الكيمياء كحلقه وصل فى تطوير المصاعد

اذا كان تطوير المصاعد فى البداية قد اعتمد على الميكانيكا كعلم قابل للتطبيق على ارض الواقع ثم انتقلنا الى مرحلة اكتشاف الكهرباء واستخدامها مما ادى الى احداث تغيير كبير فى التصميم الميكانيكى للمصعد حتى وصلنا الى عصر الالكترونيات حيث يمكن اختصار احجام وعمليات كبيرة فى حيز صغير جدا وانتهينا بعصر المواد القابلة للبرمجه ذات القدرة على التشكل من تلقاء نفسها فإن الكيمياء كانت ولا تزال حلقه الوصل بين المطلوب وما يمكن تحقيقه فيما يخص تطوير المصاعد
يناقش موضوعنا بعض العناصر المهمه فى هذا الخصوص ومنها :-

1.  بعض المراحل وما يتاح فيها من مواد
2. المادة كعائق من عوائق التطوير 
3. كيف نفرض على المادة ما نحتاجه من خصائص 
4. تأثر تكلفة المصاعد والاستثمار فى تصنيعها وفرص العمل بإنتاج مواد غير طبيعية جديدة 
5. امثلة واقعيه على وجود هذه المواد فى المصاعد التقليديه وكذلك الاكثر تطورا

بعض المراحل الاساسية وما يتاح فيها من مواد

ماكان لأداة تتحرك رأسيا بهدف نقل الناس او الاغراض ان ترى النور الا بعد خضوعها نظريا لقواعد علم الرياضيات وخاصه فرع الميكانيكا الذى يهتم بدراسة حالات الحركه (ديناميكا) والسكون (استاتيكا) لدراسه المتغيرات التى تؤثر فى مثل هذه المنظومة وعوامل القوى والكتلة وما يرتبط بهما من مفاهيم مثل الطاقه والاتزان ومركز الثقل والسرعة والعزم والقصور الذاتى

ولماكانت تقنيات مثل الروافع قائمة بل اساسيه فى الحضارات القديمة لتيسير حركة الحياة وبناء الشواهد العملاقة على هذه الحضارات فإنها لم تكن لتتوافر الا بفضل تمكنهم من فهم وتطبيق المبادئ والمفاهيم الرياضية السابقه وغيرها ايضا الا ان هذه لم تكن لتطبق الا بتوفير المواد اللازمه للإستخدام

ربما نرى انهم برعو فى استغلال الخامات الطبيعية المتوافرة فى البيئه مراعين لسهولة الحصول عليها والقدرة على تطويعها وقابليتها لتحمل ظروف العمل وهذا ما يفسر استخدام الاخشاب والالياف الطبيعية  كحبال فى تصميم نمازج المصاعد البدائية فربما نطرح تساؤلا مدعاه لماذا استخدم الخشب دون الحديد فى البداية فى عربات المصعد وحتى فى دلائل الحركه ايضا

من خلال مدونتى هذه اشرت سابقا الى التغير فى حدود الطاقة المطلوبه وكذلك السرعة فى كل مرحلة من المراحل الاساسية لتطور المصاعد والتى منها التحريك اليدوى المعتمد على القدرة البدنية لبذل شغل يؤدى الى تحريك المصعد فحتما سنراعى تخفيض الاوزان لتناسب القدرة البدنية فهنا نجد ان الخشب اخف من الحديد وفى نفس الوقت تكلفة انتاجه وتركيبه اقل مع تمتعه بخصائص توفر له قدرة على التحمل ومقاومة الاحتكاك وغيرها من الظروف نتيجه بنيته او تركيبته الداخليه المعتمده بشكل كبير على جزيئات كيميائية معقدة تسمى السليلوز احد السكريات الا انه ليس حلوا كالجلوكوز حيث يأخذ السليلوز 50٪ من تركيبة الخشب لذا ترجع معظم خصائص الخشب كقوة الترابط وعدم الذوبان فى الماء وعدم النفاذية فى الاغشية الى خصائص السليلوز نفسه وباقى الخصائص كالقوة والتدعيم فهى ناتجه عن جزيئات كيميائيه اخرى معقده تسمى لغنين والتى تشكل ما يقرب من 25٪ من الخشب اما قابلية امتصاص الخشب للماء فترجع اساسا الى جزيئات معقدة اخرى تسمى هيميسليلوز وهو النسبة الباقية من تركيب الخشب

اذا كانت هذه الجزيئات توفر للخشب خصائص تجعله قابلا للاستخدام فى تركيب المصاعد الا انها ايضا تظهر له عيوبا مثل امتصاص الماء وتغذية بعض الفطريات عليه لذا يتوجب عزله بالاصباغ الطبيعية المستخرجه من النباتات والحيوانات والمعادن أو الصناعية وكلها عبارة عن مركبات كيميائيه ايضا تضم فى تركيبتها جزئين اساسين هما حامل اللون وهو نظام مترافق من ذرات الكربون يجعل لمركب الصبغ قابلية للتأثر بالضوء ومن ثم اظهار اللون وكذا حاث اللون وهو المسئول عن عمق اللون وكثافته وأما ما يتعلق بكيفية ارتباط الصبغ بالخشب  فإنه يرجع لطبيعة الرابطه الكيميائيه التى تنشأ بينهما 

ان هذه المناظر الرائعة لعربات المصاعد وأبوابها الخشبية القديمة التى جمعت بين الالفه وجمال التصميم والالوان الجاذبة والمريحة اخذت فى الانحسار تدريجيا بعد الاستخدام المتزايد للمحركات الكهربيه

لا نغفل هنا مرحلة استخدام ميكانيكا التروس لتقنين الطاقة والسرعة والكبح ايضا حتى قبل توظيف المحركات الكهربية وقد فرضت معوقات الصلابة وتقليل نسبة التآكل الناتج عن الاحتكاك مع خفض هذا الاحتكاك لتيسير الحركة داخل منظومة تحريك المصعد يعتبر الحديد من اقدم العناصر الكيميائية اكتشافا وقد كان الحديد وما زال يعطى موثوقيه كبيرة من ناحية الصلابة وانتاجية عالية وإتاحة الاستخدام لتوافره فى الطبيعة لكونه رابع العناصر توافرا فى القشرة الارضية بغض النظر عن تكلفة استخراجه أو انتاجه صناعيا وتطويعه عن طريق الطرق والسحب فلذلك يعتبر الحديد مهم جدا وضرورى للتطبيقات الهندسية الا انه يواجه سهولة تعرضه للصدأ والذى هو ناتج عملية كيميائيه تسمى الاكسدة وهى عبارة عن تعريض الحديد للأكسجين والرطوبة وقدر من الحرارة مما يتطلب عزله بالاصباغ أو مركبات اخرى ذات جزيئات معقده ولكن تعد طريقة دهان الفرن هى الافضل لحماية الحديد من الصدأ والتآكل الناتج عن تفاعل كيميائى مصاحب بسريان الكترونات عند تماس الحديد مع التربة اوالماء وهذا يفسر عزل ابواب المصاعد وهياكلها بهذا النوع من العزل الا ان بعض اجزاء المصعد كالدلائل والحبال وبعض اجزاء التروس ومحاورها يتم عزلها بالزيوت مع تدخل الزيوت ايضا لتحقيق الانزلاق وتخفيض الاحتكاك وعزل الحرارة ورفع كفائة الاداء بين اجزاء المصعد
الزيوت هى مواد كيميائية سائلة عند درجة الحرارة العاديه تتمتع بقدر من اللزوجه لاتذوب فى الماء لكن تمتزج مع بعضها وتتكون من مركبات عضويه تعتمد على الكربون والهيدروجين وتستخرج غالبها من البترول
بعد استخدام المحرك الكهربى فى المصعد والذى يعتمد على ملف كهربى من سلك نحاسى لإنتاج مجال مغناطيسى يدير محور دوران يسبب تحريك طارة بدورها تحرك حمولة المصعد فتم الاستغناء عن الطاقة البدنية وتغيرت ملامح مكونات المصعد بالاضافة أو الحذف واستخدمت هياكل ومكونات معدنية ثقيلة من الزهر لإحتواء آلة التحريك  ولخفض استهلاك الطاقة وتسهيل نقل الحركة مع الإبقاء على الخشب فى العربة والباب لبعض الوقت حتى تم استبداله بألواح الصاج

النحاس هو من اول المعادن استخداما واكثرها استخداما بعد الحديد يتمتع بقدر من الصلابة ومقاومة التآكل فى الظروف الطبيعية والصناعية ومقاومة التربة وبعض الكيماويات كما انه يتمتع بمرونة وموصلية كهربيه عالية تلى موصلية الفضه مع انخفاض ثمنه عنها ولهذا يستخدم فى الملفات والمتلامسات الكهربية الا انه يتوجب عزل السلك النحاسى للملفات لحمايته من الصدأ وضمان توليد المجال المغناطيسى واذا كان التيار المار فى الملف يولد قدرا من الحرارة فيجب عزل حلقات الملف لمنع التصاقها مع بعضها لنفس الملف او مع ملف آخر بعازل يتناسب مع هذه الظروف ولا يزيد من حجم الملفات لذا تستخدم مواد كيميائية منها الورنيش كطبقة رقيقه على السلك ولكن يجب ايضا عزل الملفات عن الجسم الخارجى بالورق العازل
يتم تصنيع الجسم الخارجى للمحرك وحاوية التروس وثقل الموازنه وبعض الطارات من الزهر وهو سبيكة من سبائك الحديد سنتناولها فى فقرة من الفقرات التالية
تعتبر مرحلة استخدام اشباه الموصلات من المراحل المهمة فى تطور التقنيات عموما ومنها متحكمات المصاعد حيث ادت الى ظهور الموحدات والترانزستورات والدوائر المتكاملة وغيرها وتتكون من بلورات من السليكون او الجرمانيوم وهى تجمع ما بين خصائص المواد الموصلة للكهرباء وكذلك العازلة منها فبمجرد احداث تأثير كهربى بسيط او الغاؤه تتحول من موصلة الى عازلة والعكس بدون حركة ميكانيكية وتدخل فى تركيب كروت المصاعد والانفرترات ودوائر تحويل التيار المتردد الى مستمر والعكس
جدير بالذكر ان الاحجار الصخرية لم تهمل بل تم استخدامها فى ارضيات عربات المصاعد كالجيرانيت الذى هو تركية من بعض المعادن وتم استغلال تلك الاحجار كثقل موازنة فى مراحل بدائية

المادة كعائق من عوائق التطوير

وفرت بعض المواد الواردة اعلاه بعض المميزات التى أهلتها لاستخدامها فى المصاعد الا انها لم تكن مثالية بشكل تام وفقا لاحتياج كل مرحله فقد شابها بعض القصور سنورد فى فقرتنا هذه بعض الامثله فالحديد فى صورته النقيه يكون طريا بقدر ما مما يعيق استعماله فى التحميل بالحبال ويفتقد الصلابه الملائمه للتروس والمحاور واحتواء مكونات آلة التحريك ويتمدد بقدر ما تحت تأثير الشد والحرارة فلن يصمد فى الهياكل وكتل ثقل الموازنه ويتعرض للانحناء عند استخدامه فى دلائل الحركة والزيوت بصورتها المستخرجه من النفط ليست مناسبه لمهمتها فى المنظومه الميكانيكية للتروس واسلاك تمديدات الكهرباء واشارات التحكم تحتاج لمواد عازلة ذات جدوى تراعى عامل الجودة والتكلفه كما ان اشباه الموصلات فى صورتها النقيه تحتاج الى قدر من الطاقه لتحرير الالكترونات كما تجعلنا فى احتياج الى قطبية معينه فى احيان وقطبيه اخرى فى احيان اخرى ونظرا لمتطلبات السرعات المناسبة للظروف الحديثه وخفض استهلاك الطاقه اصبحت معظم الكتل الثقيلة كحوائط وارضيات العربات وألواح الابواب والحبال الصلبة ايضا فى المصعد بحاجة الى التخفيض لان وزنها يصبح عائقا لسفر المصعد لارتفاعات شاهقه وعوازل حرارية تناسب الترددات الجديده للسرعات المرتفعة حتى احتجنا الى الاستغناء عن التروس التى تظهر سلبياتها من ضجيج واهتزاز مرتفع وسرعة تلف واستنفاذ الزيوت مع هذه السرعات بالاضافه الى مقاومات الاحتكاك المستمر كحشوات او بكرات الكراسى للعربة والثقل

كيف نفرض على المادة ما نحتاجه من خواص

كما بدأنا موضوعنا هذا بأنه وعند تطبيق قواعد ومفاهيم علم الرياضيات فى انشاء نموزج المصعد فإننا نواجه تحديد المادة المثالية التى تناسبنا ووضع الخواص التى تؤهل هذه المادة ولكن هذه المادة المثاليه فرضيه يصعب تحقيقها لأن المواد الطبيعية هى التى تفرض خواصها علينا فربما نرى ان مادة ما تتميز بكثير من الخواص التى تلزمنا وتوجد بوفرة فى الطبيعه وتكلفتها مناسبة ولكن ينقصها بعض الخواص كما اشرنا فى الفرة السابقه

تأتى الكيمياء ببريق من الامل حيث توفر لنا دراستها بعض العمليات التى تجعلنا نتحكم فى خصائص المادة ونضيف اليها مايؤهلها للعمل فى تطبيقنا وسنتناول فيما يلى بعض هذه العمليات المهمه 

التسبيك أو الاشابة

هى عمليه دخول عنصرين أو اكثر احدها عنصر فلزى فى اتحاد جزئى او كلى لانتاج مادة (سبيكة) تختلف خواصها عن المادة الاصلية

الاضافه أو المزج

اضافه مادتين او اكثر الى بعضهما لتكوين خليط يتميز بخصائص جميع المواد

البلمرة

ربط عدد كبير من جزيئات أولية للحصول على جزئ معقد تتكر فيه الجزيئات الاوليه بشكل معين مما يعطى خصائص جديده

تأثر تكلفة المصاعد والاستثمار فى تصنيعها وفرص العمل بإنتاج مواد غير طبيعية جديدة 

اذا كان بمقدور بعض العمليات أو التفاعلات الكيميائيه ان تنتج لنا مواد ذات خصائص ما واذا كنا نستطيع التحكم فى الخصائص المطلوبه بتغيير المواد أو ظرف اجراء التفاعل فإن هذه المواد بالطبع ستوفر فرصا اكبر واتاحه لتطبيق منظومه المصعد بشكل يقارب المثالية لتلبية الحاجه المتزايده الى المصاعد مما يزيد من فرص العمل لشبكه واسعة من الذين تتعلق اعمالهم من قريب او بعيد بهذا المجال الا ان هناك جانب مهم فى قدرتنا على التحكم فى خصائص المادة وهو التحكم فى التكلفة ايضا حيث يصبح بالامكان انتاج مادة ذات سعر منخفض تتمتع بخصائص مادة ذات سعر مرتفع وإذا امكن تصنيع مادة  تنجز مهمه تبدو مستحيلة حتى اذا ارتفعت تكلفة انتاجها الا انها ستحقق قدرا من الاتاحة لم يكن متوافرا 

امثلة واقعيه على وجود هذه المواد فى المصاعد التقليديه وكذلك الاكثر تطورا

سنورد هنا امثلة على بعض مكونات المصعد التى تتكون من مواد نتجت عن اجراءات تحسن الخواص

تتوافر مكونات كثيرة من مهمات المصعد تحتوى على الحديد ولكن لكل مكون مميزات مختلفه مثلا الدلائل والحبال واقفالها والابواب واقفالها والمحرك وتروسه وجسمه الخارجى وقاعدة تثبيته ومسامير التربيط والطارات والعربات من الداخل ومن الخارج وهياكلها والكراسى وقطع ثقل الموازنه ومخمدات الحركه والنوابض وغيرها كل منها يراعى فى تصميمه ليعمل عملا ما فبعضها يقاوم الشد ولا يقوم التصادم أو العكس بعضها يقاوم الانحناء وآخر يقاوم التآكل وآخر يقاوم الصدأ بعضها صلب واخر زهر واخر استانلس ولكن كلها من الحديد  الا ان نوع ونسبة الشوائب بشكل عام والكربون بشكل خاص والتى تضاف للحديد فى عملية التسبيك مكنت من وجود هذا الاختلاف

ان التحكم فى خصائص المعادن اتاح لنا الاستغناء عن تروس المصاعد وزيوتها وخفض استهلاكنا للطاقه فمحركات المصاعد بدون التروس سواء بغرفه مصعد او بدونها يعود الفضل فيها الى مغناطيس النيوديميم والذى يتكون من بعض العناصر التى تحسن من خصائص عنصر النيوديميم لانتاج مغناطيسية تسبب سرعة كبيرة مع عزم مناسب

ان ما يفسر قابلية القطع الالكترونية للتوصيل بدون الاحتياج الى طاقة كما ان وجود قطع الكترونية واحدة من اشباه الموصلات لها قطبيه ما وقطعة من نفس المادة لها قطبيه اخرى ينتج من طبيعة الشوائب المضافه للسليكون او الجرمانيوم التى تحسن من خواصهما

بالنظر الى الزيوت المستخدمه فى وظائف مختلفه للمصعد فإن الاختلاف فى ميزاتها يرجع الى تركيبة الزيت وطبيعة الاضافات التى اضيفت له لتكوين المزيج فمثلا زيت المحرك اثناء تصنيعه يضاف اليه اضافات تحسن من اداؤه وتجعله مناسب لوظيفته فى المحرك وبالنسبه لتزييت الدلائل هل جربت اضافه السولار الى الزيت مثلا اثناء اعمال الصيانه وبعد الانتهاء من عملك وسارعت الى غسل يدك هل جربت اضافة الرمل الى سائل التظيف وهل جربت عدم غسلها بالماء الا بعد اذابه الزيوت والاوساخ بالمنظف اولا فكل هذا يخضع للإضافه والمزج التى تفسر تصنيع الخشب الشفاف ليعود الخشب الى المصاعد بطلة جديدة 

هل شاهدت مادة طبيعيه كنفس المادة التى تصنع منها حشوات الكراسى أو اغطية الكونتاكتور والريليه والانفرتر والبطاريات وقواعد تثبيت مكونات الكترونية أو ازرار الاستدعاء والشاشات وعوازل الاسلاك فى الضفيرة والكابل المرن وعوازل الحرارة فكل هذه تنتج من عمليات البلمرة التى قادت الى تصنيع الحبال الفائقه من الياف صناعية خفيفة ولكن قوية بدلا من حبال الصلب الثقيلة  ونفس عمليات البلمرة قادت الى تصنيع ابواب وعربات مصعد جوانب وارضيات من الياف صناعيه قوية وخفيفه بدلا من الواح الصاج والاستانلس والخشب والجيرانيت فى الارضيات التى تثقل المصعد بأوزان كبيرة وتستهلك طاقه اكبر  فهل تعلم ان المصعد سيصعد الى ارتفاع يقارب كيلو متر بفضل البلمرة وسيصعد الى ارتفاع 25٪ من نفس المسافه السابقه بدون حبل بعد تخفيض الوزن بفضل البلمرة

خاتمة

ان جانب كبير من التطوير فى التطبيقات الهندسية عموما والمصاعد خصوصا يعود الفضل فيه الى تكاتف الكيمياء مع باقى العلوم لتوفير المواد المناسبة من الطبيعه او تحسينها او تصنيع مواد جديدة لتوظيفها فى اداء وظيفة ما