ما هو الشحن اللاسلكي، وهل هو عمليّ حقّاً؟

بات من الواضح أنّ مستقبل التكنولوجيا سيكون لاسلكيّاً بالكامل، الكثير من شركات الأجهزة الذكية قد قامت فعلاً بالتّخلي عن منفذ السماعات السلكية لدفع المستخدمين قدماً نحو العالم اللاسلكي كما أنّ جميع الأجهزة الذكية باتت تدعم الشحن اللاسلكي وهذا ما سنتحدّث عنه في هذا المقال، كيف يعمل الشحن اللاسلكي وهل يشكل بديلاً عملياً عن الشحن السلكيّ التقليديّ؟

يُمكّنك الشحن اللاسلكي من شحن بطاريات الأجهزة الإلكترونية دون الحاجة للتخبط في عالم الأسلاك والمقابس الكهربائيّة، كُل ما عليك هو وضع جهازك الذكي موجّهاً للأعلى على قاعدة الشحن ليبدأ الشحن بعدها مباشرةً، شريطة أن يدعم جهازك الذكي هذه الميزة طبعاً، وإن لم يكن داعماً لها هناك أغطية حماية يمكنك شرائها لتتمكن من شحن جهازك لاسلكياً، لكن يجب عليك البحث عبر الإنترنت لتتأكد من توافق جهازك مع الأغطية حيثُ أنّها ليست متوافقة مع كل الأجهزة أيضاً.

قبل الخوض بالتّفاصيل، دعونا نتحدّث عن بعض النقاط الفيزيائية الأساسيّة والتي قد تكون بديهية لك كقارئ لكنّها ضروريّة لفهم آلية الشحن اللاسلكي.

لنتحدّث أوّلاً عن التيار الكهربائي:

هناك نوعان من التيار الكهربائي: التيار المتواصل والتيار المتناوب أو المتبدل، وقد خاض العالمان توماس أديسون ونيكولا تيسلا نزاعاً طويلاً بسببهما، فقد كان أديسون مُتعصباً لاستخدام التيار المتواصل بينما أصرّ تيسلا على أنّ التيار المتناوب أكثر عملية ويجب أن يحل مكان التيار المتواصل.

وفي الحقيقة، إنّ استخدام التيار المتواصل في زمن أديسون وتيسلا كان منطقياً أكثر إذ أنّ استخدام الكهرباء في تلك الفترة كان مقتصراً على الإنارة، لكن تيسلا قد تمكن من الفوز في نهاية المطاف واليوم الكهرباء التي تصل إلى المنازل في كافة أنحاء العالم هي عبارة عن تيار متناوب، لكن بالمقابل فالأجهزة الكهربائية التي نستخدمها تحتاج تياراً متواصلاً، فلماذا لا يتُم توصيل تيار متواصل إلى المنازل مباشرةً عوضاً عن توصيله متناوباً ومن ثُمّ تحويله إلى متواصل لنتمكن من استخدامه في حياتنا اليوميّة؟

لفهم ذلك يجب أن نتعمق قليلاً في طبيعة التيار المتواصل والمتناوب، فباختصار شديد يمكنك التفكير بالتيار المتواصل وكأنه طريق باتجاه واحد إمّا للأمام أو للخلف، أمّا التيار المتناوب فهو بالاتجاهين بنفس الوقت وبتردد ستين هرتز أي أنّه يغير اتجاهه ستين مرة بالثانية، لذا إن وصلت مصباح كهربائي ببطاريات والتي بدورها تزود تياراً متواصلاً فإن المصباح سيسطع بشكل متواصل كون التيار يجري باتجاه واحد متواصل، أما إن وصلته في القابس الكهربائي مباشرةً أي بمنبع تيار متناوب فسيسطع ويطفئ ستين مرة بالثانية وهو ما يحدث في حياتنا اليوميّة إلّا أنّ عين الإنسان غير قادرة على ملاحظة ذلك.

من جهة أخرى، لا يُمكننا التحكم بجهد التيار المتواصل خلال نقله، أي أنّك لا تستطيع استخدام محولات لتعديل الجهد كما تريد، وبما أنّه متواصل فسوف يُؤدي إلى ارتفاع حرارة أسلاك النقل وتلفها بسرعة ما يتطلب أسلاك نقل ثخينة بشكل مبالغ فيه، أمّا نقل التيار المتناوب فيمكنك التحكم بجهده كيفما تشاء لذا فهو عملي أكثر للنقل عبر المسافات الشاسعة حيث ستتمكن من نقل تيار بجهد عالي جدا دون الحاجة لزيادة ثخن أسلاك النقل.

الآن لنتحدث عن الشحن اللاسلكي:

يعتمد الشحن اللاسلكي على ظاهرة التحريض المغناطيسيّ، وقد تُفاجأ أنّ هذا القانون اكتشفه العالم مايكل فاراداي في القرن التاسع عشر، ومن ثُمّ قام تيسلا بالاستفادة من القانون وانتهى بنقل الطاقة لاسلكيّاً لكن لنبتعد عن التاريخ ولنتحدث بشكلٍ عمليّ.

إنّ الطاقة الكهربائية والمغناطيسيّة مترابطتان بشكل وثيق، بحيث يمكن للكهرباء توليد حقل مغناطيسي والعكس صحيح أيضاً، وهذا بالضبط ما توصّل إليه فاراداي.

هل تتذكر عندما كنت في المرحلة الابتدائية، كان هناك تجربة فيزيائية تقوم فيها بلفّ سلك نحاسي حول مسمار معدني ومن ثُمّ توصيل طرفي السلك ببطارية فيحول المسمار إلى مغناطيس بسيط؟ تُمثّل هذه التجربة المثال الأبسط عن إمكانيّة إنشاء حقل مغناطيسي باستخدام الطاقة الكهربائيّة.

لكن كيف لحقل مغناطيسي أن ينتج طاقة كهربائيّة؟

لو أخذت وشيعة نحاسية ومن ثُم وصلتها بمقياس غلفاني لقياس شدة التيار الكهربائي المار فيها، ستجد المؤشر يقف على الصفر وهو أمر طبيعي فلا مصدر طاقة يمر بالسلك، ولو أحضرت مغناطيس ووضعته في الحلقة ستجد أن القيمة مازالت صفراً بينما لو قُمت بتحريك المغناطيس للأمام والخلف ستجد أن مؤشر المقياس ينحرف يمنةً ويسرةً بشكل موافق لحركة المغناطيس، فما سبب ذلك؟

يمتلك المغناطيس حقل مغناطيسي يخترق الوشيعة عند اقتراب المغناطيس منها، وبشكل مجازي عندما يتحرك المغناطيس يتحرك ذلك الحقل وتتغير علاقته مع الوشيعة ما يخلق حقلاً مغناطيسيّاً متغيراً، يولد الحقل المغناطسي المتغير حقلاً كهربائياً في الوشيعة ما ينتهي على شكل تيار كهربائي متناوب الأمر الذي يفسر تبدل جهة المؤشر.
الخلاصة أنّه عند حدوث تغير في علاقة الحقل المغناطيسيّ مع الوشيعة يمكن أن يتولد تياراً متناوباً، أما عند ثبات واستقرار علاقة الحقل المغناطيسي بالوشيعة فلا يمر تيار أبداً.

من جهة ثانية، لو أخذت حلقة معدنية ولففت على جانبيها سلكين معزولين ومن ثُم وصلت طرفي السلك الأول ببطارية والسلك الثاني بمقياس غلفاني، فستلاحظ انحراف لحظي في المؤشر مرة لحظة وصل البطارية ومرة أخرى لحظة فصلها، وهذا دليل على مرور تيار لحظي في السلك الثاني لحظة فصل ووصل البطارية.

أي انّ توصيل البطارية قد ولد حقلا مغناطيسياً في السلك الأول وأثر هذا الحقل على السلك الثاني مولداً فيه طاقة كهربائية لحظيّة، لكن كيف حدث ذلك؟ فالبطارية تعطي تياراً متواصلاً ما يعني أن الحقل المغناطيسي في السلك الأوّل هو حقل مغناطيسي ثابت وكما قلنا يجب أن يكون الحقل المغناطيسي متغيراً لنتمكّن من توليد طاقة كهربائية، فمن أين جاء هذا التيار اللحظي عند فصل ووصل البطارية؟

عند لحظة وصل البطارية تزداد شدة التيار في السلك قبل أن تصل لحدها الأعظمي، وعند فصل البطارية تتناقص شدة التيار في السلك تدريجياً أي في لحظات التغير التدريجي فقط في شدة التيار يكون الحقل المغناطيسي في السلك متغيراً وهذا سبب مرور تيار لحظي في السلك الثاني، أمّا عند ثابت شدة التيار فيعود الحقل المغناطيسي منتظماً ويتوقف مرور الكهرباء في السلك الثاني.

هذا هو تفسير حادثة التحريض المغناطيسي، الآن لنوظف ما شرحناه في تجربة الحلقة المعدنية لشرح مكونات الشاحن اللاسلكي:

تماماً كما في التجربة يحتاج الشحن اللاسلكي لملفين نحاسيين الأولّ موجود في قاعدة الشحن وموصول بمصدر الطاقة (المأخذ الكهربائي) ويُسمّى الملف المرسل، أما الملف الثاني فهو موجود وراء الزجاج الخلفي من جهازك المحمول ويسمى الملف المستقبل ومهمته التداخل مع الملف المرسل وتوليد الكهرباء.

عند توصيل قاعدة الشحن بالمقبس الكهربائي فأنت تزود الملف المرسل بتيار متناوب، وبما أنّه يغير من اتجاهه ستون مرة بالثانية فسيتولد في الملف المرسل حقلاً مغناطيسيّاً متغيراً وهو بالضبط ما نحتاجه لبدأ عملية التحريض المغناطيسي.

الآن عندما تضع جهازك على قاعدة الشحن يصبح الملف المستقبل قريباً كفاية من الملف المرسل ليتداخل مع الحقل المغناطيسي المتغير ما يُسبب توليد تيار متناوب في الملف المستقبل في جهازك، لكن كما ذكرنا التيار المتناوب لا يستطيع تشغيل الأجهزة الإلكترونية، لذا فإنّ الملف المستقبل مزود بدارة إلكترونية تحول التيار المتناوب إلى متواصل لتتمكن من شحن بطاريتك مجدّداً.

ميزات الشحن اللاسلكي:

تُمكنك التقنيات اللاسلكية التخلص من استخدام الأسلاك وشحن جهازك بأريحيّة تامّة، كما أنّ التقليل من استخدام كابل الشحن سيطيل من ديمومته وستحمي منفذ شحن الجهاز من التلف كونك لن تستخدمه كثيراً أيضاً.
لن تقلق بعد اليوم في حال نسيت شاحنك السلكي في المنزل، إذ مع الانتشار الواسع لهذه التقنية ستتمكن من شحن جهازك في كل مكان على أي شاحن لاسلكيّ.

سلبيات الشحن اللاسلكي:

إنّ تقنيات الشحن اللاسلكي ما تزال حديثة العهد لذا من الطبيعي أن نلاحظ سلبيات كثيرة لكننا واثقين أنّه سيتم تلافيها مع الوقت.
لن تتمكّن من استخدام جهازك خلال الشحن، إذ يجب عليك وضع الجهاز بشكل مستوي وملاصق لقاعدة الشحن، لكن هناك شواحن تمتاز بتصميم يمكنك من شحن جهازك بشكل مائل لتتمكن من استخدامه خلال الشحن.

هناك الكثير من الطاقة التي تهدر خلال عملية الشحن اللاسلكي، وعلى الرغم من أنّ الشواحن الحديثة تحقق مردودية عالية في الشحن لكن مع ذلك يبقى هناك نسبة طاقة مهدورة.
ستلاحظ خلال الشحن ارتفاع حرارة جهازك أكثر من الشحن السلكيّ، كما أنّ المردودية المنخفضة إن جاز التعبير يجعل من عملية الشحن اللاسلكي أبطأ بشكل ملحوظ من الشحن التقليديّ، لذا إن رغبت بشحن جهازك وكنت في عجلة من أمرك فالشحن اللاسلكي ليس الخيار الأفضل.

Qi وPMA:

هناك العديد من معايير الشحن اللاسلكي والتي يتم اختيار أحدها عند تصنيع أي شاحن، وفي الوقت الراهن يعد معياري Qi وPMA الأشهر على الإطلاق، وفي الحقيقة كلا المعيارين يعتمدان على التحريض المغناطيسي وملف مرسل وآخر مستقبل، والفروقات بينهما تكمن في تردد الإرسال وبروتوكولات الاتصال التي يستخدمها كل معيار للتواصل وتحديد الجهاز المشحون إذ أن جهاز يدعم Qi لا يُمكن شحنه على شاحن PMA والعكس صحيح.

كُل معيار تدعمه مجموعة كبيرة من الشركات، وفي الحقيقة معيار Qi أو تشي كما يُلفظ هو المهيمن إذ أنّ الغالبية الساحقة من الأجهزة المحمولة تستخدم هذا المعيار، حتّى أنّ آبل عندما دخلت عالم الشحن اللاسلكي قررت استخدام Qi عوضاً عن استخدام PMA.

لكن بالمقابل فإنّ معيار PMA حاضر وبقوة، إذ أنّ مقاهي ستاربكس تستخدمه في منصات الشحن اللاسلكية في محالّها وبما أنّ معظم الأجهزة الحديثة تأتي بمعيار Qi قامت بإرسال تحديثات للشواحن لتتمكن من شحن أجهزة Qi أيضاً لاسيّما وأن آبل أعلنت تبنيها لمعيار Qi.
المثير للاهتمام أنّ سامسونج عندما أعلنت عن أجهزة S6 وS6 Plus -والتي كانت الأجهزة الأولى من الشركة التي تدعم الشحن اللاسلكي- حملت تلك الأجهزة معياري Qi وPMA في نفس الوقت.

نأمل في المستقبل أن يتم توحيد هذين المعيارين ضمن معيار عالمي موحد بحيث تعمل كل الشركات سويّةً لتطوير هذه التقنية وجعلها أكثر تطوراً وعمليّةً مع الوقت.