كيف يعمل الجرس الكهربي

هل فكرت عزيزي القارئ في يوم من الأيام وأنت تضغط على جرس الباب كيف يصدر الصوت، إننا نفعل ذلك مراراً وتكراراً وربما لم يخطر ببالنا كيف يعمل هذا الجهاز "الجرس"، وما هي أساس الدائرة الكهربية التي تعمل بمجرد أن نقوم بالضغط على الزر لكي يصدر الصوت الذي نسمعه من الجرس. من الطبيعي إن لا نلتفت إلى هذه الآلة العملية الهامة في ظل وجود الأجهزة التقنية المتقدمة مثل الكمبيوتر والتلفزيون والجوال، ولكن دعنا عزيزي القارئ في هذا الموضوع نقوم برفع غطاء الجرس الكهربي ونتفحص ما هو موجود بالداخل لكي نعرف كيف تعمل هذه الآلة.

أساسيات (المغناطيس الكهربي)
يعتبر المغناطيس الكهربي الجزء الرئيسي في تركيب الجرس. والمغناطيس الكهربي يتكون من سلك ملفوف حول قطعة من الحديد. حيث انه عند مرور تيار كهربي في سلك فإن مجال مغناطيسي بسيط ينشىء حول السلك في صورة حلقات تحيط به، ولتكبير هذا المجال المغناطيسي نقوم بلف السلك في شكل لولبي حول قطعة من الحديد فيتم إكساب قطعة الحديد خواص المغناطيس طالما استمر التيار بالمرور في السلك ولكن عندما يتوقف التيار الكهربي تعود قطعة الحديد إلى وضعها الطبيعي وتفقد الخاصية المغناطيسية.
وعندما تكون قطعة الحديد في الحالة المغناطيسية فإنه يكون له قطبان شمالي وجنوبي مثل المغناطيس الدائم تماماً ويستطيع المغناطيس الكهربي جذب قطع الحديد.
عندما نقوم بالضغط على زر الجرس الكهربي فإننا نقوم بإغلاق دائرة كهربية تعمل على تمرير التيار الكهربي في دائرة كهربية تحتوي على محول كهربي لخفض فرق الجهد من 220 فولت إلى 10 فولت ويمر التيار الكهربي بعد ذلك في السلك المحيط بقطعة الحديد التي تشكل المغناطيس كهربي.
المجال المغناطيسي المتولد في المغناطيس الكهربي يعمل على تحريك الجزء المسئول عن إحداث الصوت الذي يصدر عن الجرس. وهناك عدة طرق تستخدم في تركيب الجرس لإصدار الأصوات المختلفة التي نسمعها. وفي الجزء القادم سوف نتعرف على أربعة أنظمة مختلفة مسئولة عن إصدار أصوات مختلفة.

أولا الجرس ذو الرنة المتصلة "المزعجة" Buzzer
وهذا يعتبر ابسط أنواع جرس الباب حيث يعتمد على مغناطيس كهربي لتشغيل دائرة كهربية كما في الشكل التالي:


عند الضغط على زر الجرس فإن الدائرة الكهربية تغلق ويتحول المغناطيس الكهربي إلى مغناطيس يقوم بجذب ذراع التوصيل للأعلى، فتفصل الدائرة الكهربية فيعود المغناطيس الكهربي إلى حالته الطبيعية غير قادر على جذب الذراع فتعود الذراع إلى وضعها الأساسي فتعود وتغلق الدائرة الكهربية مرة أخرى وتتكرر العملية وعندما تتحرك ذراع التوصيل للأعلى وللأسفل تصطدم بقطعة معدنية لتحدث الصوت المتصل
ولفهم كيف يصدر هذا الجرس الصوت المتصل سنقوم بشرح ما يحدث بالتفصيل خطوة بخطوة، عندما يمر التيار الكهربي في دائرة الجرس يعمل إكساب المغناطيس الكهربي خاصية المغناطيس في جذب ذراع التوصيل بقوة إلى الأعلى فيحدث ذلك صوتاً ناتج عن الاصطدام وفي نفس الوقت حركة الذراع للأعلى تفصل الدائرة الكهربية مما يسبب في فقد المغناطيس الكهربي خاصية الجذب فتعود الذراع إلى مكانها مصطدمة في قطعة معدنية تحدث صوتا أخر ولكن عودة الذراع تعمل على توصيل الدائرة الكهربية مرة أخرى فتنجذب الذراع مرة أخرى للأعلى وبعدها تعود إلى مكانها وفي كل مرة يحدث صوت الجرس وهذا يتكرر بسرعة باستمرار ضغطك على زر الجرس.
ذراع التوصيل مصنوع من معدن رقيق وخفيف وموصل للكهرباء ليتمكن من الحركة بين طرفي فتح الدائرة الكهربية وغلقها ووفي نفس الوقت توصيل التيار الكهربي خلال الدائرة ولذلك سمي بذراع التوصيل.
وبهذا نستنتج أن الصوت المتصل الذي نسمعه للجرس عند الضغط المستمر على زر الجرس هو ناتج عن حركة ذراع التوصيل بسرعة للأعلى وللأسفل مصطدمة بنقطتي التوصيل وينتج الصوت عن هذا الاصطدام المتكرر بمعدل يصل إلى أكثر من 12 مرة في الثانية.

ثانياً الجرس ذو الرنة المتصلة "الموسيقية" Bell
يصدر صوت موسيقى في بعض الأنواع من الأجراس مثل جرس المنبه المستخدم في الساعة، وفكرة عمل هذا الجرس هي نفسها المستخدمة في النوع الأول ولكن ذراع التوصيل في هذا النوع متصل بذراع طويلة لتصل إلى ناقوس معدني. وعند حركة ذراع التوصيل بسبب غلق وفتح الدائرة الكهربية فإن الجزء الممتد من ذراع التوصيل يصطدم بالسطح الخارجي للناقوس المعدني محدثا صوتا موسيقيا بنغمة محددة.
وهذا النظام من الأجراس قديم وقد استخدم في أجراس المدارس وفي أنظمة الحماية والأمان لأنه يحدث صوتا مرتفعا حسب نوع الناقوس المعدني المستخدم.


يعمل هذا النوع من الاجراس على احداث صوت موسيقي بنغمة منتظمة كلما اصطدمت الذراع الممتدة لذراع التوصيل بالناقوس المعدني
في أيامنا هذه قد يكون من النادر جداً الاعتماد على هذين النوعين من الأجراس وذلك لانتشار النوع الثالث والذي سوف نقوم بشرح فكرة عمله في الجزء القادم من الموضوع.
ثالثاُ جرس الرنين Chime
النوع الثالث للجرس يستخدم مغناطيس كهربي على شكل ملف حلزوني يحيط بمكبس قابل للحركة للأمام والخلف تحت تأثير المجال المغناطيسي الناشئ عن الملف الحلزوني وفي كل مرة يتحرك فيها المكبس للأمام يضغط زنبرك يعمل على تزويد المكبس بطاقة حركة ليعود إلى وضعه الأصلي. وفي كل مرة يتحرك المكبس للأمام أو للخلف يصطدم بحاجز معدني رقيق يعطي صوتاً موسيقياً.


بالضغط على زر الجرس يمر التيار الكهربي في الملف الحلزوني وينشئ في مركزه مجال مغناطيسي يعمل على جذب المكبس في اتجاه اللوح الموسيقي على اليمين وعند رفع الضغط عن زر الجرس يعود المكبس تحت تأثير انضغاط الزنبرك إلى الخلف (لليسار) ليصطدم بلوح موسيقي أخر ويحدث صوتاُ
في هذا النوع نلاحظ أن صوت الجرس يصدر فقط عند الضغط على زر الجرس وعند ترك الزر، ففي الحالة الطبيعية يعمل الزنبرك الخلفي للمكبس على ضغط الزنبرك على اللوح الموسيقي الأيسر، أما عند الضغط على زر الجرس يمر التيار الكهربي فيتحول الملف الحلزوني إلى مغناطيس يزود المكبس بقوة تعمل على تحريكه في اتجاه اللوح الموسيقي الأيمن محدثا صوتا وفي نفس الوقت يضغط الزنبرك ويبقى المكبس في مكانه إلى أن نرفع زر الجرس فينقطع التيار الكهربي ويعمل الزنبرك على تزويد المكبس بالطاقة الكافية ليتحرك بقوة في اتجاه اللوح الموسيقي الأيسر محدثا صوتاً وفي كل مرة نضغط على زر الجرس تتكرر تلك العملية.
كما يمكن أن يتم إضافة المزيد من الملفات الحلزونية والألواح الموسيقية ليتم التحكم في نغمة الصوت الصادرة عن الجرس حسب الإعدادات التي نضبطها عليه. فمثلا لو تم الحصول على جرس بملفين حلزونيين أي أن هناك دائرتين لهذا الجرس وكل دائرة لها صوتاً مميزاً فيمكن ربط الجرس الخارجي للمنزل بالدائرة رقم 1 ويتم ربط الجرس الداخلي للمنزل بالدائرة رقم 2 وبهذا يمكن ان يعلم سكان المنزل اذا ما كان الطارق من خارج المنزل ام من داخله من نوع النغمة الصوتية. ولهذا يعتبر هذا النوع من الأجراس الأكثر استخداماً وانتشاراً من النوعين سابقين الذكر.


جرس رنين يحتوي على ملفين حلزونين ومكبسين وكل ملف حلزوني متصل بدائرة خاصة تصدر صوت مختلف

النوع الرابع الجرس الالكتروني
وفي هذه الأيام انتشرت أنواع جديدة من الأجراس هي أجراس الكترونية لا تحتوي على مغناطيس كهربي أو ألواح معدنية لإصدار الصوت. إنما تستخدم دوائر الكترونية متكاملة Integrated Circuit وعند الضغط على زر الجرس يتم إرسال إشارة الكترونية لتشغيل نغمة موسيقية مخزنة في الذاكرة الخاصة بالجرس، ويمكن أن يكون زر الجرس يعمل لاسلكياً. حيث يصدر إشارة راديو FM يستقبلها الجرس ويحولها إلى إشارة كهربائية تفهمها الدائرة الالكترونية وتشغل نغمة الصوت المسجلة.


جرس الكتروني لاسلكي
وبالرغم من التطور الملحوظ على الأجراس الالكترونية إلا أن الكثير من الناس مازال يستخدم الأنواع التقليدية السابقة وذلك لعمرها الزمني الكبير بالمقارنة بالأجراس الالكترونية التي من السهل أن تتعطل.

الموضوع منقول للفائدة......