Printable View
مقالات مرتبط با الکتریسیته
با سلام ...
این تاپیک رو برای قرار دادن مقالات مرتبط با الکتریسیته (در محدوده ی فیزیک ) قرار دادم ...
لطفا درخواست هاتون رو اینجا مطرح کنید : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
موفق بشاید ... محمد حسین . :10:
ابررسانا
ابررسانا ها ، برخي از فلزها ، آلياژها يا تركيبهاي فلزها هستند كه در دماهايپايين نزديك به صفر مطلق ،مقاوت الكتريكي و نفوذپذيري مغناطيسي خود را از دستميدهند و رسانايي الكتريكي آنها بينهايت زياد ميشود ، محدوده دمايي به ماهيت مادهبستگي دارده ، كه از حدود 0.5 تا 18 درجه كلوين است ، خاصيت ابر رسانايي در فلزاتقليايي، فلزهاي نجيب و مواد فرو مغناطيس مشاهد نشده است ، بلكه به طور عمده درعنصرهايي كه اتم آنها 3، 5 يا 7 الكترون در لايه ظرفيت خود دارد و مقاومت الكتريكيآنها در دماي معمولي زياد است بوجود مي آيد.
پديده ابر رسانايي از همان آغازكشف ، توجه دانشمندان را بخود جلب كرده بود ، اونز اولين كسي بود كه هليم را مايعكرد و نخستين بار خواص ابر رسانايي مواد را در چنين دماهاي پاييني اندازه گرفت ومعلوم داشت كه مقاومت الكتريكي جيوه در دماي 4.2 درجه كلوين به شدت محو ميشود ، درطول 75 سال اخير ، فلزات و آلياژهاي ديگر هم به فهرست ابررسانا ها افزوده شدند . ابر رسانايي در دماهاي بالا هم امكان پذير است ، كوپرات با فرمول شيميايي YBr2 Cu3O6.9 كه در دماي 93 درجه كلوين خواص ابر رسانايي را نشان ميدهد. در سال هايپاياني دهه 1950 سه فيزيكدان - به نام هاي دكتر جان باردين، دكتر لئون كوپر و دكترجان شرايفر - سازوكارهاي فيزيكي را كه به ابررسانايي منجر مي شوند، درك كردند. كارآنها به افتخار اين سه دانشمند، تئوری S.C.Bنام گرفت (آنها جايزه نوبل فيزيك در سال 1972 را از آن خود كردند.)در اواخر سالهای 1980 ابر رساناها در دماهای بالا نيز کشفشد.
كاربردهاابر رساناهاي دماي پايينامروزه در ساخت آهنرباهاي ويژه طيف سنجهاي رزونانس مغناطيسي هسته ، رزونانسمغناطيسي براي مقاصد تشخيص طبي ، شتاب دهنده ذره ها ، ترنهاي سريع مغناطيسي و انواعابزارهاي رسانايي الكترونيكي بكار ميرود از ديگر كاربردهاي انها مي توان به دستگاههاي عكس برداري تشديد مغناطيسي هسته و قطارهاي جديدي كه توسط نيروهاي مغناطيسي درهوا معلق هستند و با سرعت 400 كيلومتر بر ساعت حركت مي كنند، اشاره كرد. . اما براياينكه ابررساناهاي دماي بالا در كاربردهاي ميدان مغناطيسي در دماي بالا رقابت كنند، هنوز زمان لازم دارد ، اين بعلت دشواري در توليد انبوه و با كيفيت بالاست . اگرچه در حال حاضر ، بازار ابررساناهاي دماي بالا رونق كمي دارد ، گمان ميرود كه درخلال دو دهه آينده كاربر د آن فراگير و پررونق شود .
نكته: ابرمايعات نيزدر درجه حرارت بسيار پايين، يعنی تنها کمی بالاتر از صفر مطلق، فعاليت می کنند وهيچ نوع اصطکاکی نشان نمی دهند به طوری که اگر به گردش درآيند متوقف نخواهند شد
نيروگاه هاي توليد كننده الكتريسيته و تفاوتآنها
1-نيروگاه حرارتي: از اواخر قرن نوزدهم بشر براي توليد الكتريسيته از نيروگاه هايحرارتي استفاده مي كند. در اين نيروگاه ها ابتدا زغال سنگ مصرف مي شد و بعدهافرآورده هاي سنگين نفتي مورد استفاده قرار گرفت. اساس كار اين نيروگاه ها بر گرمكردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهاي توليد شده توربين هاي توليدكنندهالكتريسيته را به حركت در مي آورند. عيب اين نوع نيروگاه ها توليد گاز كربنيكفراوان و اكسيدهاي ازت و گوگرد و غيره است كه در جو زمين رها شده و محيط زيست راآلوده مي كنند. دانشمندان بر اين باورند كه در اثر افزايش اين گازها در جو زمين اثرگلخانه اي به وجود آمده و دماي كره زمين در حال افزايش است. در كنفرانس هاي متعدديكه درباره همين افزايش گازها و به ويژه گرم شدن كره زمين در نقاط مختلف جهان برگزارشد (لندن، ريو دوژانيرو و همين سال گذشته در كيوتو) غالب كشورهاي جهان جز ايالاتمتحده آمريكا موافق با كم كردن توليد اين گازها بر روي كره زمين بودند و تاكنونتنها به علت مخالفت آمريكا موافقتي جهاني حاصل نشده است.
2- نيروگاه هايآبي:در مناطقي از جهان كه رودخانه هاي پر آب دارند به كمك سد آب ها را در پسارتفاعي محدود كرده و از ريزش آب بر روي پره هاي توربين انرژي الكتريكي توليد ميكنند. كشورهاي شمال اروپا قسمت اعظم الكتريسيته خود را از آبشارها و يا سدهايي كهايجاد كرده اند به دست مي آورند. در كشور فرانسه حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد الكتريسيته رااز همين سدهاي آبي به دست مي آورند. متاسفانه در كشور ما چون كوه ها لخت (بدوندرخت) هستند غالب سدهاي ساخته شده بر روي رودخانه ها در اثر ريزش كوه ها پر شده وبعد از مدتي غير قابل استفاده مي شوند.
3- نيروگاه هاي اتمي: در دهه اول ودوم قرن بيستم نظريه هاي نسبيت اينشتين امكان تبديل جرم به انرژي را به بشر آموخت (فرمول مشهور اينشتين mc2=E). متاسفانه اولين كاربرد اين نظريه منجر به توليد بمبهاي اتمي در سال ۱۹۴۵ توسط آمريكا شد كه شهرهاي هيروشيما و ناكازاكي در ژاپن را بهتلي از خاك تبديل كردند و چند صد هزار نفر افراد عادي را كشتند و تا سال هاي متماديافراد باقي مانده كه آلوده به مواد راديواكتيو شده بودند به تدريج درپي سرطان هايمختلف با درد و رنج فراوان از دنيا رفتند. بعد از اين مرحله غير انساني از كاربردفرمول اينشتين، دانشمندان راه مهار كردن بمب هاي اتمي را يافته و از آن پس نيروگاههاي اتمي متكي بر پديده شكست اتم هاي اورانيم- تبديل بخشي از جرم آنها به انرژي- براي توليد الكتريسيته ساخته شد.
اتم هاي سنگين نظير ايزوتوپ اورانيم ۲۳۵ ويا ايزوتوپ پلوتونيم ۲۳۹ در اثر ورود يك نوترون شكسته مي شود و در اثر اين شكست،۲۰۰ميليون الكترون ولت انرژي آزاد شده و دو تكه حاصل از شكست كه اتم هاي سبك تر ازاورانيم هستند توليد مي شود. اتم هاي به وجود آمده درپي اين شكست غالباً راديواكتيوبوده و با نشر پرتوهاي پر انرژي و خطرناك و با نيمه عمر نسبتاً طولاني در طي زمانتجزيه مي شوند. اين پديده را شكست اتم ها (Fision) گويند كه بر روي اتم هاي بسيارسنگين اتفاق مي افتد. در اين فرايند همراه با شكست اتم، تعدادي نوترون به وجود ميآيد كه مي تواند اتم هاي ديگر را بشكند، لذا بايد نوترون هاي اضافي را از درونراكتور خارج كرد و اين كار به كمك ميله هاي كنترل كننده در داخل راكتور انجام ميگيرد و اين عمل را مهار كردن راكتور گويند كه مانع از انفجار زنجيره اي اتم هاياورانيم مي گردد.
از آغاز نيمه دوم قرن بيستم ساخت نيروگاه هاي اتمي يابراي توليد الكتريسيته و يا براي توليد راديو عنصر پلوتونيم كه در بمب اتم وهيدروژني كاربرد دارد، شروع شد و ساخت اين نيروگاه ها تا قبل از حوادث مهمي نظيرتري ميل آيلند در آمريكا در سال ۱۹۷۹ ميلادي و چرنوبيل در اتحاد جماهير شوروي سابقدر سال ۱۹۸۶ همچنان ادامه داشت وتعداد نيروگاه هاي اتمي تا سال ۱۹۹۰ ميلادي از رقم۴۳۷تجاوز مي كرد. بعد از اين دو حادثه مهم تا مدتي ساخت نيروگاه ها متوقف شد. درسال ۱۹۹۰ مقدار انرژي توليد شده در نيروگاه هاي صنعتي جهان از مرز ۳۰۰ هزار مگاواتتجاوز مي كرد.
ولي متاسفانه در سال هاي اخير گويا حوادث فوق فراموش شده وگفت وگو درباره تاسيس نيروگاه هاي اتمي جديد بين دولت ها و صنعتگران از يكسو ودانشمندان و مدافعان محيط زيست آغاز شده است. بديهي است اغلب دانشمندان و مدافعانمحيط زيست مخالف با اين روش توليد انرژي هستند و محاسبات آنها نشان مي دهد كه اگرقرار باشد تمام جهانيان از نيروگاه اتمي استفاده كنند، از يكسو احتمالاً توليدپلوتونيم از كنترل آژانس جهاني كنترل انرژي هسته اي خارج خواهد شد و امكان دارد هرديكتاتور غيرمعقول و ناآشنا با مفاهيم علمي تعادل محيط زيست، داراي اين سلاح خطرناكشود. از سوي ديگر افزايش مواد زايد اين نيروگاه ها كه غالباً راديوايزوتوپ هاي سزيم۱۳۷و استرانسيم ۹۰ و پلوتونيم ۲۳۹ است، سياره زمين را مبدل به جهنمي غير قابلسكونت خواهد كرد.
با وجود اين، اخيراً ايالات متحده آمريكا مسائل فوق رافراموش كرده و برنامه ساخت نيروگاه هاي اتمي را مورد مطالعه قرار داده است. دركشورهاي اروپايي نيز صنايع مربوطه و به ويژه شركت هاي توليدكننده برق دولت هايمتبوع خود را براي تاسيس نيروگاه هاي اتمي تحت فشار قرار داده اند. ولي خوشبختانهدر اين كشورها با مقاومت شديد مدافعان محيط زيست روبه رو شده اند. اما در كشورهايآسيايي، در حال حاضر ۲۲ نيروگاه اتمي در دست ساخت است (تايوان ۲- چين ۴- هندوستان۸- كره جنوبي ۲- ژاپن ۳- كره شمالي ۱- ايران ۲) و در كشورهاي كمونيستي سابق دهنيروگاه در حال ساخت است (اوكـراين ۴- روسيه ۳- اسلواكي ۲- روماني ۱)
موادزايد نيروگاه هاي موجود و در حال بهره برداري از ۳۰۰ هزار تن در سال تجاوز مي كند وتا سال ۲۰۲۰ كه ۳۳ نيروگاه در حال ساخت كنوني است به بهره برداري خواهند رسيد، موادزايد راديواكتيو و خطرناك از مرز ۵۰۰ هزار تن در سال تجاوز خواهد كرد. (مجله كوريهاينترناسيونال ۱۷-۱۱ دسامبر ۲۰۰۳ صفحه ۱۲) اگر اروپايي ها و آمريكا و كانادا نيزساخت نيروگاه هاي اتمي را شروع كنند، مواد زايد و راديواكتيو جهان از حد ميليون تندر سال تجاوز خواهد كرد. بايد توجه داشت كه براي از بين رفتن ۹۹ درصد راديواكتيويته اين مواد بايد حداقل ۳۰۰ سال صبر كرد.
4- نيروگاه متكي بر پديدهپيوست اتم ها:از اواسط قرن بيستم دانشمندان با جديت فراوان مشغول پژوهش و آزمايش برروي پديده پيوست اتم هاي سبك هستند. در آغاز نيمه دوم قرن بيستم كشورهاي غربي (آمريكا، فرانسه و انگلستان و...) و اتحاد جماهير شوروي، از اين پديده براي مصارفنظامي و توليد بمب هيدروژني استفاده كرده و به علت ارزان بودن فرآورده هاي نفتي،كشورهاي پيشرفته كمك مالي چنداني به دانشمندان براي يافتن وسيله كنترل بمب هيدروژنينكردند و اكنون كه قسمت اعظم ذخاير نفت و گاز مصرف شده، به فكر ساخت نيروگاهيبراساس پديده پيوست اتم ها افتاده اند كه در آغاز به آن اشاره شد و در زير اصول آنتشريح مي شود.
الف) بمب هيدروژني: بمب هيدروژني در واقع يك بمب اتمي است كهدر مركز آن ايزوتوپ هاي سنگين هيدروژن (دوتريم D و تريسيم T و يا فلز بسيار سبكليتيم Li) را قرار داده اند. بمب اتمي به عنوان چاشني شروع كننده واكنش است. باانفجار بمب اتمي دمايي معادل ده ها ميليون درجه (K10000000) در مركز توده سوختايجاد مي شود، همين دماي بالا سبب تحريك اتم هاي سبك شده و آنها را با هم گداخت ميدهد. در اثر گداخت و يا در واقع پيوست اتم هاي سبك با يكديگر انرژي بسيار زياديتوليد مي شود. اين است كه در موقع انفجار بمب هيدروژني دو قارچ مشاهده مي شود، قارچاول مربوط به شكست اتم هاي اورانيم يا پلوتونيم است و قارچ دوم مربوط به پديدهپيوست اتم هاي سبك با يكديگر است كه به مراتب از قارچ اول بزرگ تر و مخرب تر است. واكنشي كه در خورشيد اتفاق مي افتد نتيجه پيوست اتم هاي هيدروژن با يكديگر است،دماي دروني خورشيدها ميليون درجه است. (دماي سطح خورشيد ۶۰۰۰ درجه است).
درمركز خورشيد از پيوست اتم هاي هيدروژن معمولي ايزوتوپ هاي دوتريم و تريسيم توليد ميشود و سپس اين ايزوتوپ به هم پيوسته شده و هسته اتم هليم را به وجود مي آ ورند. اينواكنش ها انرژي زا هستند و در اثر واكنش اخير ۶/۱۷ميليون الكترون ولت انرژي توليدمي شود. و اين واكنش ها همراه انفجار وحشتناك و مهيبي است كه همواره دردرون خورشيدبه طور زنجيره اي ادامه دارد و دليل اينكه خورشيد از هم متلاشي نمي شود اثر نيرويگرانشي بر روي جرم بي نهايت زياد درون خورشيد است. وقتي كه ذخيره هيدروژن خورشيدتمام شود، زمان مرگ خورشيد فرا مي رسد. (البته در ۵ تا ۶ ميليارد سال ديگر).
در مقايسه نسبي اوزان، در پديده پيوست ۴ برابر انرژي بيشتر از پديده شكستاتم هاي اورانيوم توليد مي شود.
ب) نيروگاه متكي بر پديده پيوست:در اينپديده همانطور كه گفته شد اتم هاي سبك با يكديگر پيوست حاصل كرده و اتمي سنگين تراز خود به وجود مي آورند، در واقع همان واكنشي است كه در خورشيد اتفاق مي افتد وليبايد شرايط ايجاد آن را بدون كاربرد بمب اتمي به وجود آورد و به ويژه بايد آن راتحت كنترل درآورد. از دهه ۱۹۵۰ تاكنون دانشمندان سعي در به وجود آوردن دمايي درحدود ميليون درجه كرده تا واكنش پيوست را به نحو متوالي در اين دما نگه دارند،دستگاهي كه براي اين كار ساخته اند توكاماك Tokamak نام دارد. تاكنون در آزمايشگاهها توانسته اند به مدت حداكثر ۴ دقيقه اين واكنش را ايجاد و كنترل كنند. در ايندستگاه كه در شكل نمايش داده شده است، ميدان مغناطيسي بسيار شديدي ايجاد كرده و شدتجريان الكتريكي در حدود ۱۵ ميليون آمپر از آن عبور مي كند (برق منزل شما ۳۰ تاحداكثر ۹۰ آمپر است). در مركز اين دستگاه اتم هاي سبك در اثر ميدان مغناطيسي والكتريكي، حالت پلاسما را خواهند داشت. (در روي زمين ما سه حالت از ماده را ميشناسيم: جامد، مايع و بخار، ولي در داخل ستارگان يا خورشيد ماده به صورت پلاسمااست، يعني در اين حالت هسته اتم ها در دريايي از الكترون ها غرق اند.) در چنينحالتي اتم هاي سبك آنقدر تحريك و نزديك به هم شده اند كه در هم نفوذ مي كنند و اتمجديدي كه هليم است به وجود مي آيد. (ستارگان بسيار حجيم تر از خورشيد دماي درونيبيش صدها ميليون و يا حتي ميليارد درجه است و در آنها اتم هاي سنگين تر نظير كربن،ازت و اكسيژن با هم پيوست مي كنند و عناصري مانند سليسيم و گوگرد و... را به وجودمي آورند
------------------------------------------
لرزش ديوارها هم برق توليد مي كند
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.