برای نشان دادن اعداد در ساعتهای دیجیتالی ،چراغ راهنما، ماشین حساب ، ترازوی دیجیتالی و...از یک قطعه به نام seven segment یا هفت قسمتی استفاده می کنند .که اغلب به رنگ سبزو قرمزهستند. این قطعه در واقع یک IC است که دارای هفت LED (دیود نورانی) می باشد وروشن یا خاموش بودن این LED ها اعداد را به ما نشان میدهد . همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید اگر هرکدام از این هفت قسمت را با حروف a b c d e f g در جهت عقربه های ساعت نام گذاری کنیم، آنگاه مثلا برای نمایش عدد"1" کافیست که فقط حرفهای b وc روشن بشوند:



حال به مدار زیر دقت کنید:




اگر شما در ورودی مدار یکی از ارقام 0تا 9 را وارد کنید ، seven segment عدد شما را به صورت دیجیتالی نمایش می دهد .
ابتدا معادل دودویی (باینری ) عدد خود را بدست آورید .مثلا :

معادل باینری 8 ، 1000 می باشد .

عدد دودویی خود را از راست به چپ به ترتیب با A و B و C و D
نام گذاری می کنیم رقم A ،کم ارزش ترین ورقم D با ارزش ترین رقم است .
ما نیاز به یک IC با شماره 7447 داریم . پایه های ورودی آن مربوط به قرار دادن معادل دودویی عدد ما است .خروجی های ان نیز مانند شکل به ورودی های seven segmentمتصل می گردند .
پایه های A,B,C,D را به چهار سوئیچ متصل می کنیم .قرار گرفتن سوئیچ ها در وضعیت بالا وپایین ، صفر ویک بودن رقم مارا مشخص می کند .
IC 7447 ،یک دیکدر BCD به هفت قسمتی نام دارد این دیکدر یک عدد دهدهی به فرم BCDرا دریافت نموده وکد هفت قسمتی مربوط به آن را تولید می کند.
مدارات زیاد دیگری نیز وجود دارند که کارهای مختلفی را انجام می دهند . مثلا مداری که از عدد دلخواهی شروع به شمارش می کند ویکی یکی کم می کند تا به صفر برسد(تایمر).یا مداری که از صفر شروع به شمارش می کند ویکی یکی اضافه می کند و دارای کلید شروع و توقف می باشد (کرنومتر).

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

سیم پیچ

سیم پیچ به طور ساده یک سیم هادی معمولی است که پیچانده شده است . مقاومت اهمی سیم پیچ را در اغلب موارد می توان صفر فرض نمود و بنابر این با عبور جریان dc سیم پیچ مانند یک هادی عمل کرده و عکس العملی ندارد . (ولتاژ دو سر آن صفر است) اما چنانچه جریان عبوری بخواهد تغییر نماید . سیم پیچ با تغییر جریان مخالفت نموده و این مخالفت به صورت ایجاد ولتاژی به نام ولتاژ القائی بروز نماید. و اصولاَ این خاصیت خودالقائی سیم پیچ می نامیم.
هرگاه از سیمی جریان عبور کند اطراف سیم میدان مغناطیسی ایجاد می شود . در سال 1824 دانشمندی به نام اورستد دریافت که هرگاه قطب نمائی به سیم حامل جریان نزدیک شود عقربه منحرف می شود . و اثبات این موضوع است که اطراف سیم حامل جریان میدان مغناطیسی وجود دارد . تجمع براده ها در نزدیکی سیم بیشتر بوده به این معنی که شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده در نزدیکی سیم بیشتر است . و هر چه از سیم دورتر شویم میدان مغناطیسی ضعیف تر می شود.

عمل موتوری

در جلوی سیم حامل جریان میدان مغناطیسی جریان مزبور با میدان مغناطیسی دائم در خلاف جهت بوده و در پشت سیم میدان های مزبور هم جهت هستند بنابر این در پشت سیم یک میدان قوی و در جلوی سیم یک میدان ضعیف بوجود می آید . اختلاف شدت میدان در دو طرف سیم باعث می گردد تا بر سیم حامل جریان نیروئی به سمت بالا وارد شود . امتداد نیروی مزبور عمود بر صفحه ای است که امتداد جریان و میدان مغناطیسی دائم بوجود می آورند و جهت آن در جهتی است که سیم را از میدان قوی تر به سمت میدان ضعیف تر حرکت دهد ، تا تعادل در دو طرف سیم برقرار گردد.پدیده مزبور اساس کار همه موتورهای الکتریکی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می نماید.

عمل ژنراتوری

عکس پدیده مزبور یعنی موتوری عمل ژنراتوری است . به همان ترتیبی که بر سیم حامل جریان در یک میدان مغناطیسی نیرو وارد می شود . چنانچه یک سیم هادی را در یک میدان مغناطیسی به نحوی حرکت دهیم که خطوط قوای مغناطیسی را قطع نماید تولید جریان می شود که به آن جریان القائی گویند.

شارژ و دشارژ

همانند خازن سیم پیچ هم قابلیت شارژ و دشارژ دارد. با این فرق که انرژی در سیم پیچ به صورت الکترو مغناطیسی ذخیره می شود. در صورتی که انرژی ذخیره شده در خازن از نوع الکترواستاتیکی است.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

مبدلها یا حس کننده ها

مبدلها یا حس کننده ها اولین طبقه یک سیستم اندازه گیری را تشکیل میدهند در واقع عمل تبدیل کمیتهای فیزیکی مختلف به سیگنال الکتریکی را انجام میدهد. سنسوری که در مقابل اکسیژن یا هیدروژن عکس العمل نشان میدهد سنسور گاز است.

حس گرهای گازی

اهداف این تلاش بر پایه توسعه یک سری از حسگرهای گازی حساس/ مشخص/ قابل حمل و پردوام بنا شده . اصول کار اساسا بر این سه مقوله تمرکز دارد که ردیابهایی برای مواد سلاح شیمیایی از قبیل سارین وسومان . ردیابهایی برای مواد منفجره از قبیل /تی ان تی / دی ان تی / و حسگرهایی برای نمایش کیفیت محیط زیست هوا / ردیاب برای ملکولهای از قبیل ( مواد فرار حیاتی ) / منواکسید کربن / دی اکسید کربن / اکسیژن و هیدروکربنها ساخته شود . در این رابطه تلاش بر این نیز است که حسگرهایی را که آلاینده کنان آب در محیط زیست را تشخیص میدهند از قبیل کرومیوم را توسعه داد.

پایه گذار

اداره تحقیقات علمی نیروی هوایی و بنیاد علمی ملی .

مواد

یک یا چندین لایه از ( اس-آی ) پر از خلل و فرج را بوسیله تیزاب کاری الکتروشیمیایی کریستالی ( اس-آی ) در محلول آناتولی ( اچ-اف ) بدست می آید چند لایه که شکل گروه شیارهای فوتونیک که ساختار بسیار ریز حفره ای دارند ساخته می شوند . چون آنها پر از خلل و فرج هستند/ برشها شامل گاز و مایعات هستند . از تغییرات مشخصه ای درنتایج انعکاسات طیفی چشمی می توان به عنوان عناصر حس کننده حساس استفاده کرد. تجزیه و تحلیل مشخص کننده به وسیله تطابقات شیمیایی بدست می آید .

توصیف و تکنیک

بر اساس تجزیه و تحلیل کافی بدست آمده / یک تغییر در طول موج فابری-پروت یا ساختار ارتعاش نوری کریستال اتفاق می افتد.
فیلمی با سرعت بالا از یک حس کننده کریستالی نوری ساخته شده از یک برش سیلیسیوم پر از خلل و فرج با ساختار فوق العاده ریز ( نانو متر ) / در عکس دیده می شود . فیلم / ردگیری یک شبیه سازی برای مواد سلاح شیمیایی ( آستون ) که یک برش پر از منفذ سلیسیوم با ساختار نانومتری را بکار گرفته است نشان میدهد . این همان ماده ای است که ما برای توسعه روی تراشه عصب حس کننده ماده سلاح سارین و انواع آلاینده های صنعتی و سمی استفاده می کنیم . عنصر حسگر از یک گروه شیار فوتونیک چند لایه تشکیل شده که ساختار آن شامل لایه های سیلیکون پر از خلل و فرج خیلی زیاد تشکیل شده . مسیر حسگر سیلیسیوم پر منفذ طوری طراحی شده که در حضور هوا سبز باشد و در معرض مواد شیمیایی به رنگ قرمز در بیاید . در تولید تراشه های کامپیوتری که از همین مواد درساختارشان استفاده می شود ما امیدواریم هزاران مسیر مینیاتوری حسگر روی یک تراشه سیلیکون به اندازه یک مربع تولید کنیم که اجازه تشخیص سریع انواع گوناگون سمهای شیمیایی را به ما بدهد .

حسگر مینیاتوری کروماتوگرافی گاز :
حس سر وقت / به موقع شیمیایی برای صنعت و تقاضای دولت

کاربردها

- حس کردن آلوده کننده ها به موقع و به جا
- حس کردن گازهای سمی در محیطهای صنعتی
- وسایل محافظ برای موقعیت های بالقوه سلاحهای شیمیایی
- تجزیه و تحلیل پیگیری شیمیایی

کروماتوگرافی میکروماشینی شده

ما به کوچکترین حسگر کروموتوگراف گازی درجهان با به کار گرفتن استوانه موئین میکروماشینی / تزریق کننده نمونه و ردیاب دسترسی پیدا کرده ایم . حسگر به اندازه یک تلفن و یا حتی کوچکتر خواهد بود . تشخیص در طول مدت یک یا دو دقیقه انجام خواهد شد . نمونه های شیمیایی گاز یا مایع خواهند بود . نتیجه هدف یک در میلیارد

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

تقویت کننده های عملیاتی به اختصار آپ امپ نامیده می شو ند.و به صورت مدار مجتمع در دسترس می باشند.این تقویت کننده ها از پایداری بالایی برخوردارند.، و با اتصال ترکیب مناسبی از عناصر خارجی مثل مقاومت،خازن،دیود و غیره به آنها،می توان انواع عملیات خطی و غیر خطی را انجام داد.


از ویژگیهای اختصاصی تقویت کننده های عملیا تی ورودی تفاضلی و بهره بسیار زیاد است.

این المان الکترونیکی اختلاف میان ولتاژهای ورودی در پای های مثبت و منفی را در خروجی با تقویت بسیار با لایی آشکار می سازد.حتی اگر این اختلاف ولتاژ کوچک نیز باشد.،آنرا به سطح قابل قبولی از ولتاژ‌ در خروجی تبدیل می کند.به شکل مداری این المان در زیر توجه کنید.

این المان همواره دارای دو پایه مثبت و منفی در ورودی،این دو پایه ورودی مستلزم یک پایه در خروجی هستند.
پایه ورودی مثبت را در اصطلاح لاتین noninverting و پایه منفی را inverting می گویند.

نحوه عملکرد op_amp

این المان بسته به وضعیت پایه های ورودی و خروجی دارای شرایط و عملکرد متفاوتی خواهد شد که در زیر به توضیح راجب این وضعیت ها می پردازیم.


اگر inverting > noninverting باشد.خروجی به سمت منفی VSS اشباع می شود.منظور از منفی VSS مقدار منفی ولتاژ تغذیه آیسی است. مثلا اگر ولتاژ ورودی 5 ولت باشد و ورودی پایه منفی دارای ولتاژی بزرگتر از ورودی پایه مثبت باشد.خروجی به سمت منفی 5 ولت به اشباع می رود.


اگر inverting < noninverting باشد.خروجی به سمت مثبت VSS اشباع می شود.مثلا اگر تغذیه آیسی 5 ولت باشد.و ورودی پایه مثبت دارای ولتاژی بزرگتر از پایه منفی باشد.خروجی به سمت مثبت 5 ولت به اشباع می رود.به شکل توجه کنید این شکل گویای همه مطالب است.همانطور که مشاهده می کنید.،هر جا که اختلاف ولتاژ ورودی مثبت باشد.خروجی به اشباع مثبت VSS می رود.و همچنین هر جا که اختلاف ولتاژ ورودی منف با شد خروجی به منفی VSS می رود.
منظور از اختلاف ولتاژ ،اختلاف بین ورودی مثبت از منفی است.

بدون قرار دادن فیدبک از خروجی به ورودی، ماکزیمم اشباع در خروجی با کمترین اختلاف ولتاژ‌ در پایه های مثبت و منفی ورودی بوجود می آید.در این حالت مدار شما بسیار نویز پذیر است.

در حالت ایده آل منظور حالت غیر عملی است.،در این حالت op-amp ها دارای مقاومت ورودی بی نهایت تقویت سیگنال ورودی در خروجی به صورت بی نهایت و مقاومت خروجی صفر هستند.

در حالت واقعی گین یا تقویت بین ولتاژ های مثبت و منفی ورودی محدود می شود.

بین پایه های ورودی و خروجی آپ امپ جریانی وجود ندارد.و این تنها ولتاژ ورودی است که خروجی را کنترل می کند.

استفاده از فیدبک در آپ امپ

با استفاده از فیدبک می توانید میزان تقویت ولتاژ های ورودی در خروجی را تعیین کنید.فیدبک می تواند.،از خروجی به هر یک از پایه های مثبت و منفی صورت گیرد.در آپ امپ اغلب فیدبک از خروجی به پایه منفی صورت می گیرد این نوع فیدبک را فیدبک منفی یا negative feedback می نامند.
با استفاده از فرمول زیر می توانید. میزان تقویت یا گین(gain) را در این نوع از فیدبک به راحتی محاسبه کنید.

در فرمول فوق Rf همان مقاومت فیدبک است.که در شکل زیر با نام R2 و از خروجی به پایه منفی ورودی زده شده است.منظور از Rin نیز مقاومت ورودی است.،که در شکل زیر با نام R1 می باشد.

بنابر فرمول فوق اگر Rf برابر صفر باشد دیگر تقو یتی وجود ندارد.،و GAIN برابر یک می شود.در این حالت ولتاژ خروجی برابر ولتاژ ‌ورودی است.در این وضعیت آپ امپ تنها به صورت یک بافر مجزا کننده یا ISOLATE کننده جریان ورودی از خروجی عمل می کند.شکل زیر نشان می دهد چگونه خروجی بدون استفاده از مقاومت به پایه منفی ورودی فیدبک زده شده است.

آپ امپ در حالت مقایسه گری یا Comparator

در این حالت کوچکترین اختلاف بین ولتاژ های ورودی تقویت شده و در خروجی نمایان می شود.
در این وضعیت خروجی زمانی high یا سوییچ می شود.که مقدار ولتاژ‌ در پایه inverting یا منفی به سطح ولتاژ‌ در پایه noninverting یا مثبت برسد.این ولتاژ در شکل زیر برابر vref است.
از این نوع مدار جهت مقایسه ولتاژ های ورودی به خصوص در سنسورها استفاده می شود.
در این مدار به جای مقاومت R2 می توانید از پتانسیومتر جهت تعیین ولتاژ‌ Vref و تنظیم آن به صورت دلخواه استفاده کنید.

 

تقویت کننده مستقیم (noninverting amplifier)

در این حالت ورودی منفی یا inverting توسط مقاومت R1 زمین می شو د.و فیدک نیز از خروجی توسط مقاومت R2 به ورودی منفی فیدبک داده می شود.در این حالت خروجی کاملا هم فاز با ورودی خواهد بود.

تغذیه Op-Amp

در بعضی موارد Op-Amp ها نیاز به دو منبع تغذیه مثبت و منفی دارند.
اگر ما مایل باشیم که تنها از خروجی مثبت آپ امپ استفاده کنیم.در واقع منظور ولتاژ های مثبت در خروجی است.در این حالت می بایست منفی Vss را به زمین متصل کنیم.ولتاژ‌ مثبت را تنها به پایه تغذیه مثبت وصل کنیم.
در این حالت شما بایستی از دو باطری یا از یک منبع تغذیه دوتایی مثبت و منفی استفاده کنید.
در لینک زیر می توانید.یک مدار ساده تغذیه دوبل را تجربه کنید.
تغذیه دوبل 5 ولت

نکاتی راجب به Op-Amp

هیچگاه تغذیه مثبت و منفی آپ و امپ را به صورت معکوس وصل نکنید.،با این کار Op-Amp خواهد سوخت.
تغذیه ورودی های مثبت و منفی می بایست.از مقادیر ورودی در پایه های inverting و noninverting بیشتر باشد.سیگنال های ورودی و خروجی را توسط خازنهای 1.0ufتا 0.1uf زمین کنید تا از تاثیر نویز در مدار خود جلوگیری کنید.

در حالت ایده آل آپ امپ ها دارای مقاومت ورودی بالا و در نتیجه جریان ورودی در حد صفر و مقاومت خروجی صفر می باشند.همچنین در این حالت ولتاژ‌ در ورودی های مثبت و منفی با یکدیگر مساوی هستند.
 

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

۱- كابل هاي فشار ضعيف و متوسط     
     بيش از 90% كابلهاي جريان زياد داراي عايقي از كاغذ آغشته به روغن مي باشند . 
    بدین معني كه سيمها با نوارهاي كاغذي باند پيچي شده و سپس به نوعي از روغن معدني غليظ اغشته مي شوند.
     چنين كابلي را كه ما در اين كتاب " كابل كم روغن " 1 مي ناميم از 1 تا 60 هزار ولت ساخت و نرم شده اند
2 . سيم كابل از مس المينيوم است و مي تواند يك لا يا چند لا ( طنابي ) باشد .سيم هاي چندلا نرم تراست وقابليت انحناي آن نيزنسبت به كابل باسيم يك لابيشتراست.
سيم هاي طنابي به مقطع گردوبخصوص دركابل  هاي سه سيمه وچهارسيمه از 1تا 10 هزارولت بشكل سكتوروبيضي نيزساخته مي شوند.
كاغذ بصورت نوارباريك به ضخامت 1/0تا 15/0 ميليمتر به شكل مارپيچي روي سيم پيچيده مي شود پيچيده مي شود وقبل ازاينكه كاغذآغشته به روغن شود ، سيم عايق شده رادرخلاء وحرارت زيادبا دقت خشك مي كنند ودرهمين حالت سيم عايق شده ازداخل منبع روغن بادرجه حرارت   C 120-110 عبورداده مي شود. درنتيجه روغن كه دراين درجه حرارت بسيار سيال است درداخل كاغذنفوذكرده وتمام خلل وفرج كاغذراپرمي كند .
دردرجه حرارت معمولي روغن كابل تقريبا سفت است
ونمي تواند درداخل كابل مثلا بعلت پستي وبلندي مسير كابل جريان پيداكند. براي جلوگيري ازنفوذ رطوبت بداخل كابل ،سيم عايق شده بايك غلاف فلزي پوشانده مي شود وبه همين جهت دوانتهاي كابل نيز باسركابل مخصوصي مقداركمي آنتيمون وروي مخلوط دارد. اين اضافات باعث مي شوندكه سرب قدري سخت ترشده وپايداري واستقامت آن درمقابل خورندگي وكروزيون بيشترشود.دربعضي از كابل ها بجاي سرب از غلاف آلومينيومي بدون درز استفاده مي شود. مشكل ساختماني اين نوع كابل دردرجه حرارت زياد ذوب آلومينيوم است .
كابل هاي باغلاف آلومينيومي بخوبي كابل هاي سربي خم نمي شوندوانعطاف پذيرنيستند ولي درعوض به مراتب سبكترازكابل هاي سربي هستند. غلاف آلومينيومي بايددرمقابل كروزيون وخورندگي بخوبي حفاظت شود. اين موضوع براي غلاف سربي نيز نيزصادق است، مگراينكه كابل درمكان كاملا خشك (لوله هاي بتوني خشك) ويادرداخل ساختمان كشيده شود. غلاف كابل علاوه براينكه تحت تأثيرعوامل شيميايي قرارمي گيرد، به علت جريان هائي كه اززمين عبورمي كند ،تحت تأثيرعوامل الكتروليتي نيزواقع مي شوند.لذا بايدكابل از نظرالكتريكي نيزعايق باشد به همين جهت غلاف سربي توسط كاغذ قير اندودشده بانداژ مي شودوروي آن راباموادي شبيه قيروگوني مي پوشانند.
كابلهائي كه به طورآزاد درزيرزمين كشيده مي شوند همگي تحت تأثيرنيروي مكانيكي سطحي نيز قرارمي گيرندكه باعث فرورفتگي هائي دركابل استقامت الكتريكي كابل در اين نقاط تنزل مي كند . لذا اينگونه كابلها كه بايد فشارهاي خارجي را نيز تحمل كنند شامل زرهي از تسمه هاي فولا دي مي شود و بهمين جهت بنام كابلهاي زرهي معروف هستند زره فولادي نيز براي جلوگيري از زنگ زدگي و خورندگي با قشري ازقيروگوني ويا مواد مصنوعي p   v c پوشانده مي شود كابلهايي كه تحت كشش زياد نيز قرار ميگيرند 0(مثل كابل هايي كه در معادن زيرزميني به كار برده مي شوند و يا كابل هايي كه از رودخانه و يا درياچه ميگذرند )بازره فولادي از تسمه هاي.باريك –مفتول هاي گرد و يا پروفيل پوشانده مي شوند .شكل 1 مقطع يك كابل سه فاز را باسيم گرد و سيم سكتوري نشان مي دهد .
 

 
سه رشته سيم پس از عايق شدن در ضمن اينكه اطراف خالي ان با الياف كنفي يا پنبهاي پر مي شود بصورت طناب بهم پيچيده مي شود و مقطع دايره اي شكل پيدا مي كند . براي جلوگيري از باز شدن وريختن اليافها ودر ضمن آماده كردن كابل دور آن را با چند لا نوار كاغذ بصورت كمربند باند پيچي مي كند و بخاطر همين باند كاغذي كمربندي اين نوع كابل بنام"كابل كمربندي"معروف است.
كابل هاي كمربندي با رشته سيم هاي سكتوري داراي قطر كمتري نسبت به كابل هاي با رشته سيم دايره اي شكل هستند بهمين جهت سبكتر و قابليت انحناي انها نيز بيشتر است.ولي به خاطر اينكه حوزه الكتريكي اطراف ان غيريكنواخت است نمي توان در اختلاف سطح هاي زياد نيز از ان استفاده كرد و بهمين جهت فقط در كابلهاي تاولتاژ KV10 از مقطع سكتوري استفاده ميشود .
در گذشته كه هنوز كابل هاي با عايق مصنوعي (PVC)رواج پيدا نكرده بود از كابلهاي كمر بندي چها رسيمه براي توز يع برق شهري با اختلاف سطح 220-380 ولت نيز استفاده مي شد.
شكل 2 چنين كابلي را در مقطع نشان مي دهد .
 
 

در ضمن بهتر است از غلاف الومينيومي كابلها به عنوان سيم چهارم يا سيم صفر بخصو ص در شبكهاي شهري كه هميشه از سيم صفر جريان مي گذرد استفاده نشود زيرا مشخص نيست كه ارتباط غلاف با موف هاي موجود در مسير كابل به  نحو كاملا"مطمففئني انجام گرفته شده باشد .شكل 3 طرز تقسيم حوزه الكتريكي كابل كمر بندي را در لحظه اي كه ولتاژ سيم Tصفر است و ولتاژ R,وSبرابر مختلف الجهت  هستند نشان مي دهد .
چنان چه ديده مي شود حوزه الكتريكي سيمها اولا" از عايق اصلي سيمها خارج شدهو تا غلاف سربي ادامه پيدا مي كند . لذا مواد پر كننده كابل كه از استقامت الكتريكي خوبي بر خوردار نيستند نيز تحت تاثير فشار الكتريكي قرار ميگيرند .
بخصوصي منطقه ما بين سيمها كه در شكل با Zمشخص شده است و نمي تواند از مواد عايق خوب پر شود داراي شدت حوزه بسيار قوي مي باشد .
 
در ثاني خطوط حوزه در عايق كاغذي سيمها نيز از حالت شعاعي كه عمود بر سطح ورقهاي كاغذ است خارج شده ودر بعضي از قسمتها حتي اين خطوط مماس بر سطح كاغذ عبور مي كند ودر قسمتهاي ديگر نيز داراي يك مولفه در سطح كاغذ خواهند بود.در نتيجه تفاوت پتانسيل در سطح لايه كاغذها نيز پيدا مي شود وچون استقامت الكتريكي در سطح كاغذ به مراتب كمتر از استقامت الكتنريكي ضخامت كاغذ است در نتيجه بين لايها ودر منطقه Zاين كابل در فشارهاي زياد تخلهء الكتريكي كه مقدمهء جرقه زدن وسوختن كابل است ايجاد مي شود.
بدين جهت كابل كمربندي را نمي توان براي فشار هاي زياد ساخت ودر نتيجه ساختمان اين كابلها به فشارماكسيموم تا KV20محدود مي شود.در سال 1913 باآشنايئ به شدت حوزه در كابل كمربندي و استقامت الكتريكي كاغذ در سطح و در عمق شخصي به نام هو خست پيشنهاد كرد كه هر يك از رشته سيمها پس از عايق شدن با ورقهء نازك فلزي پوشانده شود و سپس غلاف سربي به طريقي رويه سه كلاف كشيده شود كه با ورقهاي نازك فلزي در تماس باشد.
بابه كار بستن اين پيشنهاد كاغذهاي اطراف رشته سيمها فقط تحت تاثير حوزه هاي شعاعي يعني عمودبرسطوح كاغذ قرارمي گيرند ومؤلفه هاي سطحي ازبين مي رود ، درضمن تمام موادپركننده اطراف سيم هاي كابل بخصوص درمنطقه Z فاقدحوزه الكتريكي مي شود وديگراحتياج نيست باعايق خوب وباارزش پرشود.
  پيشنهاد هوخسنت باعث پيشرفت سريع صنعت كابل سازي وساختن كابل هاي فشارقوي شد. كابل هايي كه به اين طريق ساخته مي شوند كابل H معروفند.
  شكل زيرشدت حوزه رادريك كابل سه فاز ويك كابل H نشان مي دهد بعدها بخاطراينكه كابل هاي ضخيم باداشتن يك غلاف سربي داراي قابليت انحناي بسياركم است و
 

 
فرم دادن وخم كردن آن مشكل است ، لذا كابل هائي باسه غلاف سربي ساخته شدوبنام «كابل سه غلافه»معروف گرديد.شكل بعد يك چنين كابلي رادرمقطع نشان مي دهد . كابل سه غلافه تاولتاژ 60هزارولت ساخته مي شود .دركابل سه غلافه نيز بخصوص درولتاژهاي بالا ازكاغذ متاليزه H استفاده مي شود. دراينجا وظيفه كاغذH ارتباط برقراركردن بين كاغذ H وغلاف سربي است .درموقعي كه درجه حرارت كابل دراثرزياد بالا مي رود، حجم روغن داخل كابل زيادشده وبطور راديال (شعاعي) به غلاف سربي فشاروارد مي سازدوباعث انبساط آن مي شود. درموقع كم باري وسردشدن كابل حجم روغن كم شده ومجددا بطرف داخل فشرده مي شود. ولي چون غلاف سربي نمي تواند مجددا جمع شود ، بين عايق كابل درصورتيكه فاقد كاغذ H باشد وغلاف سربي فاصله هوائي (جدائي) بوجودمي آيد كه به علت 
 
نداشتن استقامت الكتريكي كافي باعث تخليه الكتريكي درزيرپوشش غلاف سربي مي شود،درصورتيكه ورقه نازك H بعلت تماس باغلاف سربي ، باآن هم پتانسيل است وفاصله هوائي كوچكي كه دراثرانبساط وانقباض روغن بدست مي آيد، نمي تواندباعث تخليه الكتريكي درآن مكان كه فاقداختلاف پتانسيل گردد.
 
   براي تعييين ضخامت عايق كابل كم روغن ، شدت حوزه دراطراف سيم KV/mm 5-2 درنظرگرفته مي شود. درصورتيكه استقامت الكتريكي حقيقي چنين كابلي درموقعي كه ازآن بارگرفته مي شود درحدود KV/mm 16 است ودرموقعي كه كابل را تادرجه حرارتي گرم كنيم كه درموقع بارنامي گرم شود، استقامت الكتريكي آن تغييرمحسوسي نمي كندوحتي چندين بارگرم وسردكردن متوالي كابل ،تأثيري روي استقامت الكتريكي كابل نمي گذاردبطوري كه اگرشدت حوزه الكتريكي KV/mm5-2 انتخاب شود ، مي توان گفت كه كابل باضریب اطميناني معادل با 5-3 كارمي كند ،شكل 6 استقامت الكتريكي كابل درزمان كوتاه مدت خيلي زيادودرحدود KV/mm60-50است كه به تدريج باازديادزمان اثراختلاف سطح،اين استقامت كم شده ودرحدود 100-50 ساعت به مقدار ثابت وپايدارKV/mm 116مي رسد.لذامي توان گفت كه استقامت كم شده ومي توان گفت كه استقامت دائمي كابل كم روغن KV/mm 16 ثابت است.

 

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

 

ساختمان : استاتور موتورهاي سنكرون از نظر ساختمان دقيقاً مشابه استاتور موتورهاي القايي است سيم پيچهاي سه فاز آن در داخل شيارهاي هسته آهني استاتور تعبيه شده كه وظيفه آنها ايجاد ميدان دوار در هسته استاتور است. روتور اين موتور به صورت يكپارچه يا از ورقهاي مغناطيسي ساخته مي شود و بر روي آن يك سيم پيچي جريان مستقيم به نام سيم پيچ تحريك نصب مي شود. جريان تغذيه سيم پيچي تحريك روتور، از طريق دو حلقه كه بر روي محور روتور نصب شده به وسيله جاروبكها تأمين مي شود و روتور اين موتورها عملا بصورت يك مغناطيس الكتريكي (چرخ قطب) رفتار مي كند كه تعداد قطبهاي روتور به اندازه قطبهاي سيم پيچي استاتور خواهد بود. طرز كار: هنگام وصل استاتور به شبكه سه فاز ، يك ميدان دوار كه سرعت آن متناسب با فركانس شبكه و تعداد قطبهاي استاتور است در آن بوجود مي آيد و سطح روتور را جاروب مي كند. قطبهاي روتور از طريق قطبهاي غير همنام استاتور جذب و لحظه اي بعد مجدداً اين قطبها به وسيله قطبهاي همنام استاتور دفع خواهند شد. پس ميانگين گشتاور صفر و روتور حركت نمي كند قطبهاي روتور به دليل سنگيني و اينرسي موجود در آن نمي توانند به سرعت همراه ميدان دوار استاتور بچرخند. پس بايد با يك وسيله كمكي (راه انداز) ابتدا سرعت روتور را به نزديكي سرعت ميدان دوار استاتور رساند تا روتور بتواند همراه ميدان دوار چرخش كند. سؤال: گشتاور راه اندازي اين موتورها چقدر است؟  روشهاي راه اندازي موتورهاي سنكرون. براي راه اندازي موتورهاي سنكرون سه روش اساسي مي توان به كار برد. 1-كاهش سرعت ميدان مغناطيسي استاتور: تا حدي كه روتور بتواند طي نيم سيكل چرخش ميدان مغناطيسي شتاب بگيرد و با آن قفل شود . اين كار را مي توان با كاهش فركانس منبع تغذيه انجام داد. 2- استفاده از يك گرداننده اوليه: كه سرعت موتور را تا حد سرعت سنكرون بالا ميبرد و با طي مراحل موازي  كردن ,   ماشين مثل ژنراتور روي خط آورده شود. پس از اين مراحل خاموش كردن با جدا كردن گرداننده اوليه ماشين سنكرون را تبديل به موتور خواهد كرد. 3- استفاده از سيم پيچ هاي ميرا كننده كه در انتهاي قطبين روتور نصب مي شود. در موتورهاي سنكرون سرعت حركت روتور در هر حال برابر با سرعت ميدان دوار استاتور خواهد بود و افزايش بار فقط عقب ماندگي روتور نسبت به ميدان را موجب مي شود.   اختلاف فاز اين دو ميدان Bs وBR همان زاويه گشتاور است كه از0 تا90 درجه تغيير مي كند. البته اگر افزايش بار بيش حد باشد.   موتور از حالت سنكرونيزم خارج خواهد شد كه اصطلاحا آن را ناپايدار مي ناميم ضمنا هنگام كار با سرعت سنكرون با تغييرات جريان تحريك امتداد جريان آرميچر و ضريب قدرت ماشين از حالت پس فازي به اهمي و پيش فازي قابل كنترل خواهد بود كه از اين خاصيت جهت اصلاح ضريب قدرت شبكه استفاده مي شود كه به موتورهاي سنكرون پر تحريك (كاردر حالت پيش فازي) خازن هاي سنكرون نيز گفته مي شود . (موتورهاي سنكرون در حالت كار پيش فازي كم تحريك هستند.) مدار معادل تكفاز موتور سنكرون بصورت زير مي باشد. آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

 

يك توپ را با ميله پلاستيكي و ديگر را ميله شيشه‌اي باردار كنيد سپس آنها را به هم بچسبانيد. گاهي دوبار ناپديد مي‌شوند و همديگر را از بين مي‌برند. براي بيان اين مساله مي‌توان از يك قانون رياضي مبني بر اينكه اگر حاصل جمع دو كميت صفر شود، يكي از آن دو مثبت و ديگري منفي است، استفاده نمود. طبق قرارداد به ميله پلاستيكي را بار منفي و ميله شيشه‌اي را بار مثبت نسبت داده‌اند.

بيان ساده اي از قانون بقاي بار

وقتي كه يك ميله پلاستيكي را با خز مالش مي‌دهيم، ميله بار منفي و خز بار مثبت پيدا مي‌كند. آزمايش را با دو جسم خنثي شروع مي‌كنيم، يعني مجموع بار آن دو برابر صفر است. بعد از مالش دادن ، يكي بار مثبت و ديگري بار منفي مي‌يابد كه باز هم بار كل برابر صفر مي‌شود. همچنين وقتي ميله‌اي بار مثبت بيابد، بار جسم پلاستيكي كه ميله شيشه‌اي را با آن مالش مي‌دهيم منفي مي‌شود.

هيچ كس نمي تواند يكي از اين دو بار را خلق كند، بدون آنكه همزمان ديگري را نيز توليد كرده باشد در يك چنين فرايندي مقدار كل بار تغيير نمي‌كند. اين مطلب بيانگر قانون بقاي بار الكتريكي است. اين قانون همانند قوانين پايستگي جرم و انرژي ، اندازه حركت خطي ، اندازه حركت زاويه اي و ... در فيزيك يك قانون بنيادي است.

قانون بقاي بار الكتريكي در اتم

همه اجسام داراي ذراتي با بار الكتريكي مثبت و منفي هستند. اين ذرات هماناتمهايي هستند كه جهان مادي را مي‌سازند. ابعاد اين اتمها از مرتبه آنگستروم است. چندين ميليون از اين اتمها ، در كنار هم ، چيزي در حدود يك نقطه نمايان مي‌شوند. هر اتم از لحاظ بار الكتريكي خنثي است، زيرا به تعداد مساوي بار مثبت و منفي دارد. بار مثبت اتم و تقريبا تمامي جرم آن ، در مركز آن ، يعني در هسته متمركز شده است. ابعاد هسته ده هزار برابر كوچكتر از ابعاد كل اتم است. هسته يك خوشه محكم به هم چسبيده متشكل از دو نوع ذره پروتونها و نوترونهاست.

تراكم جرم در اين ذرات غير قابل تصور است. يك تفاوت مهم بين پروتونها و نوترونها اين است كه پروتونها داراي بار الكتريكي مثبت بوده ولي نوترونها از نظر بار الكتريكي خنثي هستند. تعداد پروتونها هسته ، عنصر شيميايي را كه هسته به آن تعلق دارد، مشخص مي‌كند، با اين حال قسمت اعظم فضاي اتم خالي است، در ناحيه اطراف هسته تعدادي ذره با بار الكتريكي منفي به نام الكترون وجود دارد. جرم الكترون كم است، اما بار آن منفي و مقدارش برابر مقدار بار روي پروتون است. از اينرو در يك اتم خنثي تعداد الكترونها در فضاي اطراف هسته درست برابر تعداد پروتونها در داخل هسته است. الكترونها توسط نيروي جاذبه الكتريكي در نزديكي هسته به آن مقيد مي‌شوند.

مبادله بار و قانون بقاي بار الكتريكي

گاهي يك تماس ساده ميان اجسام ممكن است باعث شود كه تعدادي الكترون از يك جسم به جسم ديگر منتقل شود. وقتي ميله پلاستيكي با خز مالش داده مي‌شود، برخي الكترونها از خز به ميله پلاستيكي منتقل مي‌شوند. ممكن است تعداد الكترونهايي كه به ميله پلاستيكي منتقل مي‌شوند، در حدود
( 9 ^ 10 ) باشد كه ظاهرا زياد است. تعداد كل الكترونهاي موجود در ميله پلاستيكي در حدود 24 ^ 10 است.

در فلزات بستگي الكترونها به هسته ضعيف است و الكترونها مي‌توانند آزادانه در داخل ماده حركت كنند. چون بار به راحتي در داخل ميله فلزي به هم وصل نماييم، هر دو كره خنثي مي‌شوند. ماده اي كه بار الكتريكي را از خود عبور مي‌دهد رسانا ناميده مي‌شود. در جامدات ، فقط الكترونها مي‌توانند حركت كنند. اما محلول الكتروليت ، آب شور يا گاز داخل لامپ فلوئورسانس رساناهاي بسيار خوبي هستند. زيرا حاملين بار مثبت و منفي هردو تحت تاثير نيروي الكتريكي مي‌توانند آزادانه حركت كنند. در تمام فرايندهاي مبادله بار و انتقالات اخير قانون بقاي بار الكتركي به دقت ملاحظه مي‌شود. به عبارتي نحوه مبادله بار به توسط قانون بقاي بار صورت مي‌گيرد. در واكنشهاي شيميايي اين قانون همانند قانون بقاي جرم ظاهر مي شود و واكنش را از نظر الكتريكي مجاز مي داند كه در طرفين واكنش مجموع بارهاي الكتريكي برابر باشند

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

مقاومت الكتريكي و جريان در مدار

جريان الكتريكي در رساناي متصل به مدار بنابر قانون اهم از روي مقاومت رسانا و ولتاژ دو سر آن معين مي شود. براي يك ولتاژ معين ، هر چه مقاومت رساناي داده شده بيشتر باشد جريان كمتر است. مثلاً مقاومت لامپ هاي التهابي معمولي نسبتاًزياد است ( صدها اهم ). و از اين رو جرياني كه از آنها مي گذرد كم است (چند دهم آمپر) .

كوتاه شدگي مدار

اگر سيم ها را با اتصال فرعي به لامپ متصل كنيم. مدار فرعي با مقاومت بسيار كم بدست مي آيد. و جريان خيلي شديد مي شود. در اين مورد گفته مي شود كه مدار كوتاه بوجود آمده است. مدار كوتاه بطور عام هر اتصال كم مقاومتي در دو سر منبع جريان الكتريكي است. جريان هاي شديدي كه در مدار كوتاه ظاهر مي شود فوق العاده خطرناك هستند و به علت آنكه سيم ها شديداً گرم مي شوند براي منبع جريان بسيار زيان آورند.

محافظت سيم ها از كوتاه شدگي مدار

براي محافظت سيم ها از كوتاه شدگي مدار ، فيوز استفاده مي شود فيوز ها سيم هاي نازك مسي اند يا سيم هايي كه از فلزات زود گداخت مثل سرب ساخته شده اند. كه به طور سري به مدار حامل جريان متصل مي شوند. و طوري در نظرگرفته مي شوند كه اگر جريان از مقدار مشخص شده بيشتر شود ذوب مي شود. نمودار طرح وار زير طرز كار فيوز را شرح مي دهد وقتي كه سيم ها توسط تكه سيم مسي متصل شوند مدار كوتاه فيوز بطور سريع ذوب شده و مدار قطع مي شود.

ساختمان فيوز فشنگي با توپي پيچي

اين فيوز رايجترين نوع از فيوزهاست كه به كار برده مي شود. منشا اصلاح فيوزي به توپي چيني كه در سطح بيروني فيوز قراردارد، مربوط است، كه سيم با نقطه ذوب پايين در آن قراردارد. توپي مانند سرپيچ لامپ در سر پيچ پيچانده مي شود و پس در هر كوتاه شدن مدار تعويض مي شود.

معمولا ، يك فيوز يا دسته فيوزهايي به اتصال هاي تامين كننده جريان در يك ساختمان يا هر آپارتماني متصل مي شود. گاهي فيوزها را در جعبه مستقلي قرارمي دهند. فيوزپريزي در ساختمان جعبه فيوز وجود دارد كه بايد با عبور جريان 3تا 5A ذوب مي شود، فيوز آپارتمان با عبور جريان 15تا 20A ذوب مي شود. در حاليكه فيوز يك ساختمان براي جريانهاي خيلي شديدتر چند صد آمپر تنظيم مي شود.

ساختمان فيوز با توپي پيچي

1. توپي چيني

2. سيم با نقطه ذوب پائين

3. جاي فيوز

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

اگردماي فلزات مختلف را تا دماي معيني(دماي بحراني) پايين اوريم پديده شگرفي در انها اتفاق مي افتد كه طي ان به ناگهان مقاومتشان را در برابرعبور جريان برق تا حد صفراز دست خواهند داد .وتبديل به ابررسانا خواهند شد.

(البته موادي مانند نقره نيز هستند كه مقاومت ويژه شان حتي در دماي صفر درجه كلوين نيز صفر نمي شود).هرچند در اين دما ميتوان بسياري از مواد را ابر رسانا نمود محققا ن براي رسيدن به چنين دمايي مجبورند از هليم مايع ويا هيدرژن استفاده كنند كه بسيار گرانند .

امروزه ابر رسانايي را در موادي ايجاد مي كنند كه دماي بحرانيشان زيادتر از 77 درجه كلوين است كه براي رسيدن به چنين دمايي از ازت مايع استفاده مي كنند كه نقطه جوشش 77 درجه كلوين است.

تاريخجه ابررسانا يي

ابررسانايي براي اولين باردر سال 1911 توسط هايك كامرلينگ اونس(1926-1853)مطرح گرديد. وي دماي يك ميله منجمد جيوه اي را تا دماي نقطه جوش هليم مايع(4.2 درجه كلوين )پايين اوردد و مشاهده نمود كه مقاومت ان ناگهان به صفر رسيد. سپس يك حلقه سربي را در دماي 7 درجه كلوين ابررسانا نمود و قوانين فارادي را بر روي ان ازمايش كردومشاهده نمود وقتي با تغيير شار در حلفه جريان القايي توليد شود.

حلقه سربي برعكس رسانا هاي ديگر رفتارمي نمايديعني پس از قطع ميدان تا ماداميكه در حالت ابر رسانايي قرار داردجريان اكتريكي را حفظ مي كند. به عبارتي اگريك سيم ابررسانا داشته باشيم پس از بوجود امدن جريان الكتريكي دران بدون مولد الكتريكي ( مثل باطري يا برق شهر )نيز مي تواند حامل جريان باشد.

اگر در همين حالت ميدان مغناطيس قوي در مجاورت سيم ابررسانا قرار دهيم ويا دماي سيم را با لاتر از دماي بحراني ببريم جريان در ان بسرعت صفر خواهد شد چون دراين حالتها سيم را از حالت ابررسانايي خارج كرده ايم .

اقاي اونس با همين كشف جايزه نوبل فيزيك در سال 1913 را از ان خود نمود.در عكس بالا اونس و همسرش نشسته و دوستان دانشمند مانند البرت انيشتين در پشت سر وي قرار دارند.

اثرمايسنر

سپس در سال 1933 Meissner وOschsenfeld مطابق شكل نشان دادند كه وقتي ماده مورد ازمايش قبل از ابررسانا شدن در ميدان مغناطيسي باشد شار از ان عبور ميكند ولي وقتي در جضور ميدان به دماي بحراني برسدو ابررسانا گردد ديگر هيچگونه شار مغناطيسي از ان عبور نمي كند تبديل به يك ديامغناطيس كامل مي شود كه شدت ميدان درون ان صفر خواهد بود.



فيزيكدانان مختلف همواره سعي كرده بودند به موادي دست پيدا كنند كه اولا دردماي پايين ابرسانا شوند و ثانيا براي فرايند سرمايش بجاي هليم پر هزينه از نيتروژن مايع استفاده شود.تا بدن ترتيب بتوانند كابلهاي مناسب براي حمل و انتقال برق ويا موتور الكتريكي بسازند.





در اين شكل يك مغناطيس استوانه اي روي يك قطعه ابررسانا كه توسط نيتروژن خنك شده شناور است زيرا ابررسانا طبق خاصيت يعني اثر مايسنر مي توانند خطوط ميدان مغناطيس را به خارج پرتاب كنند دارد.و همانطور كه ميبينم قرص مغناطيسي را شناور نگه دارندو بدن ترتيب يك موتور چرخان ساخته ميشود.

بلاخره در سال 1986 دو فيزيكدان سويسي به نامهاي George bednorz-Alex Muller از آزمايشگاه زوريخ توانستند ابرسانايي ازجنس سراميك اكسيد مس در دماي بالا 60 درجه كلوين بسازند كه براي فرايند سرمايش از نيتروژن مايع استفاده ميشد كه بسيار كم هزينه بود. بدين ترتيب دو گام مهم براي ساخت كابلهاي ابررسانايي برداشته شد و لي سراميك اكسيد مس براي ساخت كابل شكننده بود بنابراين تلاشهاي ديگري آغاز شد.كه تا به امروز هم ادامه دارد دانشجويان و دانشمندان ايراني هم در اين عرصه بسيار فعال هستند.

طبق گزارش ايرنا سعيد سلطانيان به همراه يك گروه علمي در دانشگاه ولو نگوگ ايالت نيو ساوت ولز استراليا به سرپرستي پروفسور دو ابررسانايي ساختند كه بالاترين ركورد را در ميان ابررسانا دارد اين ابررسانا به شكل سيم يا نوار ي از جنس دي بريد منيزيم با پوششي از آهن است كه شكل ميكروسكوپي آن در پايين نشان داده شده است.

كاربردهاي مختلف ابررساناها

از ابررسانايي ميتوان در ساخت آهن رباهاي ويژه طييف سنجهاي رزونانس مغناطيسي هسته و عكسبرداري تشديد مغناطيسي هسته و تشخيص طبي استفاده نمود و همچنين چون با حجم كم جريانهاي بسيار بالا را حمل مي كنند مي توان از آنها در ساخت موتورهاي الكتريكي (ژنراتورها- كابلها) استفاده نمود كه حجمشان 4 تا 6 برابر كوچكتر از موتورهاي فضاپيماي امروزي هستند.

ميتوان از آهن رباهاي ابررسانا در ساختمان ژيروسكوپ براي هدايت فضا پيما استفاده نمود.

مي توان از نيم رسانا ها در ساخت قطارهاي شناور استفاده نمودمانند قطار سريع السير ژاپني ها كه در سال 2000 ميلادي ساخته شد وبا با سرعت 581 km/h حركت مي كرد در اين بجاي قطار بجاي استفاده از چرخ از ميدان مغناطيسي استفاده شده است.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

زمينه اي جديد در علم فيزيك آغاز شد هنگامي كه در 27 ژانويه 1986 ميلادي، Bednorz و Mueller يك افت مقاومت تيز را در La2-mBamCuO4 در دماي حدود 30 درجه ي كلوين مشاهده كردند. آن ها مقاله اي در اين باره به يكي از روزنامه هاي معتبر اروپائي، ZeitSchrift fur Physik فرستادند و مطالعه ي خود را برروي اين ماده ي جديد ادامه دادند تا اطمينان حاصل كنند كه تغيير مقاومت ناگهاني، تبديل به يك حالت ابررسانايي بوده. تا ماه اكتبر، آن ها اثر مايزنر (The Meissner Effect) را مشاهده كرده بودند ، بنابراين يك ماده ابررساناي جديد را به ثبت رساندند. نتايج آن ها در دنيا پخش شد، يك ماه بعد، Tanaka و همكاران وي در توكيو نتايج Bednorz-Muller را تأييد نمودند (يك تأييديه در يكي از روزنامه هاي ژاپني چاپ شد) در حالي كه كار آن ها در پكن توسط Zou و همكارانش پشتيباني و حمايت شد. (كار آنها در دسامبر در يكي از روزنامه ها توضيح داده شد.) در ماه بعد، در نتيجه ي يك تلاش همكارانه بين Paul Chu از دانشگاه هوستون و Mang-Kang Wu از دانشگاه آلاباما، عضو جديدي از خانواده مواد ابررساناهاي دما بالا كشف شد ، YBa2Cu3O7 كه داراي بالاي 70 درجه ي كلوين بود. بنابراين فقط در طي يك سال از كشف اصلي، دماي انتقال به حالت ابررسانايي افزايش سه برابر داشت. و واضح بود كه انقلاب ابررسانا ها هنوز شروع شده است. يك جشن براي بوجود آمدن اين فصل در علم فيزيك طي يك جلسه در نيويورك توسط انجمن فيزيك دانان آمريكايي در يك بعد از ظهر يكي از روزهاي مارس 1987 برگزار شد. اين جشن 3000 شركت كننده داشت و 3000 نفر نيز اين جشن را از طريق تلويزيون مشاهده مي كردند ...

در طول شش سال بعد، چند خانواده ي ديگر از ابررسانا ها كشف شدند، كه شامل سيستمهاي مبني بر -Tl و -Hg مي باشند، كه به ترتيب داراي حداكثر 120 كلوين و 160 كلوين مي باشند. همگي آنها يك ويژگي كه موجب روي دادن ابررسانايي دماي بالا بود، داشتند، وجود پلين هاي (planes) شامل اتم هاي O و Cu ي كه جدا شده بوسيله ي مواد پل كننده اي كه به عنوان حامل بار عمل مي كنند هستند. در طي اين مدت، حدود چند هزار مقاله در رابطه با ابررسانا ها منتشر گشت (و در زمان حاضر هم منتشر مي شود) بديهي گشت كه ابررسانايي دماي بالا وابسته به مسائل بزرگ فيزيك بسياري در طول دهه ي گذشته ي اين قرن بود. حداقل چهار دليل براي علاقه ي شديد به بالا وجود دارد : يك علاقه ي علمي ذاتي و باطني، طبيعت انتقال نظم و ترتيبي، (اين به حدود جدا كننده ي دانشمندان و شيمي دان هاي مواد از طريق فيزيكدان هاي نظري و تجربي مي رسد) ؛ كاربردهاي بالقوه براي مواد ي كه دردماهاي بالاتر از 77 كلوين (دمايي كه نيتروژن مايع مي شود) به عنوان ابررسانا عمل مي كنند، كاربردهايي كه مي توان در سيستم هاي تلفن سلولي اعمال كرد، خطوط انتقال ابررسانايي، ماشين هاي MRI استفاده كنند از مغناطيس هاي بالا، ميكروويو هاي استفاده كننده از مواد ابررساناي جديد، سيستم هاي ابررسانا/ نيمه رساناي هيبريدي؛ و در آخر پيدا كردن ابررساناي دماي اتاق.

برخي مشخصه ها و خواص ابررسانا هاي جديد عبارتند از اينكه آن ها سراميك، و اكسيد هاي ورقه ورقه مي باشند كه در دماي اتاق فلزات ضعيف و بي ارزشي هستند، و مواد متفاوتي براي كار كردن هستند. شامل كمي حامل بار در مقايسه با فلزات معمولي هستند، و خواص انيسوتوروپيك (Anisotropic) الكتريكي و مغناطيسي هستند كه بطور قابل ملاحظه اي حساس به محتواي اكسيژن مي باشند. در حالي كه، نمونه هاي ابررساناي مواد 1-2-3 ، Yba2Cu3O7 ، را يك دانش آموز دبيرستاني نيز مي تواند در يك اجاق ميكروويو توليد كند، كريستال هاي يكتاي داراي درجه ي خلوص بالا براي تشخيص خواص فيزيكي ذاتي موادي كه ساختن آن ها به طور خيلي زيادي سخت است، لازم است.

در ادامه ي يك دهه كار، يك وفاق عمومي بر سر اين موضوع وجود دارد كه رفتار تحريكات ابتدائي در پلين هاي (planes) ، Cu-O يك كليد براي درك خواص حالت عادي اين ابررساناها ارائه مي دهد، و اينكه آن خاصيت غير حالت عادي شبيه به حالت عادي ابررساناهاي معمولي و دماي پايين مي باشند.

علاوه بر اين، اساسا هيچ يك از خواص حالت ابررسانايي ، با خواص يك ابررساناي عادي يكي نيست، كه در آن جفت كردنتئوري BCS در حالت خط واحد اتفاق مي افتد و شكاف انرژي ذرات quasi در دماهاي پائين و ايزوتپريك، هنگامي كه يكي حول سطح فرمي حركت مي كند، محدود مي باشد. علي رغم اين حقيقت كه چيزي نسبتا جديد و متفاوت نياز است تا رفتار حالت عادي را درك كنيم، يك توافق و اجماع وجود دارد كه تئوري BCS ، اگر بطور مناسبي تغيير يابد، يك توضيح راضي كننده براي انتقال به حالت ابررسانايي و خواص مواد در آن حالت، مي دهد .

يك توافق تقريبي همچنين در رابطه با اجزاي سازنده ي پايه ي لازم براي درك ابررساناهاي دماي بالا وجود دارد. آن ها را مي توان به صورت زير خلاصه كرد :

عمل ابتدا در پلين هاي Cu-O رخ مي دهد، پس در تخمين اول، براي متمركز كردن هم توجه نظري و هم عملي روي رفتار تحريكات پلانار، و همچنين براي متمركز كردن بر روي دو سيستم مطالعه شده ، سيستم 1-2-3 (YBa2Cu3O7-m) و سيستم 2-1-4 (La2-mSrmCuO4) ، كفايت مي كند.

در دماهاي پائين هر دو سيستم عايق هاي آنتي فرو مغناطيس مي باشند با يك آرايه ي محلي +Cu2 كه علامت آن در داخل شبكه متناوبا عوض مي شود .

شخصي سوراخ هايي را بر روي پلين هاي Cu-O سيستم 1-2-3 با تزريق اكسيژن ايجاد مي كند، براي سيستم 2-1-4 اين كار با تزريق استرونتيوم انجام مي گيرد. سوراخ هاي حاصل روي مقر پلانار اكسيژن ، با اسپين هاي نزديك +Cu2 پيوند پيدا مي كنند، و حركت را براي ديگر اسپين هاي +Cu2 آسان مي سازد، و در روند، نابود كردن همبستگي هاي AF طولاني برد در عايق.

اگر كسي حفره هاي كافي را ايجاد كند، سيستم حالات پايه ي خود را از يك عايق به يك ابررسانا تغيير مي دهد.

در حالت عادي مواد ابررسانا ، اسپين هاي +Cu2 سيار، اما محلي يك مايع فرمي غير مرسوم را تشكيل مي دهند ، با اسپين هاي quasiparticle هاي نشان دهنده ي ارتباطات AF قوي، حتي براي سيستم هاي در سطح تخدير كه از حدي كه ماكزيمم مي باشد، تجاوز مي كند ، موادي كه با نام فرا-تخدير شناخته مي شوند. اگر چه هيچ توافقي بين تئوريسين ها بر سر اين كه چگونه يك توضيح نظريه اي داراي جزئيات براي curpate ها ارائه كنند. راهكرد هايي كه براي اينكار امتحان شد، را مي توان به از پايين به بالا- يا از بالا به پايين رده بندي كرد. در راهكرد از بالا به پائين، يكي مدلي را كه از قبل وجود داشته را انتخاب مي كند و راه حل هايي براي انتخاب هاي ديگر پارامترهاي مدل را توسعه مي دهد ، سپس تست مي كند كه آيا اين راه حل به نتايج منطبق بر شواهد و تجربيات رسيده اند يا نه. در يك راهكرد از پائين به بالا، يك از نتايج تجربي آغاز مي كند و تلاش مي كند تا يك توضيح پديده اي از يك زير مجموعه از نتايج تجربي را بدست آورد. سپس چند آزمايش ديگر را متناسب با توضيح بدست آمده انجام مي دهد ، با ترتيب ميكروسكوپي براي هر آزمايش، تا اينكه به نتايج مورد انتظار از محاسبات و مشاهدات دست بيابد. و فقط آن وقت، بدنبال يك مدل هميلتوني كه راه حلش ممكن است تئوري ميكروسكوپي كامل را ارائه دهد، بگردد و جستجو كند. Jonh Bardeen از اين راهكرد دوم براي كار كردن بر روي ابررساناهاي عادي و مرسوم استفاده كرد ، و در دانشگاه اوربانا از روش و راهكرد او براي كار برروي ابررساناي دماي بالا استفاده كردند.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

ترانسفورماتورها را با توجه به كاربرد و خصوصيات آنها به سه دسته كوچك متوسط و بزرگ دسته بندي كرد. ساختن ترانسفورماتورهاي بزرگ و متوسط به دليل مسايل حفاظتي و عايق بندي و امكانات موجود ، كار ساده اي نيست ولي ترانسفورماتورهاي كوچك را مي توان بررسي و يا ساخت. براي ساختن ترانسفورماتورهاي كوچك ، اجزاي آن مانند ورقه آهن ، سيم و قرقره را به سادگي مي توان تهيه نمود.

اجزاي تشكيل دهنده يك ترانسفورماتور به شرح زير است؛

هسته ترانسفورماتور:

هسته ترانسفورماتور متشكل از ورقه هاي نازك است كه سطح آنها با توجه به قدرت ترانسفورماتور ها محاسبه مي شود. براي كم كردن تلفات آهني هسته ترانسفورماتور را نمي توان به طور يكپارچه ساخت. بلكه معمولا آنها را از ورقه هاي نازك فلزي كه نسبت به يكديگر عايق‌اند، مي سازند. اين ورقه ها از آهن بدون پسماند با آلياژي از سيليسيم (حداكثر 4.5 درصد) كه داراي قابليت هدايت الكتريكي و قابليت هدايت مغناطيسي زياد است ساخته مي شوند.

در اثر زياد شدن مقدار سيليسيم ، ورقه‌هاي دينام شكننده مي شود. براي عايق كردن ورقهاي ترانسفورماتور ، قبلا از يك كاغذ نازك مخصوص كه در يك سمت اين ورقه چسبانده مي شود، استفاده مي كردند اما امروزه بدين منظور در هنگام ساختن و نورد اين ورقه ها يك لايه نازك اكسيد فسفات يا سيليكات به ضخامت 2 تا 20 ميكرون به عنوان عايق در روي آنها مي مالند و با آنها روي ورقه ها را مي پوشانند. علاوه بر اين ، از لاك مخصوص نيز براي عايق كردن يك طرف ورقه ها استفاده مي شود. ورقه هاي ترانسفورماتور داراي يك لايه عايق هستند.

بنابراين ، در مواقع محاسبه سطح مقطع هسته بايد سطح آهن خالص را منظور كرد. ورقه‌هاي ترانسفورماتورها را به ضخامت هاي 0.35 و 0.5 ميلي متر و در اندازه هاي استاندارد مي سازند. بايد دقت كرد كه سطح عايق شده ى ورقه هاي ترانسفورماتور همگي در يك جهت باشند (مثلا همه به طرف بالا) علاوه بر اين تا حد امكان نبايد در داخل قرقره فضاي خالي باقي بماند. لازم به ذكر است ورقه ها با فشار داخل قرقره جاي بگيرند تا از ارتعاش و صدا كردن آنها نيز جلوگيري شود.

سيم پيچ ترانسفورماتور :

معمولا براي سيم پيچ اوليه و ثانويه ترانسفورماتور از هادي هاي مسي با عايق (روپوش) لاكي استفاده مي‌كنند. اينها با سطح مقطع گرد و اندازه‌هاي استاندارد وجود دارند و با قطر مشخص مي‌شوند. در ترانسفورماتورهاي پرقدرت از هاديهاي مسي كه به صورت تسمه هستند استفاده مي‌شوند و ابعاد اين گونه هادي‌ها نيز استاندارد است.

توضيح سيم پيچي ترانسفورماتور به اين ترتيب است كه سر سيم پيچ‌ها را به وسيله روكش عايقها از سوراخهاي قرقره خارج كرد، تا بدين ترتيب سيم ها قطع (خصوصا در سيمهاي نازك و لايه‌هاي اول) يا زخمي نشوند. علاوه بر اين بهتر است رنگ روكش‌ها نيز متفاوت باشد تا در ترانسفورماتورهاي داراي چندين سيم پيچ ، را به راحتي بتوان سر هر سيم پيچ را مشخص كرد. بعد از اتمام سيم پيچي يا تعمير سيم پيچهاي ترانسفورماتور بايد آنها را با ولتاژهاي نامي خودشان براي كنترل و كسب اطمينان از سالم بودن عايق بدنه و سيم پيچ اوليه ، بدنه و سيم پيچ ثانويه و سيم پيچ اوليه آزمايش كرد.

قرقره ترانسفورماتور:

براي حفاظ و نگهداري از سيم پيچ‌هاي ترانسفورماتور خصوصا در ترانسفورماتورهاي كوچك بايد از قرقره استفاده نمود. جنس قرقره بايد از مواد عايق باشد قرقره معمولا از كاغذ عايق سخت ، فيبرهاي استخواني يا مواد ترموپلاستيك مي سازند. قرقره هايي كه از جنس ترموپلاستيك هستند معمولا يك تكه ساخته مي شوند ولي براي ساختن قرقره هاي ديگر آنها را در چند قطعه ساخت و سپس بر روي همدگر سوار كرد. بر روي ديواره هاي قرقره بايد سوراخ يا شكافي ايجاد كرد تا سر سيم پيچ از آنها خارج شوند.

اندازه قرقره بايد با اندازه ى ورقه‌هاي ترانسفورماتور متناسب باشد و سيم پيچ نيز طوري بر روي آن پيچيده شود. كه از لبه هاي قرقره مقداري پايين تر قرار گيرد تا هنگام جا زدن ورقه‌هاي ترانسفورماتور ، لايه ى رويي سيم پيچ صدمه نبيند. اندازه قرقره هاي ترانسفورماتورها نيز استاندارد شده است اما در تمام موارد ، با توجه به نياز ، قرقره مناسب را مي توان طراحي كرد.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

ريشه لغوي لغت ammeter از كلمه amper مشتق شده است. توجه كنيد كه حرف P در كلمه amper حذف شده است و فقط دو حرف اول اين كلمه در لغت ammeter بكار رفته است. ما نمي‌توانيم الكترونها يا پروتونها را ديده يا لمس كنيم. به همين دليل نمي‌توانيم آنها را بشماريم. در نتيجه به ابزاري احتياج داريم تا بتوانيم آنها را بشماريم. شدت روشنايي لامپ مشخصاتي از شدت جريان را به ما نشان مي‌دهد، ولي دو نقص اصلي دارد. اول اينكه نمي‌تواند شدت جريان را در واحدي كه به آساني قابل يادداشت و مقايسه با اندازه گيري شدت جريان در محلها و زمانهاي ديگر است، اندازه بگيرد. همچنين در شدت جريانهاي معين مي‌توان از آن استفاده كرد. اگر مقدار شدت جريان خيلي كم باشد، لامپ روشن نمي‌شود و اگر شدت جريان خيلي زياد باشد، لامپ مي‌سوزد. براي رفع نقص اول به ابزاري احتياج داريم كه به ما نشان دهد، چند آمپر (چند كولن الكترون در هر ثانيه) در مدار جريان دارد. دستگاه مخصوصي كه اين اندازه گيري را انجام مي‌دهد، آمپرمتر (ammetr) ناميده مي‌شود. طرز كار آمپرمتر آمپرمتر مقدار شدت جرياني را كه از آن مي‌گذرد، بوسيله يك عقربه كه در روي صفحه درجه بندي شده حركت مي‌كند، نشان مي‌دهد. ميزان انحراف عقربه آمپرمتر با تعداد الكترونهايي كه از اين دستگاه مي‌گذرند، نسبت مستقيم دارد. يعني نشان مي‌دهد كه چه مقدار بار الكتريكي در ثانيه از آن عبور مي‌كند. طرز استفاده از آمپرمتر آمپرمتر از خيلي جهات شبيه كنتور آب است كه ميزان آب مصرف شده منازل را اندازه مي‌گيرد. هر دو دستگاه (آمپرمتر و كنتور آب) بايد طوري در مدار قرار گيرند كه جريانهاي الكتريسيته و آب از آنها بگذرد، تا بتوان شدت جريان را اندازه گرفت. تمام آبي كه از لوله اصلي وارد خانه مي‌شود، بايد از كنتور آب عبور كند. آمپرمتر نيز بايد طوري قرار گيرد كه تمام جريان الكتريسته از ان بگذرد، تا بتوان تمام شدت جريان الكتريكي را بوسيله آن اندازه گرفت. اين نوع اتصال را اتصال متوالي يا سري مي‌گويند. يعني اجزا تشكيل دهنده مدار در يك خط مستقيم (يك مسير هدايت كننده) به يكديگر اتصال دارند. مراحل قرار دادن آمپرمتر در مدار براي قرار دادن آمپرمتر در مدار متوالي به ترتيب زير عمل كنيد. 1. نيروي خارجي را كه به مدار وارد مي‌شود، قطع كنيد. 2. آن قسمت از مدار را كه آمپرمتر در آن قرار دارد، باز كنيد يا ببريد. 3. انتهاي مثبت آمپرمتر را به سيمي كه به قطب مثبت پيل مي‌رود، وصل كنيد. 4. انتهاي منفي آمپرمتر را به سيمي كه به قطب منفي پيل مي‌رود، وصل كنيد. مراحل 4 , 3 (كه عبارتند از انتقال مثبت به مثبت ، منفي به منفي) را دقت در پلاريته مي‌نامند و اين امر مهم است. زيرا دستگاه اندازه گيري آمپرمتر شدت جريان را در يك جهت نشان مي‌دهد. اگر دستگاه اندازه گيري را بطور عكس در مدار قرار دهيم، چون جريان در جهت عكس (كه مناسب آمپرمتر نيست) از آن مي‌گذرد و انحراف عقربه بوجود مي‌آيد كه باعث شكسته شدن يا خم شدن آن مي‌گردد. فيش قرمز را به جك قرمز آمپرمتر و فيش سياه را به جك سياه در بالاي آمپرمتر وصل كنيد. خطاي دستگاه اندازه گيري (Meter Tolrances) بايد توجه داشت كه در يك مدار معين آمپرمترهاي مختلف ، اندازه شدت جريان را با كمي اختلاف نشان مي‌دهند. اين امر بدان دليل است كه مقداري از انرژي كه در مدار جريان دارد، براي بكار انداختن آمپرمتر مصرف مي‌شود و همه آمپرمترها هم يكسان نيستند. همچنين به علت اختلافي كه در ساختمان آمپرمتر و تلف شدن انرژي وجود دارد، شدت جرياني را كه در روي آمپرمتر مي‌خوانيد، تقريبي است. دستگاه اندازه گيري درست است كه حدود خطاي آن 0± در صد اندازه واقعي باشد. يعني اگر شدت جريان اصلي 100 آمپر باشد، روي دستگاه آمپرمتر حدود 9 تا 10 آمپر را مي‌خوانيد. بكار بردن آمپرمتر 1. يك آمپرمتر ساده را برداريد. در انتخاب دستگاه اندازه گيري دقت كنيد كه شدت جريان مدار نبايد بيش از حد تعيين شده براي اندازه گيري باشد. زيرا آمپرمتر بر حسب درجه بندي خود ، شدت جريانهاي معيني را مي‌تواند اندازه بگيرد. در مورد اين آزمايش مي‌توانيد فرض كنيد كه آمپرمتر داراي توانايي كافي براي اندازه گيري شدت جريان مي‌باشد. 2. فيش قرمز را به جك قرمز و فيش سياه را به جك سياه وصل كنيد. 3. مطمئن شويد كه به مدار انرژي داده نمي‌شود. كليد مدار بايد باز باشد (به خاطر حفظ جان خود هيچگاه سعي نكنيد كه آمپرمتر را در مداري كه انرژي الكتريكي در آن جريان دارد قرار دهيد). 4. با جدا كردن سيم رابط بين T2 و T1 مدار را باز كنيد. با قرار گرفتن آمپرمتر بين اين دو نقطه مدار كامل مي‌شود. 5. با رعايت پلاريته ، فيش سياه را به T1 و فيش قرمز را به T2 وصل كنيد. اگر پلاريته مناسب در نظر گرفته نشود، عقربه آمپرمتر به طرف چپ منحرف شده و اين عمل موجب خرابي دستگاه اندازه گيري خواهد شد. 6. كليد مدار را ببنديد و درجه‌اي را كه آمپرمتر نشان مي‌دهد بخوانيد. هميشه از روبرو به صفحه درجه بندي شده آمپرمتر نگاه كنيد و هيچوقت تحت هيچ زاويه‌اي درجه آمپرمتر را نخوانيد. 7. درجه‌اي را كه خوانده‌ايد، يادداشت كنيد. 8. كليد مدار را باز كنيد.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

تاريخچه

در سال 1802 پتروف (V.P.Petrof) كشف كرد كه اگر دو تكه زغال چوب را به قطب هاي باتري بزرگي وصل كنيم و آنها را به هم تماس دهيم و سپس كمي از هم جدا كنيم شعله روشني بين دو تكه زغال ديده مي شود. و انتهاي آنها كه از شدت گرما سفيد شده است نور خيره كننده اي گسيل مي دارد. قوس الكتريكي هفت سال بعد ديوي (H.Davy) فيزيكدان انگليسي اين پديده را مشاهده نمود و پيشنهاد كرد كه اين پديده به احترام ولتا قوس ولتا ناميده شود.

آزمايش ساده

اگر بخواهيم در يك روش ساده اي ايجاد قوس الكتريكي را نشان دهيم بايد دو تكه كربن را روي گيره قابل تنظيم سوار نمود (بهتر است كه به جاي زغال چوب معمولي ميله خاصي كه از كربن قوس ساخته مي شود و با فشار دادن مخلوط گرافيت ، كربن سياه و مواد چسبنده به وجود مي آيند، استفاده شود).

چشمه جريان مي تواند برق شهر هم باشد براي اجتناب ازاينكه در لحظه تماس تكه هاي كربن مدار كوتاه ايجاد شود بايد رئوستايي به طور متوالي به قوس وصل شود.

معمولا برق شهر با جريان متناوب تغذيه مي شود. ولي در صورتي كه جريان مستقيم از آن عبور كند قوس پايدارتر است به طوري كه يكي از الكترودها هميشه مثبت «آند)و ديگري همواره منفي «كاتد)است.

ماهيت قوس الكتريكي

در قوس الكتريكي الكترودها در اثر حرارت سفيد رنگ مي شود. ستوني از گاز ملتهب رساناي خوب الكتريكي بين الكترودها وجود دارد. در قوس معمولي اين ستون نوري بسيار كمتر از نور تكه هاي كربن سفيد شده از آزمايش‌هاي مربوط به گرما گسيل مي كنند. چون الكترود مثبت دمايش از الكترود منفي بيشتر است زود تر از بين مي رود. در نتيجه تصعيد شديد كربن صورت گرفته و در آن الكترود (الكترود مثبت) فرورفتگي به وجود مي آيد كه به دهانه مثبت معروف است و داغ ترين نقطه الكترودهاست.

دماي دهانه در هوا و در فشار جو به 4000 درجه سانتيگراد مي رسد. در لامپ هاي قوسي سازوكارهاي منظم و خود كار خاصي براي نزديك كردن تكه هاي كربن با سرعت يكنواخت وقتي با سوختن از بين مي روند، مورد استفاده قرار مي گيرند. براي اينكه سايش و خوردگي الكترود مثبت به خاطر دماي بالايش بيشتر است،براي همين هميشه الكترود كربن مثبت كلفت تر از الكترود منفي اختيار مي شود.

دماهاي بالا در قوس الكتريكي

قوس الكتريكي مي تواند بين الكترودهاي فلزي ساخته شده از آهن ، مس و غيره نيز بگيرد. در اين حالت الكترودها به ميزان زيادي ذوب و تبخير مي شوند و اين عمل به مقدار زيادي آزمايش‌هاي مربوط به گرما احتياج دارد. به اين دليل دماي مركز الكترود فلزي معمولا كمتر از دماي الكترود كربني است (2000 تا 2500 درجه سانتيگراد).

قوسي كه بين الكترودهاي كربن در گاز فشرده اي قرار مي گيرد (حدود 20atm) بالا رفتن دماي مركز مثبت تا 5900 درجه سانتيگراد يعني دما روي سطح خورشيد را ممكن ساخته است. معلوم شده است كه كربن در اين حالت ذوب مي شود. دماي باز هم بالاتري را مي توان در ستوني از گاز و بخاري كه از آن تخليه الكتريكي مي گذرد، به دست آورد.

بمباران شديد اين گاز و بخار با الكترون ها و يون هايي كه با ميدان الكتريكي قوس شتاب گرفته اند دماي ستون گاز را 6000 تا 7000 درجه سانتيگراد مي رساند. به اين دليل تقريبا تمام مواد شناخته شده در ستون قوس الكتريكي ذوب و تبخير مي شوند. و بسياري از واكنش هاي شيميايي كه در دماهاي پايين انجام شدني نيستند، با قوس الكتريكي امكان پذير مي شوند. مثلا ميله هاي چيني دير گداز در شعله قوس به سهولت ذوب مي شود.

چگونگي ايجاد تخليه قوس الكتريكي

براي ايجاد تخليه قوس الكتريكي به ولتاژ زيادي احتياج نيست با ولتاژ 40 تا 45 ولت بين الكترود ها مي توان قوس را به وجود آورد. از طرف ديگر جريان داخل قوس زياد است. مثلا حتي در قوس كوچك جريان به 5 آمپر مي رسد، در حاليكه در قوس هاي بزرگ كه در مقياس صنعتي به كار مي روند جريان به صدها آمپر بالغ مي شود. اين به اين معنا ست كه مقاومت قوس پايين است و از اين رو ستون گاز تابان رساناي الكتريكي خوبي است.

يونيزاسيون گاز با انرژي قوس الكتريكي

يونش شديد گاز با قوس الكتريكي به آن دليل امكان پذير است كه كاتد قوس الكتريكي تعداد زيادي الكترون گسيل مي داد. اين الكترون ها با برخورد با گاز داخل شكاف تخليه گازي آن را يونيزه مي كنند. گسيل الكتروني شديد از كاتد از آنجا ممكن مي شود كه خود كاتد تا دماي بسيار بالايي گرم مي شود (بسته به ماده از 2200 تا 3500). وقتي كه الكترودهاي قوس در ابتدا تماس داده شوند تقريباً تمام گرماي ژول كه از الكترود ها مي گذرد در ناحيه تماس كه مقاومت بسيار دارد آزاد مي شود.

به اين دليل انتهاي الكترودها به شدت گرم مي شوند كه براي گيراندن قوس به هنگام جداكردن آنها كافي است آن وقت كاتد قوس توسط جرياني كه از قوس مي گذرد، در حالت التهاب مي ماند. در اين فرايند بمباران كاتد توسط يون هايي كه به آن برخورد مي كند نقش اصلي را ايفا مي كند.

مشخصه جريان ولتاژ قوس الكتريكي

يعني بستگي جريان الكتريكي در قوس الكتريكي به ولتاژ بين الكترودها ، ويژگي خاصي دارد. در فلزات و الكتروليت ها جريان متناوب با ولتاژ افزايش مي يابد «قانون اهم). در صورتيكه براي رسانش القايي گازها جريان ابتدا با ولتاژ زياد مي شود، سپس اشباع شده و مستقل از ولتاژ است.

بنابر اين افزايش جريان در تخليه قوسي به اندازه مقاومت در شكاف بين الكترودها و ولتاژ بين آنها منجر مي شود. براي اينكه تاباني قوس پايدار بماند رئوستا يا مقاومت الكتريكي قوي ديگري را بايد به طور متوالي به آن بست.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

تا به حال هر چه گفتيم راجع به جريان مستقيم بود يعني جرياني كه دامنه و جهت آن نسبت به زمان ثابت است به زبان ساده تر اينكه مقدار جريان عبوري از مدار و جهت حركت الكترونها ثابت بوده و با گذشت زمان هيچ تغييري نميكند.

جريان متناوب

تعريف : جريان متناوب جرياني است كه مقدار و جهت آن نسبت به زمان دائماً در حال تغيير است. به زبان ساده تر اينكه مقدار جريان دائماً كم و زياد ميشود و جهت حركت الكترونها هم عوض ميشود (از ماكزيمم به صفر و از صفر به مينيمم ميرسد).

سوال :

چگونه مقدار جريان تغيير ميكند در صورتيكه عناصر مدار ثابت هستند ؟

جواب :

ولتاژ منبع تغذيه دائما در حال تغيير (متناوب ) است به همين جهت در مقدار جريان تاثير ميگذارد.

سوال :

جهت الكترونها چگونه عوض ميشود ؟

ميدانيد كه الكترونها هميشه از قطب منفي به سمت مثبت حركت ميكنند . در منبع تغذيه متناوب مثبت و منفي آن (پلاريته ) دائما در حال تغيير است يعني اگر خروجي منبع تغذيه ما دو سيم داشته باشد مثلا به رنگهاي قرمز و سياه در يك لحظه زماني سيم قرمز مثبت و سيم سياه منفي است و در لحظه اي ديگر عكس اين حالت وجود دارد يعني جاي قطب مثبت و منفي دائما عوض ميشود پس جهت حركت الكترونها هم كه از قطب منفي به مثبت است دائما عوض ميشود .

معروف ترين جريان متناوب جريان متناوب سينوسي است .

در نمودار روبرو مشخص است كه در لحظه 1 ثانيه جريان صفر، در لحظه 5/1 ثانيه 5- آمپر و در لحظه 5/2 ثانيه 5 آمپر است .

سيكل چيست ؟

كوچكترين قسمت موج كه دائماُ تكرار ميشود يك سيكل نام دارد مثلا در شكل روبرو از لحظه صفر ثانيه تا لحظه 2 ثانيه يك سيكل است كه تا بينهايت تكرار ميشود .

فركانس چيست ؟

به تعداد سيكل هايي كه در يك ثانيه توليد ميشود فركانس گويند كه واحد آن هرتز است . مثلاً در شكل بالا فركانس 5/0 هرتز است .

نكته :

برقي كه در خانه هاي ما استفاده ميشود همين جريان متناوب است كه فركانس آن 50 هرتز ميباشد. يعني جرياني كه از يك لامپ عبور ميكند ثانيه اي 100= 50×2 بار صفر ميشود پس چه انتظاري داريد حتماُ انتظار داريد كه لامپ در هر ثانيه 100 بار خاموش و روشن شود ولي اين عمل صورت نميگيرد چون لامپ بر اساس گرما توليد نور ميكند اگر بخواهيم كه يك لامپ را ثانيه اي صد بار خاموش و روشن كنيم بايد بتوانيم در يك ثانيه صد بار لامپ را گرم و صد بار سرد كنيم . ولي گرما چيزي نيست كه در مدت 1 صدم ثانيه صفر شود پس مدتي طول ميكشد كه دفع شود و تا آن مدت لامپ دوباره روشن ميشود .

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

سوال :

اگر جريان تابعي از ولتاژ و مقاومت است پس چرا مثلا يك باطري ولتاژش 12 ولت است و جريانش 1 آمپر و براي يك باطري ديگر ولتاژ 12 ولت ولي جريان 2 آمپر است؟ در واقع تا وقتي مقاومتي به باطري وصل نشده چطوري جريان آن را تعيين ميكنند؟

جواب :

وقتي براي يك باطري يا يك آدابتور يا هر منبع ولتاژ ديگر جرياني تعيين ميكنند منظور حداكثر جرياني است كه ما ميتوانيم از منبع دريافت كنيم.

چرا نميتوانيم از يك منبع هر چقدر كه دوست داريم جريان بگيريم ؟

( در ادامه مثال ليوان) ضعف جريان دهي بر ميگردد به پمپي كه بالاي ليوانها بود. فرض كنيد ميخواهيم بيشتر از ظرفيت ليوانها از آنها جريان بگيريم.

شير آب پايين ليوانها را تا جايي كه ميتوانيم باز ميكنيم در ضمن لوله ها را هم تا جايي كه ميتوانيم گشاد انتخاب ميكنيم .( يعني مقاومت را تا جايي كه توانستيم كاهش داديم ) ، گفتيم هر چه مقاومت سر راه جريان را كمتر كنيم جريان عبوري بيشتر ميشود. در اين صورت ميشود آنقدر مقاومت رواكم كرد كه جريان به بينهايت نزديك بشود.

ولي اين اتفاق نميافتد چون ما فقط ميتوانيم لوله پايين ليوانها را گشاد كنيم اما شيلنگ بالاي ليوانها را نميتوانيم. قدرت و سرعت آن پمپ را هم نميتوانيم تغيير دهيم پس چه اتفاقي ميافتد ؟

با اين كاري كه ما انجام داديم به سرعت آب از ليوان پر به سمت ليوان نصفه سرازير ميشود و سطح آبشان به يك اندازه ميشود. در اين زمان كوتاه پمپ بالايي قادر نيست كه سطح آبها را مثل همان وضعيت اول نگه دارد . چرا ؟ ( چون خودش هم داراي يك مقاومت است . همان مقاومت شيلنگ و پمپ )(گفتيم تمام رساناها يه مقدار مقاومت دارند) پس چه اتفاقي ميافتد ؟

اختلاف سطح آبها كم ميشود كه اگر مقاومت لوله پاييني را تا حد صفر برسانيم اختلاف سطح آبها نيز به صفر ميرسد. در مدار الكتريكي هم همينطور ميشود يعني اگر بيشتر از حد مجاز از يك منبع جريان بكشيم ولتاژش افت ميكند و اگر مقاومت را تا حد صفر برسانيم ولتاژ دو سر منبع هم صفر ميشود.

منبع ايده آل چيست؟

اين منبع وجود خارجي ندارد.

منبع ايده آل به منبعي ميگويند كه هر چقدر جريان بخواهيم بتوانيم از آن بگيريم بدون اينكه ولتاژ خروجيش كم شود.

پس يك منبع معمولي (غير ايده آل ) را ميتوان مانند يك منبع ايده آل درنظر گرفت كه يك مقاومت با آن سري شده و باعث محدود شدن جريان دهي منبع ميشود.(گفتيم كه مقاومت باعث محدود كردن جريان ميشود ) كه به اين مقاومت مقاومت داخلي منبع گويند در واقع اين مقاومت داخلي درون هر منبعي وجود دارد اما نه به شكلي كه ما فرض ميكنيم (سري) بلكه در ذات هر مولد وجود دارد .

نتيجه گيري : هر گاه از يك منبع جريان بگيريم ولتاژ آن منبع مقداري افت ميكند (كم ميشود) و اين افت ولتاژ به علت وجود مقاومت داخلي آن است .

پس بين دو منبع كه ولتاژ آنها با هم برابر است آن منبعي كه مقاومت داخليش كمتر است ميتواند انرژي بيشتري به ما بدهد.

چگونه مقاومت باعث افت ولتاژ ميشود ؟

گفتيم كه كه هر گاه مقاومتي بر سر راه يك مدار قرار بگيرد باعث محدود كردن (كاهش دادن ) جريان عبوري از آن مدار ميشود .

و اين را هم قبول داريم كه قانون اهم يك قانون اثبات شده است و هيچگاه عوض نميشود .

در مدار شكل جريان عبوري از مقاومت 6 آمپر است . بعد يك مقاومت 2 اهم ديگر نيز به مدار اضافه ميكنيم .

طبق قانون اهم چون مقاومت دوبرابر شد جريان نصف ميشود (مقاومت/ولتاژ=جريان)

سوال :

به هر كدام از مقاومتها چند ولت رسيده ؟

آيا دو سر مقاومت R1 همون ولتاژ قبلي يعني 12 ولت وجود دارد كه باعث شده جريان 3 آمپر از آن عبور كند؟

اگر بگوييم كه همان ولتاژ اولي يعني 12 ولت كه قانون اهم را به هم زديم چون اگر دوسر مقاومت 2 اهمي ولتاژ 12 ولت قرار بديم جريان 6 آمپر از آن عبور ميكند ولي در اينجا جريان 3 آمپر است پس نتيجه ميگيريم كه در مدار دوم ولتاژ كمتري دوسر مقاومت R1 قرار گرفته كه طبق فرمول (جريان * مقاومت = ولتاژ) 3 * 2 = 6 يعني در مدار دوم فقط 6 ولت دو سر مقاومت R1 قرار گرفته (از افت ولتاژ منبع صرفنظر كرديم )

سوال:

براي بقيه ولتاژ چه اتفاقي افتاد؟

بقيه ولتاژ هم به مقاومت R2 رسيده چون مقدار اين مقاومتها با هم برابر است در نتيجه ولتاژي كه به آنها ميرسد هم با هم برابر است.

اين يك قانون است كه هر چه مقاومت بيشتر باشد ولتاژي هم كه به آن ميرسد بيشتر است.

مثال ليوان آب:

گفتيم به ولتاژ الكتريكي فشار الكتريكي هم ميگويند كه منظور همان فشاريست كه به الكترونها وارد ميشود تا آنها را به حركت در بيارود.

در مثال آبي-ليواني هم اين فشار آب كه باعث حركت آب ميشود وقتي يك شير سر راه يك لوله پرفشار قرار ميدهيم آن شير فشار آب را كم ميكند. اصطلاحا ميگوييم فشار را ميشكند. اين موضوع را بارها تجربه كرديد .

وقتي با شيلنگ آب ميپاشيد شير را تا آخر باز ميكنيد كه جلوي فشار آب را نگيرد تا بتوانيد آب را به مسافت دور تري بپاشيد پس با كم و زياد كردن شير آب ميتوانيد فشار آب را به هر اندازه اي كه ميخواهيد تنظيم كنيد.

شير هم كه نقش همان مقاومت را داشت (در مثالهاي قبل) پس مقاومت هم مثل شير باعث افت فشار الكتريكي ميشود.

دانستيم كه مقاومت R2 باعث افت ولتاژ شده پس هر مقاومتي كه در مدار وجود دارد، مقداري از ولتاژ منبع را تقليل ميدهد.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

منبع تغذيه اي كه جريانش بيشتر باشد ميتواند كار بيشتري انجام دهد يا منبع تغذيه اي كه ولتاژش بيشتر باشد ؟

گفتيم كه ولتاژ باعث حركت الكترونها ميشود كه حركت الكترونها همان جريان ميباشد .

در منابع تغذيه يك مقاومت داخلي وجود دارد كه باعث ميشود در هنگام تغذيه نمودن يك مصرف كننده ولتاژ منبع تغذيه كاهش يابد پس قدرت يك منبع تغذيه به دو عامل بستگي دارد يكي ولتاژش و ديگري مقاومت داخلي اش .

حالا ميخواهيم ببينيم كه چگونه براي يك منبع تغذيه جريان تعيين ميكنند ؟

وقتي ميگويند مثلاً : يك باطري يا يك آدابتور 12 ولت و 2 آمپر است يعني اينكه اگر جريان 2 آمپر از اين منبع تغذيه دريافت كنيم كاهش ولتاژش در حدود 5 - 10 درصد است كه اين مقدار كاهش ولتاژ تاثير چنداني بر روي مدارات ندارد حالا اگر بيشتر از اين مقدار جريان از منبع تغذيه بگيريم (مصرف كننده هاي بيشتري به آن وصل كنيم ) اين كار دو پي آمد دارد يكي اينكه ولتاژ مورد نياز را به مانمي دهد (ولتاژش كاهش ميابد) و دوم اينكه به خود منبع تغذيه آسيب وارد ميشود .

معمولاً ولتاژ منابع تغذيه را كمي بيشتر انتخاب ميكنند كه در حالت كار معمولي كه جريان متوسطي از آن گرفته ميشود ولتاژش به ولتاژ اصلي برسد مثلاً يك منبع تغذيه را كه ما به عنوان منبع 12 ولتي خريداري ميكنيم در حالتي كه هيچ مصرف كننده اي به آن وصل نيست اگر با ولتمتر ولتاژش را اندازه گيري كنيم حدوداً 14 ولت را نشان ميدهد .

چرا در حالتي كه منبع به هيچ مصرف كننده اي وصل نيست مقاومت داخلي ولتاژ را افت نميدهد ؟

چون كه مقدار ولتاژي را كه مقاومت داخلي افت ميدهد به مقدار جريان عبوري از منبع تغذيه بستگي دارد كه در اين حالت چون جريان صفر است افت ولتاژي هم وجود ندارد .

نتيجه گيري كلي :

هر منبع تغذيه دو كميت دارد ، يكي ولتاژ و ديگري قابليت جريان دهي (حداكثر جريان مجاز) كه بستگي به مقاومت داخلي اش دارد پس قدرت كلي منبع تغذيه به اين دو كميت وابسته است لذا براي تعيين قدرت يك منبع كميت سومي نيز بوجود مي آيد كه توان نام دارد و واحد آن وات (W) است كه از حاصلضرب جريان و ولتاژ بدست مي آيد يعني توان يك منبع 12 ولتي 2 آمپر 24=12*2 وات است كه نشان دهنده قدرت آن ميباشد .

هر چه توان يك منبع بيشتر باشد حجم و وزن آن نيز بيشتر ميشود . فرق باطري ماشين با 8 عدد باطري 1.5 ولتي سري(باطري قلمي) در اين است كه اگر با 8 عدد باطري 1.5 ولتي بتوانيم حداكثر 2 لامپ 12 ولتي را روشن كنيم با باطري ماشين دست كم 50 عدد از همان لامپ را ميتوان هم زمان روشن كرد زيرا مقاومت داخلي باطري ماشين خيلي كم است و وقتي جريان زيادي از آن دريافت ميكنيم كاهش ولتاژش كم است ولي در باطري قلمي وقتي بيشتر از 2 يا 3 لامپ به آن وصل ميكنيم ولتاژش كاهش يافته و نور لامپها كم ميشود.

براي محاسبه مقدار افت ولتاژ از همان رابطه اهم استفاده ميكنيم

V=R*I

طبق اين رابطه مقدار افت ولتاژ دو سر مقاومت با تغيير جريان تغيير ميكند.

براي هر عنصري كه در يك مدار الكتريكي وجود دارد ميتوان توان را محاسبه كرد بطور كلي دو نوع توان در يك مدار وجود دارد 1- توان توليدي كه توسط منبع تغذيه توليد ميشود 2- توان مصرفي كه توسط مصرف كننده ها مصرف ميشود ، در يك مدار هميشه توان توليدي با توان مصرفي برابر است ((در صورت صرفنظر كردن از تلفات سيمهاي رابط))

تواني كه يك مقاومت مصرف ميكند به جريان عبوري از آن بستگي دارد كه طبق رابطه زير محاسبه ميشود :

W=R*I^2

بطور كلي سه فرمول براي توان ميتوان نوشت :

W=V^2/R

W= V*I

W=R*I^2

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

رساناي الكتريكي (هادي)به هر ماده اي كه بتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد رساناي الكتريكي يا هادي الكتريك (هدايت كننده جريان الكتريكي ) گويند مانند فلزات و به هر ماده كه نتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد نارسانا يا غيرهادي گويند مانند پلاستيك ، چرم ، كاغذ وغيره .

مقاومت چيست ؟

هر هادي الكتريكي در برابر عبور جريان مقداري مقاومت از خود نشان ميدهد اين مقاومت باعث ميشود كه جريان عبوري از هادي محدود شود، مثال دو ليوان آب را به ياد بياريد وقتي بين دوليوان كه مقدار آبشان با هم برابر نبود لوله اي وصل كرديم آب از طرف ليوان پرتر به طرف ليوانه نصفه در درون لوله به حركت در آمد حالا اگر يك شير سر راه اين لوله قرار دهيم چنانچه شير را به سمت بسته شدن بچرخانيم لوله ارتباطي تنگ تر ميشود در نتيجه جريان آب كاهش پيدا ميكند يعني مقاومت سر راه لوله را افزايش داده ايم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعيين كننده مقدار جريان آب عبوري از لوله است در واقع شير يك وسيله براي كنترل جريان آب است به همين صورت با كم و زياد كردن مقاومت موجود در مسير يك مدار ميتوان جريان كل مدار را كنترل كرد . مقدار مقاومت بستگي به جنس هادي و طول آن دارد كه آن را بر حسب اهم مي سنجند يك اهم عبارتست از مقدار مقاومتي كه اگر به دو سريك منبع ولتاژ يك ولتي وصل شود جريان يك آمپر از آن عبور كند .

هنگام در گيري سربازهاي سيم و سربازهاي الكتروني ، الكترونها با سلاح هاي گرم به جان سيم مي افتند و در اثر اين جنگ و آتش سوزي مقداري از انرژي سربازهاي الكتروني بصورت گرما هدر ميرود پس يكي از كارهايي كه مقاومت انجام داد اين بود كه مقداري از جريان را تبديل به گرما كرد در بعضي جاها ما عمداً براي توليد گرما از مقاومت استفاده ميكنيم مثل مقاومت تنگستن لامپ يا سيم مقاومت داري كه در سماورهاي برقي يا بخاري برقي ها استفاده ميكنيم كه به آن المنت هم ميگويند.

در اين جور مواقع كه گرما كار مورد نياز ما را انجام ميده ميگيم سيم يا دستگاه انرژي الكتريكي رو مصرف كرده اما هر وقت كه اين گرما را لازم نداشته باشيم و بي علت توليد بشود ميگوييم مقاومت سيم مقداري انرژي الكتريكي را تلف كرده مثل گرمايي كه در سيمهاي انتقال انرژي (سيمهاي رابط ) توليد ميشود .

شكل ظاهري مقاومتها

مقاومت ممكن است چندين حلقه سيم مسي نازك كه به دور هسته اي پيچيده شده است باشد ، و يا از مواد نيمه رسانا مانند كربن ساخته شده باشد. مواد نيمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بيشتري در برابر عبور جريان از خود نشان ميدهند. مقاومتها به اشكال و اندازه هاي مختلفي ساخته ميشوند كه رايجترين آنها ، مقاومتهاي رنگي هستند كه از آنها در جريانهاي پايين استفاده ميشود و در جريانهاي بالا معمولا از مقاومتهاي سراميكي يا آجري استفاده ميشود كه نسبت به مقاومتهاي رنگي حجم بيشتري دارند .

سمبل مداري مقاومت به اين شكلها است :

حالا ميخواهيم يك رابطه بين اين سه كميت پيدا كنيم :

مقاومت ، جريان ، ولتاژ

بازهم مثال ليوان آب :

گفتيم اگه يه شير سر راه لوله رابط دو ليوان قرار دهيم ميتونيم جريان آب را كنترل كنيم حالا فرض كنيد شير آب را به اندازه اي تنظيم كرديم كه در هر ثانيه يك سي سي آب وارد ليوان نصفه ميشود حالا به جاي ليوان پر آب يه گالن پر آب وصل ميكنيم آيا بازم همون مقدار آب وارد ليوان نصفه ميشود ؟

مسلماً اينطور نيست چون فشار آب زياد شده . به ازاي يك ثانيه آب بيشتري از لوله عبور ميكند. پس هرچه فشار آب را زياد كنيم (اختلاف سطح آبها) جريان آب بيشتر ميشود و به همين صورت هم در مدار الكتريكي هر چه فشار الكتريكي (ولتاژ) را افزايش دهيم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جريان نيز بيشتر ميشود.

مقاومت / ولتاژ= جريان عبوري از سيم

يا

جريان / ولتاژ = مقاومت

جريان × مقاومت = ولتاژ

مثال

فرض ميكنيم كه يك مقاومت 5 اهمي داريم دوسرش را به يك منبع ولتاژ 10 ولتي وصل كرده ايم ميخواهيم ببينيم كه چه جرياني از مقاومت عبور ميكند (جريان را با I ولتاژ را با V و مقاومت را R نشان ميدهند)

I=10/5 = 2 A

پس جريان دو آمپر از مقاومت عبور ميكند حالا اگر به جاي مقاومت 5 اهمي مقاومت 4 اهمي قرار بدهيم جرياني كه مقاومت از منبع تغذيه دريافت ميكند 5/2 آمپر ميشود .

پس نتيجه ميگيريم كه هر مقاومت يا هر مصرف كننده فقط به اندازه مورد نياز خود از منبع تغذيه، جريان ميكشد.

توجه داشته باشيد وقتي يك منبع به مقاومتي جريان ميدهد اين جريان از خود منبع تغذيه هم عبور ميكند .

گفتيم كه چون سطح آب درون ليوانها متفاوت است جريان آب برقرار ميشود اما پس از اينكه آب هر دوتا يه اندازه شد ديگر جريان آبي وجود ندارد ( بله درست است چون ديگر اختلافي وجود ندارد) ولي در منبع تغذيه اينطور نيست چون الكترونها دائما توسط نيروي خارجي به يك سمت كشيده ميشوند .

پس براي ليوان هم مي ميتوان فرض كرد كه يك پمپ آب بالاي سر ليوانها وجود دارد كه توسط يك شيلنگ به هراندازه كه آب وارد ليوان نصفه ميشود به همان اندازه آب را برميدارد و به ليوان پر ميريزد و هيچ گاه نميگذارد كه سطح آب درون ليوانها تغيير كند همان كاري را كه نيروي خارجي بر روي يك سيم انجام ميداد (آهنربا) پس چون هميشه اختلاف ثابت است در نتيجه هميشه جريان ثابت و پايدار است .

همان جرياني كه از لوله پاييني ليوانها ميگذرد همان جريان هم از شيلنگ و پمپ بالا ميگذرد.

اين مجموعه را ميتوان به دو قسمت كلي تقسيم كرد 1- منبع تغذيه (شامل دو ليوان و پمپ و شيلنگ) 2- مصرف كننده (لوله پاييني و شير)

پس نتيجه ميگيريم كه در يك مدار بسته جريان بصورت حلقه اي از كل عناصر مدار عبور ميكند (حتي از خود منبع تغذيه ) كه مقدارش در تمام نقاط برابر است .

حالا اگر شير آب را كمي زياد كنيم كل جرياني كه در حال گردش است زياد ميشود اين بدان معناست كه اگر در يك مدار كه بصورت حلقه بسته است چنانچه يكي از عناصر آن را تغيير دهيم جريان در كل مدار تغيير ميكند .

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

ميدانيم كه هر ماده از تعداد بسيار اتم تشكيل شده است كه هر اتم نيز از سه قسمت 1-نوترون 2- پروتن 3-الكترون تشكليل شده است تعداد الكترونها با تعداد پروتنها در حالت عادي (خنثي) برابر است الكترون داراي بار منفي و پروتن داراي بار مثبت ميباشند كه الكترونها به دور(( پروتن و نوترون )) (هسته اتم) با سرعت بسيار زيادي ميچرخند در اثر اين چرخش نيروي گريز از مركزي بوجود مي آيد كه مقدار اين نيرو با مقدار نيروي جاذبه بين الكترونها و هسته برابر است پس اين برابري نيرو الكترونها را در حالت تعادل نگه ميدارد و نميگذارد كه از هسته دور شوند .

يك سيم مسي هم داراي تعداد زيادي اتم و در نتيجه الكترون است هر گاه ما بتوانيم توسط يك نيرويي الكترونهاي در حال چرخش به دور هسته را از مدار خود خارج كنيم و در يك جهت معين به حركت در آوريم جريان الكتريكي برقرار ميشود.

پس اين نكته را دريافتيم كه جريان برق چيزي جز حركت الكترونها نيست البته اين حركت بصورت انتقالي انجام ميشود يعني يك اتم تعدادي الكترون به اتم كناري خود ميدهد و اتم كناري نيز به همين ترتيب تعدادي الكترون به اتم بعدي ميدهد و بدين صورت جريان برقرار ميشود. پس هر گاه كه ميگوئيم جريان برق كم يا زياد است يعني تعداد الكترونهايي كه در مسير سيم در حال حركت هستند كم يا زياد است .

نيروهايي كه باعث جدا شدن الكترون از هسته ميشوند:

1- نيروي مغناطيسي خارجي

هرگاه يك سيم را در يك ميدان مغناطيسي حركت دهيم نيروي اين ميدان باعث حركت الكترونهاي سيم ميشود .

2- ضربه

فرض كنيد يك اتوبوس كنار خيابان ايستاده و تمام مسافران آن محكم روي صندليها نشستند بعد يك اتومبيل ديگر با سرعت زياد به جلوي اين اتوبوس برخورد ميكند حال اتوبوس با سرعت به عقب پرتاب ميشود و مسافران كه در آنها اينرسي سكون ذخيره شده تمايل دارند كه به همان حالت سكون باقي بمانند در نتيجه اتوبوس به عقب رفته ولي مسافران در همان نقطه مكاني باقي ميمانند در نتيجه مسافران از صندليهاي خود جدا شده و از شيشه اتوبوس به بيرون پرتاب ميشوند پس اين نيروي ضربه بود كه مسافران را از اتوبوس جدا كرد به همين صورت نيز ضربه ميتواند الكترونها را از مدار خود خارج كند. نمونه اين توليد برق در فندكها.

3- انرژي خورشيدي

انرژي خورشيدي نيز داراي نيرويي است كه قادر است الكترونها را از مدار خود جدا كند.

4-حرارت و ...

ميدانيم كه حرارت باعث ميشود كه جنبش ملكولي اجسام زياد شود در اثر اين جنبش تعداد زيادي ملكول به شدت با هم برخورد ميكنند كه همان نيروي ضربه را بوجود مي آوردند و باعث جدا شدن الكترون از اتم ميشوند .

نكته : يك سيم مانند دالاني ميماند كه در يك دوره زماني مشخص تعداد معيني از افراد ميتوانند از آن عبور كنند يعني براي اينكه در دوره زماني مشخص مثلا در 1 دقيقه افراد بيشتري بتوانند از اين دالان عبور كنند بايد سرعت حركت آنها بيشتر شود در نتيجه در اثر برخورد با هم و با ديواره دالان باعث ايجاد اصطكاك و گرما ميشوند براي سيم نيز چنين اتفاقي مي افتد يعني اگر بخواهيم تعداد الكترونهاي در حال حركت را افزايش دهيم (جريان را افزايش دهيم ) سرعت حركت الكترونها و نيز تعداد الكترونهايي كه همراه با هم از مقطع سيم عبور ميكنند افزايش مي يابد در نتيجه اصطكاك افزايش يافته و توليد گرما ميكند كه اگر جريان بيش از حد مجاز خود از سيم عبور كند گرماي توليد شده باعث ذوب شدن سيم ميشود (سيم ميسوزد).

برداشت كلي از اين قسمت : حركت الكترونها در يك هادي (سيم) را جريان الكتريكي گويند .

تا اينجا معني جريان را فهميديم اما در مورد ولتاژ چه بايد گفت ؟

آيا يك منبع كه ولتاژش بيشتر باشد برق بيشتري توليد ميكند يا منبعي كه جريانش بيشتر باشد ؟

هر گاه يك اتم الكترنهايش را از دست دهد بار منفي آن كم ميشود و اصطلاحاً ميگوئيم بار دار مثبت شده است ميدانيم كه بين بار مثبت و منفي نيروي جاذبه وجود دارد و نيروي جاذبه يك عدد الكترون با نيروي جاذبه يك عدد پروتن برابر است به همين جهت است كه در اتم هر پروتن براي خود يك الكترون اختيار ميكند تا اينكه بار الكتريكي اتم خنثي شود در حالت عادي تمام اتمهاي يك سيم از نظر بار الكتريكي خنثي هستند وقتي ما توسط نيروي خارجي الكترونهاي اتمهاي سيم را جدا ميكنيم و آنها را به يك سمت هدايت ميكنيم آن طرف سيم كه الكترونها به آنجا هدايت شده اند داراي زيادي الكترون است پس بارش منفي ميشود و طرف ديگر كه كمبود الكترون دارد بارش مثبت ميشود در نتيجه بين دوسر سيم يك اختلاف بوجود مي آيد اين اختلاف بصورت انرژي پتانسيل در دو سر سيم ذخيره ميشود تا زمانيكه راهي براي خنثي شدنش پيدا كند پس در اين حالت هيچ گونه جرياني در سيم و جود ندارد و فقط يك انرژي پتانسيل دو سر سيم ذخيره شده است كه به اين نيروي پتانسيل ولتاژ الكتريكي گوييم حال چنانچه نيروي خارجي را قطع كنيم الكترونها به سرعت به جاي قبلي خود برميگردند و در يك لحظه چريان برقرار ميشود پس متوجه شديم تا زمانيكه نيروي خارجي وجود دارد نميگذارد كه الكترونها از مسير همان سيم به جاي خود برگردند پس بايد راه ديگري پيدا كنند براي همين اگر توسط يك سيم ديگر كه ميدان خارجي آن را تحت تاثير خود قرار نداده باشد دو سر سيم قبلي را به هم وصل كنيم الكترونها راهي براي حركت به سمت مكان كمبود الكترون پيدا ميكنند در نتيجه جريان در سيم برقرار ميشود .

پس نتيجه گرفتيم كه در يك مدار الكتريكي كار اصلي را جريان انجام ميدهد و ولتاژ فقط يك نيروي ذخيره شده است كه باعث به حركت در آوردن الكترونها ميشود .

حال براي اينكه بهتر متوجه شويد كه ولتاژ چگونه باعث به حركت در آوردن الكترونها (برقراري جريان ) ميشود يك مثال ميزنيم .

فرض كنيد دو ليوان داريم كه يكي پر و ديگري نصفه است ليوانها را در كنار هم قرار ميدهيم ميدانيم كه بين اين دوليوان اختلاف مقدار آب وجود دارد همانگونه كه بين دو سر سيم اختلاف مقدار الكترون وجود داشت اگر اين ليوانها چندين ساعت هم در كنار هم قرار بگيرند هيچ اتفاقي نمي افتد اما چنانچه توسط يك لوله ته دو ليوان را به هم وصل كنيم آب از طرف ليوان پر تر به سمت ليوان نصفه حركت ميكند تا زمانيكه سطح آب درون دو ليوان به يك اندازه شود . پس در اينجا اختلاف آب است كه باعث حركت ميشود و در آنجا اختلاف الكترون (اختلاف پتانسيل) كه اين اختلاف پتانسيل خود داراي مقدار است كه به آن مقدار ولتاژ ميگوئيم .

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

انرژى پايان ناپذير

نگين كرويى

نيروگاه هاى توليد الكتريسيته در اعماق آب درياها با استفاده از قدرت جزر و مد مى توانند كمكى براى مسئله انرژى جامعه بشرى باشند. نخستين پروژه از اين نمونه با يك سيستم نوين، در حال حاضر مشغول به كار است.

پره هاى 11 مترى يك توربين زير آبى به آرامى و بدون سر و صدا در حال گردشند. اين نخستين پروژه توليد الكتريسيته از نيروى جزر و مد در عمق درياست كه به شيوه اى نوين به كار گرفته شده است. توربين هاى توليد انرژى، كه در عمق 20 مترى در فاصله 2 كيلومترى ساحل «دوون» واقع در جنوب غربى انگليس كار مى كنند حاصل 4 سال تلاش مهندسان و كارشناسان دانشگاه كاسل آلمان است. اين تنها نيروى جزر و مد است كه پروانه هاى عظيم اين توربين هاى زيرآبى، با نام «جريان دريايى» را به چرخش درمى آورد. اين توربين ها، برخلاف توربين هاى بادى كه وابسته به شرايط آب و هوايى هستند مى توانند در اعماق دريا و به دور از تغيير و تحولات جوى به طور دائم به كار خود ادامه داده و به توليد الكتريسيته بپردازند.

در واقع، اينجا، صحبت از يك منبع انرژى پايان ناپذير است. البته بايد خاطرنشان شد كه استفاده از اين نيرو، ايده جديدى نيست. در قرن يازدهم ميلادى نيز آسيابان هاى سواحل ولز، سنگ هاى آسياب خود را با كمك نيروى جزر و مد به كار مى انداختند و بر همين اساس هم يك نيروگاه بهره بردارى از قدرت جزر و مد در «سانت متلو»ى فرانسه از 35 سال پيش تاكنون به كار مشغول است. اما از اين روش، تنها در شمار اندكى از سواحل جهان مى توان استفاده كرد. يعنى در سواحلى كه تفاوت ارتفاع سطح آب، در حين جزر و مد بيش از چندين متر است.

توربين موسوم به «جريان دريايى» نيز، از اين تفاوت ارتفاع استفاده مى كند. اما كار اين توربين، بر اصل ديگرى استوار است. اين چرخ آسياب زير دريايى، مانند نمونه هايى كه قبلاً از آنها ياد كرديم از نيروهاى عمودى بالا و پائين رفتن سطح آب استفاده نمى كند بلكه از جريان هاى افقى اى بهره مى گيرد كه بر اثر جزر و مد به وجود مى آيند. به همين دليل اين توربين جديد مى تواند در مكان هاى ديگر با ميزان كمتر جزر و مد نيز به كار گرفته شود.

از مزيت هاى ديگر اين توربين ها مى توان به اين نكته اشاره كرد كه براى به حركت درآوردن اين توربين ها نيروى زيادى لازم نبوده و اين توربين ها قادرند با سرعت هاى بسيار پائين نيز به حركت درآيند. ميزان كار مفيد به دست آمده از اين توربين ها 2 برابر ميزان كار مفيد توربين هاى بادى بر روى زمين است چرا كه جرم حجمى آب 700 بار بيشتر از جرم حجمى هواست و به همين علت نيروهاى انتقال يافته بزرگتر هستند. بايد يادآورى كنيم كه توربين «جريان دريايى» هنوز به صورت آزمايشى و با ميزان توليد حداكثر 300 كيلووات كار مى كند اما قرار است به زودى توربين ديگرى به كار گرفته شود كه حداقل 2 برابر توربين كنونى است.

متخصصان امر، تنها در اروپا 100 محل را شناسايى كرده اند كه مى توان در آنها با كمك نيروى جريان هاى دريايى، اختلاف ارتفاع سطح آب در هنگام جزر و مد و امواج، جمعاً 12 هزار مگاوات الكتريسيته توليد كرد: يعنى به ميزان 10 نيروگاه بزرگ اتمى. انرژى توليد شده 15 تا 20 درصد انرژى مورد نياز كشورهاى اروپايى است.

در سواحل نروژ توربين هاى مشابهى به كار گرفته شده اند. اين توربين ها قرار است به صورت آزمايشى، ابتدا تامين كننده برق ،50 سپس 1000 و سرانجام 20 هزار خانه مسكونى باشند. در سواحل جزيره «شتلند» توربين ديگرى به توليد الكتريسيته مشغول است. در مقابل سواحل كاليفرنيا، فلوريدا و كرانه شرقى كانادا پروژه اى مشابه به كار گرفته شده است. كارشناسان معتقدند طى 30 سال آينده مى توان از اين توربين ها براى توليد 40 درصد از انرژى مورد نياز خانه هاى مسكونى بهره جست.

در سواحل اسكاتلند براى توليد الكتريسيته تنها از نيروى امواج استفاده مى شود. باله ها جريان امواج را به درون تونلى منتقل كرده و به اين ترتيب توده هوا را به جلو مى رانند و با كمك اين توده هوا توربينى به گردش در مى آيد. اما ساده ترين سيستم بهره بردارى از انرژى جزر و مد سيستمى است كه دانماركى ها به كار مى گيرند. در اين سيستم، امواج مستقيماً توسط يك سطح شيب دار به سوى پره هاى توربين رانده مى شوند و آن را به حركت درمى آورند. طبق محاسبات شوراى مشورتى انرژى جهانى، حركت هاى دريايى از اين پتانسيل برخوردارند كه تمامى نياز جهان به انرژى را تامين سازند. البته سواحل كشور آلمان به خاطر رفت و آمد زياد كشتى ها و سرعت اندك جريان هاى آبى براى اين منظور مناسب نيستند.

در حال حاضر تقريباً 86 درصد از انرژى مورد نياز جهانيان توسط زغال سنگ، گاز طبيعى و نفت خام تامين مى گردد. اين سوخت هاى فسيلى نه تنها اثر گلخانه اى را در اتمسفر زمين تشديد مى كنند كه به نوبه خود تغييرات آب و هوايى را به دنبال دارد، بلكه منابع پايان ناپذيرى نبوده و سرانجام، روزى به پايان خواهند رسيد. طبق ارزيابى كارشناسان امر منابع نفت خام زمين كه به تنهايى 40 درصد از انرژى جهان را تامين مى كنند طى 50 تا 70 سال آينده به پايان خواهند رسيد.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

مگان سور

كيوان فيض اللهى

شايد به زودى تصور متداول درباره الماس ها، به كلى دگرگون شود. الماس هايى كه به خاطر زيبايى، كمياب بودن و زمان طولانى توليدشان ارزش فوق العاده اى داشتند، امروزه در آزمايشگاه و در مدت زمانى حدود يك ساعت به وجود مى آيند. اينكه اين دگرگونى چه تاثيرى در صنعت جواهرسازى يا قيمت الماس هاى طبيعى در بازار خواهد داشت هنوز در پرده اى از ابهام است. اما درباره نقش اين الماس هاى آزمايشگاهى در تكنولوژى، شايعه هايى برخاسته از مجامع علمى به گوش مى رسد.

بيشتر از هشتاد درصد از الماس هاى معدنى طبيعى به مصارف صنعتى از قبيل ابزارهاى برش يا مواد ساينده براى تراشكارى و پرداخت ديگر سنگ هاى قيمتى، فلزات، گرانيت و شيشه مى رسند. استفاده از الماس به عنوان نيمه رسانا نيز نيازمند شرايط ويژه اى مثل بالاترين درجه خلوص، بهترين بلورينگى و تعيين اتم ها به لحاظ الكتريكى فعال براى ايجاد گذرگاه الكتريكى در وسيله مورد نظر است. اما تمامى الماس هاى طبيعى به خاطر نقص ها، ناخالصى ها و ساختار ضعيف شان براى مصارف الكترونيكى نامناسبند. حتى با اينكه الماس هاى مصنوعى و طبيعى داراى كيفيت جواهرى بسيار ارزشمند هستند، اما ممكن است به خاطر رگه هاى ناچيز ناخالصى ها براى استفاده به عنوان نيمه رسانا مناسب نباشند. در واقع تنها خالص ترين اين سنگ ها در كاربردهاى الكترونيكى پرقدرت از سلفون ها گرفته تا كامپيوترهاى شخصى و خطوط ارتباطاتى قابل استفاده اند.

به گفته جيمز باتلر (J.Butler)، يكى از شيميدانان محقق در آزمايشگاه تحقيقات نيروى دريايى ايالات متحده، به لحاظ تاريخى سه مشكل عمده سر راه استفاده از الماس هاى طبيعى در كاربردهاى الكترونيكى وجود داشته است. الماس هاى طبيعى هميشه به شكل بازدارنده اى براى استفاده همه جانبه گران بوده اند و يافتن سنگ هاى بزرگ با خلوص كافى نيز بسيار دشوار است. علاوه بر اين هيچ دو سنگى دقيقاً شبيه هم نيستند و خواص منحصر به فرد در هر يك مى تواند مشكلاتى را در مدارهاى الكترونيكى به بار آورد. آخرين مشكل در استفاده از الماس براى كاربردهاى الكترونيكى و كامپيوترى نيز نياز به دو نوع الماس يعنى سنگ هاى نوع n و p براى هدايت الكترونيكى بوده است.

در دستگاه هاى مجتمع بايد از هر دو نوع الماس نيمه رساناى n و p، استفاده كرد اما الماس هاى نوع n به طور طبيعى وجود ندارند و الماس هاى نوع p الماس آبى، به قدرى نادرند كه هيچ راه مقرون به صرفه اى براى استفاده از آنها پيدا نشده است. به هر حال الماس هاى مصنوعى اين مشكلات را برطرف مى كنند. به گفته رابرت لينارس (R.Linares)، بنيان گذار كمپانى آپولو دياموند براى مثال مى توان با افزودن ناخالصى فلز برون به الماس، نوع P يعنى الماس آبى را توليد كرد. به طور مشابه دانشمندان مى توانند با افزودن فسفر به الماس هاى بى رنگ، الماس نوع n را نيز توليد كنند. ما براى استفاده از الماس به نوع نيمه رسانا در دستگاه هاى الكترونيكى پرقدرت نياز به تركيبى لايه اى از اين دو نوع الماس داريم. علاوه بر اين با توجه به اينكه الماس هاى بى رنگ خالص در عمل بيشتر از آنكه رسانا باشند عايق هستند، مى توان لايه هايى از آنها را به اين تركيب افزود.

امروزه نيمه رساناهاى بسيارى مثل سيليكون در گستره وسيعى از دستگاه هاى الكترونيكى به كار مى روند. اما الماس با توجه به دامنه تغييرات حرارتى و سرعت فوق العاده بيشترش، تنها در مقايسه با خلاء است كه عنوان دومين نيمه رساناى برتر جهان را به خود اختصاص مى دهد. الماس با داشتن چنين ويژگى هايى و به خصوص امروز كه آزمايشگاه قادر به توليد سنگ هاى خالص و ناخالص كنترل شده اند، مى تواند پايه گذار انواع سراسر نوينى از دستگاه هاى الكترونيكى پرقدرت باشد. با اينكه استفاده از الماس در صنايع الكترونيك به چند دهه ديگر واگذار شده است اما به اعتقاد لينارس اين سنگ قيمتى صنايع نيمه رساناسازى را به كلى دگرگون خواهد كرد.

الماس به طور طبيعى تحت فشارهاى زياد اعماق زمين و در زمانى طولانى شكل مى گيرد. اما در آزمايشگاه مى توان به كمك دو فرآيند مجزا در زمانى بسيار كوتاه تر الماس توليد كرد. فرآيند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقليدى است از فرآيند طبيعى شكل گيرى الماس در حالى كه فرآيند رسوب گيرى بخار شيميايى (CVD) دقيقاً خلاف آن عمل مى كند. در واقع CVD به جاى وارد كردن فشار به كربن براى توليد الماس با آزاد گذاشتن اتم هاى كربن به آنها اجازه مى دهد با ملحق شدن به يكديگر به شكل الماس درآيند.

اين دو تكنيك براى اولين بار در دهه 1950 كشف شدند. به گفته باتلر كه هفده سال روى توليد الماس با استفاده از تكنيك CVD كار كرده است «از آنجا كه پيشگامان توليد الماس بدون فشار بالا در دهه 1950 با تمسخر سايرين از ميدان به در شدند. تكنولوژى CVD هنوز دوران كودكى اش را سپرى مى كند.» هر دو فرآيند قادرند با سرعتى خيره كننده الماس هايى با كيفيت جواهر توليد كنند اما در نهايت اين فرآيند CVD است كه به خاطر كنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براى تكنولوژى هاى الكترونيكى مناسب ترين خواهد بود.

فرآيند CVD با قرار دادن ذره بسيار كوچكى از الماس در خلأ آغاز مى شود. سپس گازهاى هيدروژن و متان به محفظه خلأ جريان مى يابند. در ادامه پلاسماى تشكيل شده باعث شكافته شدن هيدروژن به هيدروژن اتمى مى شود كه با متان واكنش مى دهد تا راديكال متيل و اتم هاى هيدروژن به وجود آيند. راديكال متيل نيز به ذره الماس مى چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تكنيك CVD، فرآيندى خطى است، بنابراين تنها عوامل محدودكننده اندازه محصول در اين روش بزرگى ذره ابتدايى و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.

به گفته ديويد هلير (D.Hellier)، رئيس بخش بازاريابى كمپانى ژمسيس، «فرآيند HP HT نيز با ذره كوچكى از الماس آغاز مى شود. هر ذره الماس در محفظه هاى رشدى به اندازه يك ماشين لباسشويى، تحت دما و فشار بسيار بالا درون محلولى از گرانيت و كاتاليزورى فلزى غوطه ور مى شود. در ادامه تحت شرايط كاملاً كنترل شده اى اين الماس كوچك به تقليد از فرآيند طبيعى، مولكول به مولكول و لايه به لايه شروع به رشد مى كند.» گرچه جنرال الكتريك در توليد الماس ها به اين روش پيشگام است و الماس هاى ساخته شده با تكنيك HP HT را براى مصارف صنعتى به بازار عرضه مى كرد اما تا پيش از آنكه كمپانى ژمسيس با ساده سازى اين فرآيند امكان توليد نمونه هايى با كيفيت جواهر را فراهم كند، هرگز آن الماس ها به عنوان سنگ هاى قيمتى به فروش نرسيده بودند.

امروز هر دو كمپانى آپولو دياموند و ژمسيس الماس هاى جواهرى مى فروشند. اين الماس هاى «پرورشى» با قيمتى بسيار پايين تر از الماس طبيعى به فروش مى رسد. به گفته هلير «كمپانى ژمسيس از سال 2003 الماس هاى مصنوعى را با قيمت يك چهارم تا يك پنجم قيمت نمونه طبيعى به بازار عرضه مى كند كه از لحاظ رنگ، شفافيت، برش و قيراط مشابه سنگ هاى قيمتى طبيعى است. در واقع الماس هاى زينتى مصنوعى بخش كوچك و در عين حال پرسودى از صنعت الماس را تشكيل مى دهند. اين الماس هاى رنگى كه در مقايسه با همتاهاى بى رنگ شان فوق العاده كمياب و در نتيجه بسيار گران بها ترند با توجه به نوع ناخالصى ها در رنگ هاى گوناگون از قرمز و صورتى گرفته تا آبى، سبز و حتى زرد روشن و نارنجى توليد مى شوند. به گفته لينارس: «گرچه آپولو دياموند به زودى الماس هايى به رنگ آبى، صورتى و مشكى را عرضه خواهد كرد اما اين كمپانى با فروش الماس هاى بى رنگ مسير متفاوتى را در پيش گرفته است.» در واقع اين الماس ها مى توانند چنان كيفيت بالايى داشته باشند كه حتى ماشين هاى ساخته شده براى تشخيص سنگ هاى مصنوعى از طبيعى در تفكيك شان از يكديگر دچار مشكل شوند، همان طور كه امروزه برخى از بزرگ ترين الماس فروشان در صنعت نيز به زحمت از پس آن برمى آيند. شباهت فوق العاده نمونه هاى مصنوعى و طبيعى باعث شده است تا تاجران الماس براى تشخيص الماس هاى رنگى مصنوعى از سنگ هاى طبيعى دست به دامن آزمايشگاه هاى الماس بلژيك و ديگر نقاطى شوند كه به طور سنتى عهده دار تجزيه و تحليل و تاييد الماس ها از نظر بزرگى قيراط، رنگ و شفافيت هستند. به گفته جف ون روين (J.Van Royen)، يكى از فيزيكدانان شوراى عالى الماس آنتورپ «وظيفه ما حمايت از انجمن هاى الماس با يافتن شيوه هايى براى شناسايى الماس هاى مصنوعى و دست كارى شده است و با تكنولوژى فعلى مان كاملاً مطمئن هستيم كه مى توانيم از پس اين كار بر بياييم. اما با پيشرفته تر شدن تكنولوژى هاى رشد و دستكارى الماس، اين تكنولوژى فعلى ديگر ابزار مطمئنى نخواهد بود.»

آزمايشگاه آنتورپ و چند تايى ديگر در سراسر جهان براى تشخيص الماس هاى مصنوعى به طور عمده از دو نوع دستگاه استفاده مى كنند. در دستگاه نوع اول با تابش نور به الماس مشخصات طيفى نور جذب يا ساطع شده تجزيه و تحليل مى شود. اگر نشانه هايى از الماس مصنوعى مشاهده شد، آزمايشگاه دستگاه دوم را به كار مى گيرد كه اين دستگاه براى آشكار ساختن ساختار درونى كريستال از نور فرابنفش استفاده مى كند. به گفته ون روين «اين دستگاه ها نقص هاى موجود در الماس را حتى در مقياس ميكروسكوپى يا اتمى نيز بررسى مى كنند. ما در اينجا ساختار هاى رشد الماس را بررسى مى كنيم.» در واقع الماس ها نيز درست مثل درختان داراى حلقه هاى رشدى در اطراف هسته درونى هستند. الماس هايى كه در آزمايشگاه توليد يا براى تغيير رنگ دستكارى شده باشند، ساختار رشد متفاوتى از خود نشان مى دهند. بنابراين با اينكه آزمايشگاه ها با استفاده از اين دستگاه ها قادر به تشخيص الماس هاى مصنوعى از طبيعى هستند اما نگرانى عمده در صنعت الماس جايى است كه افراد بدون اين دستگاه ها توانايى تشخيص سنگ هاى مصنوعى را نخواهند داشت. به گفته ون روين «بيشتر مشترى يا حتى جواهرفروشان قادر به بيان تفاوت اين دو نمونه نيستند. با اينكه صنعت الماس هيچ مشكلى با الماس هاى مصنوعى ندارد، آنها مصرانه مى خواهند كه اين نمونه هاى مصنوعى به روشنى برچسبى داشته باشند تا مشترى نسبت به آنچه خريدارى مى كند كاملاً مطلع باشد.» بنا به اظهارات هلير و لينارس هر دو كمپانى ژمسيس و آپولو دياموند در تلاش اند تا اعتبار سنگ هاى پرورشى شان را تضمين كنند. براى مثال روى تمام الماس هاى پرورشى بزرگ تر از يك چهارم قيراط كمپانى ژمسيس، اسم كمپانى و شماره سريالى انحصارى با ليزر حك شده است. همچنين تمام سنگ هاى بزرگ تر از يك قيراط همراه با تاييد نامه رسمى از آزمايشگاه جواهر شناسى اروپا عرضه مى شود. اما به اعتقاد ون روين هنوز اين پرسش باقى است كه آيا تمام توليد كنندگان الماس لزوماً با وجدان هم خواهند بود. به گفته وى «در پايان انتظار داريم الماس هاى مصنوعى جايگاه مخصوص به خودى در بازار را پيدا كنند.» برخى ديگر از دست اندركاران صنعت الماس نيز ديد بهترى نسبت به اين سنگ هاى پرورشى دارند. به گفته مارتين راپاپورت (M.Rapaport)، رئيس گروه راپاپورت، شبكه اى از كمپانى هاى درگير در صنعت الماس «از چشم انداز سياست عمومى، انواع بيشتر محصول، انتخاب هاى بيشتر، قسمت هاى متنوع و رقابت يعنى بازار بهتر. در واقع اين شانس منطقى است كه بتوانيم در آينده اى قابل پيش بينى ابعاد صنعت الماس را دو برابر كنيم.» لينارس معتقد است سرانجام اين ميزان فروش سنگ هاى قيمتى است كه تنها وسيله پايان بخش به اين جدل خواهد بود و بازدهى هاى بزرگ در دل تكنولوژى هاى صنعتى است.

دورنماى الماس

ويژگى هاى ذاتى الماس خالص مثل نارسانايى و رسانايى الكتريكى فوق العاده و نيز عنوان سخت ترين و مقاوم ترين ماده شناخته شده در جهان، آن را تبديل به ماده طبيعى مناسبى براى كاربرد هاى صنعتى و الكترونيكى كرده است. به گفته جيمز باتلر «در پنجاه سال آينده تحقيقات شيميايى الماس در آزمايشگاه تحقيقاتى نيروى دريايى ايالات متحده احتمالاً منجر به ظهور لوازم الكترونيكى نوينى خواهد شد كه به راحتى جاى سيليكون به عنوان گزينه اى براى نيمه رساناها را اشغال مى كند. به عنوان برخى از كاربرد هاى عملى الماس مى توان به موارد زير اشاره كرد:

- لوازم الكترونيكى ولتاژ و توان بالا مثل ترن هاى سريع السير.

- دستگاه هاى فركانس بالا مثل رادار هاى پرقدرت و ايستگاه هاى مخابراتى سلولى.

- دستگاه هاى ميكرو و نانو الكترو مكانيكى مثل ساعت ها و فيلتر هاى تلفن هاى سلولى.

- محاسبات كوانتومى مثل موارد مورد نياز در ارتباطات امن.

- آشكارساز پرتو هاى پرانرژى مثل پرتو سنج هاى پزشكى.

- اپتيك و ليزر هاى پرقدرت مثل آنچه در كابل و خطوط تلفن يا پنجره شاتل هاى فضايى به كار مى رود.

- الكترود هاى الماسى مقاوم به خوردگى كه مى تواند محيط هاى آلوده را پاك كند.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

گيوم گراله

ترجمه: ع . فخرياسرى
آشكار ساختن ساختار ژنتيك و كشف منشاء استيكى كه جلوى ما گذاشته اند تا نوش جان كنيم...اتحاد الكترونيك و بيولوژى مى تواند حيطه هاى متنوعى چون پزشكى، علوم تغذيه، يا علوم دفاعى را دستخوش انقلاب سازد. سرعت پيشرفت ما آنچنان زياد است كه خطر زير پا گذاشتن اخلاقيات واقعاً وجود دارد.

گرى هوپر عضو انجمن بيوتكنولوژى كه كارهاى ميليون دلارى برعهده دارد، با صداى خشن، عينك كوچك هيئت كالين پاول خطاب به همكارانش كه همگى مثل او قدشان حدود دو متر است، مى گويد: «بچه ها، بجنبيد! اگر اين كار را نكنيم، چينى ها جاى ما خواهند كرد!» اين خطر را وجود يك مشت از صاحبان صنايع داروسازى كه سخنرانى هاى رمزى و در لفافه شان مدت ها به درازا مى كشد، به خوبى نشان مى دهد. بر روى صندلى هاى اين سالن كه در سال هاى پايانى سده پيش در ميدان اتحاد واقع در قلب سانفرانسيسكو ساخته شد، در پشت پرده هاى سنگين و به رنگ قرمز آتشين آن، اين مردان پنجاه، شصت ساله به ناگهان از انديشه آهسته تر كردن سرعت پيشرفت تراشه هاى زيستى به خشم مى آيند. اينجا صحبت از سيليسيم _ همان ماده اى كه سيم هاى تلفن نيز از آن ساخته مى شوند _ است كه يك رشته DNA (يا رمز حيات) بر روى آن قرار داده مى شود. تراشه اى كه بزرگ تر از نصف يك دانه شكر نيست قادر به كارهايى است _ از پزشكى تا كشاورزى و علوم زيبايى _ كه ديوانه كننده اند.

اين مجموعه سحرآميز، آميزه اى از بيولوژى و الكترونيك، درصدد زير و رو كردن آن چيزى است كه بيوتكنولوژى خوانده مى شود. علمى كه قرار است انقلابى در زندگى ما پديد آورد ... ولى چگونه؟ چيز زيادى نمى دانيم. با اين حال، ماتما كاليكورا تحليلگر موسسه «فراست و ساليوان» مطمئن است كه تا ده سال ديگر اين ابتكار بازارى بزرگ تر از 10 ميليارد دلار را به روى ما خواهد گشود. گام هاى اوليه صنايعى چون هيولت _ پاكارد، موتورولا و آى بى ام تنها آغاز اين راه است.

در واقع اين انديشه چندان جديد نيست. تراشه هاى زيستى در واقع حاصل ازدواج (كه مسلماً قدرى ديرهنگام بود) دو كشف قديمى است كه بيش از 50 سال عمر دارند. كارهاى جيمز واتسون و فرانسيس كريك _ برندگان جايزه نوبل در رشته فيزيك در سال 1962 _ در حقيقت به سال 1953 بازمى گردد. در اين سال دو پژوهشگر مولكول DNA (كه تعيين كننده وراثت ژنتيك هستند) را كشف كردند. مولكول DNA تشكيل شده از دو رشته كه ساختمانى مى سازند كه بر روى خويش مى پيچد و هر يك از اين دو رشته قرينه آن ديگرى است. در همين زمان تراشه الكترونيك كه توسط راديوسازان در ساختمان ترانزيستورها به كار مى رفت، براى نخستين بار ساخته شد. تنها كارى كه باقى مانده بود، ازدواج فرخنده اين دو پديده نوين بود و استفن فودور، زيست شناس از دانشگاه پرينستون، اين كار را انجام داد. انديشه وى بسيار ساده بود: از آنجا كه هر رشته DNA از يك رديف رمز تشكيل شده كه با دوقلوى خويش به صورتى كاملاً قرينه يكى مى شود لذا كافى است كه يك رشته تنها را بر روى تراشه اى قرار دهيم، در اين صورت به محض مواجه شدن آن با دوقلويش صدور يك پيام فلورسانت را تحريم خواهد كرد كه سپس كامپيوتر مى تواند آن را دريافت كند. اين تمام جادوى ازدواج فرخنده تكنولوژى هاست: تبديل يك واكنش زيستى به سيگنال الكترونيك. اين انديشه فى البداهه بسيار جالب بود و بار ديگر در سال هاى دهه ،1990 زمانى كه «پروژه ژنوم انسان» براى يافتن ژنوم كامل انسان به اوج رسيد، مطرح شد. از آن زمان هيچ رازى در اينكه تراشه معجزه خواهد كرد، نبود...

نقشه ژنتيك شما فقط به قيمت 300 دلار

در ابتدا اين واقعيت به ويژه براى جهان پزشكى شگفتى آور بود كه با استفاده از چنين ابزارى مى توان تشخيص ها را بدون اشتباه و به نحوى بى سابقه داد. دپارتمان زيست شناسى مولكولى در دانشگاه دوك (كاروليناى شمالى) در اين ميان به موفقيت هايى نائل شد. يكى از پروفسورها، تحقيقاتى را بر روى بيمارى كه مشكوك به ابتلا به سرطان بود، انجام داد. نمونه خونى كه به كمك يك تراشه زيستى از بيمار گرفته شد، اين امكان را داد كه ظرف كمتر از ده دقيقه ساختمان ژنتيك بيمار به دست آيد و پزشك بلافاصله توانست تصميم بگيرد كه از چه درمانى استفاده كند. جلوگيرى از اتلاف وقت كه در اينجا بى اندازه ارزشمند است. هنوز هم پس از گذشت پنج سال از آن رويداد مهم، چنين تشخيصى مى تواند يك آزمايشگاه كامل را به مدت چندين روز به تكاپو اندازد. بازار جديدى متولد شده: تاكنون چندين موسسه پيشنهاد كرده اند كه نقشه ژنتيك آدم ها را به 300 تا 500 دلار در اختيارشان قرار دهند. موسسه ايسلندى DeCode Genetics در يخچال هايش ژن هاى حدود بيست بيمارى مهم، از جمله شيزوفرنى را در اختيار دارد. در فرانسه انستيتو BioMe ,rieux روى سرطان كار مى كند.

تراشه هاى زيستى كه خود را با بيمارى ها و درمان آنها شناسانده اند، مى توانند به علاوه خطرناك نيز باشند، چه امروز ژن هايى كه نماينده بيمارى هايى هستند، شناخته شده اند. شركت AFFymetrix در كاليفرنيا، جزء نخستين موسساتى بوده كه تراشه هاى زيستى را پذيرفت و اكنون بدين كار مشغول است. يكى از كاركنان اين شركت مى گويد: «تراشه هاى ما براى كنترل كردن تركيب مواد غذايى اند، در واقع براى آنكه ببينيم غذاى روبه روى ما كه گوشت گاو يا ماهى معرفى مى شود، همان است كه از آن انتظار داريم.» براى انجام اين پروژه شركت مذكور نياز به حمايت جامعه آمريكا دارد و شريك فرانسوى اش BioMe ,rieux نيز يكى يكى ژن هايى را كه بازسازى مى كند در اختيار آن قرار مى دهد و چه بازارى! اين ابزار بسيار كوچك معجزه گر قادر است تا 30 نوع گوناگون مهره داران را شناسايى كند. حتى مى تواند حيوانات را براساس جنس (پستانداران، پرندگان و ماهى ها) يا نوع (ماكيان، گوسفند، خوك، كبك، ماهى قزل آلا) شناسايى كند و حتى از ميان جوندگان موش را تشخيص دهد. دانشمندان فكر همه چيز را كرده اند!

ولى قضيه به اينجا ختم نمى شود: تراشه هاى زيستى از گذشته حيوان نيز ما را آگاه مى كند. طبق قوانين فرانسه و اروپا غذايى كه به چهارپايان داده مى شود، نبايد منشاء حيوانى داشته باشد. توماس اشلوم برگر رئيس شركت با فرانسه شكسته بسته اى مى گويد: «شما در فرانسه وقتى كه صحبت از گاو مى كنيد، به دادن اين عنوان به حيوان مطمئنيد.» با استفاده از اين تكنولوژى مى توان از يك دانه برنج پى برد كه چه نوع كود شيميايى به آن داده اند و اينكه تحت تغيير و تبديلات ژنتيكى قرار گرفته يا خير ... يك كين واقعى. جنگ اطلاعات زيست شناسى آغاز شده است.

پارك منلو در حومه پالوآلتو راهروى ورودى با كپى تابلوى «مطالعه رنگ ها» اثر كاندينسكى (1913) تزئين شده اند. پژوهشگران باذوقند، آيا به همين اندازه بااستعداد نيز هستند؟ اين موسسه كه در سال 1997 از سوى شيمى دان آلكس زافارونى (مجله Forbes را به ياد قهرمان فقيد اسكاتلندى، جيم كلارك بيوتكنولوژى نام نهاده) بنيانگذارى شده به كاربرد به كلى جديدى از تراشه هاى زيستى مى پردازد: رديابى اشيا. اوگوست مورتى 50 ساله كه اصلاً نيويوركى است و بيش از نيمى از عمرش را در بخش زيست شناسى گذرانده اكنون به فروش تراشه هاى زيستى سنتى _ كه در واقع فعاليت اصلى موسسه را تشكيل مى دهد - مشغول است. اين بار او فكر مى كند، كسب و كار خوبى خواهد داشت. به تازگى يكى از مارك هاى بسيار شيك و گرانقيمت به وى مراجعه كرده و از نمونه هاى تقليدى كيف هاى چرمى اش كه از چرم نژاد خاصى از گاوهاست، شاكى است بايد ديد كيف هاى چرمى تقليدى در رمز ژنتيك چه تفاوت كم وبيش اندكى با چرم اصيل دارند. مورتى تنها يك كار جزيى مى كند. وى «اثر انگشت» چرم اخير را بر روى يك تراشه زيستى قرار مى دهد و هر بار كه كيف هاى وارداتى سوءظن مأمور گمرك را برمى انگيزند، كافى است «اثر انگشت» آنها با آنچه كه به عنوان نمونه موجود است مقايسه شود.

بخش خصوصى تنها كسانى نيستند كه در اين ميان منتفع مى شوند، بلكه دولت نيز مى تواند از ثمرات اين تكنولوژى بهره مند شود. بر روى تپه ماهورهاى پوشيده از درختان انگور در كاليفرنيا هزاران نفر از پژوهشگران در آزمايشگاه لارنس ليومور كه در سال 1952 به بزرگداشت مخترع سيكلوترون به نام وى ناميده شد، مشغول كارند. در سالن هاى فوق سرى اين آزمايشگاه _ كه حتى مشاهده آنها توسط افراد خارج از آزمايشگاه مستلزم داشتن اجازه كتبى مقامات است _ پژوهشگران بر روى روش هاى مقابله با ميكروب سياه زخم مطالعه مى كنند. اين پودر كه مقامات و كنگره را در آمريكا پس از 11 سپتامبر سال 2001 اينچنين وحشت زده كرده، در واقع چيزى جز يك آنزيم نيست. با اين حال به بركت وجود و ساخت تراشه هاى زيستى مناسب به راحتى مى توان آن را شناسايى كرد.

اما كار به اينجا ختم نمى شود. در پايان سال 2003 پنتاگون اعتبارى به مبلغ بيش از 2 ميليون دلار را در اختيار گروهى در دانشگاه ويرجينيا قرار داد كه از جمله گيرنده هاى بسيار كوچكى را بر روى پوست سربازان داوطلب پيش از آغاز جنگ پيوند زند. اين ترموستات هاى واقعى سلامتى سربازان، علاوه بر اندازه گيرى ميزان آنتى كر (ضد باكترى يا سموم) بدن آنها اين امكان را نيز به وجود مى آورد كه به صورت شناسنامه هاى ژنتيكى آنها عمل كنند. اين كمك ذى قيمتى به جراحانى است كه ناچارند سربازان را در همان حالت بيهوشى و بى خبرى تحت عمل جراحى قرار دهند. كاربردهاى ديگرى كه براى اين وسيله ارزشمند متصور است، از اين قرارند: سربازانى كه در بيابان گم مى شوند و به واحه اى مى رسند، مى توانند تراشه را در تماس با آب قرار دهند و دريابند كه آب آلوده (مثلاً بقاياى ناقلان ويروس سرخك) است يا خير. علاوه بر ميدان هاى نبرد، تراشه هاى زيستى كاربردهايى نيز در فضا دارند.

ناسا كه يكى از شركاى برنامه دانشگاه ويرجينياست، درصدد است فضانوردان خويش را مجهز به چنين تراشه هايى سازد كه بتواند از هيوستون سطح قند خون فضانوردان در مأموريت را اندازه گيرى كند. در كاپ كاناورال تاكيد مى شود: «اين برنامه را با ميل و علاقه دنبال مى كنيم. همه اينها چراغ سبزى است براى توليد انبوه تراشه هاى زيستى.»

در ورودى AFFymetrix كه در 20 كيلومترى سمت كاليفرنيا قرار دارد، نوشته اى از طلا _ كه يادآور دوران هجوم براى يافتن رگه هاى طلا در زمان هاى گذشته است _ ما را باخبر مى سازد كه ده سال از ساختن آن گذشته است. ولى گويى اينجا آغاز و پايان جهان است. براى آنكه به اين عمل ضدعفونى شده و عارى از ميكروب پا گذاريد، مدير آنجا براد كريگر از شما مى خواهد كه وارد سالنى شويد كه همزمان سى تايى هواكش بسيار كوچك شما را تحت بمباران هواى تصفيه و فرآورى شده قرار مى دهند. تنها چيزهايى كه مى توانيد با خود داشته باشيد، عبارتند از يك كوله پژوهش بر دوش، يك چراغ قوه، شماره تلفن هاى اشخاصى كه در موارد ضرورى مى توانيد با آنها تماس بگيريد و صحنه هاى تماشايى از اينجا آغاز مى شوند.

جنگ قيمت ها در پيش است

جالب ترين قسمت داستان در سالنى اتفاق مى افتد كه بسيار تحت نظر است. در اينجا يخچال هاى بزرگى قرار دارند كه تورهايى از آن حفاظت مى كنند. در داخل اين گاوصندوق هاست كه موسسه ردياب هايى از جنس DNA خود را ذخيره كرده است. رشته هاى تكى DNA وجود دارند كه سطح گلوكز را تعيين مى كنند. نوعى سفارش كاركنان سفارش هزاران DNA از مشتريان دريافت مى كنند كه آنها را به كمك روبوت ها بر روى صفحات شيشه اى رشته بسيار كوچك نگهدارى مى نمايند. اين تراشه هاى زيستى كه هركدام يك در يك سانتيمتر ابعاد دارند، مى توانند چندين هزار ردياب را در خود داشته باشند.

يك بازار واقعى كه جاى خود را در بورس هم باز كرده است: افى متريكس سالانه چندين صد هزار تراشه مى فروشد. استيوم لومباردى يكى از اعضاى گروه، در حالى كه تراشه اى به ابعاد دو سانتيمتر را بين انگشتان اشاره و شست خويش نگه داشته بر روى صندلى راحتى اش نشسته و در صورتش احساس رضايت يك كهنه كار به خوبى ديده مى شود. وى در گذشته به صورت دستى و با پيپت تشخيص هايش را صورت مى داد. ولى امروز كار به روشى بسيار پيشرفته صورت مى گيرد، موسسه اى كه مشغول كار است شبانه روز 24 ساعت و در هفت روز هفته فعاليت مى كند. «ما كم كم داريم به صورت اينتل اين صنعت در مى آييم: تراشه هاى ما در انبوهى از تكنولوژى در آينده ديگر به چشم نخواهند آمد.»

با اين حال افى متريكس ناچار به مبارزه كردن است چرا كه كاليفرنيا در اين ميان تنها نيست. ديگرانى هستند كه به سرعت پيش مى روند. مثلاً در فرانسه داباگ در قطب ژن اورى (اسون) در آغاز راه است. در چين چندين صد پروژه كه در ابتدا با تزريق ده ها ميليون دلار از سوى دولت كار خود را شروع كردند، اكنون اندك اندك مستقل مى شوند. علاوه بر اين ما شركت هاى بزرگى چون جنرال الكتريك، موتورولا، آى بى ام، ابزارهاى تگزاس، كورنينگ، هيتاچى- كه در ساخت «مركز حياتى» عظيم هنگ كنگ مشاركت دارد و حتى فيليپس هم گام در اين راه گذاشته اند- همه اينها آماده وارد شدن در بازارند.

سرسخت ترين آنها Agilent نام دارد. اين موسسه واقع در پالوآلتو جايگاه دوم را در اين بخش به خود اختصاص داده است. دارين سولومون معاون رئيس موسسه مى گويد: «ما سال گذشته 15درصد رشد را به ثبت رسانديم.» در واقع اين موسسه متكى به هيولت پاكارد است. (هيولت پاكارد پيش از استقلال آن را به وجود آورد) كه با 142000 كارمند داراى قدرت واقعى است Agilent كه سالانه بيش از يك ميليارد دلار خرج تحقيقاتش مى كند، امروز آزمايشگاه كاملى را بر روى يك تراشه به بازار آورده كه 20 هزار ژن در آن جاى دارد. تازه واردى كه ميدان نبرد را- كه شرط ضرورى موفقيتش است- داوطلبانه و بدون برخوردار شدن از امتيازات پذيرش صلح ترك گويد، چيزى نصيبش نمى شود. تراشه ها هنوز گرانند و گاه تا چندين ده دلار قيمت دارند. افى متريكس براساس آمار و ارقام افتخار مى كند كه از سال 1996 قيمت ها را بسيار پايين آورده، در آن سال قيمت يك تراشه فراتر از 200 دلار بوده گرچه هنوز هم براى فروش به عموم مردم قدرى گران است. براى پايين آوردن قيمت هيچ راهى بهتر از تغيير روش توليد نيست. توليد كننده آمريكايى فيبرهاى نورى- كورينگ ماده اى از شيشه ساخته كه داراى هزاران حفره بسيار كوچك است كه ردياب هاى DNA در داخل آنها جاى مى گيرند. به گفته شركت مذكور، با اين ماده جديد در هر دقيقه بيشتر از سابق مى توان تراشه توليد كرد و بدين ترتيب هزينه هاى توليد را كاهش داد.

تب جمع آورى و ثبت اطلاعات

حتى در شرايط ارزانى، مشكلات ديگرى در پيش پاى تراشه هاى زيستى قرار دارند، چه رشته هاى DNA مسائل و موضوعات بسيار جدى پيرامون اخلاقيات را به پيش مى كشند. اولين آنها برملا كردن، مثل دستكارى اطلاعات محرمانه خصوصى است. چگونه مى توان اين بانك هاى عظيم اطلاعاتى را كه هزاران اطلاعات راجع به تنوع ژنتيك را گرد آورده اند، كنترل كرد؟ در انگلستان بيوبانك اين كشور نمونه هايى از DNA 500 هزار داوطلب را جمع آورى كرده است. آيا روزى سناريوى فيلم آمريكايى «خوش آمديد به گاتاكا» كه در آن اوما تورمن عاشق اتان هاوك به وى كمك مى كند تا از چنگال يك دولت پليسى كه در آن موفقيت نه از كار يا دانش بلكه از رمز DNA افراد حاصل مى شد بگريزد، به واقعيت نخواهد پيوست؟ اين تب حتى به كانادا نيز راه يافته، در اينجا هشت ماه است كه پروژه غول آساى كارتاژن مشغول جمع آورى و ثبت اطلاعات مربوط به بيمارى هاست، اطلاعاتى كه به آسانى در اختيار بخش خصوصى قرار گيرد و اما استونى، دو سال است كه سرسختانه سياست فناورى پيشرفته را در پيش گرفته و اين انديشه جاه طلبانه را در سر دارد كه اطلاعات ژنتيك تمام شهروندان خويش _ و نه فقط بيماران _ را جمع آورى كند. ولى اين همراهى، بسيار مهم _ جذاب ولى به همان اندازه نگران كننده _ انسان و الكترونيك است كه همه را نگران مى كند و به گفته گلن مك گى مسئول مسائل و موضوعات اخلاقى در دانشگاه پنسيلوانيا: «انسان همان احساس نگرانى را دارد كه در نخستين روزهاى كلون هاى ژن ها (بازسازى و كشت ژن ها در محيط مصنوعى) داشت، احساس اينكه نمى داند بالاخره كار به كجا ختم مى شود.» وى اخيراً كتابى تحت عنوان «آن سوى علم ژنتيك» منتشر كرده كه در آن شديداً به وضع موجود كه در آن عموم مردم از كمبود اطلاعات و آگاهى رنج مى برند خرده گرفته است: «زمان آن فرا رسيده كه پس از اين همه سال تحولات بى سروصدا بالاخره در جعبه سحرآميز را بگشائيم…»

ولى تهاجم ژن ها به دنياى الكترونيك قصد از پاى ايستادن را ندارد. موسسه وايزمن نخستين كامپيوتر براساس DNA را به راه انداخته است. اين كامپيوتر كه بسيار كوچك تر از كامپيوترهاى معمولى است، احتمالاً پس از توليد انبوه بسيار ارزان تر خواهند بود. ولى در عين حال و به خصوص بسيار قدرتمندتر: داده ها در اين كامپيوتر بر پايه چهار فرآورى مى شوند (الفباى ژنتيك از چهار رمز تشكيل شده است: A براى آدنين، T براى تيمين، C براى سيتوزين و G براى گوانين) و نه برپايه دوتايى (0 و 1) همچون كامپيوترهاى كلاسيك چهار در برابر دو: طرفداران اين كامپيوترها لاف مى زنند كه قدرت آنها چهار برابر افزايش مى يابد. يك مثال؟ مايا، نخستين كامپيوتر DNA تمام بازى هاى tic-tac-toe (بازى با شركت دو حريف كه هر يك سعى مى كند سه حرف را به صورت افقى، عمودى، يا مورب زودتر از آن ديگرى به صورت يك رديف قرار دهد [در ايران بازى مشابه به نام «دوز بازى» از قديم رايج بوده است]) را بى برو و برگرد مى برد، در حالى كه كامپيوترهاى امروزى از هر ده مورد بازى تنها شش مورد شانس برملا شدن از حريف انسانى را دارند…

سخن آخر

در فرانسه فعاليت تراشه «كميسارياى انرژى اتمى» 40 نفر پرسنل در ژنوپل دورى (Genopole D,Evry) دارد و مى تواند سالانه 10 هزار تراشه DNA توليد كند. بانك ژن هاى انسانى آن كه در پايان ماه آوريل تكميل شده، هم اكنون بيش از 25 هزار ژن (رديف پياپى باز هاى آلى تشكيل دهنده مولكول DNA) را در اختيار دارد.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

بار الكتريكي ...

وقتي تكه اي از پلاستيك را با يك پارچه مالش دهيد، نيرويي درآن بوجود مي آيد كه مي تواند اجسام سبك را به حركت در آورد. در اين حالت، تكه هاي پلاستيك، بار الكتريكي گرفته و باردار مي شوند.

بار الكتريكي هر تكه پلاستيك، به آن انرژيي مي دهد كه براي مدتي در پلاستيك ذخيره مي شود .به اين انرژي، انرژي پتانسيل الكتريكي مي گويند.

دو نوع بار الكتريكي وجود دارد...

دو نوع بار الكتريكي وجود دارد كه هر دو نوع آن مي توان اجسام سبك را بلند كرده وجرقه توليد كند. اين بارها، بار مثبت و بار منفي ناميده مي شوند.

نيروي ميان بارها

ميله هايي از جنس پلي تن واََََسِتات را باردار كنيد وآنها را بر روي دو شيشة ساعت به حال تعادل در آوريد به طوري كه آزادانه بچرخند. اكنون يك ميلة پلي تني را باردار كرده وآن را به ترتيب به ميله هاي پلي تني واستاتي نزديك كنيد. در حالت اول، ميله ها يكديگر را دفع و در حالت دوم طرف چـپ ديده يكديگر را جذب مي كنند. بنابراين، نتيجه مي گيريم كه نوع بار روي دو ميله متفاوت است.

عايقها ( نا رساناها ) ...

پلاستيك و موادي مانند آن را اجازه نمي دهند بار الكتريكي در آنها حركت كند، عايق يا نارسانا مي نامند. به الكتريسيته اي كه حركت نداشته باشد، الكتريسيتة ساكن مي گويند.

رساناها ...

رساناها (مانند فلزات )، موادي هستند كه بار الكتريكي مي تواند به طور آزادانه در آنها حركت كند.

ذخيره كردن بار الكتريكي

خازنها ــ خازنها، اجزايي الكترونيكي هستند كه براي ذخيرة بار الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرند، همچنين از خازنه براي جدا كردن جريان متناوب ( a.c )از جريان مستقيم ( d.c )استفاده مي شود.

اندازه گيري انرژي پتانسيل الكتريكي

انرژي پتانسيل الكتريكي بر حسب ولت اندازه گرفته مي شود.

براي برسي اين موضوع، دستگاه الكتروسكوپ وسيلة مناسبي است. در الكتروسكوپ براي آشكار كردن بار الكتريكي از يك ورقة نازك طلا استفاده مي شود. اين ورقه بسيار سبك بوده و به يك ميلة فلزي وصل است. چنانچه بار بر روي كلاهك اين وسيله قرار بگيرد ( يا به آن نزديك شود )، ورقةطلا از ميلة فلزي جدا شده وبالا مي رود.

بارها، اتمها و الكترونها

ما با اين نظريه كه تمام مواد از اتمها تشكيل شده اند و اتمها بسيار كوچك اند، آشنايي داريم .تا اينكه ذرة كوچكتر از اتم نيز كشف شد. اين ذره بار منفي داشت و دو هزار مرتبه كوچكتر از سبكترين اتم بود و نام آن الكترون است.

تمام اتمها هستة خيلي كوچك وسنگيني در مركز خود دارند و بار اين هسته مثبت است. اگر چه هستة اتم خيلي سنگينتر از الكترونهاست امّا مقدار آن با بار الكترون برابر است. يك اتم در حا لت عادي بدون بار است، زيرا بار (+‌) هسته با بار (-) الكترونها خنثي مي شود.

نظرية الكتروني بار الكتريكي

هر جسم ، تعداد زيادي بار مثبت ومنفي دارد. با مالش دادن ماده، تعادل ميان بارها به هم مي خورد وجسم باردار مي شود. بنابراين، بايد توجه كرد كه در اثر مالش دادن اجسام، بار توليد نمي شود بلكه تعادل بارها به هم مي خورد.

بار الكتريكي در حال حركت

به طور كلي، دو نوع الكتريسيته وجود دارد : الكتريسيتة ساكن كه به وسيلة مالش ايجاد مي شود و الكتريسيتة جاري كه به وسيلة باتريها و مولدها توليد مي شود. مـي شود. وقتي طـرف راسـت وچپ عوض حركت الكترونها موجب ايجاد جريان الكتريكي است.

جريان الكتريكي در سيمها

در يك سيم مسي چندين ميليون الكترون وجود دارد. اگر دو سر آن را به دو قطب مثبت ومنفي يك باتري وصل كنيم، تعدادي از الكترونها به طرف قطب مثبت سيم حركت مي كند. اين حركت الكترونها موجب ايجاد جريان الكتريكي مي شود.

كولن و آمپر ...

كولن و آمپر به تر تيب يكاهاي اندازه گيري بار وجريان الكتريكي هستند.

بار الكتريكي بر حسب كولن اندازه گيري مي شود. يك كولن بار برزگي است، به طوري كه در يك كولن بار منفي، تعداد 10 ^18 الكترون وجود دارد.

جريان الكتريكي بر حسب آمپر اندازه گيري مي شود وچون جريان الكتريكي حركت بارهاي الكتريكي است، بنابراين كولن وآمپر با هم رابطه دارند.

پيلها و ولتاژها

پيلها دو ترمينال (قطب ) دارند كه ترمين0ال مثبت (+) ترمينال منفي (-) ناميده مي شوند.

فعاليت شيميايي داخل پيلها موجب مي شود كه در ترمينال مثبت تجمعي از بارهاي مثبت ودر ترمينال منفي تجمعي از بارهاي منفي وجود داشته باشد.

اختلاف ميان انرژي دو سر ترمينالها را اختلاف پتانسيل ( p.d ) مي نامند.

نيروي محركة الكتريكي e.m.f....

وقتي كه بار الكتريكي از ميان باتري مي گذرد، باتري انرژي مي گيرد. ودر مدار خارج از باتري مصرف مي شود.

انرژي تأمين شده براي هر كولن بار الكتريكي را نيروي محركة الكتريكي (e.m.f.) باتري مي نامند. نيروي محركة الكتريكي را بر حسب ولت ( V ) اندازه مي گيرند.

باتريها

يك باتري از به هم بستن چند پيل به يكديگر تشكيل مي شود.

براي توليد جريان هاي زياد كه در اتومبيلها مورد نياز است از باتريهايي كه محتوي مايعات هستند، استفاده مي شود.

باتريهاي سرب ــاسيد نمونه اي از اين باتريها هستند.اگر چه اين باتريها گران قيمت هستند اما مي توان آنها را پس از تخليه، مجدداً پر كرد.

به پبلهايي كه انرژي آنها را مي توان توسط منبع ديگري تأمين كرد، پيلهاي قابل شارژ گفته مي شود.

مدارهاي الكتريكي

به كمك يك منبع تغذية كم ولتاژ ودو قطعه سيم، لامپي را روشن كنيد. اين اتصال منبع به لامپ، يك مسير بستة رسانا ايجاد مي كند كه الكتريسيته مي تواند در ‎آن مسير جاري شود. اين اتصال را مدار الكتريكي مي نامند.

روشن شدن دو لامپ به طور همزمان

لامپها پشت سرهم و در يك خط به هم وصل شده اند. يعني اتصال لامپها سري است. بنابراين، جريان الكتريكي ابتدا از يكي از لامپها عبور كرده و سپس از لامپ دوم مي گذرد.

دراين قسمت با استفاده از يك سيم اضافي، روش ديگري براي روشن كردن لامپها مطرح مي كنيم. در اين روش، لامپها به طور موازي به هم وصل مي شوند وهر لامپ به طور مستقيم به باتري وصل است. دراتصال موازي، هر دو لامپ به صورت پر نور روشن مي شوند، واگر يكي از لامپها برداشته شود لامپ ديگر خاموش نمي شود.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

AC به معني جريان متناوب و DC  به معني جريان مستقيم مي باشد . اين دو مولفه گاهي به سيگنالهاي الكتريكي ( مثلاً ولتاژ ) هم كه جريان نيستند اطلاق مي شود . بنابراين سيگنالهاي الكتريكي جريان يا ولتاژي هستند كه منتقل كننده اطلاعات ( كه معمولا ولتاژ ميباشد ) هستند .

جريان متناوب  AC

سيگنالهاي متناوب در يك مسير منتشر ميشوند و سپس تغيير مسير مي دهند و اين عمل دائماً تكرار مي شود . يعني ابتدا يك سيكل مثبت و بعد يك سيكل منفي و به همين ترتيب تكرار مي شوند .

يك ولتاژ  متناوب  دائماً بين مثبت و منفي تغيير ميكند و بصورت موجي تكرار ميشود .

به هر تغييرات بين مثبت و منفي ، يك سيكل گفته مي شود و واحد آن هرتز مي باشد . در ايران وسائل الكتريكي با فركانس 50 هرتز كار مي كنند .

شكل بالا شكل موج يك منبع تغذيه متناوب است كه به آن موج سينوسي اطلاق مي شود و به شكل پائين از آنجا كه مستقيماً بين مثبت و منفي تغيير مي كند ، شكل موج مثلثي اطلاق مي شود .

سيگنالهاي متناوب براي راه اندازي وسائلي از قبيل لامپ ها و گرم كننده ها بكار مي روند ولي اكثر مدارهاي الكتريكي براي كار نياز به يك ولتاژ مستقيم دارند كه در زير به آن اشاره شده است .

جريان مستقيم  DC

جريان مستقيم هميشه در يك مسير جاري مي شود ( هميشه مثبت و يا هميشه منفي است ) ولي ممكن است ميزان آن كاهش يا افزايش پيدا كند .

باتري ها و رگولاتورها ولتاژ مستقيم مي دهند و اين ولتاژ براي مدارهاي الكترونيكي مناسب است . اكثر منابع تغذيه شامل يك تبديل كننده ترانسفورماتوري هستند كه جريان اصلي غير مستقيم را به يك جريان غير مستقيم كم و بي خطر تبديل مي كنند .

سپس اين جريان كم و بي خطر توسط مدارات يكسو كننده جريان از غير مستقيم به مستقيم تبديل مي شود . البته اين ولتاژ مستقيم يك ولتاژ متغيير مي باشد و براي مدارهاي الكترونيكي مناسب نيست و لذا براي صاف كردن سطح ولتاژ مستقيم از يك خازن استفاده مي شود تا ولتاژ مستقيم براي مدارات الكترونيكي حساس قابل استفاده شود .

در شكل مقابل بالا شكل موج يك ولتاژ مستقيم ثابت و يكنواخت كه از طريق باتري تامين ميشود نشانداده شده است .

شكل وسط يك ولتاژ مستقيم با صاف كننده سطح ولتاژ ( خازن )  است كه مناسب بعضي از مدارهاي الكترونيكي مي باشد .و شكل پائين يك ولتاژ مستقيم بدون استفاده از خازن را نشان مي دهد

مشخصات سيگنال هاي الكتريكي

همانطور كه بيان شد ، سيگنالهاي الكتريكي ولتاژ يا جرياني هستند كه انتقال دهنده اطلاعات كه معمولا ولتاژ است ، هستند .

در نمودار مقابل مشخصات مختلفي از سيگنال الكتريكي نشان داده شده است . يكي از اين مشخصات فركانس است كه به تعداد سيكل ها در ثانيه اطلاق مي شود .

Amplitude  ماكزيمم ولتاژي است كه سيگنال دارد و Peak voltage  نام ديگري براي Amplitude  است .

  پيك تو پيك ( Peak-peak voltage ) دو برابر مقدار پيك ولتاژ مي باشد .

 دوره تناوب ( Time period )  زماني است كه براي طي شدن يك سيكل كامل نياز است . اين زمان بر حسب ثانيه اندازهگيري مي شود و در زمانهاي خيلي كوتاه از واحد هاي ميكروثانيه هم استفاده مي شود .

فركانس ( Frequency   ) به تعداد سيكل ها در هر ثانيه اطلاق مي شود و واحد آن هرتز است . در اندازه گيري فركانس هاي بالا از واحد هاي كيلوهرتز و مگاهرتز نيز استفاده مي شود .

 

در ايران فركانس شبكه برق 50 هرتز است بنابراين دوره تناوب برابر است با 20 ميكروثانيه .

¹/₅₀ = 0.02s = 20ms.

هر كيلو هرتز برابر با هزار هرتز و هر مگاهرتز برابر را يك ميليون هرتز است .

1kHz = 1000Hz    و   1MHz = 1000000Hz.

 

 

ارزش و مقدار  RMS  ( ولتاژ مؤثر )

در ولتاژ غير مستقيم ، ولتاژ از صفر شروع و به پيك مثبت مي رسد و دوباره به صفر رسيده و سپس به پيك منفي مي رسد و لذا در بيشتر اوقات ، ولتاژ از مقدار پيك ولتاژ كمتر است . لذا از يك مقدار موثر استفاده مي كنيم كه همان RMS  است . مقدار ولتاژ RMS برابر است با 0.7 ولتاژ پيك

V_RMS = 0.7 × V_peak   and   V_peak = 1.4 × V_RMS

ارزش يا معيار RMS  يك ارزش موثر ولتاژ يا جريان متغيير مي باشد ، بدين معني كه اين ولتاژ تاثير اصليش در مدار معادل آن مقدار است . بعنوان مثال يك لامپ كه به ولتاژ 6 ولت RMS  متصل شده ، همان مقدار روشنائي را دارد كه اگر به يك ولتاژ 6 ولت مستقيم متصل مي شد .به هر حال نور لامپي كه با ولتاژ 6 ولت RMS  روشن شود ، كمتر است از نور لامپي كه با 6 ولت مستقيم روشن شود . چون ولتاژ موثر 6 ولت غير مستقيم برابر است با 2/4 ولت يعني برابر با 2/4 ولت مستقيم نور مي دهد .

بحث ولتاژ مؤثر اين فكر را بوجود مي اورد كه مقدار RMS  نوع ديگري از ميانگين است ولي بخاطر داشته باشيد كه اين مقدار قطعاً ميانگين نيست . در واقع ولتاژ يا جريان ميانگين غير مستقيم ، صفر خواهد بود . چون بخش هاي مثبت و منفي سيگنال هم را خنثي مي كنند و وقتي ميانگين مي گيريم ، ميانگين براببر با صفر خواهد بود . بنابراين ولتاژ RMS  قطعاً يك ولتاژ ميانگين نيست .

اينك اين سوال پيش مي ايد كه يك ولتمتر AC  چه مقداري را نشان مي دهد ، مقدار مؤثر يا مقدار پيك ولتاژ ؟

پاسخ اين است كه ولتمترهاي AC  مقدار موثر ولتاژ يا جريان را نشان مي دهند در ولتاژهاي مستقيم هم مقدار مؤثر DC نشانداده مي شود .

سؤال ديگري كه مطرح است اين است كه بطور مثال  6 ولت مستقيم دقيقاً چه معنائي دارد ، مقدار مؤثر يا مقدار پيك ولتاژ معني دارد ؟

در اين موارد اگر منظور پيك ولتاژ باشد معمولاً قيد مي شود و در غير اينصورت منظور مقدار مؤثر خواهد بود . براي مثال وقتي مي گوئيم 6 ولت AC  به معني 6 ولت مؤثر است كه پيك ولتاژ آن 8/6 ولت است .

در ايران ولتاژ 220 ولت براي مصارف عمده الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرد ، اين به معني 220 ولت موثر بوده  و پيك آن حدود 320 ولت است .

 

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

ترانزيستور

در اواسط قرن نوزدهم با فراگير شدن راديو و تلويزيون ضرورت بهبود بخشيدن به كيفيت لامپهاي ديودي وتريودي احساس گرديد . تا اينكه در 23 دسامبر 1947 ترانزيستور توسط سه فيزيكدان به نامهاي شاكلي؛باردين وبرتين به صنعت الكترونيك معرفي گرديد.

اولين ترانزيستور دنيا از يك نارساناي مثلثي تشكيل شده كه توسط دوسوزن طلا به نيمه رساناي ژرمانيم متصل ميشود .اين ترانزيستور برعكس لامپهاي ديودي براي به گرما احتياج نداشت وسريعا به كار مي افتاد و همچنين بسيار سبكتر و ارزانتر از لامپهاي ديودي بود .

بدين ترتيب شاكلي و همكاران وي به كمك فيزيك نيمه رسانا انقلابي را در عرصه الكترونيك پديد اوردند وبه پاس اين اختراع مهم اين محققان مفتخر به دريافت جايزه نوبل گرديدند.

ترانزيستور به سرعت روند تكاملي خود را طي مينمود به طوريكه در سال 1948 ترانزيستور صفحه اي ساخته شد.

امروزه ترانزيستورها عموما pnp,npn هستند كه بعنوان كليد قطع و وصل جريان ويا بعنوان تقويت كننده در مدارات الكترونيكي استفاده مي شوند.

در سالهاي 1950 و 1970 به دليل استفاده از ترانزيستور حجم وسايل ا لكترونيكي بسار كوچك شد به همين دليل به واژه ميكروالكترونيك متدول گرديد.

ميكروالكترونيك نيز بسرعت رشد مي كرد .بطوريكه امروزه با استفاده از فن سا ختمان اكسيد فلز مي توان تعداد زيادي از ترانز يستورها را بر روي يك نيمه رسانا جا داد.

امروزه از اكسيدهاي نيمه رسانا مانند اكسيد روي در ترانزيستورهاي با سرعت انتقال بالا استفاده مي گرد ( ترانزيستورهاي فايل افكت -FET) جديدا محققان ژاپني هيدو هوسونو و كولت كاگوش از يك صفحه نيمه رساناي كريستال مجرد درترانزستورهاي فايل افكت استفاده كردند كه سرعت انتقال ان 80 سانتيمتر مربع ولت بر ثانيه است كه دها بار سريعتر از ترانزيستورهاي قبلي مي باشد(ساختمان مولكولي ان در شكل زير ديده مي شود)

اگرچه اين ترانزيستور فعلا بسيار گران است ولي اين تحقيقات نشان داد كه امكان رسيدن به سرعتهاي بالا وجود دارد.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

آيا ايرانيان مخترع پيل الكتريكي بوده اند؟

تا چند سال پيش همه تصور ميكردند كه پيل الكتريكي را نخستين بار دانشمند ايتاليايي لوييجي گالواني در سال 1786 اختراع كرد.گالواني از قرار دادن دو فلز در آب نمك جريان برق بدست آورد. چقدر مايه تعجب است وقتي ميبينيم كه بر حسب تصادف ،گالواني هم براي ساختن پيل همان فلزهايي را استفاده كرد كه 1800 سال پيش از وي ايرانيان براي ساختن پيل بكار برده بودند.

پيل مورد استفاده ايرانيان در قريه اي در اطراف بغداد به دست آمده است.باستان شناساني كه در آثار تمدن اشكانيان حفاري ميكردند در كلبه يك كاهن يا كيمياگر ايراني تعداد زيادي از اين پيلها به دست آوردند. بايد در نظر داشت كه در زمان فرمانروايي اشكانيان كه از 250 سال قبل از ميلاد مسيح تا 226 سال بعد از ميلاد ادامه داشت قسمت مهمي از كشور فعلي عراق و منجمله نواحي بغداد جز امپراطوري ايران محسوب مي شد.

براي نخستين بار يك باستانشناس آلماني به نام ويلهلم كونيك يك پيل الكتريكي اشكانيان را 20 سال پيش در مرز عراق و ايران كشف كرد و هنگامي كه آن را به موزه برلين برد مشاهده كرد كه دوستانش نير قطعات شكسته و خورد شده نظير اين پيل را پيش تر به موزه آورده اند. باستان شناس آلماني پس از مدتي حدس زد كه شايد اين جسم عجيب يك پيل الكتريكي بوده است ولي دوستانش در اين مورد ترديد داشتند تا آنكه او پس از ساليان دراز تحقيق عاقبت موفق شد در خرابه هاي شهر سلوكيه متعلق به اشكانيان آلات ديگري كشف كند كه حدس قبلي او را تاييد نمود.

اين دانشمند در حفاري هاي خود مقدار زيادي از اين پيلها را پيدا كرد كه به وسيله ميله هاي برنزي به يكديگر متصل بودند و در آخر فقط دو سيم از تركيب آنها بوجود آمده بود و سر اين دو سيم به دستگاه ديگري فرو رفته بود. كونيك مشاهدات خود را در كتابي منتشر ساخت.تا آنكه افكارش در سراسر جهان پخش شد و پس از آزمايشهاي فراواني كه در اين مورد به عمل آمد ، سرانجام چندي پيش يك مهندس امريكايي به نام ويلاردگري ثابت كرد كه اين دستگاه عجيب را اشكانيان براي آب دادن فلزات بخصوص طلا و نقره بكار مي برده اند.

گري در گزارش خود مي نويسد:«اشكانيان از اتصال اين پيلها به يكديگر مقدار قابل توجهي نيروي برق بدست مي آوردند و آن را به وسيله دو سيم وارد دستگاه آبكاري كرده و با استفاده از املاح طلا و نقره ، دستبند ها و زينت آلات خود را آب طلا و نقره ميدادند كه امروز گالوانو پلاستي يا آبكاري الكتريكي مي نامند.»

در آن زمان كيمياگران و جواهرسازان باستاني كه به اينكار مي پرداختند ساختمان پيل را نيز مانند ساير معلومات خويش به عنوان يك راز مگو تلقي كرده و جز به اهل فن به كسي ابراز نمي داشتند و در نتيجه از اين اختراع جز كاهنها و كيمياگران ، ديگران اطلاع نداشتند.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

در يك تلاش ديگر از اين دست لاري كاستيوك از دانشگاه آلبرتاي كانادا در حال كار روي يك نوع باتري است كه نيروي خود را از آب مي گيرد، يعني توليد الكتريسيته به طور مستقيم از آب ، اما در مقياس بسيار كوچك.

در حال حاضر نيز واژه اي با نام هيدروالكتريسيته يا همان برق آبي وجود دارد و بيشتر افراد نيز با آن آشنا هستند.
در هيدروالكتريسيته ، آب از ارتفاعي به پايين مي ريزد و توربين ها را چرخانده و به اين ترتيب الكتريسيته توليد مي كند؛ اما روشي اين دانشمند باارزش كه ذكر شد، كاملا فرق دارد.

وي آب را تحت فشار قرار مي دهد و آنها را از كانال هاي ميكروسكوپي و بسيار بسيار ريز كه درون يك لوله شيشه اي قرار دارند، رد مي كند و به اين ترتيب مستقيما برق را از آب مي گيرد.

با عبور آب از سطح كانال ها، يونهاي آب به سطوح جامد ماليده مي شوند و شارژ الكتريكي شده و به كمك الكترودهايي كه در انتهاي هر يك از كانال ها قرار مي گيرند، انرژي الكتريكي استخراج مي شود.
گرچه جريان توليد شده در اين روش نيز بسيار كم و در حد 4 ميكرووات است ؛ اما اگر ميليون ها كانال با خصوصيات ذكر شده به يكديگر ملحق شوند، مي توان خروجي را افزايش داد و به اين ترتيب نيروي كافي خلق يك باتري آبي را به دست آورد.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

به تركيب جالب خواص الكتريكي و مغناطيسي فلزات مشخصي كه در درجات حرارت خيلي پايين در آنها به وجود مي‌آيد اطلاق مي شود. يك چنين دمايي اولين بار در سال 1908 وقتي كمرلينگ اونز در دانشگاه ليدن موفق به توليد هليوم مايع گرديد حاصل شد كه با استفاده از آن توانست به درجه حرارت حدود يك درجه كلوين برسد.

يكي از اولين بررسي هايي كه ا.نز با اين درجه حرارت پايين قابل دسترسي انجام داد مطالعه تغييرات مقاومت الكتريكي فلزات بر حسب درجه حرارت بود. چندين سال قبل از آن معلوم شده بود كه مقاومت فلزات وقتي دماي آنها به پايين تر از دماي اتاق برسد كاهش پيدا مي كند. اما معلوم نبود كه اگر درجه حرارت تا حدود كلوين تنزل يابد مقاومت تا چه حد كاهش پيدا مي كند. آقاي اونز كه با پلاتينيم كار مي كرد متوجه شد كه مقاومت نمونه سرد تا يك مقدار كم كاهش پيدا مي كرد كه اين كاهش به خلوص نمونه بستگي داشت. در آن زمان خالص ترين فلز قابل دسترس جيوه بود و در تلاش براي بدست آوردن رفتار فلز خيلي خالص اونز مقاومت جيوه خالص را اندازه گرفت.او متوجه شد كه در درجه حرارت خيلي پايين مقاومت جيوه تا حد غير قابل اندازه گيري كاهش پيدا مي كند كه البته اين موضوع زياد شگفت انگيز نبود اما نحوه از بين رفتن مقاومت غير منتظره مي نمود.موقعي كه درجه حرارت به سمت صفر تنزل داده مي شود به جاي اينكه مقاومت به ارامي كاهش يابد در درجه حرارت 4 كلوين ناگهان افت مي كرد و پايين تر ازاين درجه حرارت جيوه هيچگونه مقاومتي از خود نشان نمي داد. همچنين اين گذار ناگهاني به حالت بي مقاومتي فقط مربوط به خواص فلزات نمي شد و حتي اگر جيوه ناخالص بود اتفاق مي افتاد.آقاي اونز قبول كرد كه پايين تر از 4 كلوين جيوه به يك حالت ديگري از خواص الكتريكي كه كاملا با حالت شناخته شده قبلي متفاوت بود رفته است و اين حالت تازه (( حالت ابر رسانايي )) نام گرفت.

بعدا كشف شد كه ابررسانايي را مي توان از بين برد ( يعني مقاومت الكتريكي را مي توان مجددا بازگردانيد.) و در نتيجه معلوم شد كه اگر يك ميدان مغناطيسي قوي به فلز اعمال شود اين فلز در حالت ابررسانايي داراي خواص مغناطيسي بسيار متفاوتي با حالت درجه حرارتهاي معمولي مي باشد.

تاكنون مشخص شده است كه نصف عناصر فلزي و همچنين چندين آلياژ در درجه حرارت هاي پايين ابر رسانا مي شوند. فلزاتي كه ابررسانايي را در درجه حرارت هاي پايين از خود نشان مي دهند ( ابر رسانا ) ناميده مي شوند. سالهاي بسياري تصور مي شد كه تمام ابررسانا ها بر طبق يك اصول فيزيكي مشابه رفتار مي كنند. اما اكنون ثابت شده است كه دو نوع ابررسانا وجود دارد كه به نوع I و II مشهور مي باشد. اغلب عناصري كه ابررسانا هستند ابررسانايي از نوع I را از خود نشان مي دهند.در صورتي كه آلياژها عموما ابررسانايي از نوع II را از خود نشان مي دهند. اين دو نوع چندين خاصيت مشابه دارند. اما رفتار مغناطيسي بسيار متفاوتي از خود بروز مي دهند.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

 

تلويزيون ، يخچال و ساير لوازم برقي منزلتان را تصور كنيد كه نيروي خود را از انرژي توليد شده از لرزش پنجره و ديواره هاي ساختمان مسكوني شما مي گيرد.

فكر مي كنيد چنين چيزي تا چه حد عملي باشد؟ ماسايوكي ميازاكي كه يكي از محققان آزمايشگاه مركزي توكيوست ، براي رسيدن به چنين هدفي تلاشهاي فراواني كرده است.

او بتازگي توانسته است يك ژنراتور در حال حاضر خيلي كوچك بسازد كه مي تواند حركات ساختمان ها را به الكتريسيته تبديل كند و نيروي راه انداختن يك سنسور حرارتي يا نوري را كه يك بار در هر ساعت كار مي كند؛ تامين نمايد.

گرچه خروجي اين ژنراتور بسيار كوچك و فقط در حد 10ميكرووات است ؛ اما دانشمندان آينده اي خوب را براي آن پيش بيني مي كنند و اميدوارند كه در دهه هاي آينده ، اين ژنراتور بتواند بازدهي خوبي داشته باشد.
به طوري كه بتوان سيستم هاي رايانه اي بدون باتري را به كمك آن راه اندازي كرد.
كار ميازاكي در واقع قسمتي از يك جنبش رو به رشد ميان دانشمندان است كه هدف آن يافتن ، خلق كردن و كسب منابع انرژي جايگزين ولو در مقادير كوچك ، يعني بسيار كمتر از يك وات است. اين دانشمندان اميدوارند كه بتوانند انرژي را از هر چيزي ، از لرزش ديوارها و پنجره ها گرفته تا حركات هوا و بدن انسان ها برداشت كنند.
در حالي كه منابع جايگزين انرژي به تنهايي نخواهند توانست الكتريسيته بيشتري را توليد كنند؛ اما مي توانند وسايل كوچكي از قبيل تراشه هاي رايانه اي ، شبكه هاي حسگر بي سيم و يا تلفنهاي همراه را به راه اندازند. ايده اين كار نيز بسيار ساده است.

درست همانند برخي از ساعتهاي مچي كه نيروي خود را از حركات اتفاقي دست يك شخص مي گيرند، اين وسايل نيز انرژي خود را از حركات اتفاقي ديگر چيزها كسب مي كنند.

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)

LCD چيست ؟

آموخته ايم كه ماده سه حالت جامد ، مايع و گاز دارد كه به تازگي هم دو حالت ديگر به آن اضافه شده است. جامدات شكل خاصي دارند، يعني مولكولهاي آنها موقعيت خاصي نسبت به يكديگر داشته و نمي توانند آزادانه به هر سو حركت كنند . ولي مولكول هاي مايعات چنين قيدي نسبت به هم ندارندو در كل حجم آن در حركت اند . كريستالهاي مايع موادي هستند كه ظاهر مايع دارند، اما مولكولهاي آنها آرايش خاصي نسبت به يكديگر دارند ، درست مانند جامدات كه در شكل هم به راحتي ديده مي شود. به همين دليل كريستال مايع خصوصياتي شبيه به مايع و جامد داشته و به همين دليل با چنين اسم متناقضي خوانده مي شوند . اين مواد به شدت به دما حساس اند و اندكي حرارت لازم است تا آنها را به مايع واقعي درآورد و يا اندكي سرما تا به معمولي تبديل شود. به همين دليل است كه LCD ها در مقابل تغييرات دما عكس العمل نشان داده و به عنوان دماسنج طبي استفاده مي شوند . جالب اين است كه به دليل همين حساسيت نمي توان از كامپيوترهاي كيفي يا نظاير آن در هواي بسيار سر و يا مثلاً در آفتاب داغ ساحل دريا استفاده كرد . در اين وضعيت معمولاً LCD ها عكس العمل هاي عجيب و غريبي از خود نشان مي دهند .

انواع مختلفي از مواد شناخته شده اند كه در دماي معمولي چنين خصوصياتي دارند. اما دسته اي از آنهاهستند كه به جريان الكتريسيته هم حساس هستند و مولكولهاي آن متناسب با جريان برق ورودي مي چرخند و تغيير زاويه مي دهند . اين خصوصيت عجيب اثر جالبي هم دارد. وقتي نور از درون يك كريستال مايع اين چنين عبور كند، پلاريزاسيون يا قطبش آن هم جهت با مولكولهاي كريستال مي شود . از همين خاصيت براي LCD ها استفاده شد. با اين توضيح كه چون كريستالهاي مايع شفاف و هادي الكتريسيته هستند ، به راحتي مي توان آنها را در جريان الكتريسيته قرار داد و نور را از آن عبور داد. براي اين كار به جز كريستال مايع به 2 تكه از اين شيشه پلارويد يا قطبشگر هم نياز است. احتمالاً اين شيشه ها را ديده ايد. اگر دو تكه از اين شيشه ها را روي هم قرار دهيد. نور به راحتي از آن عبور مي كند . اما وقتي يكي از آنها را 90 درجه نسبت به ديگري بچرخانيد ، ديگر نور رد نمي شود . اين اتفاق به اين دليل روي مي دهد كه هر شيشه نو را فقط در جهت خاص محور خود عبور مي دهد . اگر دو شيشه هم محور باشند نور به راحتي عبور مي كند اما اگر محورها با هم زاويه 90 درجه داشته باشند نور رد نخواهد شد

براي ساخت LCD دو شيشه پلارويد را با 90 درجه اختلاف نسبت به يكديگر قرار مي دهند و يك كريستال مايع بين آنها مي گذارند . وقتي كريستال به جريان برق وصل نباشد؛ نور از قطبشگر اول مي گذرد و وارد كريستال مايع مي شود جهتش 90 درجه تغيير كرده و به همين دليل از قطبشگر دوم هم عبور كرده و به چشم مي رسد. اما وقتي كه جريان به كريستال وصل باشد ،نور ديگر چرخشي نخواهد داشت و نمي تواند از كريستال دوم عبور كند . ساختن يك LCD همان طور كه در بالا توضيح داده شد، بسيار ساده تر از آن است كه به نظر مي آيد . فقط به يك ساندويچ شيشه و كريستال نياز داريم. اما همين ساندويچ ساده 80 سال پس از كشف كريستالهاي مايع ساخته شد. كريستال مايع را يك گياه شناس اتريشي در سال 1888 براي اولين بار در حين ذوب جامدي از مشتقات آلي كشف كرد . اما اولين LCD را يك كارخانه آمريكايي در سال 1968 ساخت . تكنولوژي ساخت LCD هر روز متكامل تر شده و جاي بيشتري در صنايع امروز به خود اختصاص مي دهد . البته هنوز هم تحقيقات براي ساخت نمونه هاي بهتر و كاراتر اين وسيله ادامه دارد.

 

آیا دوست دارید پولدار شوید؟پس کلیک کن(ضرر نمیکنی)