FIZIKE 11

1. VALET NE
INXHINIERI,
HISTORIA DHE
PERDORIMI
P U N O I : LUENA MULLAJ
K L A S A : XI-3
TREMUJORI 2. VITI 2

2. HISTORIA E PERDORIMIT TE
VALEVE NE INXHINIERINE
ELEKTRIKE

3. SHEKULLI XVI-XVII
Askush nuk e kishte kuptuar shumë mirë elektromagnetizmin derisa fizikanti anglez William Gilbert
lëshoi veprën e tij kryesore, De Magnete, ose "Mbi magnetin", në vitin 1600. Pas viteve të
eksperimentimit, ai zbuloi se gjilpëra e një busulle ishte në veri-jug dhe zhytet poshtë sepse Toka
është në thelb një magnet gjigant. Ai ishte i pari që përshkroi fenomenet që ne tani i shoqërojmë me
tërheqjen elektrike dhe polet magnetike, prandaj shumë e shohin atë si babanë e studimeve
elektrike.
Tani, përçueshmëria elektrike - e cila është lëvizja e grimcave të ngarkuara elektrikisht përmes një
mediumi transmetimi - nuk u zbulua deri rreth vitit 1729, nga një shkencëtar britanik - Stephen Grey.
Ai e zbuloi atë ndërsa bënte eksperimente në të cilat lidhte një tub qelqi me objekte të ndryshme, si
një top fildishi ose një copë tape, me tel ose tel. Kur fërkoi tubin e qelqit, duke krijuar fërkime, ai
gjeti që objekti në skajin tjetër të linjës do të elektrizohej.
Me epokën e zbulimit dhe kolonizimit në botë, a mund të përdoret puna e Greit për të prodhuar një
mjet më të shpejtë komunikimi? Kjo na sjell në fillimin e fushës së parë të inxhinierisë elektrike:
telekomunikacioni. Përpjekjet për të komunikuar në distanca të gjata, nga gjëra të tilla si semafori, u
ndërmorën që në vitet 1700.

4. RASTI I PARE I PERDORIMIT
Por vetëm në vitin 1837 Sir William Fothergill Cooke dhe Charles Wheatstone patentuan
telegrafin e parë elektrik. Projektimi i tyre përdorte pesë ose gjashtë hala magnetike për të
tundur djathtas ose majtas për të treguar shkronja specifike. Ky model i hershëm ishte pak
jopraktik për shkak të kostos së tij, por burrat më vonë patentuan një version të ri që
përdorte vetëm një gjilpërë magnetike.
Shpikja e tyre ishte qartësisht një ide e hijshme. Por nuk u ngrit në të vërtetë, derisa u
përdor për të zgjidhur një vrasje që tingëllon sikur ishte hequr nga faqet e një romani të
Sherlock Holmes. Në Ditën e Vitit të Ri 1845, një burrë me emrin John Tawell i dha një
gruaje që po shihte një dozë fatale të helmit.
Ndërsa helmi u vendos, ajo filloi të bërtasë, gjë që lajmëroi fqinjët. Dhe Tawell vrapoi në
panik, duke menduar se i shpëtoi ligjit ndërsa hipi në një tren nga Slough për në Londër. Por
arratisja e tij u prish nga teknologjia.
Përshkrimi i tij u dërgua me telegraf në Londër, ku Tawell u arrestua dhe më vonë u gjykua
dhe u var. It’sshtë një mënyrë mjaft e tmerrshme për ta bërë një shpikje të popullarizuar,
por gjithsesi përhapet historia e telegrafit elektrik. Afërsisht në të njëjtën kohë kur po
ndodhte e gjithë kjo, Samuel Morse po bënte zhvillimet e tij në Shtetet e Bashkuara.

5. SAMUEL MORSE
Ai e kuptoi se si të përdorë një elektromagnet me një stilolaps, në mënyrë që kur
elektromagneti të aktivizohej, stilolapsi të bënte një shenjë në letër. Në 1838, ai zhvilloi një
sistem pikash dhe pikash, i njohur tani si kodi Morse, në mënyrë që mesazhet të
transmetohen lehtësisht. Deri në vitin 1844, ai kishte marrë mbështetje financiare nga
Kongresi dhe ndërtoi linjën e parë telegrafike në Shtetet e Bashkuara.
Ai udhëtoi midis Baltimore dhe Uashington dhe më 24 maj, ai dërgoi mesazhin e parë të
linjës, "Çfarë ka bërë Perëndia". Shumë ogurzezë, nëse e them vetë. Rreth 20 vjet më vonë,
në 1866, anija britanike Great Eastern arriti të vendoste linjën e parë të përhershme
telegrafike përtej Oqeanit Atlantik. Para tij, trupat e mëdhenj të ujit ishin një pengesë e
madhe për mjetet e telekomunikimit.
Pas linjës telegrafike transatlantike, disa inxhinierë filluan të kuptonin se duke luhatur një
rrymë elektrike, ata mund të nxisnin dridhje të ndryshme të tingullit. I bëri ata të pyesnin
veten, nëse mund të manipulonin dridhjet e tingullit, a mund të futnin një tingull në njërin
skaj të një linje telegrafike dhe të replikonin të njëjtin tingull në skajin tjetër? A mund ta
kapin zërin njerëzor?

6. TELEFONI DHE VALET
Në 1876, ata bënë pikërisht atë, me shpikjen e telefonit. Disa mendje të ndryshme dolën me ide të
ngjashme në të njëjtën kohë, por Alexander Graham Bell ishte i pari që mori patentën. Ai ishte në
gjendje të përdorte një rrymë luhatëse për të ndryshuar magnetizmin në spiralin e një
elektromagneti, i cili bëri që një copë e vogël hekuri të dridhej në një diafragmë.
Kjo përsëriti dridhjen që kishte dërguar fillimisht luhatjen, e cila riprodhoi tingullin fillestar. Tani
mund të telefononi të flisni me njerëz që ishin larg, por gjithsesi ju duheshin linja telefonike dhe një
telefon me një lidhje fizike me ta. Por kjo ndryshoi kur Heinrich Hertz zbuloi valët elektromagnetike
rreth vitit 1887.
Shpejt u kuptua se këto valë mund të mbanin një sinjal duke modifikuar gjatësinë e valës, amplituda
dhe frekuencën e tyre. Kjo çoi në radio dhe konfuzionin e pafund që kush merr merita për shpikjen
e tij. Tani, pas Luftës së Parë Botërore, inxhinierët elektrikë manipuluan këto sinjale dhe zbuluan se
së bashku me shndërrimin e dritës në impulse elektrike, ata mund të krijonin një transmetim vizual:
televizion.
Që atëherë, ne i kemi çuar këto sinjale edhe më tej. Me internet dhe wifi, ne kemi zhvilluar
komunikim gati të menjëhershëm, pa tel në të gjithë botën. Por inxhinieria elektrike është shumë
më tepër sesa telekomunikacioni.

7. TELEKOMUNIKACIONI DHE VALET

8. HYRJE
Videot në YouTube janë të jashtëzakonshme. Ju po i dëgjoni këto fjalë muaj, ndoshta vite, pasi i kam folur,
megjithatë gjithçka është aq e qartë sikur të ishim ulur në të njëjtën dhomë. Aftësia për të regjistruar dhe
transmetuar lloje të ndryshme të informacionit është një pjesë thelbësore e inxhinierisë moderne, dhe botës
siç e njohim ne. Kjo është arsyeja pse disa thonë se ne po jetojmë në epokën e informacionit.
Pavarësisht nëse jeni duke përdorur telefonin tuaj, duke ndezur radion ose duke goditur kitarën tuaj elektrike,
ju jeni duke dërguar dhe marrë sinjale gjatë gjithë kohës. Dhe, për të marrë gjithë atë informacion atje ku
duhet të shkojë, do t'ju duhet përpunimi i sinjalit.
Si inxhinier, të komunikosh do të thotë më shumë sesa të bësh një bisedë në dhomën e pushimit. Pavarësisht
nëse jeni duke shikuar video në YouTube, duke përdorur navigimin satelitor, ose thjesht po bëni një telefonatë,
po ndodh një komunikim. Sinjalet janë paraqitje e informacionit që po dërgojmë kur e bëjmë këtë. Teksti,
tingujt, imazhet dhe madje skedarët e kompjuterit do të shndërrohen të gjithë në një sinjal kur i dërgoni. Dhe,
në të vërtetë është ajo që është komunikimi, duke dërguar gjëra nga një vend në tjetrin për të përcjellë
informacionin.
Detyra themelore është që të merrni përmbajtjen, ta ktheni atë në një sinjal, ta transmetoni dhe pastaj t'i
ktheni të gjitha përsëri në përmbajtje në skajin tjetër. Këto hapa njihen si përpunimi i sinjalit. Sinjali në vetvete
do të jetë një rrymë që kalon nëpër një tel ose një valë elektromagnetike, si radio ose dritë. Sidoqoftë që ju
vendosni ta transmetoni atë, procesi i përgjithshëm është në thelb i njëjtë.

9. PERDORIMI I SISTEMIT MORSE
Problemi me komunikimin në distancë është një inxhinierë me të cilin përballen shumë më parë se kompjuterat
dixhitalë të dilnin në skenë. Ne pamë një shembull të kësaj në historinë e inxhinierisë elektrike me telegrafin e
Samuel Morse të vitit 1837. Në projektin e tij, operatori shtyu një levë, të quajtur çelës, për të përfunduar një
qark dhe për të transmetuar një rrymë elektrike nëpër një tel. Në skajin tjetër, një makinë e quajtur regjistër do
të merrte atë rrymë dhe shënonte një copë letër. Duke shtypur tastin për gjatësi të ndryshme kohore, operatori
mund ta bëjë regjistrin të vizatojë pika dhe vija të vogla që shkruajnë një mesazh.
Çelësi dhe regjistri në telegrafin e Morse janë të dy shembuj të atyre që quhen shndërrues. Kthyesit marrin
informacionin fizik, si shtypjen e levës nga operatori, dhe e kthejnë atë në një sinjal ose anasjelltas. Për të
regjistruar këtë video, për shembull, dhënësi i hyrjes ishte mikrofoni dhe kamera me të cilën po flas tani, e cila
mat tingullin dhe dritën në këtë mjedis dhe i shndërron ato në sinjal elektrik. Shikimi i videos përfshin bartës të
daljes, gjëra të tilla si kufjet dhe monitori juaj.
Ndryshe nga sistemi i Mores, megjithatë, sinjali nuk do të qëndrojë në një formë midis këmbyesve. Mund të
fillojë si një rrymë elektrike në kamerë që shndërrohet në një skedar në një kartë kujtese. Kjo transmetohet
përsëri si një sinjal kur dërgojmë skedarin në një kompjuter ose e ngarkojmë atë në internet, ku ruhet në
serverat e YouTube. Të paktën, derisa të kërkoni që sinjali t'ju dërgohet në formën e tij përfundimtare, për t'u
kthyer përsëri në dritë dhe tingull.
Sistemi i Morse ishte i popullarizuar, sepse ishte i thjeshtë dhe jashtëzakonisht i lehtë për t'u përdorur, duke
filluar epokën e komunikimit të menjëhershëm që gëzojmë sot. Pjesa e zgjuar ishte gjetja e një mënyre për të
marrë informacionin ndërsa njerëzit e kuptojnë atë, në terma të shkronjave dhe fjalëve të zakonshme, dhe ta
kodifikojnë atë në një formë që mund të transmetohet si energji elektrike.

10. VALET RADIO
Kodimi është një pjesë kryesore e përpunimit të sinjalit. Sinjalet kanë nevojë për një mënyrë të
transmetimit miqësore për të përfaqësuar informacionin që po përpiqeni të transmetoni. Njëqind
vjet pasi Morse zbuloi telegrafin e tij, ai u zëvendësua nga forma më të sofistikuara dhe të
përshtatshme të komunikimit, si telefonat dhe radiot. Por, këto metoda (dhe gjithçka deri në
internet sot) bazohen ende në kodimin. It'sshtë mënyra se si kodohet informacioni dhe si
transmetohet ajo që ndryshon.
Merrni parasysh valët e radios, si lloji që përdoret për të transmetuar sinjale midis telefonit tuaj dhe
kullës së qelizës. Natureshtë natyra valore e radios që lejon që telefoni juaj të kodifikojë
informacionin që ju nevojitet për të bërë një telefonatë. Inxhinierët projektojnë harduer që
ndryshon, ose modulon, sjelljen e valës për të kodifikuar informacionin në lidhje me presionin e ajrit
pranë mikrofonit, me fjalë të tjera, efektet fizike të zërit. Dy nga mënyrat më të zakonshme për ta
bërë këtë janë modulimet e amplitudës dhe modulimi i frekuencës, ose AM dhe FM; nga këtu vijnë
emrat në thirrësin tuaj në radio. Njëra rregullon amplituda, ose fuqinë e valës, ndërsa tjetra
ndryshoi frekuencën, ose distancën midis një kulmi dhe tjetrës. Ngjashëm me sinjalet telegrafike,
vala e transmetuar mbart informacionin që dëshironi, i cili më pas deshifrohet në anën tjetër.
Metoda të ngjashme mund të paraqesin tinguj dhe imazhe, e cila është mënyra se si funksionojnë
transmetimet televizive.

11. PROBLEMATIKAT
Por, këto metoda kanë dy kufizime mjaft të mëdha. E para është kapaciteti. Sinjali i një vale radio mund të
mendohet si një kombinim i valëve të tjera, më të thjeshta të bashkuara. Në mënyrë të veçantë, ju mund të
përfaqësoni një sinjal si shuma e valëve të radios me frekuenca të ndryshme. Diapazoni i frekuencave të
ndryshme që mund të përfaqësoni quhet gjerësi bande, dhe kufizon sesa informacion mund të kodifikohet
nga sinjali juaj, si dhe sa prej tyre mund të dërgohen në të njëjtën kohë. Mendoni për sinjalet si lëngje dhe
kanalet e radios si tuba. Bandwidth është si madhësia e tubit, i cili kontrollon se sa lëng mund të rrjedhë në
të njëjtën kohë.
Problemi tjetër është zhurma. Ndërsa udhëtojnë nëpër atmosferë, valët e radios ndërhyjnë me njëra-tjetrën
dhe deformohen nga objektet në rrugën e tyre, të cilat të dy shkaktojnë shtrembërime. Pra, sinjali që personi
tjetër merr zakonisht përfundon shumë ndryshe nga ai që keni dërguar. Zhurma është gjithçka që ndryshon
sinjalin tuaj nga forma e tij origjinale, zakonisht në një mënyrë të rastësishme. Sa më e madhe të jetë
zhurma, aq më i shtrembëruar dhe i panjohur do të jetë mesazhi i marrë. Kjo është arsyeja pse televizorët e
vjetër ndonjëherë përfundonin me statike në imazh. Për t'u kthyer në analogjinë e tubit, zhurma do të ishte
çdo ndotje që tubi fut në lëng, duke ndryshuar përqendrimin e tij. Një tub i kontaminuar i kulluar bën një
punë mjaft të tmerrshme për të furnizuar shumë ujë të pastër. Pra, siç mund ta imagjinoni, kanalet e
zhurmshme me një bandë të ulët nuk janë të shkëlqyeshme për dërgimin e sinjaleve që mund të dekodohen
me besueshmëri në fundin e marrjes.
Më keq akoma, të dy problemet ndodhin edhe për komunikimet me tela. Sinjali që udhëton nëpër një tel
është gjithashtu një valë, ku amplituda përfaqësohet nga fuqia e rrymës elektrike në çdo moment të caktuar
në kohë. Kështu modulojmë rrymat elektrike për të bartur sinjale, por gjithashtu do të thotë se edhe ato
sinjale vuajnë nga problemet e zhurmës dhe kapacitetit.

12. LUFTA II BOTERORE
Radio dhe komunikimet me tela u përballën me këto lloj problemesh gjatë Luftës së Dytë Botërore, të cilat i
sollën në vëmendjen e inxhinierit dhe matematikanit, Claude Shannon. Në 1948, ai botoi një Teori
Matematikore të Komunikimit, e cila revolucionarizoi mënyrën se si inxhinierët e konsiderojnë vetë
informacionin dhe atë që duhet për të dërguar informacionin në mënyrë të besueshme. Ndër kontributet e
Shannon ishte një formulë matematikore për përcaktimin e kushteve të nevojshme për dërgimin e një sinjali
me një ritëm të veçantë. Imagjinoni të dërgoni një mesazh të Kodit Morse nëpër një tel të zhurmshëm. Secili
segment i kodit përfaqëson një pikë ose një vizë, atë që ju mund ta quani një "bit" të mesazhit. Bit qëndron për
shifrën binare, sepse secila pjesë e mesazhit tonë zë vetëm një nga dy gjendjet.
Në punimin e tij, Shannon zhvilloi një formulë që përcakton numrin e bitëve që mund të transmetoni në
sekondë, ose bit-rate, duke pasur parasysh fuqinë e sinjalit tuaj, sasinë e zhurmës dhe gjerësinë e bandës së
kanalit. Kur ofruesi juaj i internetit reklamon një shpejtësi prej 50 megabit në sekondë, kjo është shpejtësia e
bit e Shannon. Ai e kuptoi se është raporti i fuqisë së sinjalit me fuqinë e zhurmës që përcakton shpejtësinë e
bitit. Pra, ose sinjali duhet të jetë mjaft i fortë ose gjerësia e bandës duhet të jetë aq e madhe sa të ketë kaq
shumë frekuenca që përfaqësojnë sinjalin, saqë zhurma nuk mund të ndikojë në të gjitha menjëherë.
Si dhe kjo formulë e dobishme, Shannon hodhi shumë baza për llogaritjen e kushteve të sakta të nevojshme për
një komunikim të besueshëm. Po aq e rëndësishme, ai punoi se cilat lloje sinjalesh mund t'ju duhen për të
përfaqësuar informacionin që po përpiqeni të komunikoni. Kjo punë do të ishte jetike sapo përpunimi i sinjalit
të hyjë në epokën dixhitale.

13. PERMBLEDHJE
Sinjalet dixhitale përfaqësojnë informacionin duke përdorur një grup të vogël të gjendjeve të
dallueshme sesa ndryshimin e vazhdueshëm të një vale. Në vend të radios FM, ku ndryshimet në
frekuencë përkthehen saktësisht në ndryshime në tingull, radioja dixhitale i ndien të dhënat pjesë
për pjesë, dhe gjithçka montohet sërish në skajin e marrjes. Meqenëse gjendjet e ndryshme të
sinjalit mund të jenë më të dallueshme, ato janë shumë më pak të ndjeshme ndaj zhurmës.
Një ndryshim i madh është më i lehtë për tu dalluar sesa një i vogël, edhe kur ai shtrembërohet.
Kodi Morse, me pikat, vizatimet dhe hapësirat e tij, ishte një sistem i hershëm i komunikimit dixhital.
Por, do të duhej ardhja e kompjuterëve që sinjalizimi dixhital të ngrihej vërtet. Dhe ishte puna e
Shannon që lejoi shkencëtarët e kompjuterit dhe inxhinierët elektrikë të gjenin mënyra të kodimit
të llojeve të ndryshme të informacionit në terma të 1s dhe 0s, atë që ne tani e quajmë kod binar.
Sinjalet dixhitale kanë ardhur të formojnë bazën e llogaritjes, dhe çdo formë të të dhënave
që lidhen me të. Të gjitha këto përdoren edhe sot.
Sigurisht, ne vetëm sa kemi skremuar sipërfaqen. Përpunimi i sinjalit mbivendoset me disa sfida
serioze teknike. Ekziston detyra e kodimit në të vërtetë të llojeve të ndryshme të informacionit si
sinjale, dhe krijimi i kanaleve si linjat telefonike dhe routerët WiFi për t'i transmetuar ato. Dhe,
ekziston sfida e ndërtimit të pajisjeve që transmetojnë prodhimin përfundimtar, si monitorët e
kompjuterit dhe kufjet. Por, rezultati përfundimtar është që ju të mund të transmetoni video si kjo
me një klikim të një butoni, praktikisht kudo në botë. Unë mund të jem pak i njëanshëm, por unë
mendoj se është shumë mbreselenese.

14. FALEMINDERIT!