طرق إنتقال الحرارة

 

تقسم المواد حسب توصيلها للحرارة إلى:
أ- مواد جيدة التوصيل للحرارة: مثال الألمونيوم - الحديد - النحاس.
ب- مواد رديئة التوصيل للحرارة: مثال: الخشب - البلاستيك - الزجاج.

إستخدامات المواد المواصلة والعازلة للحرارة:
أ- تستخدم المواد جيدة التوصيل للحرارة فى:
صناعة الأوانى - وغلايات الشاى - وغلايات المصانع - ومحطات الكهرباء.
=====================================
ب- تستخدم المواد رديئة التوصيل للحرارة فى:
- صناعة مقابض أوانى الطهى - وغلايات الشاى حتى تعزل الحرارة فيسهل رفعها من فوق المواقد.
- نرتدى الملابس الصوفية الثقيلة شتاءًا لأنها عازلة للحرارة فتحتفظ بدرجة حرارة الجسم ونشعر بالدفء.

أثر الحرارة على المواد الصلبة والسائلة والغازية
أولاً: أثر تغير الحرارة على المواد الصلبة:
- تتمدد المواد الصلبة بالحرارة وتنكمش بالبرودة.
- يستفاد من ذلك فى:
1- صب الماء الساخن على الأغطية المعدنية لبعض الزجاجات لسهولة فتحها.
2- الاهتمام بألا تكون الأسلاك الممدودة بين الأعمدة مشدودة حتى لا يؤدى إنكماشها شتاءاً إلى قطعها.
3- مراعاة أن تكون هناك مسافات محسوبة بين قضبان السكك الحديدية حتى لا يؤدى تمددها إلى تقوسها مما يعوق سير القطارات.
4- مراعاة أن تترك مسافات بين أجزاء جسم الكبارى المعدنية والخرسانية لكى تسمح بتمددها دون حدوث أضرار بالكبارى.

ثانياً: أثر تغير الحرارة على المواد السائلة
: - تتمدد السوائل بالتسخين وتنكمش بالتبريد.
- لا يمكن الاعتماد على حاسة اللمس فى قياس درجة الحرارة بل يستخدم لذلك أجهزة قياس مناسبة تسمى الترمومترات.

التيار الكهربى
عبارة عن فيض من الشحنات الكهربائية يسرى من أحد طرفى سلك إلى الطرف الآخر.

مصادر التيار الكهربائى:
1) الأعمدة الجافة: تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
2) المولدات الكهربية: تحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية. ويتم ذلك من خلال مولدات يتم تشغيلها بالوقود أو مساقط المياه (مثال السد العالى).

الدائرة الكهربائية:
المسار المغلق الذى تنتقل خلاله الشحنات الكهربائية لإتمام دورة كاملة.


كيف يعمل العمود الجاف:
عند توصيل عمود جاف بدائرة كهربائية:
- يحدث تفاعل كيميائى بين مكونات العمود الجاف.
- يتولد عن التفاعل الكيميائى تيار كهربائى يمر فى الدائرة.

استخدامات العمود الجاف:
تشغيل الأجهزة مثل: الراديو - لعب الأطفال - ساعات الحائط وبطارية الجيب.

عدم استخدام العمود الجاف لمدة طويلة:
تفقد العجينة رطوبتها وتفقد قدرتها على التوصيل ويتوقف التفاعل الكيميائى فلا يتولد تيار كهربائى ويصبح العمود الجاف غير صالح للإستخدام.

استخدام العمود الجاف لمدة طويلة:
يضعف التفاعل الكيميائى تدريجيًا حتى يتوقف، مما يؤدى إلى ضعف التيار الكهربائى المتولد من العمود تدريجيًا حتى يتوقف ويصبح العمود الجاف غير صالح للإستخدام. 

استخدامات الطاقة الكهربائية فى المنازل:
- مرور التيار الكهربائى فى الأسلاك يولد به حرارة.
- يستفاد من التأثير الحرارى للتيار الكهربائى فى تصميم وعمل بعض الأجهزة الكهربائية (المكواه - المدفأة - المصباح - السخان).


المكواه الكهربائية: تتكون من:
1- سلك من النيكل والكروم موضوع بين صفائح من مادة عازلة تسمى الميكا.
2- جسم المكواه عبارة عن جزء معدنى ثقيل سطحه السفلى ناعم وله يد من مادة عازلة ( مثل البلاستيك)
3- منظم للحرارة لضبط درجة حرارة المكواة المناسبة لنوعية الملابس المطلوب كيها.

---

المنصهر:
- عندما يحدث تلامس أسلاك الكهرباء المكشوفة ببعضها يؤدى إلى:
قطع التيار الكهربائى، ويفسر ذلك بأن تلامس الأسلاك المكشوفة المار بها التيار الكهربائى يؤدى إلى حدوث ماس كهربائى يسبب سخونة أسلاك التوصيل نتيجة ارتفاع شدة التيار الكهربائى المار فيها وقد يؤدى ذلك إلى حدوث حريق.

المنصهر يتركب من:
- شريحيتين مشقوقتين من النحاس مثبتتين على قطعة صينى.
- سلك رفيع من الرصاص يصل بين شريحتى النحاس.
- يصنع سلك المنصهر من الرصاص لأن درجة انصهاره منخفضة جدًا.
- للمنصهر أشكال مختلفة منها الشكل الاسطوانى الموجود فى بعض الأجهزة الكهربائية والإلكترونية.

كيف يعمل المنصهر:
- عند تلامس الأجزاء المكشوفة من أسلاك التوصيل، يحدث ماس كهربائى فيزداد شدة التيار المار فى سلك المنصهر، فيسخن وينصهر وتفتح الدائرة وينقطع التيار الكهربائى.

أهمية المنصهر:
1- حماية الأجهزة الكهربائية من التلف.
2- حماية المنازل من التعرض للحرائق.

احتياطات الأمن والسلامة عند استخدام الكهرباء فى المنزل:
أولاً: المحافظة على سلامتك الشخصية:
1- لا تلمس المفاتيح الكهربائية أو الأجهزة الكهربائية ويداك مبللتان بالماء.
2- لا تلمس الأجزاء المكشوفة من الأسلاك المار فيها التيار الكهربائى.
3- لا تدخل يدك فى أى جهاز كهربائى أثناء تشغيله.
4- تجنب وضع أى جسم معدنى فى مصدر التيار الكهربائى (البريزة).

ثانياً: المحافظة على سلامة الأجهزة والمنزل:
1- فصل الأجهزة الكهربائية عن مصدر التيار الكهربائى عند انقطاعه.
2- غلق مفتاح أى جهاز كهربائى عند توصيله أو نزعه من مصدر التيار الكهربائى.
3- تجنب بدء تشغيل جميع الأجهزة فى المنزل فى وقت واحد.
4- تغيير الوصلات الكهربائية التى تتشقق عوازلها. 

 

 

حرارة الأرض

---

الحرارة وطرق إنتقالها ، التوصيل، الحمل الحراري، الإلبيدو، الإشعاع

درسنا فيما سبق أن الأرض تدور حول الشمس وفي ذات الوقت فإنها تدور حول نفسها أيضاً
سرعة دوران الأرض حول نفسها تبلغ مئات الكيلومترات في الساعة وهي تدور في إتجاه يجعلنا نرى الشمس والقمر والنجوم تظهر لنا من الشرق وتختفي إلى الغرب
ما يهمنا في هذا الدوران في فصلنا هذا هو أن الدوران بهذه الطريقة يجعل تعرضنا لأشعة الشمس متوازنا ومقسما بين أجزاء الكرة الأرضية
لكن أجزاء الكرة الأرضية تختلف في مقدار تعرضها لأشعة الشمس
فالمناطق الواقعة في منتصف الأرض ويعبر عنها بالمناطق الإستوائية تتعرض لطاقة حرارية أكبر من تلك التي تتعرض لها الأجزاء الأخرى من الأرض كالقطبين مثلاً
هذه الطاقة الحرارية التي تتعرض لها الكرة الأرضية من الشمس بكمية مختلفة بين منطقة وأخرى هي التي تقود غلافنا الجوي
وهي المسئولة عن حالات الطقس المختلفة وهي محرك الرياح بأمر الباري جلّ في علاه

نريد في هذا الفصل أن نتحدث عن انتقال الحرارة ونريد أن نفهم معنى الطاقة لكي نعرف كيف يسخن الغلاف الجوي وكيف يبرد
نحن نستخدم تعبير الحرارة دائما لتحديد مقدار سخونة أو برودة الأشياء ولكن علمياً حرارة الهواء أو أي جسم آخر هو سرعة حركة جزيئاته
حيث درجة الحرارة الأعلى تعني حركة جزيئات أكثر
ومثال ذلك عندما نسخن الماء فإن جزيئاته تبدأ بالحركة وكلما زاد التسخين زادت الحركة
وكلما بردناه قلت حركة جزيئاته حتى نصل إلى التجمد حيث لا حركة
وكذلك فإن تسخين الهواء يجعله أخف وأكثر حركة وفي حالة تصاعد
والهواء البارد هو على العكس أكثر كثافة وأكثر وزناً وحركته هابطة
التسخين يولد طاقة وهذه الطاقة قابلة للإنتقال من جسم إلى آخر

يمكن لأيّ منا أن يلاحظ بوضوح لو قام بتسخين قضيب معدني بتعريضه للنار .. حينها سيجد أن الحرارة تنتقل إلى الأصابع
هذا الإنتقال للحرارة من خلال القضيب المعدني يسمى الإنتقال بواسطة التوصيل
مع الأخذ في الإعتبار أن هناك اجسام موصلة جيدة للحرارة وأجسام أقل توصيلا للحرارة وما يهمنا في نطاق الرصد الجوي هو أن نعرف أن الهواء موصل ضعيف للحرارة
ولذلك لا يستطيع أحدنا أن يلمس معدن تم تسخينه بالنار ولكن نستطيع وضع أصابعنا بجواره وبالقرب منه وذلك بسبب ضعف إنتقال الحرارة عبر الهواء

لكن الهواء برغم ضعف توصيله للحرارة يلعب دوراً مهماً في نقلها أفقياً حسب اتجاه الرياح أو تصعيدها علوياً عن طريق الحمل الحراري
وهو وسيلة أخرى من وسائل إنتقال الحرارة

فماهو الحمل الحراري ؟

الحمل الحراري هو إنتقال الحرارة عن طريق نقل الكتلة نفسها .. ولا يحدث الحمل الحراري إلا في الماء أو الهواء بسبب سهولة تحريرهما وتفعيل التيارات خلالهما
والحمل الحراري يحدث بصورة مستمرة في الغلاف الجوي حيث أن بعض المناطق من الأرض تكتسب طاقة حرارية من الشمس بشكل أكبر من مناطق أخرى
إما بسبب الموقع الجغرافي من الكرة الأرضية (منتصف الأرض أو أطرافها)
أو بسبب تركيبة سطح الأرض (بحر أو عشب أو رمل أو صخور)
أو بسبب الخواص التضاريسية (منخفضة أو مرتفعة)

عندما يسخن سطح الأرض يسخن تبعاً لذلك الهواء المجاورلسطح الأرض .. (إنتقال الحرارة من سطح الأرض إلى الهواء المجاور تم بطريقة التوصيل)
وعندما يسخن الهواء المجاور لسطح الأرض يتمدد ويصبح أخف وزناً ويصعد إلى الأعلى
وعند صعود الهواء إلى أعلى يصل إلى طبقات باردة فيبرد ويثقل ويتمدد أفقياً ثم يهبط ويتجه مرة أخرى نحو المكان الذي يتم فيه التسخين ليصعد مرة اخرى
وهكذا تستمر الدورة .. وهذه الحركة العمودية للهواء صعوداً وهبوطاً تسمى في علم الرصد الجوي الحمل الحراري

وهنا صورة شارحة للحمل الحراري

فائدة في مناخ الجزيرة العربية

الوضع المشروح في صورة الحمل الحراري السابقة يعطي فكرة عامة عن مناخ الجزيرة العربية
تخيل أن الإسفلت في الصورة السابقة هو خط الإستواء
والجزيرة العربية شمالاً من هذا الخط
أين ستكون التكونات وأين سيكون الجفاف ؟
ربّما الأمر واضح .. تذكروا هذا الأمر سنناقشه مفصلاً في دروسٍ قادمة

الإشعـــــــــــــــــــــاع

بقي لدينا العنصر الثالث من عناصر إنتقال الحرارة وهو الإشعاع
والإشعاع يتعلق بأشعة الشمس وإنعكاساتها على الأجسام وسنرى في هذا الموضوع آية من آيات الباري في توازن الطبيعة وسبب من أسباب صلاحية الأرض للعيش
وفي الطاقة المنتقلة عبر الإشعاعات ميزة وهي انتقال الحرارة من جسم إلى آخر من دون التأثير على ما يقع بين هذين الجسمين
ومثال ذلك لو وقفت بوجهك أمام شمس الظهيرة الحارقة فإن وجهك سيتوقد من شدة الحرارة رغم ان الهواء بينك وبين الشمس ليس بتلك السخونة

ماهو الإشعاع ؟

من الثابت علمياً أن جميع الاجسام التي تكون درجة حرارتها فوق الصفر ترسل إشعاعاً
صغيرة كانت أم كبيرة .. نخلة كانت أم حجراً
وهذا الإشعاع ناتج عن نشاط الإلكترونات الموجودة بالملايين في كل جسم
أيضاً نحب أن نذكر أن هناك أشعة ترى بالعين وأشعة لا ترى وذلك حسب نوع الموجة الإشعاعية
من المؤكد أنكم سمعتم بالأشعة تحت الحمراء وأشعة إكس وهناك أنواع أخرى لا يهمنا كثيراً البحث في خصائصها فهذا الموضوع طويل وشرحه يطول
يهمنا الآن أن نعرف أن الأجسام المتعرضة لأشعة الشمس تمتص الحرارة وفي نفس الوقت هذه الأجسام هي مشعة أيضاً ..
فإذن هناك إشعاع وهناك إمتصاص وهذا يقودنا إلى الحديث عن التوازن
الأجسام التي تمتص حرارة أكثر مما تشع تسخن والأجسام التي تشع حرارة اكثر مما تمص تبرد
في نهار مشمس، الأرض تمتص طاقة حرارية من الشمس اكثر من الطاقة الحرارية التي تشعها ولذلك يسخن سطح الأرض
بينما في الليل الأرض تشع طاقة حرارية أكثر من التي تمتصها ولذلك تبرد
وكذلك الأمر ينطبق على باقي الأجسام الأخرى، ولو تعادل الإشعاع مع الإمتصاص لبقيت حرارة الجسم كما هي
وسبب الإختلاف بين الأجسام في قوة الإشعاع أو قوة الإمتصاص يعود إلى الخواص السطحية للجسم من لون وكثافة ونعومة ورطوبة إضافة إلى درجة حرارته كما أسلفنا

ومعروف للكثير أن الألوان الداكنة أكثر إمتصاصاً للحرارة وهذا الامر على علاقة بظاهرة الإلبيدو

الإلبيـــــــــــــــــدو

الإلبيدو يعني الإنعكاسية ونستطيع تلخيص مفهوم الإلبيدو في أنه نسبة الإشعاعات التي يعكسها جسم ما مقارنة بما يتلقاه من إشعاعات
وتختلف الأجسام في قدرتها على عكس الأشعة بحسب خصائصها وتكوينها
فبينما يستطيع الثلج أن يعكس من 75 إلى 95 في المئة من أشعته لا يستطيع الماء عكس أكثر من 10 في المئة من الأشعة التي يتلقاها
الرمل يعكس من 15 إلى 40 في المئة والسحب تعكس إلى 80 في المئة بحسب كثافتها وإذا كانت خفيفة فتقل قيمة الإلبيدو بها إلى 30 في المئة
وفي هذه الإختلافات بين خصائص الأجسام في القدرة على عكس الأشعة تأثيرات مهمة في عالم المناخ وإسهامات ضرورية في حفظ التوازن الحراري على سطح الأرض

الأرض بخواصها السطحية المختلفة تمتص الحرارة من أشعة الشمس التي تبعد عنها بمسافة 150 مليون كيلو متر تقريباً بقدر معيّن وبنسبة ثابتة
ولو نظرت إلى كوكب الأرض من الفضاء فإنك ترى نصفها تحت أشعة الشمس ونصفها الآخر مظلم
الجزء المنير يمتص الحرارة ليدفأ والجزء المظلم يشع تلك الحرارة ليلاً ليبرد والعملية مستمرة مادامت السماوات والأرض
حسابياً فإن الأرض تمتص حرارة مساوية للحرارة التي تفقدها وهذا ضروري لتكون الأرض صالحة للعيش
حيث لو كانت الأرض تمتص حرارة أكثر مما تفقد لحدث إرتفاع متنامي في درجة الحرارة حتى تستحيل الحياة
ولو حدث العكس لبردت الأرض بدرجة تستحيل أيضاً معها الحياة
وهذا إعجاز رباني وآية من آيات الله في كونه ..

لكن هناك إعجاز آخر يتبين لنا من حساب درجة حرارة الأرض المفترضة كمعدل عام على وجه الأرض .. فأين هذا الإعجاز ؟

حتى مع هذا التوازن الضروري في كمية الإكتساب الحراري من خلال الإمتصاص وكمية الفقد الحراري من خلال الإشعاع
فإن معدل درجة الحرارة المفترض على وجه الأرض سيبلغ
-18 درجة مئوية تقريباً (مع تفاوت بين مناطق وأخرى)

وهذه الدرجة باردة جداً وليست مناسبة لإستمرار الحياة على وجه الأرض
وهنا تتجلّى قدرة الخالق في تحقيق المعادلة

فقد وجد العلماء أن بخار الماء وبعض الغازات التي تحيط بالأرض تعيد بعض إشعاعات الأرض ولا تسمح لها بالخروج إلى الفضاء
وهذا الأمر يمنع فقد الأرض للحرارة وبالتالي يمنع زيادة برودتها
رغم أن هذه الغازات تسمح بدخول أشعة الشمس ولا تردّها .. لكنّها تردُّ الإشعاعات الصادرة من الأرض
وقد وُجد أيضاً أن من صفات بعض هذه الغازات أنها إنتقائية في السماح والمنع بحسب نوع الموجة الإشعاعية التي تمر من خلالها
وهذه العملية توفر 33 درجة مئوية إضافية
وهو الرقم المطلوب لجعل معدل درجة الحرارة على وجه الأرض 15 درجة مئوية تزيد وتنقص من منطقة إلى أخرى بحسب موقعها الجغرافي

معدل الحرارة المفترض على سطح الأرض حسب الإمتصاص والإشعاع -18
دور بخار الماء والغازات في إعادة بعض إشعاعات الأرض +33
الناتج = 15 درجة مئوية

سبحان الله العظيم وبحمده

هذا التوازن في الحقيقة معرض للإختلال بفعل البشر أنفسهم حيث يتابع العلماء في القرن الأخير زيادة في نسبة ثاني أوكسيد الكربون في غلاف الأرض الجوي بسبب إحتراقات الوقود والتلوث
علماً بأن نسبة تواجد ثاني أكسيد الكربون هي نسبة ضئيلة جداً تقدر ب 0.037 في المئة من غازات الغلاف الجوي للأرض
ولكن يتوقع العلماء بأن زيادة ثاني أكسيد الكربون المتوقعة من الممكن أن تزيد معدل درجة حرارة الأرض درجتان مئوية ونصف الدرجة بنهاية القرن الواحد والعشرين الميلادي
ويتوقعون كذلك ان تكون لهذه الزيادة تغييرات ملحوظة على مناخ الأرض في المستقبل

والله غالبٌ على أمره ولكنّ أكثر الناس لا يعلمون

الخراطة

الخراطه هي عمليه القطع ف الاشكال الدورانيه او الاشكال الغير منتظمة
المقطع عن طريق ازاله رايش.


قلم
القطع بيقطع ازاي؟؟
في 3 حركات اسمهم (سرعه القطع v , التغذيه s , عمق القطع a )
نمسكهم واحده واحده


سرعه القطع : حركة
اداه القطع بالنسبة للشغله او حركة الشغله بالنسبة لاداه القطع بمعنى
الحركة اللي بيعملها اي حد وتكون حركة مستمرة وف اتجاه واحد هيا ده سرعه
القطع يعني لو بصينا للمخرطه تلاقي ان الشغله علطول علطول بتدور ومبتبطلش
دوران والدوران ده بيبقى ف اتجاه ثابت مش بيتغير هيا ده سرعه القطع


التغذيه: مقدار تقدم القلم
بطول الشغله ف اللفه الواحده يعني القلم مثلا بتاع المخرطة لما بيخش على
الشغله بيبدأ يقطع تمام اوي الحتة اللي هو واقف عندها ده اتقطعت عايز اطلع
القلم قدام شوية عشان يقطع حتة تانيه اهي الحركة ده هيا ده التغذيه

عمق القطع : مقدار تغلغل القلم ف
الشغله يعني انا لما تجيلي شغله مثلا قطرها 12 انا عايز اقلله ل 9 القيمه
من 12 ل 9 هيا ده عمق القطع


طبعا اكيد عشان القلم يقطع لازم يكون في زوايا وظيفتها
القطع وتسهيل خروج الرايش ومقاومة الاحتكاك

زوايا القطع ف القلم ( زاويه القطع , زاويه الجرف (جاما) , زاويه الخلوص
(الفا))





قلم القطع دايما بيصنعوه ماتيريال اسمها الصلب عالي الكربون وده هتاخدوه ف
اولى ان شا الله اللي ربنا يكتب عليه يخش ميكا

اشمعنى بقى الصلب عالي الكربون؟؟؟؟ لان القلم لما بيقطع الشغله بتتكون قوى
احتكاك عاليه جدا وبتولد حرارة رهيبه الصلب عالي الكربون صلد جدا وبيتحمل
درجات الحرارة واستحاله يسيح من الحرارة

ممكن يصنعوه من حاجات تانيه غير الصلب عالي الكربون في ماتيريالز تانيه زي
الصلب السبائكي والصلب عالي السرعات والكابيدات ذات الطبقه جاما وطبقه
كربونيتريد وماتيريال تانيه مش عليكوا انكوا تعرفوها دلوقتي

طيب نرجع تاني للمخرطة

اجزاء
المخرطة::


ناخد موجز مختصر كده عن الحاجات المهمه::

فرش المخرطة: عبارة عن الجسم اللي شايل
المكونات التانيه للمخرطة زي الغراب المتحرك والثابت والعربه

الغراب الثابت: اللي هوا شمال المخرطه يحتوي
على يد التحكم ف السرعات وفيه عمود الدوران الرئيسي للمخرطه ومكان تركيب
الظرف

الغراب المتحرك:
يستخدم لتثبيت الزنب التي تستخدم لتثبيت الشغلات وممكن برضوا استخدمه عشان
اثبت بنط الثقب





العربه: اهم
حاجه ف المخرطه شايله الراسمه الكبرى والراسمه الصغرى وبرج القلم بتتحرك
رايح جاي بطول فرش المخرطةوفيها ايادي التحكم ف التغذيات الاتوماتيكيه

الراسمه الكبرى: بتستخدم
للتغذيه في حاله الشغلات الصغيرة

الراسمه
الصغرى: كفايه انك تعرف انها ممكن تستخدم لعمل الخراطه
المسلوبة

اعتقد ده الحاجات اللي مطلوب مننا ف اعدادي تعرفوها


انواع المخارط::

مخرطة رأسيه ومخرطة افقيه ومخرطة اتوماتيكيه CNC

انواع اقلام الخراطه::

قلم خراطه وجهي متني


قلم خرطاه عدله

قلم خراطه ركنيه

قلم خراطه القلاووظ

قلم خراطه تشكيليه




طرق تثبيت الشغله على المخرطة

الظرف الثنائي

الظرف الثلاثي




الظرف الرباعي

الصينيه


الظرف المغناطيسي

التثبيت بين زنبتين



اهم الاسئلة اللي ممكن
تتسئلها

ايه الفرق بين الظرف
والصينيه؟؟
اهم الفروق ان في الظرف طكل السنون بتتحرك مرة واحده مع بعض لاكن ف
الصينيه كل سنة بتقفل لوحدها
برضوا بستخدم الظرف لتثبيت الاشكال المنتظمة اما الصينيه بستخدمها لتثبيت
الاشكال غير المنتظمة


اهم العمليات
التي يمكن اجرائها على المخرطه::

الترترة







الدرفله لتحسين الاسطح

تشكيل النوابض (السست)

التشكيل بالضغط الرحو

طقم القلاووظ

 طقم القلاووظ

البداية --- يحدد شكل السن
الوسط ----- يعطي شكل سن اكثر وضوحا
النهاية-------يعطي شكل كامل للسن
للعمل سن داخلي بواسطة القلاوظ
اذا كان القلاووظ معلوم من خطوة السن وقطر القلاووظ
نثقب في بريمة اقل من قطر القلاووظ بي مقدار خطوة السن
مثال—قلاووظ رقم 6 وخطوة السن 1 يكون الثقب في بريمة5


تمارين
عندما يكون الثقب معلوم
مثال --- يراد عمل سن داخلي للقطعة مثقوبة في بريمة 10 وخطوة سن 2ملم
الحل –نختار قلاووظ من قطر الثقب+ خطوة السن
10+2=12 القلاووظ وخطوة السن

لولبة القضبان

اللولب screw جسم أسطواني في سطحه أثلام (أخاديد) حلزونية متصلة helical grooves، يمكن أن يوصف اللولب بأنه قضيب أو وتد أو إسفين يدسر حلزونياً في جسم آخر، حيث يكون الشد بحركة دورانية، ويكون الفك بحركة معاكسة. واللولبة هي قطع ذلك الجسم بحيث تتشكل على سطحه أخاديد (أثلام) وأسنان (بروزات) حلزونية ذات مقطع ثابت. تستعمل اللوالب في التثبيت أو نقل الحركة أو وصل القطع بعضها ببعض.

لمحة تاريخية

كان ربط القطع المعدنية بعضها ببعض يتم قديماً بالبرشمة riveting على الساخن أو البارد. وكان لابتكار اللحام soldering دور كبير في تطوير تقنيات الوصل والربط في زمن قياسي. غير أن فصل القطع الملحومة صعب أو غير ممكن عملياً. وكان ابتكار المسامير الملولبة screws والبراغي bolts والصواميل (العزقات والجوزات) nuts وغيرها حلاً لهذه المشكلة. وتعددت فيما بعد أشكال القضبان الملولبة الأسطوانية والمخروطية وأنواعها بتصاميم مختلفة، حسب طبيعة استخدامها والغاية منها، كما تنوعت المعادن التي تصنع منها لتحتل المكانة الأولى في صناعة الآلات والمكنات. ولا يوجد جهاز واحد في العالم اليوم لا يحوي لوالب من نوع ما.

(الشكل 1) القوى المؤثرة على برغي التثبيت عند الحمل

(الشكل 2) المرفاع الملولب لرفع الأغراض الثقيلة

تصنيف اللوالب

يعتمد كل لولب أساساً على ما يسمى السن الحلزوني (القلاووظ) thread. واللوالب على هذا الأساس صنفان. الصنف الأول هو المستخدم في التثبيت fastener، وينسب إليه كل لولب تثبيت أو ربط من أي نوع كان، من البرغي والعزقة (الصمولة) إلى المسمار الملولب المستعمل في النجارة وحتى وصلات الأنابيب. أما الصنف الثاني فيستخدم أداة للتحريك وإحكام الوضع أو تقريب الأشياء بعضها من بعض، كعمود السحب الملولب lead screw وعمود المقود في السيارة ولولب المرفاع jack screw (الشكل2) ولوالب العيار والضبط في المجاهر والأنابيب وأجهزة المساحة والرصد الفلكي ومآخذ المصابيح الكهربائية وغيرها.

يختلف شكل سن اللولب (القلاووظ) في هذين الصنفين اختلافاً كبيراً. ومع أن أسنان لوالب التثبيت هي الأكثر شيوعاً، ويمكن أن تستخدم نفسها في لوالب التحريك، فإن العكس غير ممكن. وأسنان اللوالب القياسية المستخدمة اليوم هي المصنعة وفق مايأتي:

ـ النظام المتري القياسي الدولي (إيزو) International Standards Organization Metric- ISO. المصمم على أساس منظومة القياس العالمية SI.

ـ نظام الأنابيب القياسي البريطاني (أ ق ب) British Standard Pipe- BSP. مصمم على أساس البوصة (الإنش = 2.5سم).

ـ نظام الاتحاد البريطاني (أ ب) British Association- BA (البوصة).

وهناك أسنان بطل استخدامها، ولكن مازال وجودها محتملاً،  ويمكن أن تنتج بحسب الطلب كالسن القياسي البريطاني الناعم British Standard Fine thread- BSF، وسن وايتوورث القياسي البريطاني British Standard Whitworth thread- BSW. وهناك أسنان تستخدم أساساً في الولايات المتحدة الأمريكية كالسن الخشن الموحد Unified Coarse thread- UNC، والسن الناعم الموحد Unified Fine thread- UNF، وسن الأنابيب الوطني National Pipe Thread- NPT. غير أن معظم الدول تحول، أو في طريقه إلى التحول، إلى سلسلة السن المتري القياسي. مع عدّ السن القياسي البريطاني للأنابيب داخلاً في النظام المتري (إيزو).

(الشكل 3) أقسام سن اللولب

مصطلحات اللوالب

ـ السن thread: هو الخيط الحلزوني (البروز) الذي تتألف منه اللولبة، ويقابله الأخدود أو المجرى (قاع اللولبة الحلزونية).

ـ القطر الرئيسي :major diameter (D) هو قطر السن الخارجي من الذروة إلى الذروة، والسن الداخلي من الجذر إلى الجذر.

ـ القطر الصغير minor diameter (d): وهو قطر جذر السن الخارجي أو ذروة السن الداخلي وقد يسمى أحياناً قطر النواة.

ـ قطر الخطوة:pitch diameter (Pd) هو قطر أسطوانة محورية متخيلة تقطع أسنان اللولب في النقاط التي يتساوى عندها عرض السن وعرض الثلم (الأخدود).

ـ الخطوة pitch (p): وهي المسافة المحورية بين نقطة على السن (ذروة السن عادة) والنقطة المقابلة لها على السن التالي (المجاور).

ـ زاوية سن اللولب: هي الزاوية المحصورة بين جانبي السن في مستوى القطر، وتعادل60 ْ في النظام المتري و 55 ْ في النظام البريطاني (الإنكليزي).

ـ الدليل lead: المسافة التي ينتقل فيها السن محورياً في دورة واحدة. وهو في السن المفرد يساوي الخطوة، أما السن المزدوج فيساوي ضعف الخطوة، وفي السن الثلاثي يساوي ثلاثة أضعاف الخطوة، 
وهكذا (الشكل 4).

(الشكل 4) رسم تخطيطي لتسميات سن اللولب

السن المتري القياسي الدولي (إيزو)

إن للسن القياسي المعتمد من المنظمة الدولية للقياسات شكل السن الموحد الأمريكي بنظام البوصة (الإنش) من حيث المبدأ، وحين تتحول الولايات المتحدة الأمريكية إلى النظام المتري [ر. الأوزان والمقاييس] فسوف يحل محله بسهولة، مع إجراء تعديلات طفيفة على أشكال اللوالب لديها لتناسب الإنتاج الصناعي.

والفارق الرئيسي بين النظام المتري ونظام البوصة الموحد هو في الحجوم والأطوال وتطبيقات الخلوص والتسامح، وطريقة التوصيف والتسمية.

والرمز الأساسي الدال على المنظومة المترية هو وجود حرف M متبوعاً بالحجم الاسمي (القطر الرئيسي الأساسي بالميليمتر) والخطوة، وتفصل بينهما علامة الضرب × على النحو الآتي   1 × M8  أو 1.5 × M20. وفي سلسلة السن الخشن يحذف رقم الخطوة. أما الترميز الكامل للسن المتري فيشتمل بعد الترميز الأساسي على مواصفات الخلوص، وتتضمن رمز التسامح بقطر الخطوة متبوعاً برمز التسامح في قطر ذروة السن، وكل رمز من هذه الرموز ممثل برقم، وهناك خط صغير يفصل رمز التسامح عن الرمز الأساسي. فإذا كان قطر الخطوة وقطر التسامح في ذروة السن متماثلين يكتفى برمز واحد. 

هذا وللمنظومة القياسية المترية إيزو درجات تسامح متفاوتة الأبعاد، منها ثلاث درجات أساسية هي 4 و 6 و 8، والدرجة 6 هي الأكثر شيوعاً للأسنان ذوات الاستخدام العام. والتسامح إذا كان أقل من الدرجة 6 دل على أنه صغير وهي المواصفات المطلوبة للسن الناعم، أما إذا كانت الدرجة أعلى من 6 فيكون التسامح أكبر وهو من ميزات السن الخشن والتماسك الطويل.

ويدل وضع التسامح على الحدود المادية القصوى للخطوة وقطر الذروة للسن الخارجي وللسن الداخلي على حد سواء، وتمثّل سلسلة رموز موضع التسامح القيم المختلفة للخلوص المسموح به وهي على النحو الآتي:

للسن الخارجي: e = خلوص كبير،  g = خلوص وسط، h = لا يوجد خلوص.

للسن الداخلي: G = خلوص صغير،   H= لا يوجد خلوص.

ولتحديد التوافق المطلوب بين السنين الخارجي والداخلي يعطى رمز الخلوص للسن الداخلي ثم السن الخارجي وبينهما خط مائل على النحو الآتي:             1-6H/6g × M6.

رموز السن الموحد والأكمة والمربع

رُمز لهذه اللوالب برموز قياسية (الشكل 6) وفق منظومة موحدة، بإعطاء القطر الاسمي وعدد الأسنان بالبوصة (الإنش)، والحروف الأولى للمنظومة التي تخصها مثل unc أو unf، ومرتبة السن (1a أو 2a أو 3a، و1B أو 2B أو3B ). وتعدّ هذه اللوالب يمينية ووحيدة السن ما لم يشر إلى العكس. أما السن اليساري فيرمز له بحرفي (left hand) LH، ويرمز للسن المتعدد البوابات بكلمة double أو triple أو غيرها باللغة الإنكليزية.

وأسنان اللوالب على هذا النحو يمكن أن تكون مثلثية أو مربعة أو مدورة أو على شكل شبه منحرف أو لا نهائية، وبحسب السطح المنفذة عليه يمكن أن تكون اللولبة أسطوانية أو مخروطية (خارجية أو داخلية)، وبحسب اتجاه حركة الشد (الربط) أو اتجاه ميل الحلزنة قد تكون اللولبة يمينية أي باتجاه دوران عقارب الساعة، أو يسارية عكس اتجاه دوران عقارب الساعة (الشكل 5)، وبحسب عدد البوابات (البدايات) يمكن أن يكون اللولب وحيد السن أو متعدد الأسنان (متعدد البوابات)، كأن يكون مزدوج السن double thread أو ثلاثي السن triple أو رباعي quadruple أو غير ذلك. تبدأ الحلزنة في السن المزدوج بفاصل 180 ْ وفي السن الثلاثي بفاصل 120 ْ. وتستعمل هذه اللوالب المتعددة البوابات حين تكون السرعة مطلوبة في عمليتي الربط والحل، كما في قلم الحبر والمرفاع jack.

(الشكل 5) رموز المنظومة المترية لأسنان اللوالب

لقد تم تطوير أشكال الأسنان وفقاً لمتطلبات محددة، فاللوالب ذوات الأسنان المثلثية تنتمي إلى مجموعة مسامير وبراغي التثبيت أو الربط، لكونها توفر المتانة والالتصاق التام بين القطع ولمدى طويل، وغالباً ما تكون من النمط المعدل  60 ْ V (المتري والموحد). أما اللوالب ذوات الأسنان على شكل شبه منحرف مع صواميلها فتدخل في مجموعة اللوالب الحركية kinetic التقدمية والتراجعية بأقل درجة احتكاك، وتستخدم في الضبط والمعايرة، ومنها لوالب المخارط وطاولات القياس وأجهزتها. في حين تستخدم اللوالب اللانهائية لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة مستقيمة كما في المطابع والروافع لرفع الحمولات الكبيرة.

(الشكل 6) تعريف اللوالب بالرموز القياسية

وحيث تكون القوة والمتانة مطلوبتين لنقل الحركة يكون للأسنان وجوه أقرب إلى الشكل العمودي على المحور، مثل سن الأكمة acme والسن المربع square وهي أسنان الأجهزة التي تعتمد على الأعمدة الملولبة المعدة للحمولات الثقيلة، لأنها تنقل العزم موازياً تقريباً لمحور اللولب، والسن المربع المعدل يكون له ميل جانبي مقداره 10 ْ  ويستخدم في المرفاع والملزمة، حيث تلزم القوة لنقل القدرة باتجاه محور السن. ويمكن أن يحل محله سن الأكمة أو أشكال أخرى من لوالب الحركة في المكنات، غير أن سن الأكمة بأنواعه أسهل تصنيعاً ويسمح تصميمه باستعمال الصمولة المشقوقة للربط والفك، ولأن العمق الأساسي للسن أقل بنسبة 0.30 من الخطوة فإن مقطع السن قوي ويناسب الاستخدام حيث المجال محدود والقوة لازمة. أما اللولب الدودي (Brown & Sharb) B&S فمعدل عن سن الأكمة ومعد لنقل القدرة بحركة لا نهائية. يضاف إلى ما ذكر اللولب المكتف أو لولب المغلاق المصمم لنقل القدرة الكبيرة والضغط المرتفع في اتجاه واحد فقط، وهو مستعمل في آلية المغلاق في المدافع وفي وصل الأشياء الأنبوبية وفي قلب مراوح الطائرات. أما السن البرجمي نصف المدور knuckle rolled thread فنراه في زر ومأخذ المصباح والفاصمة الكهربائية المصنوعين من الصفيح، حيث يأخذ السن والأخدود شكل نصفي دائرتين متماستين وأبعادهما قياسية. ويتم تصنيع هذا السن عادة بالدلفنة، غير أنه من الممكن تصنيعه بالسكب أو القولبة. 

(الشكل 7) مقطع السن الخارجي والداخلي وفق النظام المتري (إيزو)		(الشكل 8) الأنماط الشائعة (الكثيرة الاستعمال) من براغي التثبيت

 وثمة نمط آخر لسن اللولب في هذه التطبيقات، هو سن اللولب الكروي المتكرر الدوران recirculation ball screw، ويستخدم لتخفيف الاحتكاك، غير أنه معقد وكبير الكلفة فلا يستخدم إلا كتلة واحدة، أي إنه لايمكن فصل الصمولة (الجوزة أو العزقة) عنه. أما مبدأ عمله فيتلخص في حشر كريات صغيرة بين الأخاديد الحلزونية الخارجية والداخلية من طرف وحيد للصمولة لتأخذ مكانها بين الأخاديد، وعندما تخرج تلك الكريات من الطرف الآخر تعود ثانية إلى مدخل الصمولة عبر قناة خاصة بسيلان مستمر منتظم فتعمل عمل المدرجة الكروية وتخفف الاحتكاك.

يمكن أن تصنع اللوالب من مختلف المواد. وتستخدم المعادن وبعض أنواع اللدائن في صنع لوالب التثبيت، وأكثرها استخداماً في المجال التجاري خلائط الألمنيوم والنحاس (الصُّفَر والبرونز) والفولاذ. وأما اللوالب المعدة للاستخدامات الخاصة، كتلك المقاومة للحرارة أو الصدأ أو التآكل فتصنع من أنواع كثيرة من المواد المعدنية وغير المعدنية المناسبة للمحيط كالفولاذ غير القابل للصدأ وخلائط التيتانيوم وخلائط النيكل المقاومة وكذلك النايلون. ولكن تجب الإشارة هنا إلى أن السن الخارجي للبرغي والسن الداخلي للصمولة مصممان ليتطابق كل منهما مع الآخر، ويجب ألا يكونا كلاهما من الفولاذ غير القابل للصدأ، لأن هذه المادة يتماسك بعضها مع بعض في هذا الوضع إلا إذا كان هناك خلوص كبير أو استخدم مركب مضاد للتماسك، وقد يكون من المستحيل تماماً تفكيك مثل هذا الترابط من دون ضرر.

(الشكل 9) أنواع أسنان اللوالب بحسب حالات الاستخدام.

 يمكن أن تعطى البراغي والصمولات أشكالها المطلوبة بالقطع (الخراطة) أو الدلفنة أو البثق مع الدلفنة. والأسنان المقطوعة تكون أشد إحكاماً عادة من تلك المدلفنة أو المشكّلة بالبثق بسبب التشوه والخشونة. ولتسهيل عملية الربط تُعطى الأسنان المشكّلة بالقطع نهاية دقيقة. ومن ثمّ فإن تصنيع اللوالب بالدلفنة أقل كلفة، غير أن مجال أحجام البراغي الممكن إنتاجها محدود. 

  البراغي والصمولات (العزقات)

يقال للولب برغي bolt إذا كان جزء من طوله ملولباً وبقية الجسم أملس، أما المسمار الملولب screw فيكون ملولباً بطوله الكامل حتى الرأس. وهناك أنواع مختلفة الرؤوس من البراغي والمسامير الملولبة المستخدمة في الهندسة الصناعية كالبرغي المسدس الرأس hexagon head وهو أكثر البراغي والمسامير الملولبة شيوعاً، والبرغي المجوف الرأس (ذو النقرة) socket (cap) head ويكون رأسه مرتفعاً وفي مركزه نقرة مسدسة الشكل، ويشد بمفتاح مسدس الأضلاع يسمى مفتاح آلن Allen key، والبرغي ذو الرأس الغاطس countersunk head، ويستخدم حيث يلزم أن يكون البرغي على سوية واحدة مع السطح، وبراغي الضبط والإحكام set screws، وهي براغي تستخدم لمنع قطعتين دوارتين من الانزياح إحداهما عن الأخرى، ويتحقق ذلك ببروز النهاية المدببة للبرغي حيث تمتنع الحركة النسبية بين القطعتين. والبرغي المكتّف shoulderd bolt ويستخدم حين يجب الحد من عمق توغل البرغي في القطعة المراد تثبيتها، أو حين يلزم الحد من قوة الشد، ومن ثمّ فإن الأكتاف هي التي تقوم بهذه المهمة.

		(الشكل 11) براغي الضبط والإحكام
(الشكل 10) البراغي المقببة		(الشكل 12) استخدام البراغي ذاتية فتح السن

وهناك أنماط أخرى تستخدم عادة في الهندسة الصناعية الخفيفة ومنها الرأس المدورround head ورأس الفطر (المقبب) mushroom (raised) head، إضافة إلى المسمار الملولب المخروطي (البرغي الخشابي أو سن الصاج).

أما العزقات أو الصواميل فمنها المسدسة المسطحة hexagon nuts plain العادية، ومنها العزقات الشديدة التماسك stiff nuts وهي عزقات متنوعة الأشكال، منها ما يصنع بعدة أسنان مشوهة تتماسك بشدة مع أسنان البرغي، ومنها ما يتماسك بوساطة طبقة من النايلون أو الألياف تفتح فيها أسنان البرغي أخاديدها فتتماسك معها. وهناك أيضاً العزقات المشقوقة أو البرجية slotted or castle nuts المجهزة بشقوق ينحشر البرغي فيها ويتماسك معها، والعزقات المربعة أو المدورة، ومن غير المألوف استعمالها في الهندسة الصناعية إلا للضرورة.

(الشكل 13) أكثر براغي التثبيت شيوعاً بأنماط مختلفة ولأغراض مختلفة

استعمالات لوالب التثبيت

معظم لوالب التثبيت قضيب ذو سن أسطواني، وله رأس من طرفه بأشكال مختلفة وكلها قياسية، وبعضها له تصميم خاص. واستخدام لوالب التثبيت القابلة للفك ضروري في الآلات والمكنات والمركبات لربط الأجزاء بعضها ببعض وفكها عند الضرورة. ولأن لوالب التثبيت تنتج بالجملة بتكلفة قليلة فهي موحدة المواصفات وقابلة للاستبدال فيما بينها.

تعرّف لوالب التثبيت بالاسم الذي يبين نوعية استخدامها مثل برغي الضبط set screw والبرغي المكتف shoulder screw والبرغي ذاتي اللولبة self tapping screw والبرغي المجنح thumb screw  والبرغي ذو العروة eyebolt. وهناك أنماط مميزة تناسب معظم متطلبات التثبيت، وتستخدم في أكثر أعمال التركيب كالبرغي والصمولة، والإصبع الملولب من الطرفين stud والبرغي المقبب الرأس cap screw وبرغي المكنات machine screw وبرغي الضبط.