى

بناها الملك الأيوبي نجم الدين بن الملك الكامل عام 1249-1250 ميلادي كمكان للعبادة وملاذ لرجال الدين والأئمة [2]، وهي غرفة مربعة كبيرة؛ طولها وعرضها يساويان ستة أمتار، مبنيّةٌ على مصطبة في منتصف الساحة الغربية للحرم القدسي الشريف. تحتوي على ست نوافذ، وتعلوها قبة، و لها مدخل شمالي. وفي الماضي، كانت تسمى أيضًا قبة الشجرة ؛ لوجود شجرة نخيل ضخمة بجانبها [5].

يقول بعض المؤرخين إنها سميت قبة موسى نسبةً للنبي موسى (ع)، بينما يقول آخرون أنّ تسميتها نسبةٌ لشيخ كان يؤدي الصلاة فيها. [2]

قبة الخضر

قبة الخضر، هي قبة قائمة بذاتها تقع بالقرب من الحافة الشمالية الغربية من مصطبة قبة الصخرة. بنيت في الأصل في القرن العاشر الميلادي وتم تجديدها على نطاق واسع خلال العهد العثماني في القرن السادس عشر [3]. وهي مرفوعةٌ على ستّة أعمدةٍ رخامية [2]، يوجد تحت الهيكل قاعة مستطيلة (زاوية الخضر) مسقوفة بقبوة اسطوانيّة على مستوى ساحة الحرم [3] يوجد فيها محرابٌ مبنيٌّ من الحجر الأحمر [2].

قبة يوسف آغا

بنى يوسف آغا، حاكم القدس في عهد السلطان العثماني محمد الرابع، هذه القبة غرب المسجد القبلي في عام 1681 م. وهي منشأة مربعة الشكل تعلوها قبة صغيرة. وتستخدم اليوم كمكتب استعلاماتٍ للمسجد الأقصى.

قبة يوسف

تم بناء القبة في عام 1191م من قبل الملك الأيوبي يوسف بن أيوب الذي اشتهر بلقب صلاح الدين. تم تجديده في عام 1681 م في عهد السلطان العثماني محمد الرابع، ونُسب اسمه إلى مؤسسه يوسف بن أيوب، وفي مرحلة لاحقة نُسب إلى مُجدِّده الوالي العثماني علي بن يوسف آغا.
هيكل القبة مفتوح من جميع الجوانب، باستثناء الجانب الجنوبي المغلق بجدار. يعتمد على عمودين حجريين ويحتوي على نقشين. [3]

قبة الأرواح

قبة صغيرة تقع في فناء قبة الصخرة. وتستند إلى ثمانية أعمدة رخامية متصلة بثمانية أقواس تحمل طبلة القبة.
يُعتَقَد أنّه قد تمّ بناء القبة خلال القرن السادس عشر الميلادي وتسمى «قبة الأرواح» بسبب موقعها القريب من «بئر الأرواح» الذي يقع تحت قبة الصخرة [2].

قبة الخليلي

أمر محمد بك حافظ، حاكم القدس العثماني، ببناء هذه القبة في عام 1700 م. تقع القبة إلى الشمال الغربي من قبة الصخرة وتتكون من غرفتين، إحداهما في الطابق الأرضي والأخرى في الطابق السفلي تحت الأرض. تُعرف هذه القبة أيضًا باسم «قبة الشيخ الخليلي» على اسم شيخ صوفي كان يؤدي الصلاة هناك. وتستخدم القبة اليوم كمكتب للجنة الصندوق الهاشمي لترميم المسجد الأقصى وقبة الصخرة [2].

قبة عشّاق النبيّ

لترك معلم تذكاري داخل المسجد الأقصى، بنى السلطان العثماني محمود الثاني هذه القبة في الجزء الشمالي من الحرم في عام 1808 م. القبة مصنوعة من مبنى مربع مفتوح من جميع الجوانب وتعلوه قبة صغيرة. يقوم المبنى على أربعة أعمدة حجرية مبنية على منصة أعلى بنصف متر من بقية أراضي الأقصى.
كما أنها معروفة باسم «قبة عشاق النبي» لأن الشيوخ الصوفيين كانوا يجتمعون تحتها للصلاة وذكرِ الله. [2]

وهو آخر مبنى تذكاري يقيمه سلطان عثماني في منطقة الحرم بعد مشاريع السلطان سليمان الكبرى في القرن السادس عشر [3].

القبة النحويّة

أنشأها الملك شرف الدين أبو المنصور عيسى الأيوبي عام 1207م [3]، وخصصها لتدريس النحو وقواعد اللغة العربية [2].

في عام 1213 م أضاف قبة فوقها. يتكون المبنى من غرفتين وممر في المنتصف تعلوه قبتان: تقع القبة الفضية الكبرى فوق الغرفة الغربية، وتقع القبة الصغرى فوق الغرفة الشرقية، بينما سقف الردهة مسطح، ويقع مدخل القبة على جانبها الشمالي ويحيط به عمودان من الرّخام.

ظلت المنشأة مدرسة للغة العربية وقواعد النحو والصرف حتى القرن السابع عشر الميلادي، ولعبت دورًا كبيرًا في المشهد الثقافي والفكري في القدس. خلال القرن الماضي [2]، وتحوّلت إلى مكتبة أثناء الاحتلال البريطاني [3]، تم استخدام القبة كمكتبة للمجلس الأعلى الإسلامي وكمكتب معماري لترميم وإعادة بناء قبة الصخرة. وهي اليوم مكتب القائم بأعمال قاضي القضاة ورئيس مجلس الوقف الإسلامي ومقر لمحكمة الاستئناف الشرعية في القدس [2]

لقراءة المزيد عن الحرم الشّريف تابع المقال: المسجد الأقصى والحرم الشريف؛ تاريخه، وعناصره المعماريّة

المصادر

1. madainproject.com – dome of the ascension
2. haramalaqsa.com – aqsa en jordan final/pdf
3. madainproject.com – domes of haram al sharif
4. madainproject.com – dome of the prophet
5. madainproject.com – dome of malik ashraf musa

البطارية الكمومية. بعدما تعمقنا وتعرفنا أكثر على أنواع البطاريات المستخدمة حاليًا وسابقًا، ونظرنا إلى إمكانية تطور كلًا منها في المستقبل، وجب الآن أن نلقي نظرة خاطفة على أحد أكثر أنواع البطاريات تفردًا والتي تحمل بمجملها مستقبل واعد يمكن أن يغير مفهومنا لتخزين الطاقة وإمدادها للأبد، ألا وهي البطاريات الكمومية.

ما هي البطارية الكمومية وكيف تعمل؟

تعتبر البطاريات الكمومية واحدة من أكثر التقنيات المثيرة والواعدة في مجال تخزين الطاقة. تعتمد هذه البطاريات على مبادئ الفيزياء الكمومية لتحسين قدراتها، وذلك عن طريق تخزين الطاقة في الحالات الكمومية لنظام فيزيائي، مثل سيل من الإلكترونات أو الفوتونات. تزداد طاقة الحالة الكمومية عن طريق إضافة مصدر طاقة خارجي إلى النظام، مثل تسليط الضوء عليه أو تطبيق جهد كهربائي. يمكن بعد ذلك إطلاق طاقة الحالة الكمومية عن طريق إزالة مصدر الطاقة الخارجية من النظام، مثل إطفاء الضوء أو إزالة الجهد الكهربائي.
وتحدد كفاءة بطارية كمومية من خلال قدرة خزن الطاقة التي يتم إضافتها إلى النظام في الحالة الكمومية، وقدرة الخزن هذه تعتمد على ظاهرة كمومية تسمى بالإمتصاص الفائق.

ما هي حالة الإمتصاص الفائق؟

تُعبر ظاهرة الإمتصاص الفائق 《Supercapacitanc عن قدرة بعض المواد على تخزين الطاقة الكهربائية بشكل فعال كهروكيميائيًا. مثلًا تختلف آلية تخزين الطاقة في البطاريات الكمومية عن البطاريات التقليدية، وذلك بسبب اعتماد البطاريات التقليدية على التفاعلات الكيميائية لضخ الطاقة.
بينما في حالة البطاريات الكمومية، يتم استخدام الخصائص الكمومية للتحكم في تدفق الشحنات الكهربائية، مما يسمح بتحقيق كفاءة أعلى وزمن تشغيل أطول.
مثلًا في آخر دراسات قام فريق من العلماء بإثبات مفهوم الإمتصاص الفائق عبر بناء عدة تجويفات مجهرية على شكل رقائق مختلفة الأحجام والتي تحتوى على عدد مختلف من الجزيئات، ليتم اكتشاف نشاط طبقة التجويف المجهرية كونها تحتوي على مواد شبه موصلة عضوية تخزن الطاقة.

ما هي المواد التي ستُستخدم في البطاريات الكمومية؟

يمكن أن تختلف المواد المستخدمة في البطاريات الكمومية بناءًا على نوع البطارية الكمومية وتصميمها.
فقد تتضمن بعض تقنيات البطاريات الكمومية استخدام مواد معدلة أو مصنعة بتقنية النانو أو البنى الجزيئية الدقيقة لتحقيق تحكم دقيق في التدفق الإلكتروني
هناك أيضًا نوع آخر من البطاريات الكمومية يسمى “البطاريات الزجاجية” والتي يشار إليها أحيانًا باسم “البطاريات الكمومية الزجاجية”. هذه البطاريات هي نوع من البطاريات ذات الحالة الصلبة التي تستخدم إليكتروليتات زجاجية وأقطاب معدنية من الليثيوم أو الصوديوم. يتكون هذا النوع من معدن قلوي (رقائق ليثيوم أو صوديوم) كقطب سالب (أنود)، وخليط من الكربون وعنصر نشط للأكسدة والاختزال، كقطب موجب (كاثود). يتم طلاء خليط الكاثود على رقائق النحاس.

ما هي الأنواع المختلفة للبطاريات الكمومية؟

تنقسم البطاريات الكمومية من حيث آلية تخزين الطاقة إلى نوعين رئيسيين:

البطارية الكمومية المعتمدة على التشابك الكمي:

تعتمد هذه البطاريات على ظاهرة التشابك الكمومية لتخزين الطاقة. التشابك هو ظاهرة فيزيائية تحدث عندما يتم ربط جسيمين أو أكثر معًا بطريقة تجعلهما يشتركان في نفس المصير، بغض النظر عن مقدار المسافة التي تفصلهما. هذا يعني أنه إذا كان جسيمًا واحدًا في حالة مثارة، فإن الجسيم الآخر سيكون أيضًا في حالة مثارة، والعكس صحيح.

البطارية الكمومية المعتمدة على التجانس:

تعتمد هذه البطاريات على ظاهرة التجانس الكمي في عملية تخزين الطاقة. التجانس هو خاصية للأنظمة الكمومية تسمح لها بالوجود في حالات متعددة في نفس الوقت بحيث تسمح بتخزين الطاقة في جميع حالات النظام المختلفة.

ما هي نقطة بداية البطارية الكمومية؟

كون البطاريات الكمومية تقنية جديدة ولا زالت قيد البحث والتطوير، فمن المؤكد بأن تاريخها يُعتبر حديثًا نسبيًا مقارنة بباقي البطاريات.
تم تقديم أول اقتراح نظري لبطارية كمومية في عام 2000 من قبل فريق من الفيزيائيين بقيادة مارتن بلينيو في جامعة بريستول في المملكة المتحدة. أظهر بلينيو وزملاؤه أنه من الممكن تخزين الطاقة في نظام كمومي باستخدام مبادئ التشابك الكمومي.
في السنوات التي تلت اقتراح بلينيو، كان هناك الكثير من الأبحاث على البطاريات الكمومية، قام عبرها العلماء بتطوير عدد من نماذج مختلفة للبطاريات الكمومية، ودرسوا خصائص هذه النماذج بتفصيل كبير. كما قاموا بإحراز بعض التقدم في تطوير نماذج تجريبية للبطاريات الكمومية. مثلًا في عام 2005 طور فريق من العلماء في جامعة بيركلي كاليفورنيا طريقة لإنشاء بطاريات كمومية من الدوائر الفائقة التوصيل، ليلحق بالركب عام 2010 فريق من العلماء بجامعة تورنتو عبر إنشاء بطارية كمومية من الأيونات المحبوسة.
إلا أن أحد أهم التطورات الحديثة في مجال البطاريات الكمومية تم عام 2018 من قبل فريق من العلماء بقيادة جيمس كواتش في جامعة أديلايد في أستراليا. أظهر كواتش وزملاؤه أنه من الممكن إنشاء بطارية كمومية يمكن شحنها وتفريغها بشكل أسرع بكثير من البطارية التقليدية. ليتبعهم فريق يضم علماء من “معهد العلوم الأساسية” في كوريا و”جامعة إنسوبريا” في إيطاليا بتصريح يدلي بإمكانية الإستعانة بنظام ميكانيكي كمومي يعرف باسم مايكروماسر《micromaser》. يستخدم هذا النظام مجالاً كهرومغناطيسيًا لتخزين الطاقة المشحونة عبر تيار من الكيوبتات، واصفين إياه بالنموذج الممتاز للبطارية الكمومية، بعد نجاحهم في إثبات أن عملية الشحن أسرع من الشحن في البطاريات التقليدية.

ما هي مزايا البطارية الكمومية؟

قدرة شحن وتفريغ أسرع:

يمكن شحن وتفريغ البطاريات الكمومية بشكل أسرع بكثير من البطاريات التقليدية. هذا لأنها يمكن أن تستخدم الطاقة المخزنة في الحالات الكمومية، والتي يمكن الوصول إليها بشكل أسرع بكثير من الطاقة المخزنة بين روابط الذرات والجزيئات.

عمر أطول:

يمكن أن تدوم البطاريات الكمومية أطول بكثير من البطاريات التقليدية. هذا لأنها لا تخضع لنفس الإنحدار الذي تخضع له البطاريات التقليدية.

كثافة طاقة أعلى:

يمكن للبطاريات الكمومية تخزين المزيد من الطاقة لكل وحدة حجم من البطاريات التقليدية. نظرًا لتعدد الحالات الكمومية التي يتم خزن الطاقة بها.

ما الذي يحد من تحقيق حلم البطارية الكمومية؟

هنالك العديد من التحديات التي تحد من زخم تطور البطاريات الكمومية، والتي يجب التغلب عليها قبل أن يتم تصنيعها تجاريًا. هذه التحديات تشمل:

تطوير عملية التصنيع:

البطاريات الكمومية لا تزال معقدة ومكلفة للغاية لإنتاجها. يجب أن تحدث ثورة تطورية في عملية التصنيع تكلفة البطاريات الكمومية وجعلها قابلة للإستخدام الشائع.

تحسين كفاءة البطارية الكمومية:

كفاءة البطاريات الكمومية لا تزال منخفضة نسبيًا. هذا يعني أن الكثير من الطاقة يضيع عند شحن أو تفريغ البطارية. تحسين كفاءة البطاريات الكمومية أمر ضروري لجعلها خيارًا عمليًا ومعقول التكلفة.

ما التغيير الذي ستحدثه البطارية الكمومية؟

إذا تم تطوير بطاريات كمومية بشكل ناجح، فإنها يمكن أن تؤثر بشكل كبير على مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك:

المركبات الكهربائية: يُمكن استخدام بطاريات كمومية لتشغيل المركبات الكهربائية، مما يجعل من المركبات هذه أكثر عملية وفاعلية.

تخزين الطاقة: إمكانية استخدامها لتخزين طاقة من مصادر متجددة، مثل طاقة الشمس والرياح، وبذلك تحقيق استقرار للطاقة التي تزودها المحطة.

استكشاف الفضاء: من الممكن أن تُستخدم لتشغيل المركبات الفضائية، مما يسمح لها بالسفر لمسافات أبعد ولفترات زمنية أطول.

المصادر:

Colloquium: Quantum coherence as a resource
Energy storage and coherence in closed and open quantum batteries
Superabsorption in an organic microcavity: Toward a quantum battery
Quantum Batteries: The Future of Energy Storage?

للمخدرات الرقمية التي يتعرض لها الشباب والمراهقون عبر الأنترنت تأثير خطير على الصحة النفسية والعصبية، ولقد أثيرت في السنوات الأخيرة ظاهرة المخدرات الرقمية وهى نوع جديد من الإدمان لم يخضع للرقابة الأسرية ولا الأمنية، وتعد من أشد أنواع الإدمان في وقتنا الحالي، لذلك سنتناول في بودكاست جرعة موسيقي، تعريف المخدرات الرقمية وأنواعها وكيف يتم الترويج لها؟ والأسباب التي تدفع الشخص إلى تجربتهاوطرق العلاج التي يتم اتباعها لمعالجة الأشخاص الذين يلجأون لهذا النوع من المخدرات؟ كما سنتطرق إلى دور الأسرة في الحفاظ على حياة أبنائها من الاتجاه إلى السلوكيات المنحرفة، وكيف يمكن لهم توعية أبنائهم بخطورة المخدرات والسلوكيات الإدمانية المختلفة؟

الحلقة الأولى

الحلقة الثانية

الحلقة الثالثة والأخيرة

المراجع التي تم الإستعانة بها أثناء كتابة الحلقات:

cosmosmagazine(1)

(2) medicine.uq.edu.au

(3)tech

thetreatmentspecialist(4)

(5)onlinelibrary

(6)نبيلة داوود، الإدمان على المخدرات الرقمية: عواملها وطرق الوقاية والحد منها، مجلة الرواق للدراسات الإجتماعية والإنسانية، مج8، ع1، يونيو 2022م.

(7) فاطمة الزهراء ليراتني، المخدرات الرقمية: نمط مستحدث وقصور في المواجهة التشريعية، مجلة العلوم الإنسانية، جامعة العربي بن مهيدي، مج 9، ع2، 2022.

(8) مروة محمد فؤاد عثمان، تصور مقترح لاستخدام المدخل الوقائي من منظور الممارسة العامة لوقاية المراهقات من مخاطر إدمان المخدرات الرقمية، مجلة الخدمة الاجتماعية، الجمعية المصرية للاخصائيين الاجتماعيين، ع57، ج5، يناير 2017.

(9)ترك بن عبد العزيز المتروك، المخدرات الرقمية علاج أم إدمان، مجلة وادي النيل للدراسات والبحوث الإنسانية والإجتماعية والتربوية، جامعة القاهرة، كلية الآداب:  الخرطوم، مج 26، ع26، 2020م.

(10) محمد براء باسل محمد، المخدرات الصوتية وإمكانية تجريم تعاطيها في التشريعات الوطنية: الواقع والمأمول، مجلة العلوم القانونية والسياسية، الجمعية العلمية للبحوث والدراسات الاستراتيجية، ع2، 2022م.

نشرت منظمة الاتحاد الدولي للسكري (IDF) إحصائية لعدد مصابي داء السكري حول العالم، وهو 537 مليون شخص حول العالم. ومرض السكري مزمن بطبعه، يلازم المصاب به طوال حياته، ويتحكم بطبيعة عيشه. يمكن التحكم في نسبة السكر في الدم عن طريق الالتزام بنظام غذائي متزن، إضافة إلى الأدوية الموصي بها من طبيبه المعالج. ولا تظهر الآثار الجانبية عادة إلا لمن يهمل في متابعة نظامه الخاص.

 يؤثر داء السكري على صحة الفم والأسنان بطرقً عديدة، وذلك لطبيعة أنسجة الفم المميزة عن غيرها. فيعاني مرضى السكري من مضاعفات في الفم، تختلف من شخص لآخر في شدتها، وتؤثر على طبيعة عيشهم. سنذكر في مقالنا هذا أشهر خمس مضاعفات لداء السكري تؤثر على صحة الفم والأسنان.

تأثير داء السكري على صحة الفم

تأثير داء السكري على الغدد اللّعابية، وبراعم التذوق

أولًا، يؤثر داء السكري على حاسة التذوق لدى المريض، فقد توصل العلماء إلى بعض الأسباب التي تؤدي إلى اعتلال أنسجة الفم. منها تأثير مرض السكري على الأوعية الدموية الدقيقة الموجودة في الفم، إضافة إلى تأثيره على الأعصاب المتصلة بالغدد والأنسجة، وكذلك براعم التذوق. كما يتسبب داء السكري في هدم أنسجة الكولاجين، وعدم القدرة على إنتاج بديل كافي لما يهدم.

يعاني حوالي نصف مرضى السكري من جفاف الفم، ولا يوجد سبب مؤكد لتلك الظاهرة، ولكن يوجد بعض التفسيرات منها كثرة التبول لدى مرضى السكري، مما يقلل نسبة السوائل في الجسم. بالإضافة إلى التغيرات التي تحدث للأوعية الدموية الدقيقة التي تغذي تلك الغدد. وأخيرًا قد يؤدي التغير الحاصل للغشاء القاعدي للغدد اللّعابية إلى جفاف الفم.

وجد العلماء علاقة طردية بين نسبة جفاف الفم، ومستوى السكر في الدم. إذ يتعرض المرضى غير القادرين على التحكم في مسويات السكر في الدم، بشكل أكبر للشعور بجفاف الفم. ويؤدي جفاف الفم لمشاكل عديدة كصعوبة المضغ والبلع، وكذلك يؤثر على القدرة على التحدث. وبسبب التغيرات الحاصلة للغدد اللّعابية، يعاني مرضى السكري من تغيرات في قدرتهم على التذوق. كما يؤدي الخلل في الوظائف الحسية إلى مشكلة في حاسة التذوق. مما يتسبب في بعض الأحيان إلى سوء تنظيم مستوى الجلوكوز في الدم.

التسوسات وأمراض اللّثة المصاحبة لداء السكري

ثانيًا، التسوسات في فم مريض السكري، والتي تحدث نتيجة لزيادة نسبة السكر في اللّعاب، وعدم قدرة اللّعاب الموجود على تنظيف بقايا الطعام العالقة على سطح الأسنان. كما يعمل اللّعاب عادة على إعادة حمضية الفم إلى درجة متعادلة وهي وظيفة يفقدها مريض السكري. مما يساعد البكتيريا على تدمير سطح الأسنان وتكوين التسوسات. وتساهم كذلك فطريات الفم المنتهزة التي تستغل زيادة نسبة السكر في اللّعاب والدم فتعمل على تدمير صحة اللّثة والأسنان.

ثالثًا، يصاب مرضى السكري بنسبة أكبر عن غيرهم بالتهابات اللثة والأربطة اللثوية، وقد تتطور كذلك إلى فقدان العظام مما يؤدي إلى تحرك الأسنان من مكانها. ويرجح العلماء سبب ذلك إلى ضعف مناعة مريض السكر،  مثل إحدى أنواع خلايا الدم البيضاء المتأثرة بسبب إهمال نسبة السكر في الدم. ويزداد الوضع سوءًا في حالة كون مريض السكري مدخن، ومهمل لنظافة فمه وأسنانه.

وبعد أن يصاب مريض السكري بأمراض اللّثة، يتطور الوضع، وتزيد التهابات اللثة من نسبة السكر في الدم. ولعلاج مشكلات اللثة أهمية كبيرة لمرضى السكري. فالقضاء على تلك الأمراض اللثوية يقلل نسبة الالتهاب، وبالتالي تقل مقاومة الأنسولين. وعندما تقل مقاومة الأنسولين، تقل نسبة السكر في الدم. وقلة نسبة السكر في الدم لمريض السكري هو الهدف المنشود الذي يحافظ على أسنان مريض السكري ويمنعها من الحركة التي تؤدي إلى فقدها.

ماذا يحدث للغشاء المخاطي وأنسجة الفم لدى مريض السكري؟

رابعًا، الأمراض التي تصيب “الغشاء المخاطي – Mucous Membrane” للفم. منها ما يندرج تحت الآفات الملتهبة، وبعضها يندرج تحت الآفات السابقة للسرطان. وقد يظهر على اللّسان بعض الآفات المؤلمة التي تغير من شكلها كما في اللّسان الجغرافي. أو يصاب سطح اللّسان بالتشققات التي تساعد في تجمع بقايا الأكل وتغير طعم ورائحة الفم.
لا تستطيع مناعة مريض السكري مقاومة تلك الأمراض، إضافة إلى جفاف الفم، وإهمال المريض لنظامه الدوائي والعلاجي. وتساعد متابعة طبيب الأسنان بشكل دوري في اكتشاف تلك الآفات مبكرًا والتعامل معها بشكل سليم، بدلًا من تفاقمها.

عادة ما يتأخر الغشاء المخاطي لفم المريض في التآمه بعد الجروح والعمليات، وذلك لضعف الأوعية الدموية، وقلة وصول الدم إلى النسيج. كما أن أعداد عوامل النمو التي تساعد في التآم النسيج قليلة، ويؤدي تعرض المريض إلى عوامل الضغط إلى بطء في التآم النسيج.

أما عن الأمراض البكتيرية والفطرية، فهي الأكثر شيوعًا لدى مرضى السكري. ويعود ذلك لعدة عوامل تسهل على البكتيريا مهمتها في التمكن من مريض السكري. إذ تعطي الفرصة للفطريات الانتهازية بتخريب أنسجة الفم. ومن ضمن تلك العوامل وأهمها هو اللّعاب، فعندما يقل اللّعاب، تقل معه مضادات البكتيريا الموجودة داخله بشكل طبيعي والتي تقاوم البكتيريا في الفم. ويؤثر كذلك جفاف الفم في زيادة عدد الفطريات الموجودة داخل الفم، مما يجعل مريض السكري من بين المرضى الأكثر إصابة بفطريات الفم. وتزيد فرصة الإصابة أكثر وأكثر في حالة التدخين، أو ارتداء تركيبة الأسنان المتحركة.

متلازمة الفم الحارق

وأخيرًا، الفم الحارق هو وصف لما يشعر به مريض السكري من احتراق بالفم، أو عسر في الإحساس. يحدث ذلك الشعور نتيجة لعدم التحكم في نسبة السكر في الدم وما يصاحبها من اعتلال في الأوعية الدموية. كما أن الإصابة ببعض الفطريات في الفم، وبالإضافة إلى اعتلال الأعصاب تؤدي إلى شعور مؤذي لمريض السكر. فيحرمه من النوم أحيانًا ويؤثر على جودة المعيشة وصحته النفسية كذلك.

المصادر

1. NCBI
2. منظمة الاتحاد الدولي للسكري

يعتبر المسجد الأقصى ، الواقع في القدس القديمة، ثالث أقدس مسجد في الإسلام بعد المسجد الحرام في مكة المكرمة والمسجد النبوي في المدينة المنورة [1][2]، وتعدّ عمارة المسجد مزيجاً من الطرز المعمارية البيزنطية والأموية والعباسية والفاطمية، مما يعكس الفترات المختلفة لبنائه وتجديده [3][4]، وفي هذا المقال، سنتعرف على تاريخ بناء المسجد الأقصى وعناصره المعمارية.

تاريخ المسجد الأقصى

عهد الخلفاء الراشدين

كان أول مسجد تم بناؤه في الموقع في عهد عمر بن الخطّاب عبارة عن هيكل بدائي مبني من دعامات خشبية. تم تشييده عام 636/637 م بعد دخول القوات الإسلامية لمدينة القدس.

الفترة الأموية

خلال العصر الأموي، تم تشييد مبنى جديد موقع مسجد عمر. بادر عبد الملك بن مروان بمشروع المسجد الذي كان قد شُيّد قبل حوالي سبعين عامًا. تم الانتهاء من بناء أول مسجد أموي في الموقع في عهد الوليد ابن عبد الملك بن مروان.

الفترة العباسية

تم تجديد المسجد الأقصى بشكل كبير في عهد الخليفة العباسي أبي جعفر المنصور لأول مرة. وبعد ذلك، تم تجديد المدخل الرئيسي على نطاق واسع من قبل الخليفة المأمون ثم المهدي من بعده.

الفترة الفاطميّة

تم تنفيذ إعادة بناء أخرى خلال الفترة الفاطمية في القرن الحادي عشر.

بالإضافة للعديد من المباني والإضافات التي تمّ بناؤها خلال الفترتين الأيوبية والمملوكية.

الفترة العثمانية

اهتم العثمانيون كثيرًا بالمسجد القبلي، وخاصة السلطان سليمان القانوني الذي أجرى تجديدًا شاملاً للمبنى، وكذلك السلطان محمود الثاني، والسلطان عبد العزيز، والسلطان عبد الحميد الثاني الذي قام بتأثيث المسجد بالسجاد وزوده بفوانيس جديدة.

العصر الحديث

خلال فترة الانتداب البريطاني، قام المجلس الإسلامي الأعلى ببعض أعمال الترميم في عامي 1922 و 1924 م. تم إجراء أعمال الترميم الأولى في القرن العشرين في عام 1922م، عندما كلف المجلس الإسلامي الأعلى بقيادة أمين الحسيني (مفتي القدس) المهندس التركي أحمد كمال الدين بك بترميم المسجد الأقصى والآثار في محيطه. كما كلف المجلس مهندسين معماريين بريطانيين وخبراء هندسة المصريين ومسؤولين محليين للمساهمة والإشراف على الإصلاحات والإضافات التي تم تنفيذها في 1924-1925 بواسطة كمال الدين.

وقد قامت السلطات الأردنية ببعض أعمال الترميم في أعوام 1952 و 1959 و 1964 م.

وفي عام 1969، كان لا بد من القيام بأعمال ترميم واسعة النطاق، بسبب الأضرار الناجمة عن هجوم حرقٍ متعمَّد. بدأ برنامج الترميم الشامل للقبة المتضررة ولوحاتها، وتم استبدال الغطاء الخارجي المصنوع من الألمنيوم المضلع بالرصاص ليطابق الغطاء الأصلي. تم إبراز الزخارف المرسومة للجزء الداخلي للقبة التي تعود إلى القرن الرابع عشر، والتي كان يُعتقد أنها فُقِدت بشكل لا يمكن إصلاحه، وأعيد بناؤها بالكامل باستخدام تقنية trateggio، وهي طريقة تستخدم الخطوط العمودية الدقيقة للتمييز بين المناطق التي أعيد بناؤها عن تلك الأصلية [5].

بنية المسجد الأقصى

يتألف حرم المسجد الأقصى من العديد من المباني والمكوّنات من مساجد وقباب ومآذن ومدارس وبوّابات وسُبُل ماء وغيرها، ومنها:

المساجد

المسجد القِبليّ

المسجد القبلي المعروف بالمسجد الأقصى، هو أول مبنى شيده المسلمون على الإطلاق في مجمع المسجد الأقصى. عندما دخل المسلمون القدس لأول مرة في عام 638م، كان الموقع مقفرًا حتى قام الخليفة عمر بن الخطاب ومرافقوه بإخراج التراب منه وبنوا عليه مسجداً بسيطًا في الجزء الجنوبي منه بعد مناقشة أفضل موقع لذلك.

لكن المسجد القبلي، كما نعرفه اليوم، بُني لأول مرة من قبل الخليفة الأموي الوليد الذي تابع بناءه بعد وفاة والده عبد الملك بن مروان. ثمّ خضع لأعمال الترميم في الفترتين العباسية والفاطمية.

في العصر الأموي، كان الجامع القبلي يتألف من 15 مجازاً، أوسعها هو الموجود في المنتصف وكان المبنى مغطى بسقف من القرميد وتعلوه قبة في نهاية المجاز الأوسط.
تمّ استخدام المسجد القِبلي كمقرٍّ للصليبيين أثناء احتلالهم للقدس، وبعد تحرير الخليفة الأيوبي صلاح الدين للقدس والمسجد الأقصى عام 1187م . أمر بتجديد المبنى وإعادته إلى حالته السابقة. كما قام بتركيب المنبر الخشبي الذي أمر نور الدين محمود زنكي -ملك مملوكي من السلالة الزنكية- بصنعه في حلب في سورية وأن يوضع بجوار المحراب الرئيسي في المسجد القبلي. [6]

مسجد عمر

يقع مسجد عمر في الركن الجنوبي الشرقي من المسجد الأقصى ويعتبر جزءًا منه، وهو مبنى مستطيل الشكل له مدخلان أحدهما في المسجد القبلي والآخر يطل على باحات الأقصى. ويستخدَم جزءٌ من المسجد اليوم كعيادة طوارئ. [6]

مسجد الأربعين شهيد

غرفة فسيحة تقع في الجزء الشمالي من مسجد عمر، حيث يوجد أحد مدخليه. [6]

المسجد الأقصى القديم

يقع المسجد الأقصى القديم تحت المجاز المركزي للمسجد القبلي؛ وهو مبنى خطي يمتد من الشمال إلى الجنوب. يمكن الوصول إليه باستخدام درج قديم يقع أمام الممر الخارجي للمسجد القبلي المكون من 18 درجة. ينتهي مبنى الأقصى القديم بباب آخر يسمى «باب النبي» أو «الباب المزدوج». المسجد عبارة عن قبو مسقوف بقبوة اسطوانية يتكون من ثلاثة أقواس أسطوانية تميل نحو الجنوب بسبب الطبيعة الجغرافية لموقع المسجد الأقصى؛ كان في الأصل بمثابة ممر للخلفاء الأمويين الذين يربطون قصورهم بالأقصى، حيث تم بناء القصور بجوار جداره الجنوبي. ومع ذلك، فإن مبنى المسجد القديم الذي تم ترميمه وإعادة افتتاحه من قبل لجنة الأقصى لإعادة إعمار الأماكن المقدسة في عام 1998م هو مبنى أموي. يستضيف المبنى اليوم مكتبة المسجد الأقصى المسماة «المكتبة الختنية» [6].

المسجد المرواني

المسجد المرواني أو القبو الشرقي هي قاعة ضخمة تحت الأرض في الركن الجنوبي الشرقي من المسجد الأقصى. في الأصل كانت تلة شديدة الانحدار، وتم رفع هذه المنطقة من خلال هياكل مختلفة لتكون على نفس مستوى الفناء الشمالي للمسجد الأقصى، حيث أراد المسلمون بناء المسجد القبلي على أسس صلبة. ورغم أن عام البناء المحدد لا يزال غير معروف، فقد تم التأكد من أن المسجد المرواني قد شيد قبل المسجد القبلي [6].

يتكون المسجد من 16 مجازاً تمتدّ على مساحة واسعة، مما يجعله أكبر هيكل منشأ داخل حرم الأقصى مع القدرة على استيعاب أكثر من 6000 مصلي في وقت واحد. يمكن الوصول إليه باستخدام درج حجري متصل ببوابتين ضخمتين إلى الشمال الشرقي من المسجد القبلي. واللتان قد بنيتا بعد تجديد المسجد للسماح لأعداد كبيرة من المصلين والزوار بالدخول والخروج دون أي عوائق، ولتحسين نظام التهوية لأن المبنى يفتقر إلى عدد كاف من النوافذ. [6]

جامع النساء

يعود للفترة الأيوبية ويمتد من الجدار الغربي للأقصى إلى ركنه الجنوبي الغربي.

خلال العقود الثلاثة الماضية تم تقسيم المبنى إلى ثلاثة أقسام:
(1) القسم الجنوبي الغربي، الذي يستخدم كقاعة جنوبية للمتحف الإسلامي.
(2) القسم المركزي، الذي كان بمثابة المكتبة الرئيسية للأقصى قبل نقله إلى المسجد الأقصى القديم.
(3) القسم الشرقي المجاور للمسجد القبلي ويستخدم كمستودع للوقف الإسلامي. [6]

جامع المغاربة

يقع هذا المسجد القديم في الجزء الجنوبي الغربي من المسجد الأقصى بجوار باب المغاربة (الجدار الغربي).
تم بناؤه خلال القرن الثالث عشر الميلادي ويعود لالعصر الأيوبي؛ ومع ذلك، فإن عام البناء المحدد واسم مؤسسه لا يزالان غير معروفين.
كان المسجد في الماضي مخصصًا لأتباع مدرسة المالكي للفقه. وهو يستخدم الآن كقاعة غربية للمتحف الإسلامي حيث يتم عرض عدد من القطع التاريخية الإسلامية والآثار. [6]

مسجد البُراق

تم بناء مسجد البراق بجوار حائط البراق. يطلق عليه هذا الاسم بسبب خاتم مسمَّر على جداره يعتقد المسلمون أن النبي محمد (ص) استخدمه لربط البراق الذي نقله من مكة إلى القدس في رحلة ليلة «الإسراء والمعراج» . تقع البوابة الرئيسية لمسجد البراق في الحائط الغربي للأقصى، ولكنها مغلقة بشكل دائم.
ومع ذلك، لا يزال المسجد مفتوحًا للصلاة حيث يمكن للمصلين استخدام مدخل آخر يقع في الممر الغربي للأقصى. [6]

مهد عيسى

مسجد مهد عيسى (يشار إليه أيضًا باسم «مسجد المسيح») هو قبة صغيرة بنيت في عهد السلطان العثماني عبد الحميد الثاني في عام 1898 م، وتقع بجوار منتصف درج في الزاوية الجنوبية الشرقية من المصلى المرواني. تتكون من قبة مبنية على أربعة أعمدة حجرية تم بناؤها فوق حوض حجري يسمى «مهد عيسى»، ربما تم بناؤه خلال العصر العباسي أو الفاطمي. على الرغم من اسم المسجد، لا يوجد دليل في التقاليد الإسلامية يضع المسيح في هذا الموقع. وعلاوة على ذلك، فقد أصدر رجال الدين المسيحيون في القدس بيانا أعلنوا فيه أن المسيحيين ليس لديهم أي آثار أو أماكن مقدسة في أي مكان داخل المسجد الأقصى. [6]

القباب

قبة الصخرة

بنيت قبة الصخرة بأمر من الخليفة الأموي عبد الملك بن مروان بين عامي 688 – 691 م [7]. وتعدّ من أولى المباني الإسلامية على الإطلاق. بنيت لتكون نقطة محورية دينية لحلفاء الخليفة الأموي. إذ إن منطقة الحجاز (مكة المكرمة والكعبة المشرفة) آنذاك لم تكن تحت سيطرة الدولة الأموية. [8]

إن بنية المنشأة وقبتها التي نراها اليوم لا تزال محافظةً على شكلها الأصلي. حيث تتميز بمسقط مثمن الشكل. يسقف مركزه بقبة ذات قطر 20 م تقريبًا، مرفوعة على رقبة محمولة على 4 دعامات و12 عمود[9]. تحتوي هذه الدائرة في مركزها على الصخرة المشرفة [8]. ويحيط بالدائرة رواق مثمن الشكل مؤلف من 8 دعامات و16 عمود. وتشكل الجدران الخارجية شكلًا مثمنًا بطول 18م وبارتفاع 11م لكلّ جدار. بينما تشكّل الجدران الخارجية مع الرواق الداخلي ومع أعمدة القبة ممرين يدوران حول الصخرة المشرفة. [9] تحتوي كل من الرقبة التي تحمل القبة والجدران الخارجية على نوافذ عدّة.

تحتوي كل من الجدران الخارجية الأربعة المواجهة للجهات الرئيسية الأربع (شمال، جنوب، شرق، غرب) على باب. وتغطى الواجهات الخارجية بألواح من الرخام في الأسفل وبلاطات خزفية من الأعلى. تعود هذه البلاطات لعهد السلطان العثماني سليمان القانوني، الذي أمر باستبدال الفسيفساء الزجاجية الأصلية في الفترة الواقعة بين عامي 1545و 1552م. كما جددت الألواح الرخامية عدة مرات. [10]

قبة السلسلة

تعتبر قبة السلسلة منشأة مشابهة لقبة الصخرة، غير أنها أصغر حجمًا. تقع شرق قبة الصخرة مباشرةً، وتتميز بمسقط مشابه مثمن الشكل، مسقوف بقبة، ومفتوح الجوانب. [11] بنيت من قبل الأمويين، وحولت إلى كنيسة صغيرة أثناء الحملات الصليبية. ثم أعاد الأيوبيون تحويلها إلى مصلى. ورممت من قبل الممالي العثمانيين. ورممت حديثًا من قبل المملكة الأردنية الهاشمية. ويذكر أنّ قطر قبة السلسلة 14م. [12]

بالإضافة إلى العديد من القباب الموجودة داخل الحرم الشريف مثل قبّة المعراج وقبة سليمان وقبة موسى وقبة يوسف آغا والكثير غيرها.

المآذن

مئذنة باب الغوانمة

قام القاضي الأيوبي شرف الدين بن عبد الرحمن بن الصاحب ببناء مئذنة بوابة بني غانم في 1297 ميلادية في عهد السلطان حسام الدين لجين. وهي مئذنة مربعة المسقط تقع بالقرب من بوابة بني غانم وتعتبر الأكثر تزيينًا من بين مآذن الأقصى. وهي أعلى مئذنة داخل الأقصى بارتفاعٍ يساوي 38.5 مترًا، ويوجد بداخلها درجٌ مكوّنٌ من 120 درجة.

أدى النفق الغربي الذي حفرته قوات الاحتلال الإسرائيلي إلى إضعاف أساسات المئذنة، مما تطلب تجديدها في عام 2001م. [6]

مئذنة باب المغاربة

قام القاضي المملوكي شرف الدين بن فخر الدين الخليلي ببناء مئذنة باب المغاربة في عام 1278 م بجوار باب المغاربة. المئذنة التي يبلغ ارتفاعها 23 مترًا هي أقصر مئذنة داخل المسجد الأقصى وتنتصب بدون أي تكون لها أيّ أساسات. تضرر الجزء العلوي من المئذنة في الزلزال الذي ضرب القدس عام 1922 ميلادية وتم إصلاحه من قبل المجلس الأعلى الإسلامي الذي أكمله بقبة، تمّت تغطتيها لاحقًا بصفائح من الرصاص من قبل الصندوق الهاشمي لترميم المسجد الأقصى وقبة الصخرة. [6]

مئذنة باب الأسباط/ مئذنة الصلاحية

تم بناء مئذنة باب الأسباط لأول مرة من قبل محافظ القدس سيف الدين قطلو باشا خلال عهد السلطان المملوكي الأشرف شعبان بجوار باب الأسباط، كما تسمّى المئذنة الصلاحية لوقوعها في جهة المدرسة الصلاحية الواقعة خارج الحرم الشريف [13]. كانت مئذنة مربعة الشكل حتى أمر العثمانيون بإعادة بنائها في عام 1599م في عهد السلطان محمد الثالث، مما يجعلها المئذنة الوحيدة ذات الشكل الأسطواني داخل الحرم الشريف. تم تجديد مئذنة االأسباط مرتين، الأولى في عام 1927م بعد تعرضها لأضرار بسبب زلزال، ثم في عام 1967م بعد تعرضها لأضرار بسبب الغارات الإسرائيلية.
أعادت لجنة المسجد الأقصى بناء المئذنة وغطت قبتها بألواح من الرصاص. [6]

مئذنة باب السلسلة

قام الأميرسيف الدين تنكز الناصري الحاكم المملوكي على الشام ببناء هذه المئذنة فوق الممر الشمالي للأقصى عام 1329 م بجوار باب السلسلة.
يمكن الوصول إلى المئذنة ذات المسقط المربع من خلال مدرسة الأشرفية باستخدام درج 80 درجة. وهي مبنية على قاعدة مربعة وتعلوها شرفة مغطاة على مجموعة من الأعمدة الحجرية. تم ترميم المئذنة من قبل المجلس الإسلامي الأعلى في عام 1922م بعد أن تضررت بسبب زلزال.

منعت القوات الإسرائيلية المسلمين من دخول واستخدام هذه المئذنة “لحماية المصلين اليهود” عند حائط البراق («الحائط الغربي»)، الذي تطل عليه المئذنة. [6]

حائط البراق

يمثل حائط البراق الجزء الجنوبي الغربي من جدار المسجد الأقصى، ويبلغ طوله حوالي 50 مترًا وارتفاعه حوالي 20 مترًا. وهو جزء من المسجد الأقصى ويعتبر من الممتلكات الإسلامية حيث أنه وفقًا لما ذُكر في التقاليد الإسلامية، فهو الجدار الذي ربط فيه النبي محمد (ص) البراقَ قبل أن يصعد إلى الجنة في رحلته من مكة إلى القدس (الإسراء والمعراج).
يطلق عليه الإسرائيليون اسم «حائط المبكى» أو «الحائط الغربي» أو «الكوتل»، ويدعون أنه الجزء المتبقي من هيكل سليمان.
في عام 1930، أكدت لجنة التحقيق البريطانية لتحديد الحقوق والمطالبات للمسلمين واليهود فيما يتعلق بحائط البراق أن الجدار ومعظم المنطقة المحيطة به تشكل ممتلكات للوقف الإسلامي.

تم إنشاء الساحة الواقعة اليوم أمام الجدار بعد الغزو الإسرائيلي للمدينة عام 1967م وشمل ذلك هدم حيي المغاربة بأكمله، مما جعل المئات من أبناء الحيّ بدون مأوى. [6]

لقراءة المزيد عن الحرم القدسي الشريف، تابع المقال: سلسلة العمارة الإسلامية: قباب الحرم القدسي الشريف

المصادر

1. zamzam.com – history of al Aqsa
2. middleeasteye.net – palestine al-Aqsa
3. usnews.com – where is al aqsa mosque and why is it so important in Islam
4. britannica.com – Al Aqsa Mosque
5. madainproject.com – al aqsa mosque
6. haramalaqsa.com
7. Dome of the Rock (BiblePlaces.com)
8. The Dome of the Rock (Qubbat al-Sakhra) – Smarthistory
9. Dome of the Rock – Madain Project (en)
10. Dome of the Rock – Discover Islamic Art – Virtual Museum
11. Dictionary of Islamic Architecture (pdf)
12. Dome of the Chain – Madain Project (en)
13. alqudsgateway.ps

المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة هو نوع جديد من أجهزة تخزين الطاقة الذي يحظى بالاهتمام. حيث إنها توفر عددًا من المزايا مقارنة بالمكثفات الفائقة والمكثفات التقليدية. بما في ذلك كثافة طاقة أعلى وعمر أطول ودرجة حرارة تشغيل أعلى. وهذا يجعلها مرشحًا واعدًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك السيارات الكهربائية والأجهزة القابلة للارتداء والغرسات الطبية.

تعمل المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة باستخدام إلكتروليت صلب بدلاً من إلكتروليت سائل. وهذا يجعلها أكثر متانة وأمانًا من المكثفات الفائقة التقليدية، لأنها ليست عرضة للتسرب أو الحريق. كما يسمح أيضًا بكثافة طاقة أعلى، حيث يمكن جعله أرق وأخف من الإلكتروليت السائل.

ما هو المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة؟

المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة – Solid-state Supercapacitor هو نوع من المكثف الفائق الذي يستخدم إلكتروليتًا صلبًا بدلاً من إلكتروليت سائل. هذا يجعلها أكثر متانة وأكثر أمانًا من المكثفات الفائقة التقليدية، لأنها ليست عرضة للتسرب أو الحريق. تتمتع المكثفات الفائقة ذو الحالة الصلبة أيضًا بكثافة طاقة أعلى من المكثفات الفائقة التقليدية، مما يجعلها مرشحًا واعدًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل المركبات الكهربائية والأجهزة القابلة للارتداء والغرسات الطبية [1] .

ما القصة وراء أول مكثف فائق ذو الحالة الصلبة؟

تم اختراع أول المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة في عام 1991 من قبل باحثين في جامعة تكساس في أوستن. تم تصنيع الجهاز من غشاء رقيق من البوليمر الموصّل محشور بين طبقتين من رقائق معدنية، وكان قادرًا على تخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية بسرعة وكفاءة. مهد هذا الاختراع الطريق لتطوير المكثفات الفائقة الأخرى ذات الحالة الصلبة. ومنذئذ تم استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك الإلكترونيات المحمولة، والمركبات الهجينة، وأنظمة الطاقة المتجددة.

كيف يعمل المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة؟

تعمل المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة عن طريق تخزين الطاقة إلكتروستاتيكيًا في طبقة كهربائية مزدوجة تتشكل عند السطح البيني بين القطب الكهربائي والإلكتروليت [1] .

فيما يلي شرح مبسط لكيفية عمل المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة:

1. يتم فصل قطبي المكثف بواسطة إلكتروليت صلب.
2. عندما يتم تطبيق الجهد على المكثف، تتحرك الأيونات في الإلكتروليت نحو القطب المشحون عكسيًا.
3. تخلق حركة الأيونات مجالًا كهربائيًا يخزن الطاقة.
4. يتم تخزين هذه الشحنة في شكل مجال كهربائي، والذي يمكن تفريغه بسرعة عند الحاجة لتوفير دفعة من الطاقة.

يعتمد أداء المكثفات الفائقة على تصميم وخصائص المجمعات الحالية، والأقطاب الكهربائية، والإلكتروليتات. والتي بدورها يمكن أن تؤثر على كثافة ومخرجات الطاقة، وسلوك الشحن والتفريغ الدوري، ومعلمات الأداء الرئيسية الأخرى.

يمكن تحسين المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة حيث تلعب الموصلات الكهربائية دورًا مهمًا في أداء جهاز تخزين الطاقة. ويمكن أن يؤدي تصميم المواد ومعالجتها وخصائص سطح الموصلات الكهربائية إلى تباين كبير في معاملات الأداء الرئيسية. فمثلًا يمكن أن يؤدي استخدام المواد ذات البنية النانوية مع مساحة سطح محددة عالية والمسامية الهرمية إلى أداء ممتاز واستقرار طويل للنظام. وكذلك استخدام الطاقة الحرارية الشمسية لتحسين أداء المكثفات الفائقة المرنة في درجات حرارة منخفضة، وهو أمر مهم للإلكترونيات القابلة للارتداء في الهواء الطلق.

بشكل عام ، يمكن أن تؤدي هذه التحسينات إلى زيادة كثافة الطاقة، وإخراجها، ومدى استقرار المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة، مما يجعلها أكثر كفاءة وفعالية للتطبيقات المختلفة.

مزايا المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة

يتميز المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة بالعديد من المزايا مقارنة بالمكثف الفائق التقليدي، بما في ذلك [2] :

• كثافة طاقة أعلى: يمكن للمكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة تخزين طاقة أكثر من المكثفات الفائقة التقليدية. مما يجعلها خيارًا أكثر جاذبية للتطبيقات التي تتطلب كثافة طاقة عالية.
• عمر أطول: تتمتع المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة بعمر أطول من المكثفات الفائقة التقليدية. مما يجعلها خيارًا أكثر فعالية من حيث التكلفة للتطبيقات طويلة المدى.
• درجة حرارة تشغيل أعلى: يمكن أن تعمل المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة في درجات حرارة أعلى من المكثفات الفائقة التقليدية. مما يجعلها خيارًا أكثر تنوعًا لمجموعة واسعة من التطبيقات في البلاد الحارة.
• حجم أصغر: يمكن جعل المكثف الفائق ذو الحالة الصلبة أصغر من المكثفات الفائقة التقليدية. مما يجعلها أكثر ملاءمة للاستخدام في الأجهزة المحمولة.

كيف تقارن المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة بأنواع أخرى من أجهزة تخزين الطاقة من حيث الكفاءة والأداء؟

تقدم تقارن المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة العديد من المزايا مقارنة بالبطاريات التقليدية في أنظمة تخزين الطاقة، بما في ذلك [2,3] :

• كثافة طاقة أعلى من بطاريات أيون الليثيوم: يمكن للمكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة توفير الطاقة وامتصاصها بشكل أسرع بكثير من البطاريات. مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب دفعات سريعة من الطاقة، مثل المركبات الكهربائية وأنظمة الكبح المتجددة.
• دورة حياة أطول: يمكن تدوير المكثفات الفائقة مئات الآلاف من المرات دون تدهور كبير. بينما تحتوي البطاريات عادةً على عدد محدود من دورات الشحن والتفريغ قبل الحاجة إلى استبدالها.
• معدلات شحن أسرع: يمكن شحن المكثفات الفائقة أسرع بكثير من البطاريات، الأمر الذي قد يستغرق ساعات أو حتى أيامًا لشحنها بالكامل. بينما يمكن شحن المكثفات الفائقة في غضون ثوانٍ أو دقائق. مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب شحنًا سريعًا، مثل الأجهزة الإلكترونية المحمولة.
• نطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل: يمكن أن تعمل المكثفات الفائقة على نطاق واسع من درجات الحرارة، من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية. بينما قد يكون أداء البطاريات محدودًا في درجات الحرارة القصوى.
• صديقة للبيئة: لا تحتوي المكثفات الفائقة على مواد كيميائية سامة أو معادن ثقيلة. مما يجعلها صديقة للبيئة أكثر من البطاريات التقليدية.

ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن أداء المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة يمكن أن يختلف اعتمادًا على تصميم المواد ومعالجتها وخصائص سطح الموصلات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتأثر السعة والمقاومة الداخلية للمكثفات الفائقة مما قد يؤثر على كفاءتها. أخيرًا، بينما تتمتع المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة بكثافة طاقة عالية، إلا أنها تتمتع بكثافة طاقة أقل من البطاريات. مما يحد من استخدامها في التطبيقات التي تتطلب سعة تخزين طاقة عالية.

بشكل عام ، توفر المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة العديد من المزايا مقارنة بالبطاريات التقليدية في أنظمة تخزين الطاقة، مما يجعلها خيارًا جذابًا لمجموعة واسعة من التطبيقات.

ما هي عيوب المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة؟

في حين أن المكثفات الفائقة الحالة الصلبة تقدم مزايا عديدة مقارنة بالبطاريات التقليدية، إلا أن لها أيضًا بعض العيوب، بما في ذلك [4]:

• كثافة طاقة أقل: عادةً ما تكون للمكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة كثافة طاقة أقل من البطاريات. مما يعني أنها يمكن أن تخزن طاقة أقل لكل وحدة وزن أو حجم.
• نطاق الجهد المحدود: للمكثفات الفائقة نطاق جهد محدود. مما قد يجعل من الصعب استخدامها في بعض التطبيقات التي تتطلب جهدًا أعلى.
• معدل تفريغ ذاتي أعلى: تتمتع المكثفات الفائقة بمعدل تفريغ ذاتي أعلى من البطاريات. مما يعني أنها يمكن أن تفقد شحنتها بسرعة أكبر عند عدم استخدامها.
• التكلفة: يمكن أن تكون المكثفات الفائقة أغلى من البطاريات التقليدية، مما يجعلها أقل جاذبية لبعض التطبيقات.
• توافر محدود: المكثفات الفائقة الحالة الصلبة ليست متوفرة على نطاق واسع مثل المكثفات الفائقة التقليدية.

بشكل عام، في حين أن المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة توفر العديد من المزايا مقارنة بالبطاريات التقليدية، إلا أن لها أيضًا بعض القيود التي يجب مراعاتها عند اختيار نظام تخزين الطاقة لتطبيق معين. لكن على الرغم من هذه العيوب، فإن المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة هي تقنية واعدة لتخزين الطاقة. وهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب معدل تفريغ طاقة عالٍ وعمرًا طويلًا، مثل السيارات الكهربائية والأجهزة القابلة للارتداء.

تطبيقات المكثفات الفائقة الحالة الصلبة

فيما يلي بعض التطبيقات المحتملة لمكثفات الحالة الصلبة الفائقة:

السيارات الكهربائية: يمكن استخدام المكثفات الفائقة الحالة الصلبة لتخزين الطاقة في السيارات الكهربائية، مما قد يساعد في توسيع نطاق السيارات الكهربائية وتقليل الوقت المستغرق لإعادة شحنها.

الأجهزة القابلة للارتداء: يمكن استخدام المكثفات الفائقة الحالة الصلبة لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء، مثل الساعات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية.

الغرسات الطبية: يمكن استخدام المكثفات الفائقة الحالة الصلبة لتشغيل الغرسات الطبية، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب ومضخات الأنسولين.

المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة هي تقنية جديدة لتخزين الطاقة. مع استمرار البحث والتطوي، يمكن للمكثفات الفائقة الحالة الصلبة أن تحدث ثورة في طريقة تشغيل أجهزتنا.

ما هي بعض التطبيقات المحتملة للمكثفات الفائقة الحالة الصلبة في صناعة السيارات؟

المكثفات الفائقة الحالة الصلبة لديها القدرة على استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات في صناعة السيارات. فيما يلي بعض التطبيقات المحتملة [4] :

• المركبات الهجينة والكهربائية: يمكن استخدام المكثفات الفائقة الحالة الصلبة جنبًا إلى جنب مع البطاريات لتوفير نبضات عالية الطاقة لتسريع الكبح والتجدد، مما يمكن أن يحسن الكفاءة الإجمالية للسيارة.
• أنظمة التوقف والتشغيل: يمكن استخدام المكثفات الفائقة لتشغيل الأنظمة الكهربائية للمركبة أثناء أحداث توقف المحرك، مما يقلل من استهلاك الوقود والانبعاثات.
• دعم الطاقة: يمكن استخدام المكثفات الفائقة لتوفير طاقة احتياطية للأنظمة الحيوية في حالة انقطاع التيار الكهربائي، مثل الوسائد الهوائية وإضاءة الطوارئ.
• نموذج مجال التردد: يمكن استخدام المكثفات الفائقة في تطبيقات الطاقة الصناعية التي تتطلب كثافة طاقة عالية، مثل محولات الطاقة الإلكترونية.

بشكل عام، تتمتع المكثفات الفائقة الحالة الصلبة بإمكانية تحسين كفاءة وأداء الأنظمة المختلفة في صناعة السيارات.

ما هي الآثار البيئية لاستخدام المكثفات الفائقة الحالة الصلبة

هناك معلومات محدودة متاحة عن التأثيرات البيئية المحددة لاستخدام المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة. ومع ذلك، فقد بحثت بعض الدراسات في استخدام المكثفات الفائقة في سياق أجهزة تخزين الطاقة على نطاق أوسع. فيما يلي بعض الآثار البيئية المحتملة التي يجب مراعاتها [3,4] :

• مصادر المواد: يتطلب إنتاج المكثفات الفائقة استخدام مواد مختلفة، بما في ذلك المعادن والبوليمرات. يمكن أن يكون لتوريد هذه المواد آثار بيئية، مثل تدمير المصادر، وتلوث المياه، وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من التعدين والنقل.
• استهلاك الطاقة: تتطلب عملية تصنيع المكثفات الفائقة طاقة يمكن أن تسهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والتأثيرات البيئية الأخرى.
• التخلص من الأجهزة بعد نهاية العمر الافتراضي: مثل جميع الأجهزة الإلكترونية، ستصل المكثفات الفائقة في النهاية إلى نهاية عمرها الإنتاجي وتحتاج إلى التخلص منها. يمكن أن يكون للتخلص من النفايات الإلكترونية آثار بيئية كبيرة، بما في ذلك تلوث التربة والمياه من المواد الكيميائية السامة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الحرق.
• أداء درجات الحرارة المنخفضة: وجدت إحدى الدراسات أنه يمكن تحسين أداء المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة في درجات الحرارة المنخفضة باستخدام الطاقة الحرارية الشمسية، مما قد يقلل من الحاجة إلى مصادر الطاقة الأخرى التي لها تأثيرات بيئية.

بشكل عام ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم الآثار البيئية لاستخدام المكثفات الفائقة ذات الحالة الصلبة بشكل كامل. ومع ذلك، فمن الواضح أن إنتاج هذه الأجهزة والتخلص منها يمكن أن يكون له تأثيرات بيئية، ويجب بذل الجهود لتقليل هذه الآثار من خلال المصادر المستدامة، والتصنيع الموفر للطاقة، والممارسات المسؤولة للتخلص في نهاية العمر.

لا تزال المكثفات الفائقة الحالة الصلبة في المراحل الأولى من التطوير، ولكن لديها القدرة على إحداث ثورة في صناعة تخزين الطاقة. بفضل كثافة الطاقة العالية والمتانة والسلامة، يمكن استخدام المكثفات الفائقة الحالة الصلبة لتشغيل مجموعة واسعة من الأجهزة، من السيارات الكهربائية إلى الأجهزة القابلة للارتداء.

المصادر          

1. Thermally Chargeable Solid-State Supercapacitor | Advanced Energy Materials
2. Flexible all-solid-state supercapacitors with high capacitance, long cycle life, and wide operational potential window: Recent progress and future perspectives | Journal of Energy Storage
3. A mini-review: emerging all-solid-state energy storage electrode materials for flexible devices | Nanoscale
4. Recent progress in the all-solid-state flexible supercapacitors | SmartMat