الكبل ( Cable )

---

الكبــل حزمة معزولة من الأسلاك الفلزية أو الألياف الخيطية تحملالتيار الكهربائي. وقد شاع استعمال الكبلات لتوزيع القدرة الكهربائية وإرسال إشارات الاتصالات. وتستخدم أيضًا في ربط أجزاء الحواسيب وأجهزة إلكترونية أخرى. وتتراوح الكبلات من كبلات بحرية فيما بين القارات تحمل التيار الكهربائي بمقدار بسيط قد يصل إلى واحد في الألف من الواط، إلى خطوط الكهرباء على جوانب الطرق التي تستطيع حمل عدة آلاف واط من الكهرباء. وقد تم تطوير الكبلات الليفية البصرية لتنقل إشارات الاتصالات في شكل نبضات ضوئية.

أصبح استعمال الكبلات منتشراً انتشاراً واسعاً في النصف الثاني من القرن التاسع عشر الميلادي، عندما شاع استعمال البرق والهاتف.ومنذ منتصف القرن العشرين بدأت أنظمة الاتصالات التي تستخدم الراديو أو الأقمار الصناعية في استبدال بعض الكبلات. فعلى سبيل المثال تستخدم شركات الهاتف في وقتنا الحاضر موجات الراديو لحمل أغلب المكالمات الهاتفية البعيدة. وتنقل الأقمار الصناعية برامج التلفاز والرسائل الإلكترونية الأخرى عبر العالم. وفي حالات كثيرة مازالت الكبلات توفر أكثر الطرق العملية في الاتصالات. وتناقش هذه المقالة كبلات الاتصالات. ولمزيد من المعلومات عن الكبلات المستخدمة لحمل القدرة الكهربائية، ★ تَصَفح: القدرة الكهربائية.

أنواع الكبلات

الأنواع المختلفة من الكبلات تؤدي الكبلات دورًا مهمًا في حياتنا اليومية. تحمل كبلات الاتصالات المكالمات الهاتفية والبرامج التلفازية، وتوزع كبلات القدرة الكهربائية من شركات الكهرباء إلى المستهلكين. وتستخدم الموصلات في الحواسيب وأجهزة الراديو والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

تتكون معظم كبلات الاتصالات من موصِّلات (أسلاك فلزية تحمل التيارالكهربائي)، ومادة عازلة. وقد شاع استعمال الفلزات مثل النحاس والألومنيوم بمثابة موصلات. ويحافظ العزل على الكهرباء داخل الموصلات ويحميها، ويمنع الدرع الفلزي عملية التداخل. ويحدث التداخل عندما يلتقط موصِّلٌ كهربائية شاردة من موصلات أخرى من الهواء. ويُصنع العزل من مواد غير موصلة مثل البلاستيك ولباب الورق.

وتُصنع الكبلات البسيطة من زوج واحد من الأسلاك المعزولة تجدل معاً. وتتكون الكبلات عديدة الموصلات، مثل خطوط الهاتف، من مئات أو ربما آلاف الموصلات التي تجمع معا. وفي الكثير من الحالات تحاط الكبلات عديدة الموصلات بغطاء ثقيل مكون من عدة طبقات من الألومنيوم أو البلاستيك. وتحتوي بعض الكبلات السميكة أيضًا على سلك من الصلب ليؤمِّن القوة للكبل.

تُمَد كبلات الاتصالات تحت الأرض وفي قاع المحيط أو تعلق على أعمدة. ودفن الكبلات يحميها من العوامل الجوية القاسية، والقليل من كبلات الاتصالات الجديدة توضع فوق الأرض في أيامنا هذه. ويتم مد الكبلات البحرية لتصل بين القارات. وتحتاج هذه الكبلات إلى غطاء خارجي قوي حتى يمكنها تحمل تيارات المحيطات القوية.

تصمم معظم الكبلات البحرية بحيث تحمل أكثر من رسالة واحدة في آن واحد. فعلى سبيل المثال تُمكِّن ظاهرة ُتسمَّى النقل بتيار حامل من إرسال كمٍّ يصل إلى 96 محادثة هاتفية في آن واحد من خلال زوجين من الأسلاك. وتُحمل كل محادثة هاتفية بتيار كهربائي يسير بتردد (معدل تذبذب) مختلف، ومن ثم لا تتداخل الإشارات مع بعضها. وتعيد المعدات الإلكترونية الموجودة في نهاية كل كبل هذه المحادثات الهاتفية إلى تردداتها الطبيعية.

وقد طور المهندسون نوعين من الكبلات يمكنهما بشكل خاص حمل مجموعات كبيرة من الرسائل في وقت واحد، وهما: 1- الكبلات المتحدة المحور 2- الكبلات الليفية البصرية.

الأجزاء الرئيسية للكبلات المتحدة المحور والكبلات الليفية البصرية. يتكون الكبل المتحد المحور من موصل أو أكثر يطلق عليه الموصلات المتحدة المحور. ويُبقي الكبل الليفي البصري حزمة الألياف الضوئية في مكانها بسلك مركزي في المنتصف.

الكبلات المتحدة المحور:

تُصنع من موصلات خاصة تسمى الموصلات المتحدة المحور. والموصل المتحد المحور أنبوب نحاسي به سلك نحاسي يمر في مركزه. ويحافظ العزل على بقاء السلك في مكانه. وللأنبوب والسلك نفس المحور (المركز) ولذا تسمى متحدة المحور. والكبل المتحد المحور له نفس قطر قلم الرصاص وقد يحتوي هذا الكبل على 22 موصلا متحد المحور.

يحمي الأنبوب النحاسيّ الإشارات الكهربائية التي يحملها من التداخل القادم من الخارج، ويمنعها من الهروب. وتساعد مضخمات خاصة تسمى المُعيدات (المكررات) على منع الفقد الكبلي، حيث تقام على نقاط متفرقة لتقوي الإشارة. والفقد الكبلي هو الضعف التدريجي للإشارات التي تسير عبر الكبل. وتتكون المعيدات من أجهزة إلكترونية مثل الترانزستور.

تنتقل الكثير من المكالمات الهاتفية، خاصة تلك التي تُوجه لمسافة بعيدة، عبر كبلات ذات موصلات متحدة المحور. وتعمل هذه الموصلات في صورة ثنائيات عند نقل المحادثات الهاتفية حيث يحمل أحد الموصلين الإشارة في أحد الاتجاهين في الوقت الذي يتعامل فيه الموصل الآخر مع الإشارة من الاتجاه الآخر. ويمكن لزوج الموصلات متحدي المحور، التعامل مع أكثر من 13,200 محادثة هاتفية في وقت واحد.

تستخدم الأنظمة التلفازية الكبلية الكبلات المتحدة المحور لبث برامج التلفاز. ويمكن لكبل واحد حمل أكثر من 60 إشارة تلفازية في الوقت الواحد. ونتيجة لذلك، تتمكن الأنظمة التلفازية الكبلية من البث المنتظم للبرامج إضافة إلى مميزات أخرى خاصة.

الكبلات الليفية البصرية:

تحمل الرسائل في صورة ضوء، وتتكون من حزمة من الألياف البصرية الزجاجية التي تبدو مثل الخيوط الشفافة. وتنتقل شفرات الإشارات من خلال قلب هذه الألياف. وتحيط به طبقة زجاجية رقيقة تسمى التغليف، تساعد على منع هروب الضوء.

تُستخدم أجهزة ليزر خاصة في إرسال إشارات الشفرات الضوئية عبر الكبلات الليفية البصرية. ويضيء الليزر وينطفئ بسرعة عالية جدًا. ثم تقوم مُعدة إلكترونية في الطرف المستقبل بحل شفرة الإشارات الضوئية.

ويمكن للكبلات الليفية البصرية الكبيرة حمل مئات أو آلاف المكالمات الهاتفية أو حمل مئات من قنوات التلفاز. وقد بدأت الكثير من شركات الاتصالات في استخدام الكبلات الليفية البصرية بدلا من الكبلات المتحدة المحور، حيث لايحدث التداخل الكهربائي في الكبلات الليفية البصرية. كما أن الفقد الكبلي فيها أقل من الكبلات المتحدة المحور. ولايتعدى قطر كبلات الألياف الضوئية من 1 إلى 13 ملم، ولذلك فإنها لا تشغل الحيز الذي تشغله الكبلات متحدة المحور.

تطور الكبلات

الكبلات الأولى:

أتم الرسام والمخترع الأمريكي صمويل مورس أول كبل برقي بعيد المدى في أمريكا عام 1844م. وقد امتد الكبل من بالتيمور إلى واشنطن دي. سي. وكان معلقاً على أعمدة خشبية، واستخدمت أعناق زجاجات مكسورة عوازل. وفي السنوات التي تلت، تم إنشاء العديد من خطوط البرق عبر العالم.

وبنهاية الأربعينيات من القرن التاسع عشر الميلادي، كانت هناك محاولات عديدة لوضع كبلات البرق في قاع البحر. وقد فشل الكثير من هذه المحاولات، لأن العزل حول الكبلات لم يَحْم الموصِّلات من الماء. وفي عام 1851م نجح الأخوان البريطانيان جاكوب وجون بريت في وضع كبل برق عبر القنال الإنجليزي، واستخدما عازلاً متينا في صناعة الكبل مكونًا من ألياف تسمى القِنَّب ومن مادة تشبه المطاط تسمى جوتا بيرشا واستخدما أيضًا الحديد في تدعيم هذا الكبل.

مد الكبلات تحت الماء يتطلب سفنًا ومعدات خاصة. وكان أول نجاح في مد كبلات عبر المحيط الأطلسي في ستينيات القرن التاسع عشر حيث وصلت الكبلات أيرلندا بكندا.

كبل البرق عبر الأطلسي:

أنشأ سيرس فيلد، رجل الأعمال الأمريكي عام 1854م، شركة نيويورك نيوفاوندلاند ولندن للبرق، وبدأ يخطط لوضع كبل عابر للأطلسي. وفي عام 1856م أعاد تشكيل الشركة وأعطاها اسم شركة الأطلسي للبرق. وقرر فيلد أن يضع الكبل بين نيوفاوندلاند وكندا وأيرلندا لأن قاع المحيط في هذه الأجزاء مستوٍ لدرجة معقولة.

أمضى فيلد حوالي 12 عاماً ليكمل مشروعه. وقد تم وضع أول كبلين له عام 1857و 1858م، ولكنهما انقطعا. وفي أغسطس 1858م نجحت سفينتان في وضع كبل ثالث لفيلد، حيث حمل هذا الكبل أول رسالة تلغراف عبر الأطلسي ولكنه تعطل بعد أربعة أسابيع من بدء الخدمة.

وفي عام 1865م كانت محاولة فيلد الرابعة لوضع كبل عبر الأطلسي. ولكنه أيضاً انقطع عندما كان المشروع على وشك الانتهاء. وجاء النجاح أخيراً في عام 1866م عندما قامت سفينة بريطانية بخارية اسمها جريت إيسترن بوضع كبل امتد من فالنتيا بأيرلندا إلى هارتز كونتينت بنيوفاوندلاند وتمكن طاقم العمل ثانياً عام 1866م من استعادة وإصلاح الكبل الذي انقطع عام 1865م.

كان القدر الكبير من النجاح الذي لاقته جريت إيسترن يرجع إلى الفيزيائي البريطاني وليم تومسون الذي عرف فيما بعد باللورد كلفين، حيث وضع نظرية عن كيفية عمل الكبلات واخترع أيضًا جهازًا سماه جلفانوميتر المرآة مكن كبل الأطلسي من نقل الاشارات بسرعة كبيرة وبشكل مستمر. ويُعدُّ كبل الأطلسي بداية الاتصال السريع عبر البحر حيث ما إن أتى عام 1900م حتى أصبح هناك 15 كبلاً للبرق في البحر.

دفن الكبلات يحمي الكبلات من العوامل الجوية، ويساعد في الحفاظ على المناظر الطبيعية من التشوه. وتُظهر الصورة العمال وهم يمدون كبل اتصالات ألياف بصرية.

انتشار كبلات الهاتف:

وضع ألكسندر جراهام بل، العالم الأمريكي، نموذج الهاتف عام 1876م، ومع نهاية القرن التاسع عشر الميلادي كانت آلاف الهواتف في حيز الاستعمال. وكانت خطوط الهاتف والبرق الآلي تتكون من أسلاك مفردة معزولة، ولذلك فقد ازدحمت الكثير من المدن بالكبلات المعلقة على أعمدة خشبية.

وفي نهاية الثمانينيات من القرن التاسع عشر الميلادي وجد المهندسون أنه بجدلهم الأسلاك مع بعضها يمكنهم إيجاد كبل أقوى، يساعد في الحد من ازدحام الأسلاك. وقد تم تركيب أول كبل للهاتف تحت الأرض عام 1902م بين مدينة نيويورك ومدينة نيوارك في نيوجيرسي.

وفي عام 1907م اخترع الأمريكي لي دي فورست الصمام الثلاثي ( ثلاثي الإلكترود) أو الصمام الثرميوني حيث تُمكِّن أنبوبته من تقوية الإشارات الكهربائية الضعيفة. وفي عام 1912م تم اعتماد هذا الأنبوب مضخمًا للمكالمات الهاتفية ذات المدى البعيد. وفي عام 1931م سجل المهندسان الأمريكيان لويد إيسبنشييد وهيرمان إيفل براءة اختراع الكبل المتحد المحور، وتمكنت الكبلات المتحدة المحور ـ التي استُعمِلت تجارياً لأول مرة عام 1941م ـ من حمل مكالمات هاتفية أكثر من الكبلات المجدولة المستخدمة حينئذ. وفي عام 1950م بدأت شركات الهاتف في استعمال ترانزستورات في مُعيدات التقوية.

تم وضع أول كبل للهاتف عبر المحيط الأطلسي في عام 1956م. ويمتد هذا الكبل الذي مازال يعمل حتى الآن من كلارنفيل بنيوفاوندلاند إلى أوبان بأسكتلندا. ومنذ خمسينيات القرن العشرين وُضِعَت كبلات هواتف أخرى في قاع المحيط، وأغلبها تحمل إشارات برقية إضافة إلى المحادثات الهاتفية.

التطورات الحديثة:

في أواخر سبعينيات القرن العشرين بدأت شركات الهاتف في إحلال الكبلات الليفية البصرية محل الكبلات المتحدة المحور. وقد تم وضع أول كبل ليفي بصري يعمل لمسافات بعيدة عام 1983م. وقد حمل هذا الكبل المحادثات الهاتفية بين مدينة نيويورك ومدينة واشنطن. وفي عام 1988م بدأ أول كبل ليفي بصري عابر للمحيط عمله لنقل 40,000 محادثة هاتفية في وقت واحد.

شاعت الكبلات التلفازية التي بدأ عملها في الخمسينيات في بعض الدول أثناء فترة الثمانينيات. وبدأ الكثير من الناس في الاشتراك في كبل التلفاز لما يقدمه من العديد من البرامج الخاصة.