آشنایی با مباحث برق کشی و کابل کشی در شبکه های کامپیوتری

بخشی از مقاله

الکتریسیته (برق) چیست ؟
برق در هر جای زندگی ما نقش مهمی را بازی می کند. به کمک برق خانه های ما روشن می شود، غذای ما پخته می شود ، کامپیوتر ، تلویزیون و سایر وسایل برقی ما به کار می افتد . برق باتری باعث حرکت ماشین و روشن شدن چراغ قوه می شود.حال در اینجا از طریق آزمایشی می توانید به اهمیت برق پی ببرید. از مدرسه ، خانه یا آپارتمان خود شروع به پیاده روی کنید و کلیه وسایل و لوازم خانگی و ماشینهایی را که با برق کار می کنند را یادداشت کنید، سپس متعجب خواهید شد که تعداد زیادی از وسایل روزمرة ما بستگی به برق دارند.

اما برق یا الکتریسیته چیست ؟ از کجا می آید ؟ چگونه کار می کند ؟ قبل از اینکه همة اینها را بفهمیم باید اطلاعات کمی درباره اتمها و ساختمانشان داشته باشیم. کلیة مواد از اتمها ساخته شده و اتمها نیز از ذرات کوچکتر تشکیل شده اند. سه ذره اصلی سازنده اتم عبارتند از پروتون ، نوترون و الکترون.
همانگونه که ماه به دور زمین می چرخد ، الکترونها نیز به دور مرکز یا هستة اتم می چرخند. هسته، مجموعه ای از نوترونها و پروتونها می باشد.

الکترونها دارای بار منفی و پروتونها دارای بار مثبت هستند. نوترون ها خنثی می باشند، به عبارت دیگر نه دارای بار مثبت و نه منفی هستند.

در طبیعت اتمهای مختلفی وجود دارد به گونه ای که هر نوع عنصر دارای اتم خاص خودش است. یک اتم سازندة یک عنصر است. 118 عنصر مختلف شناخته شده وجود دارد. بعضی از عناصر، مثل اکسیژنی که تنفس می کنیم، برای زندگی ضروری هستند.

هر اتم از تعداد مشخصی الکترون ، پروتون و نوترون تشکیل شده است. اما تعداد ذرات یک اتم اهمیتی ندارد. معمولاًٌ تعداد الکترونها باید برابر تعداد پروتونها باشد. اگر تعداد آنها برابر باشد، اتم را خنثی می نامند که در این حالت اتم بسیار پایدار است.

بنابراین اگر اتمی دارای 6 پروتون باشد ، تعداد الکترونهای آن نیز باید 6 عدد باشد. عنصری که دارای 6 الکترون و 6 پروتون است کربن نامیده می شود. کربن به مقدار فراوانی در خورشید ، ستارگان ، ستاره های دنباله دار ، جو اکثر سیارات و در غذایی که می خوریم وجود دارد. زغال سنگ از کربن ساخته شده است ، و الماسها نیز همینطور . بعضی از انواع اتمها دارای الکترونهایی هستند که به خوبی به هم متصل نشده اند. اتمی که الکترون از دست می دهد، پروتونهایش بیش از الکترون بوده و دارای بار مثبت است. اتمی که الکترون می گیرد دارای ذرات منفی بیشتری بوده و بار منفی دارد.

یک اتم باردار را یون می نامند.
الکترونها را می توان از یک اتم به اتم دیگری حرکت داد. هنگامی که این الکترونها بین اتمها حرکت می کنند، برق یا جریان الکتریکی تولید می شود. حرکت الکترونها از یک اتم به اتم دیگر جریان نامیده می شود. در این حالت یک اتم، الکترون گرفته و دیگری الکترون از دست می دهد.

این زنجیره مشابه گروههای آتش نشانی در زمانهای قدیم است که به کمک سطل آتش را خاموش می کردند. اما به جای اینکه سطلی را از نقطة شروع به نقطة پایان برسانند ، هر شخصی می بایست سطلی از آب برای پرکردن از سطلی به سطل دیگر داشته باشد. بدین ترتیب مقدار زیادی آب از سطل بیرون می ریخت و آب کافی برای ریختن روی آتش وجود نداشت . عبور برق از یک سیم یا یک مدار مشابهت زیادی با آنچه که در بالا گفته شد دارد. هنگام عبور برق از سیم ، بار از یک اتم به اتم دیگر عبور می کند.

دانشمندان و مهندسان راههای زیادی را برای حرکت دادن الکترونها به خارج از اتمها یافته اند. به عبارت دیگر با اضافه نمودن الکترونها و پروتونها، به جای اینکه حالت خنثی برقرار شود، شما یک پروتون اضافی خواهید داشت.

از آنجایی که کلیه اتمها می خواهند خنثی باشند ، اتمی که خنثی نیست به دنبال الکترون آزادی جهت پر نمودن محل الکترون از دست رفته می گردد. این اتم غیر خنثی دارای بار مثبت (+) است، زیرا دارای پروتونهای خیلی زیادی می باشد.

الکترون آزاد در اطراف اتم غیر خنثی منتظر مانده تا مکانی برای آن پیدا شود. الکترون آزاد دارای بار منفی است و هیچ گونه پروتونی برای خنثی سازی آن وجود ندارد . بنابراین می گوییم که این الکترون دارای بار منفی (-) است.

حال بارهای مثبت و منفی چه رابطه ای با الکتریسیته دارند؟
دانشمندان و مهندسان چندین روش را برای ایجاد تعداد زیادی اتم مثبت و الکترون آزاد منفی  یافته اند. از آنجایی که اتمهای مثبت جهت خنثی شدن به دنبال الکترونهای منفی بوده ، از این رو آنها قابلیت جذب زیادی به اتمهای مثبت دارند. بدین ترتیب اتم مثبت ، الکترون منفی را جذب کرده و خنثی می شود. هر قدر که تعداد اتمهای مثبت یا الکترونهای منفی بیشتر باشد، قدرت جذب دیگری بیشتر خواهد بود. از آنجایی که هر دو گروه مثبت و منفی یکدیگررا جذب می کنند ، جذب کلی را « بار» می نامند.

زمانیکه الکترونها در بین اتمهای ماده حرکت می کنند، جریان برق تولید می شود. این پدیده ای است که در یک قطعه سیم اتفاق می افتد. الکترونها از یک اتم به اتم دیگر عبور کرده و جریان برق را از یک طرف به طرف دیگر برقرار می کنند ، درست مثل آنچه که در حرکت تصاویر یک فیلم اتفاق می افتد.

معمولاً قابلیت هدایت جریان برق در هر یک از اشیاء متفاوت است. مقاومت هر شئ، میزان قابلیت هدایت جریان برق را نشان میدهد. بعضی از اشیاء دارای الکترونهای خیلی پیوسته به هم بوده و برق از آنها به راحتی عبور نمی کند. به این نوع اشیاء عایق می گویند . لاستیک ، پلاستیک ، شیشه و هوای خشک دارای مقاومت بالایی بوده و عایق های خوبی هستند.

سایر مواد دارای الکترونهای ناپیوسته بوده و برق به آسانی از میان آنها عبور می کند. به این دسته از مواد هادی می گویند . اکثر فلزات از قبیل مس ، آلومینیوم یا فولاد ، هادی های خوبی هستند.

 کلمة «الکتریسیته یا برق » از کجا آمده است ؟
الکترونها ، الکتریسیته ، الکترونیک و سایر کلماتی که با «الکتر» شروع می شود همگی ریشه در یک کلمه ی یونانی به نام «elektor» به «معنی خورشید درخشان» دارد. در یونانی «elektron» به معنی کهرباست .

کهربا یک سنگ قهوه ای مایل به طلایی بسیار زیبایی است که در زیر نور خورشید به رنگ نارنجی و زرد می درخشد. در واقع کهربا شیرة درخت فسیل شده ای است که در فیلم پارک ژوراسیک نیز از آن استفاده گردید. میلیون ها سال قبل حشرات به شیرة این درخت چسبیدند. حشرات کوچکی که دایناسورها را نیش زده بودند دارای خونی در بدنشان بودند که اکنون در کهربا قرار داشت.

یونانیان قدیم متوجه شدند که خواص کهربا خیلی عجیب است. به عنوان مثال وقتی کهربا به خز یا سایر اشیاء مالیده می شد ،قادر بود پر را جذب کند. آنها عامل ایجاد این پدیده را نمی دانستند. اما یکی از اولین مثالهای الکتریسیته ی ساکن را یونانیان کشف کرده بودند . (رجوع به فصل 3).

کلمه لاتین «electricus» به معنی «تولید شده از کهربا توسط اصطکاک» می باشد. بنابراین کلمه ی انگلیسی الکتریسیته از کلمات یونانی و لاتینی که در مورد کهربا بوده ، گرفته شده است.

انواع اصلی کابل
اجزای اصلی شبکه های امروزی توسط نوعی کابل کشی به یکدیگر متصل شده اند که بعنوان رسانه ارتباطی شبکه عمل میکند و سیگنالهای اطلاعاتی را بین کامپیوتر ها حمل میکند. انواع مختلفی از کابلها وجود دارند که انواع نیازهای شبکه های بزرگ و کوچک را فراهم میکنند. از انواع کابلهای مختلفی که شرکتهای تولیدی عرضه میکنند (بالغ بر بیش از 2200 نوع کابل) انواع زیر بحث اصلی کابل کشی شبکه را تشکیل میدهند:
1.    کابل هم محور (coaxial)
2.    زوج تابیده شده (twisted-pair)
با روکش (shielded)
بدون روکش (unshielded)
3.    فیبر نوری (fiber-optic)

کابل coaxial
این نوع کابل امروزه به عنوان بیشترین کابل استفاده شده در شبکه ها به حساب می آید و دلایل زیادی برای استفاده وسیع از آن وجود دارد. کابل coaxial تقریبا گران، سبک، انعطاف پذیر و برای کار کردن بسیار آسان میباشد و آن قدر معمول است که به عنوان یک استاندارد محبوب در آمده است. در ساده ترین شکل آن کابل coaxial تشکیل شده است از یک هسته ساخته شده از مس خالص که توسط روکشی پوشیده شده است ، یک روکش فلزی توری مانند و یک روکش بیرونی. همچنین نمونه 4 روکشی آن نیز برای محیطهایی با ارتباطات بالاتر موجود میباشد. هسته کابل coaxial حامل سیگنالهای الکتریکی میباشد که درواقع همان اطلاعات ما را تشکیل میدهد. این هسته سیمی میتواند تک رشته ای یا بصورت چند رشته ای باشد. اگر بصورت تک رشته ای باشد معمولا جنس آن از مس است.

هسته توسط یک عایق پوشیده شده است که آن راا از توری سیمی موجود در کابل جدا مینماید. توری سیمی زمین مدار میباشد. و سیگنالهای الکترونیکی گذری از هسته را در مقابل noise و crosstalk محافظت مینماید. Crosstalk عبارت است از سیگنالی که به علت عبور جریان از سیمهای اطراف در هسته ایجاد میشود. همواره هسته و توری سیمی باید توسط عایق از همدیگر جدا گردند، در صورتی که در نقطه ای از سیم همدیگر را لمس کنند. کابل اتصال کوتاه شده است و noise به درون سیم مسی هسته راه پیدا میکند که این باعث تخریب اطلاعات میگردد.

کل این مجموعه توسط یک روکش بیرونی غیر هادی که معمولا از پلاستیک یا تفلون ساخته میشود پوشیده میگردد. کابل coaxial مقاومت بیشتری در مقابل افت سیگنال نسبت به کابلهای twisted-pair دارد. به دلیل مقاومت کابل coaxial این کابل انتخاب خوبی برای فاصله های دورتر و سرعتهای بالاتر انتقال اطلاعات توسط دستگاههای ارتباطی میباشند.

انواع کابل coaxial
دو نوع کابل coaxial موجود است:
1.    نازک (thinnet)
2.    ضخیم (thicknet)
این که شما چه نوعی را انتخاب میکنید بستگی به خاص شما دارد.

نوع کابل thinnet
Thinnet یک کابل coaxial انعطاف پذیر به ضخامت 25/0 اینچ میباشد. بخاطر انعطاف و سادگی استفاده ، تقریبا در نصب هر نوع شبکه ای میتوان از آن استفاده کرد. در شبکه هایی از thinnet استفاده میکنند که کابل شبکه مستقیما به کارت شبکه متصل میشود.

این نوع کابل میتواند سیگنال را تقریبا 185 متر بدون اینکه شروع به افت دامنه بکند حمل نماید. کارخانه های کابل سازی قرار دادهایی برای تولید انواع مختلف کابل دارند. کابل thninnet در خانواده ای از کابلها بنام rg-58 قرار دارد و امپدانس معادل 50 اهم دارا میباشد. امپدانس مقاومت سیم میباشد که برحسب اهم اندازه گیری شده است. اختلاف اصلی در کابلهای خانواده RG-58 هسته کابل میباشد که ممکن است به شکل تک رشته یا چند رشته باشد.

نوع کابل thicknet
Thicknet یک کابل coaxial ضخیم به قطر 5/0 اینچ میباشد. بعضی اوقات ممکن است این نوع کابل را کابل استاندارد Ethernet بنامند. زیرا برای اولین بار در معماری معروف شبکه Ethernet بکار برده شده است.

هرچه هسته مس ضخیم تر باشد به همان اندازه کابل میتواند سیگنال را به فاصله طولانی تر حمل کند این بدین معناست که کابلهای Thicknet سیگنال را بیشتر از کابلهای Thinnet میتوانند جمل کنند. کابل Thinnet میتواند سیگنال را تا 500 متر حمل کند. به دلیل این که این کابل میتواند پشتیبان انتقال اطلاعات صحیح به فاصله های دورتر باشد معمولا از آن به عنوان ستون فقرات و ارتباط دهنده چندین شبکه محلی با کابل Thinnet استفاده میکنند. دستگاهی بنام Transceiver کابل هم محور Thinnet را به کابل هم محور بزرگتر Thicknet اتصال میدهد.

اما این اتصال باید توسط کارت یکی از دستگاههای کامپیوتر متصل به کابل Thinnet انجام گیرد. بدین صورت که دربالای قطعه Transceiver نواری بنام Vampire وجود دارد که از درون با هسته سیم Thicknet مرتبط میباشد  و برای تبادل اطلاعات از یک کابل مجزای چند رشته ای بنام کابل Transceiver استفاده میشود که یک سر آن به قطعه Trancceiver و سر دیگر آن به پورتی از کارت شبکه بنام AUI متصل میگردد. نام دیگر این پورت DIX میباشد زیرا توسط شرکتهای Digital – intel – Xerox طراحی شده است.

Thinnet در مقایسه با Thicknet
به عنوان یک قاعده کلی هر چه کابل ضخیم تر باشد کارکردن با آن مشکل تر میگردد. کابل نازک انعطاف پذیر ، برای نصب آسان و تقریبا ارزان میباشد. کابل ضخیم براحتی خم نمیشود و برای کار مشکل تر میباشد. بنابراین در هنگام کار و عبور دادن سیم از محلهای تنگ و پرپیچ و خم باید این مسائل را مد نظر قرار داد. در ضمن کابل ضخیم گران تر از کابل نازک میباشد، اما میتواند سیگنالهای را به فاصله دورتری هدایت کند.

اتصالات کابل coaxial
هم کابل Thinnet و هم کابل Thicknet قطعات اتصالی به نام (British Naval Connector) BNC را برای ارتباط با قطعات دیگر استفاده میکنند. برای ارتباط دادن کابل با کامپیوترها قطعات مهم و مختلفی از خانواده اتصالی BNC به شرح زیر موجود میبشد:
•    اتصال دهنده کابل BNC: این اتصال دهنده به انتهای باز کابلها بسته میشود.
•    اتصال دهنده T شکل BNC: این اتصال دهنده کارت شبکه را به کابل شبکه متصل مینماید.
•    اتصال دهنده مغزی BNC: این اتصال دهنده برای مرتبط کردن دو قطعه کابل شبکه و ایجاد کابل طویلتر به کار میرود.
•    قطعه پایان دهنده BNC: این قطعه انتهای کابل گذرگاه شبکه را برای جذب سیگنال رفت و برگشت میبندد. بدون این قطعه، یک شبکه Bus   از کار خواهد افتاد.

انواع روکش کابل coaxial
1.       (pvc)  Polyvinylchloride
2.    Plenume

که از نمونه PVC آن برای کابل کسی روکار که معمولا میتوان آن را در سازمانها و ادارات به چشم مشاهده کرد و از نمونه Plenume برای کابل کشی توکار استفاده میشود. در صورت بروز حرق نمونه PVC آن باعث پخش گازهای سمی در محیط میگردد. درساختن کابلهای Plenume از مواد شیمیایی استفاده شده است که ضد حریق میباشند و کمترین دود را از خود در موقع سوختن به محیط اطراف منتشر میکند. بنابراین وع کابلها گران تر میباشند. ضمنا انحطاف آنها از کابلهای PVC کمتر است.