سفارش تبلیغ
صبا ویژن
[ و فرمود : ] از خدا بترسید ، ترسیدن وارسته‏اى که دامن به کمر زده و خود را آماده ساخته ، و در فرصتى که داشته کوشیده و ترسان به راه بندگى تاخته و نگریسته است در آنجا که رخت بایدش کشید و پایان کار و عاقبتى که بدان خواهد رسید . [نهج البلاغه]
وبلاگ تخصصی فیزیک
پیوندها
وبلاگ شخصی محمدعلی مقامی
* مطالب علمی *
ایساتیس
آقاشیر
.: شهر عشق :.
جملات زیبا
تعقل و تفکر
دکتر رحمت سخنی
بیگانه ، دختری در میان مردمان
تا ریشه هست، جوانه باید زد...
اس ام اس عاشقانه
خاطرات خاشعات
اس ام اس سرکاری اس ام اس خنده دار و اس ام اس طنز
وسوسه عقل
پرهیزکار عاشق است !
فروش و تعمیر موبایل در استان یزد
آموزش
وبلاگ تخصصی کامپیوتر
هک و ترفند
فروش و تعمیر موبایل در استان یزد
انجمن فیزیک پژوهش سرای بشرویه
عاشقان خدا فراری و گریزان به سوی عشق و حق®
وبلاگ عشق و محبت ( اقا افشین)
باید زیست
دست نوشته های دو میوه خوشمزه
در دل نهفته ها
روزگاران(حتما یه سری بهش بزن ضرر نمی کنی)
فقط برای ادد لیستم...سند تو ال
تجربه های مدیریت
سولات تخصصی امتحان دکترا دانشگاه آزاد
سولات تخصصی امتحان دکترا دانشگاه آزاد
ارزانترین و بزرگترین مرکز سوالات آزمون دکترا
عکس و اس ام اس عشقولانه
دانلود نرم افزار های روز دنیا
شاهرخ
مکانیک هوافضا اخترفیزیک
مکانیک ، هوافضا ،اخترفیزیک
وبلاگ تخصصی فیزیک و اختر فیزیک
وبلاگ تخصصی فیزیک جامدات
همه با هم برای از بین نرفتن فرهنگ ایرانی
انتخاب
فیزیک و واقعیت
ترجمه متون کوتاه انگلیسی
دنیای بیکران فیزیک
آهنگ وبلاگ

تاریخچه

در اعصار آغازین دوران هوانوردی ابتدایی ، هواپیماها بیشتر با سرعتهای بسیار پایین نسبت به هواپیماهای امروزی پرواز می‌کردند که حتی به بیشتر از 300 کیلومتر در ساعت نمی‌رسید؛ در حالی که چنین سرعتی ، سرعت مطلوب برای تیک آف یا برخاست یک هواپیمای جنگنده امروزی است و رسیدن به چنین سرعتی ، ابداً مستلزم تلاش بسیار و فشار آوردن بیش از حد به موتور نمی‌باشد. اما رفته رفته ، سرعت هواپیماها حتی با موتورهای پیستونی گاها بالای 650 کیلومتر بر ساعت رسیده و از آن زمان بود که دانشمندان علوم آیرودینامیک دریافتند که با افزایش سرعت ، به تدریج میزان پسا افزایش پیدا کرده و در سرعت معینی ، دیگر هواپیما قادر به سرعت گرفتن نبوده گاه نیز استال می‌شوند.

img/daneshnameh_up/a/a7/vehicles_158.gif


در آن زمان ، علت این موضوع بدین گونه بیان شد که با افزایش سرعت ، به تدریج سرعت گردش انتها یا نوک پره‌های پروانه موتور ، به سرعت صوت نزدیک شده و سرانجام در حداکثر سرعت یک هواپیمای پیستونی که حدود 950 کیلومتر می‌باشد، سرعت انتهای پره‌ها از سرعت صوت گذشته و پسا یا درگ بسیاری ایجاد می‌شود که خود مانع سرعت گرفتن بیشتر هواپیماست. در چنین سرعتهایی ، پروانه موتور هواپیماهای پیستونی ، نه تنها تراست یا نیروی کشش تولید نمی‌کند، بلکه در اثر سرعت بسیار زیاد ، تبدیل به یک دیسک یا دایره توپر چرخنده می‌شود که جز ایجاد درگ و پسا ، کار دیگری انجام نمی‌دهد.

آیرودینامیستهای آن زمان این حد را یک محدوده سرعت یا همان دیوار صوتی در نظر گرفته و بسیاری از آنان نیز بر این عقیده بودند که گذشتن از دیوار صوتی و پشت سر گذاشتن آن ، کاری غیر ممکن است؛ اما با ورود به عصر جت و پیشرفت علم آیرودینامیک ، این کار برای جنگنده‌های امروزی کاری بس سهل و آسان است.

اولین بار خلبانی آمریکایی به نام چاک ییگر ، با انجام اصلاحاتی بر روی یک بمب افکن قدیمی آن را به چهار موتور موشکی مجهز کرده و بر فراز بیایانی در آمریکا ، پس از جدا شدن از هواپیمای مادر، به پرواز در آورد. پس چند ثانیه پرواز هواپیمای پرتقالی رنگ ملقب به X-1 به صورت گلاید، خلبان چهار موتور موشکی خود را روشن کرده و پس از چند لحظه صدایی رعد آسا در آسمان شنیده شد که همان نتیجه شکستن دیوار صوتی برای اولین بار در جهان بود. در این آزمایش ، این هواپیما به سرعت 16/1 ماخ دست یافت، و با ورود به عصر جت ، رویای شکستن دیوار صوتی و پا گذاشتن به سرعت صوت نیز به واقعیتی بسیار قابل لمس مبدل گشت.

خصوصیات صوت و دیوار صوتی

خصوصیات صوت و دیوار صوتی چیست و چرا گذر از آن نیازمند قدرت و کشش و توانایی زیادی است. صوت ، در شرایط عادی (دما ، فشار و ... معمولی) در سطح دریا دارای سرعتی معادل 332 متر بر ثانیه یا 1,195 کیلومتر بر ساعت می‌باشد که این سرعت ، با افزایش ارتفاع و کاهش فشار و تراکم هوا ، کاهش یافته و در ارتفاعات بالاتر ، صوت فواصل را با سرعت کمتری می‌پیماید. این مسئله بدین صورت است که صوت از طریق ضربات ملکولهای هوا به یکدیگر و انتقال انرژی آنها فضا را طی می‌کند و هر چه تعداد مولکولها در یک حجم معین بیشتر باشند، انتقال انرژی زودتر صورت پذیرفته و صوت با سرعت بیشتری انتقال می‌یابد؛ چنانکه سرعت صوت در مایعات بیشتر از هوا و در جامدات بسیار بیشتر از مایعات و هوا و معادل 6000 کیلومتر بر ساعت است.

پس در نتیجه افزایش ارتفاع ، تعداد ملکولها در یک حجم معین کاهش یافته و صوت با سرعت کمتری فضا را می‌پیماید. دیوار صوتی ، شیئی فیزیکی و قابل روئیت نیست؛ بلکه به دلیل اینکه گذشتن از سرعت صوت نیازمند توان بسیار بالای موتور و آیرودینامیک بسیار خوب می‌باشد، این حد را یک مانع برای رسیدن به سرعتهای بالاتر دانسته و از آن به نام دیوار صوتی یاد می‌کنند. عدد ماخ ، در حقیقت همان نسبت سرعت شیء پرنده یا همان هواپیما به سرعت صوت محیط است که به احترام دانشمندی آلمانی که برای اولین بار چنین مقیاسی را در نظر گرفت، آن را «ماخ» نام نهادند. پس عدد ماخ ، کمیتی متغیر است و بسته به خصوصیات هوا مانند دما و فشار ، تغییر کرده و کاهش یا افزایش می‌یابد.


img/daneshnameh_up/7/7d/f-14sm2.jpg


 

عامل ایجاد دیوار صوتی

امواج ضربه‌ای یا Shockwaves در حقیقت همان عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی هستند. امواج ضربه‌ای ، تغییری ناگهانی در فشار و دمای یک لایه از هواست که می‌تواند به لایه‌های دیگر منتقل شده و به صورت یک موج فضا را بپیماید. برای درک بهتر مطلب ، وقتی که سنگی در آب انداخته می‌شود، موجهایی در آب بوجود می‌آیند که به سمت خارج در حال حرکتند. این امواج ، نتیجه افزایش سرعت یا اعمال نیرو به لایه‌ای از ملکولهای آب است که قادر به انتقال به لایه‌های دیگر نیز می‌باشد، و امواج ضربه‌ای نیز ، همان امواج درون آب هستند، با این تفاوت که آنها در سیالی دیگر به جای آب به نام هوا ، تشکیل می‌شوند.

در سرعتهای نزدیک سرعت صوت ، فرضیه غیر قابل تراکم بودن هوا رد شده و ضریب تراکم هوا به 16% در می‌رسد، که مقداری غیر قابل چشم پوشی است. در این سرعتها هوای جلوی بال یا لبه حمله به شدت متراکم گشته و دما و فشار آن به طرز قابل توجهی افزایش می‌یابد، همین مسأله ، یکی از عوامل ایجاد امواج ضربه‌ای است. هواپیما با حرکت خود در هوا ، نظم فشار هوای محیط را بر هم می‌زند و همانند قایقی که در آب در حال حرکت است، امواجی از آن ساطع شده و به دلیل اینکه این امواج با سرعت صوت حرکت می‌کنند و هواپیما زیر سرعت صوت در حال سیر است، از آن دور می‌شوند.

اما کم کم ، با نزدیک شدن به سرعتهای ترانسونیک و حدود سرعت صوت ، این امواج فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و در جلوی بال متراکم می‌شوند. در مناطقی از بدنه هواپیما که سطوح ناموزونی نسبت به جهت حرکت هواپیما دارد، سرعت گذر هوا افزایش یافته و بر اساس اصل برنولی ، با افزایش سرعت سیال ، فشار آن کاهش می‌یابد. در چنین سرعتهایی ، هوای اطراف این سطوح به سرعت صوت می‌رسد، گر چه هواپیما هنوز به سرعت صوت نرسیده باشد. در نتیجه رسیدن بعضی سطوح به سرعت صوت ، امواج ضربه‌ای تولید شده و درگ یا پسای فراوانی را قبل از رسیدن به سرعت صوت تولید می‌کنند، که همین مسأله گذر از دیوار صوتی را مشکل می‌نماید.

عدد ماخ بحرانی

به سرعتی که در آن حداقل یکی از سطوح هواپیما به سرعت صوت رسیده باشد، گر چه این پدیده در مورد خود هواپیما صادق نباشد، عدد ماخ بحرانی یا Critical Mach Number می‌گویند. عدد ماخ بحرانی را می‌توان به سرعتی که نمودار پسا در مقابل سرعت سیر صعودی می‌گیرد، نیز تعریف نمود. در این سرعت ، فرامین هواپیما کم کم شروع به درست جواب ندادن کرده و حالتی شبیه به کوبیدن بر روی بال توسط امواج ضربه‌ای بوجود می‌آید که با گذر از دیوار صوتی ، فرامین هواپیما به حالت طبیعی خود باز می‌گردند.

بنابراین ، در سرعتی که هواپیما به عدد ماخ بحرانی خویش می‌رسد، پسا به دلیل ایجاد امواج ضربه‌ای بطور قابل توجهی افزایش می‌یابد، پس ، باید تلاش بر آن باشد تا عدد ماخ بحرانی هر چه بیشتر با بهبود ویژگیهای آیرودینامیکی افزایش یابد، چون اگر این اتفاق در سرعتهای پایین‌تر رخ دهد، هواپیما نیز باید از سرعت پایین‌تری جدال با افزایش پسا را شروع کند.



تصویر


 

چرا با تولید امواج ضربه‌ای ، پسا افزایش می‌یابد؟

قانونی در مبحث دیوار صوتی بیان می‌کند که هر جریان هوایی که از یک موج ضربه‌ای بگذرد، موج ضربه‌ای انرژی جنشی سرعتی آن را گرفته و در خور تبدیل به گرما و افزایش فشار می‌کند، در نیتجه سرعت جریان هوای گذرنده از موج ضربه‌ای به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد. با کاهش سرعت جریان هوا در جلوی بالها در سرعتهای نزدیک سرعت صوت ، تلاش پیشرانه یا موتورهای هواپیما باید چند برابر شود تا اثر کاهش سرعت در اثر موج ضربه‌ای را خنثی نماید. در صورتی که عدد ماخ بحرانی هواپیمایی پایین باشد، در سرعتهای پایین باید نیروی رانشی هواپیما چند برابر شود که مصرف سوخت فوق العاده‌ای را برای گذر از دیوار صوتی به دنبال خواهد داشت؛ اما، در صورت بالا بودن عدد ماخ بحرانی ، هواپیما فقط مدت کوتاهی نیازمند قدرت و کشش بسیار زیاد برای شکستن دیوار صوتی می‌باشد.

با اعمال نیروی فراوان رانشی ، سرانجام هواپیما بر مشکل پسای زیاد فائق آمده و از دیوار صوتی می‌گذرد. در نتیجه این عمل ، امواج تولید شده توسط هواپیما از آن جا مانده و پشت سر هواپیما حرکت می‌کنند. در این حالت ، وضعیت به حالت عادی بازگشته و پسای ایجاد شده به وضعیت نرمال باز می‌گردد. بعضی از هواپیماها از تمام نیروی پس سوزشان یا 100% قدرت موتور برای گذر از دیوار صوتی و یا سرعت 1,195 کیلومتر بر ساعت استفاده می‌کنند، در حالی که در سرعتهای بسیار بالاتر ، تنها از 30% قدرت موتور برای رانش به جلو بهره می‌جویند. با دقت در این مثال ، می‌توان به خوبی افزایش درگ و پسا و قدرت فروان لازم برای غلبه بر آن در سرعتهای نزدیک به سرعت صوت را درک و تجزیه و تحلیل نمود.

اثرات شکست دیوار صوتی

امواج ضربه‌ای توسط هواپیما در سرعت صوت ، بسیار قدرتمند می‌باشند، چنانکه در صورت پرواز هواپیما نزدیک به زمین و گذر آن از دیوار صوتی ، امواج ضربه‌ای با منتهای قدرت به اجسام زمینی مانند شیشه‌های منازل و ساختمانها برخورد نموده و باعث شکستن آنها می‌شود، یا حتی اگر شخصی در معرض امواج ضربه‌ای بطور مستقیم قرار گیرد، احتمال از دست دادن شنوایی و پاره شدن پرده گوش بسیار است.

از امواج ضربه‌ای ، در بمبها و تسلیحات دیگر نیز استفاده می‌شود. بمبها با یک افزایش دما و فشار ناگهانی در لایه‌هایی از هوا ، امواج ضربه‌ای بوجود آورده که از طریق هوا انتقال یافته و باعث شکستن شیشه‌ها و تخریب دیوارها نیز می‌شود. اگر شخصی در فاصله‌ای نسبتاً نزدیک در فضایی تهی از هوا و خلاء ، حتی نزدیک یک بمب ده تنی ایستاده باشد، بر فرض منفجر کردن بمب ، آسیبی به وی نخواهد رسید، چون هوایی برای انتقال امواج ضربه‌ای وجود ندارد.

به دلیل تولید امواج ضربه‌ای در سرعتهای حدود سرعت صوت ، خلبانان سعی می‌کنند فقط مدت کوتاهی در چنین سرعتهایی ترانسونیک پرواز کرده و به زودی از دیوار صوتی گذر کنند، چون پرواز در این سرعتها نیروی بسیار زیاد موتور در نیتجه افزایش فوق العاده میزان مصرف سوخت را در پی دارد.

صدای انفجار

امواج حاصله از حرکت هواپیما یا صدای تولید شده در اثر حرکت ، هر بار در سرعتهای زیر سرعت صوت از هواپیما دور شده و به گوش شنونده می‌رسد. اما با رسیدن هواپیما به سرعت صوت، این صداها دیگر فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و کلاً در جلوی هواپیما جمع می‌شوند. با گذر از سرعت صوت ، صدایی چند ده برابر شده از حرکت هواپیما باهم به گوش شنونده می‌رسد که مانند یک انفجار شدید یا صدای رعد و برقی بسیار قدرتمند می‌باشد. شاید در تصاویر هواپیماهای در حال گذر از دیوار صوتی ، هاله‌ای سفید رنگ را در اطراف هواپیما مشاهده کرده باشید. در هنگام گذر از دیوار صوتی ، اگر هواپیما نزدیک به زمین و در محیطی مرطوب با درصد بخار آب زیاد باشد، بخار آب هوا در اثر امواج ضربه‌ای فشرده شده و ابر سفیدی را برای چند ثانیه پدید می‌آورند که همان هاله سفید رنگ قابل روئیت در تصاویر است. اما از امواج ضربه‌ای در موتورهای جت نیز استفاده می‌شود. بدین گونه که ، هوا ورودی در موتورهای جت ، حتی اگر هواپیما با سرعتهای بالای صوت پروزا نماید، باید زیر سرعت صوت باشد تا قابلیت احتراق را در موتور داشته باشد.

طراحی هواپیما

بنابراین ، اکثراً در ورودی موتورهای هواپیماهای جنگنده مخروطی را به شکل کامل یا نصف مانند هواپیماهای میگ 21 یا اف 104 ستارفایتر دیده می‌شود، که فلسفه ایجاد این مخروط تولید عمدی امواج ضربه‌ای است. در صورت تولید امواج ضربه‌ای ، هوای عبوری از میان آن با سرعت کاهش یافته یا زیر صوت وارد موتور می‌شود و فرآیند احتراق بطور کامل انجام می‌پذیرد. برای انجام پروازهای مافوق صوت ، اغلب هواپیماهای جنگنده از مقطع بالهای ویژه‌ای که عدد ماخ بحرانی را به حداکثر می‌رسانند، استفاده می‌نمایند و مقطع بالها معمولاً بسیار نازک و متقارن می‌باشد.

به عقب برگشتگی بالهای هواپیماهای مدرن نیز در نتیجه تلاش برای افزایش عدد ماخ بحرانی بوده ، چرا که آزمایشهای تونل باد نشان داده که با به عقب برگشتگی بالها به میزان چند درجه عدد ماخ بحرانی به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد، تا جایی که هواپیماهای مسافربری سریع السیر مانند بوئینگ 747 که در حدود سرعت صوت یا حدود 980 کیلومتر بر ساعت پرواز می‌کنند، نیز به بالهایی به عقب برگشته مجهزند.

در برخی از هواپیماها ، مانند هواپیمای اف 14 تامکت ، از سیستم بالهای متغیر استفاده شده که در این سیستم ، در سرعتهای پایین که از عدد ماخ بحرانی خبری نیست بالها گسترده می‌شوند و برای فراوانی تولید می‌کنند، ولی رفته رفته با نزدیک شدن به سرعت صوت ، کامپیوتر موجود در این سیستم خود زاویه لازم برای افزایش عدد ماخ بحرانی را محاسبه کرده و بال را متناسب با زوایه آن تغییر داده و به عقب بر می‌گرداند. این سیستم به دلیل هزینه‌های بالا و سنگینی بیش از حد آن ، دارای استفاده محدودی می‌باشد.

دسته بندی هواپیماها

هواپیماها کلاً از نظر سرعت نسبت به سرعت صوت به چند دسته زیر تقسیم می‌شوند:


  • هواپیماهای زیر سرعت صوت یا مادون صوت با محدوده سرعت 350 تا 950 کیلومتر بر ساعت ، Subsonic
  • هواپیماهای حدود سرعت صوت با محدوده سرعت 950 تا 1200 کیلومتر بر ساعت ، Transonic
  • هواپیماهای سرعت صوت با محدوده سرعت دقیقاً سرعت صوت نسبت به محیط ، Sonic
  • هواپیماهای بالای سرعت صوت یا مافوق سرعت صوت با محدوده سرعت 1 ماخ تا 5 ماخ ، Supersonic
  • هواپیماهای با سرعت بسیار بیشتر از سرعت صوت با محدوده سرعت 5 ماخ و بالاتر ، Hypersonic

کلمات کلیدی: ترمو دینامیک


نوشته شده توسط مهدی 86/3/22:: 7:33 عصر     |     () نظر

مقدمه

باروری ابرها در واقع یک روند طبیعی است که در آن ابرها به بخار آب تبدیل شده و سپس به باران مبدل می‌شوند. برای ایجاد باران مصنوعی باید عوامل ابر ، رطوبت ، دما و سایر شرایط جوی فراهم باشد به هر حال با انجام باروری منظم و برنامه‌دار ابرها مقدار بارش را می‌توان در یک دوره کامل به میزان 5 تا 25 درصد افزایش داد. می‌دانیم رطوبت (وزن بخار آب موجود در یک متر مکعب هوا) عامل مهمی در تشکیل ابرهاست، همچنین می‌دانیم که هر قدر هوا گرمتر باشد، قابلیت بیشتری برای داشتن بخار آب و تشکیل ابر دارد. اما برای تشکیل ابر ضمن وجود رطوبت و دمای زیر نقطه شبنم ، وجود ذرات میکروسکوپی گرد و خاک ، دوده بلورهای نمک و ... لازم است.

تصویر

به هر حال دو ساز و کار اصلی برای بارش از ابرها به نام روند باران گرم و روند باران سرد معروفند. بعد از اینکه دانشمندان متوجه شدند که در مناطق حاره ، باران از ابرهایی بارش می‌کند که هرگز دمای آنها زیر صفر نیست آن را باران گرم نامیدند. در این ابرها قطرات درشت آب که ابر را تشکیل می‌دهند در برخورد با قطرات کوچک ، آنها را جذب می‌کنند (پدیده ادغام) و به این ترتیب شروع به بارش می‌کنند.

در روند باران سرد ، یعنی زمانی که دمای ابر یا قسمتی از آن پایین‌تر از سفر می باشد، در آن پاره‌ای ابر از قطرات آب و بلورهای یخ تشکیل شده است. در این عمل بلورهای یخ با جذب رطوبت اطراف خود سریعا شروع به رشد می‌کنند تا اینکه وزن آن باعث فرود آنها می‌شود. این بلورها هنگام فرود اگر از مکانهای گرم بگذرند به باران تبدیل و در غیر این صورت به صورت برف فرود می‌آیند.

انسان از طریق باروری ابرها می‌تواند از لحاظ تعداد و نوع هسته‌های تشکیل باران به طبیعت کمک کند. باروری بوسیله هسته‌های تراکم در اندازه‌های بزرگ (به عنوان مثال عناصر جذب کننده رطوبت مانند بلور نمک و اوره) می‌تواند برای سرعت دادن به روند بارش گرم بکار رود. باروری بوسیله هسته‌ای منجمد (از قبیل یدور نقره و یخ خشک) در افزایش باران در روند بارش سرد به ابرهایی که کمبود هسته دارند کمک قابل توجهی می‌کند.

باروری ابرهای کوهستانی

در مناطق کوهستانی ابرها بوسیله هوای مرطوب که به بالا می‌روند و سرد می‌شوند تقریبا از غرب به شرق بر روی کوهها تشکیل می‌شوند. اگر این روند را بطور طبیعی به حال خود بگذاریم خیلی از این ابرها توانایی تولید باران را ندارند و بیش از 90% از رطوبت خود را در جو به جای می‌گذارند. اگر بعضی از این ابرها را با یدور و یخ خشک و دیگر مواد با استفاده از مولدهای زمینی یا هواپیما بارور کنیم بین 5 تا 20 درصد روند بارندگی را افزایش خواهیم داد.

باروری ابرهای کومولوس

باروری ابرهای کومولوس روند پیچیده‌تری دارد. برای تشکیل این ابرهای بزرگ ، هوای گرم و مرطوب لایه‌های نزدیک به زمین ، بالا رفتن و سرد می‌شوند، تا جایی که ذرات بخار حاوی آنها متراکم شده و تشکیل ابر می‌دهد. دلیل صعود این حجم از هوا می‌تواند گرمای خورشید که روی زمین می‌تابد و یا یک جبهه هوای گرم باشد. از یدور نقره و یا یخ خشک زمانی استفاده می‌شود که دمای سطح بالایی ابر حدود 5- درجه سانتیگراد و یا کمتر باشد. هدف از این عمل زیاد کردن بلورهای یخ موجود در قسمت سرد شده ابر می‌باشد. زمانی که این بلورها بوسیله قطرات آب سرد شده ، احاطه می‌شوند سریعا به وضعی می‌رسند که باعث فرود آنها می‌شود. این بلورها هنگام فرود ذوب شده و قطرات باران را تشکیل می‌دهند.

تگرگ در ابرهای بزرگتری از نوع کومولوس - نیمبوس تشکیل می‌شود، این ابرها جریان بالا رونده بسیار شدیدی دارند، برای جلوگیری از تشکیل تگرگ ، مقدار زیادی یدور نقره در بخشهای مخصوص از ابر اضافه می‌کنند. اضافه کردن هسته‌های مصنوعی انجماد باعث ایجاد یک رقابت برای جذب ذرات منجمد آب می‌شود و به همین خاطر ذرات تگرگ نمی‌تواند زیاد رشد کند، چون رشد آنها بستگی بوجود ذرات آب دارد و اگر ذرات تگرگ بزرگ نباشد، زمانی که از ابر به طرف زمین فرود می‌آیند وقت کافی برای ذوب شدن دارند.

تصویر


زدودن مه

از این روش در بسیاری از فرودگاههایی که در آنها مه مرتبا خلل در پروازهایشان ایجاد می‌کند استفاده می‌کنند چون مشخصات فیزیکی مه سرد (در این نوع مه قطرات ریز آْب در دمای زیر صفر سرد شده‌اند) شباهت زیادی به ابر سرد دارد. معمولا از هواپیماهای کوچک برای پاشیدن یخ خشک روی این مه‌ها استفاده می‌شود و همانند ابرهای سرد ذرات مه سرد شده به بلورهای یخ تبدیل شده و همانند یک برف ملایم به زمین فرود می‌آیند و این باعث پراکندگی موقتی مه بر باند فرودگاه می‌شود و گاهی اوقات این پراکندگی با کمک پرتو خورشید و گرم شدن سطح زمین بیشتر می‌شود.

نکاتی مهم در مورد باروری ابرها

  1. تجربه 24 کشور در سطح جهان نشان داده است که باروری ابرها می‌تواند مقدار بار را بین 10 تا 25 درصد افزایش دهد و خسارات ناشی از تگرگ را بین 30 تا 70 درصد کاهش دهد.

  2. موادی که در باروری ابرها استفاده می‌شود مثل نمک خشک ، اوره یا یدور نقره هرگز باعث آلودگی نمی‌شود و خطری ایجاد نمی‌کند زیرا مقدار این مواد بیار ناچیز است (تراکم نقره به نسبت 109/1 است).

  3. تا به حال نشانه‌ای وجود ندارد که باروری ابرهای منطقه باعث کاهش بارش در مناطق مجاور شده باشد (حتی تا شعاع 160 کیلومتری).

  4. باروری ابرها هرگز عملی بر خلاف طبیعت نیست، زیرا گاهی حیات انسان و تولیدات مواد غذایی او وابسته به این روش ابداع انسان است.

  5. با توجه به هزینه طرحهای وابسته به باروری ، هزینه تمام شده هر متر مکعب باران تولیدی 5 ریال و قسمت نفوذی به سفره‌های زیرزمینی 50 ریال (بر اساس محاسبات باروری ابرها در استان یزد در سال 1377 که هزینه کل طرح 50 هزار کیلومتر مربع حدود 600 میلیون مر مکعب بود، تنها 150 درصد آن به سطح زمین رسید و بطور متوسط حدود 12 میلیمتر بارندگی در استان مذکور بویژه اطراف شهر یزد ایجاد کرد) است.


نوشته شده توسط مهدی 86/3/22:: 7:31 عصر     |     () نظر
با پیشرفت روز افزون علم و فناوری همواره نیاز های جدید به وسایل و دستگاه های جدید تر جهت هماهنگی همه بخشهای صنعت با این پیشرفت ، به وجود می آیند. بدین منظور شناخت و طراحی راه کارها و وسایل جدید امری است اجتناب ناپذیر.از جمله این پیشرفت ها ساخت نوع جدید و پیشرفته تری از موتورهای الکتریکی به نام استپ موتور ها یا موتورهای پله ای است که با کاهش انواع هزینه ها در صناع کم کم جای مکانیزم های پیچیده مکانیکی را خواهند گرفت.

 
با درک میدان های مغناطیسی و کشف آنکه می توان انرژی الکریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل نمود تحولی عظیم در تاریخ بشری بوجود آمد ، بگونه ای که بشر روز به روز به تفکر و طراحی و ساخت وسایلی که بتوانند با استفاده از انرژی الکتریکی ، انرژی مکانیکی تولید نمایند روی آورد. از این رو  انواع موتور های الکتریکی به صحنه وجود آمده و همچنان سیر تکمیلی خود را طی نمودند تا به امروز که می توان برای هر نوع کاربری ، نوع خاصی از موتورها را بکار برد. اما ساخت اسپ موتور با امکاناتی که به طراحان و سازندگان ماشین آلات میدهد ، به گونه ای برجسته سبب کاهش هزینه ها در همه زمینه ها می شود. یکی از چندین مزایای بسیار زیاد این نوع الکتروموتورها تبدیل مکانیزم های بسیار پیچیده مکانیکی ، به تنها یک محرک استپی می باشد. در ادامه با این پدیده جالب آشنا تر خواهیم شد.
 

استپ موتور یا موتور پله ای
 
یک استپ موتور وسیله ای الکتریکی است چرخش زاویه ای گسسته یا پله ای دارد و با اتصال به ضربان هایی در فرکانسی خاص کار می کند. هر ضربان فرستاده شده به موتور سبب حرکت محور موتور تا زاویه ای معین می شود که این زاویه ، زاویه استپینگ (Stepping Angle) نامیده می شود.
شکل 1 ساختمان ساده شده یک استپ موتور "Bifilar" مگنت دائمی را نشان می دهد.
روتور از جنس آهنربای دائمی است و شش دندانه دارد که با فاصله های مساوی و یک در میان در قطب های N و S اطراف روتور قرار دارند.استاتور چهار قطب دارد که هر قطب دارای پیچه ای است که این پیچه از مرکز خروجی V را داراست.
 
پیچه های روی قطب های مختلف به هم وصلند بطوری که فقط پنج سیم A , B , C , D & +V   از موتور خارج می شوند.پیچه با ارسال جریان به سیم +V  و خروج آن از یکی از سیمهای دیگر فعال می شود.
سیم پیچ ها در دندانه های استاتور به روشی پیچیده می شوند به طوریکه نتایج زیر حاصل می شود :
  • اگر سیم B فعال باشد ، قطب 1 شمال و قطب 2 جنوب خواهند بود و اگر سیم A فعال باشد قطب 1 جنوب و قطب 2 شمال می شود.
 
  • اگر سیم C فعال باشد قطب 3 شمال و قطب 4
جنوب و اگر سیم D فعال باشد قطب 3 جنوب و در عوض قطب 4 شمال خواهند بود.
عملکرد استپ موتورها براساس این قانون است که وقتی قطبهای مشابه دفع می شوند ، قطبهای مخالف جذب می شوند. اگر سیم پیچ ها در توالی صحیح فعال باشند روتور در مسیر و جهتی معین خواهد چرخید.
شکل 2 نشان می دهدکه روتور هنگامی که پیچه ها با توالی داده شده در جدول 1 فعال اند چگونه می گردد.

  
  


 همانطور که در شکل 2 مشاهده می شود ، ترتیب القاهای داده شده در در جدول 1 سبب چرخش روتور در جهت عقربه های ساعت می شود.

 


 اگر توالی این القا ها معکوس شود ، جهت حرکت نیز معکوس می شود.

 
 
 


 اگر حتی همه القا ها متوقف شده و هیچ جریانی به موتور وارد نشود ، به علت وجود آهنرباهای دائمی در روتور بازهم مقداری جاذبه میان قطب ها و دندانه ها وجود دارد. از این رو حتی هنگامی هم که هیچ تغذیه ای به موتور متصل نیست ، بازهم قدری ((گشتاور نگه دارنده)) در  موتور باقی می ماند.
از شکل 2 می توان مشاهده نمود که موتور زاویه استپینگ یا زاویه مرحله 30 درجه دارد و برای کامل کردن یک چرخه به 12 استپ یا مرحله نیاز دارد. تعداد مرحله ها در هر دور در یک موتور استپی با اضافه کردن دندانه های بیشتر روی روتور می تواند افزایش یابد و با اضافه کردن دندانه هایی به دندانه های استاتور ، زاویه استپینگ یا زاویه طی مرحله یک موتور استپی را می توان تا حد 1.8 درجه کوچک کرد به طوری که برای طی یک چرخه دویست مرحله نیاز باشد.
برنامه القای پیچه ها در شکل 2 به القای تک فاز معروف است ; از آنجا که در هر زمان فقط یکی از چهار پیچه فعال است.
 
در هر مرحله دندانه های روتور دقیقا رد مقابل دندانه های فعال استاتور قرار می گیرند. با این حال راه اندازی موتور با دو پیچه حامل جریان در یک زمان امری ممکن است (القای دو فازی). در این حالت دندانه های روتور خود را در میان دوتا از دندانه های فعال استاتور قرار می دهند. جدول 2 برنامه کاری و موقعیت روتور را برای القای دو فاز و تک فاز نشان می دهد.توجه داشته باشید که زاویه مرحله یا همان Stepping Angle برای دو نوع القا یکی است بجز اینکه موقعیت های روتور با نصف زاویه مرحله تعیین می شوند.
اگر القای تک فاز و دو فاز با هم ترکیب شوند ، یک حالت نیم مرحله (Half Step mode) حاصل می شود. در این حالت تعداد مراحل یا استپ ها در هر چرخه دو برابر است ; به طوری که اگر موتوری در حالت مرحله کامل یا Full – Step برای کامل کردن چرخه به دویست دور نیاز داشته باشد ، در حالت نیم مرحله یا Half – Step به چهارصد دور برای تکمیل آن نیاز دارد. جدول 3 توالی کارکرد برای حالت نیم مرحله نشان می دهد.

 
 
 


استپ موتوری که در بالا شرح داده شد از دو پیچه با در مقابل هم قرار دادن مگنت های همنام در هر قطب استفاده می کند. به این دلیل است که این نوع ، استپ موتور "Bifilar" نامیده می شود.

نتیجه گیری

کارایی و امکانات یک استپ موتور بسیار بیشتر از انواع دیگر الکترو موتورها می باشد. بدین لحاظ که بسیاری مکانیزم ها و حالات مختلف چرخش را می توان از آنها گرفت و همچنین این که کنترل این موتور ها بسیار آسان تر از سایرین است به طوری که عمدتا به وسایل کنترل سرعت اضافی از قبیل ترمز های الکتریکی و مکانیکی نیازی ندارند.
پس بر ماست تا با افزایش دانش خود در مورد این نوع کارامد از موتورهای الکتریکی سعی در استفاده هرچه بیشتر از امکانات آنها کنیم.

کلمات کلیدی: مغناطیس


نوشته شده توسط مهدی 86/3/21:: 8:27 عصر     |     () نظر
 امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته کلی تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید.

سوخت های فسیلی عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ که با اکسیژن هوا ترکیب می شوند و ایجاد انرژی به شکل حرارت می کنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر انرژی کمتر تولید می کنند. مثلاً یک کیلوگرم زغال سنگ حدود 8 کیلووات ساعت انرژی تولید می کند و یک کیلوگرم نفت حدود 12 کیلووات ساعت انرژی تولید می کنند. این سوخت ها آلوده کننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشکلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوکسید کربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبک لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینکه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تکنولوژی فعلی بشر را دارد مانند ایزوتوپ های کمیاب اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 239 یا اورانیوم 233 که به این ایزوتوپ ها شکاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیاد انرژی به وسیله حجم کم ماده سوختنی. مثلاً از یک کیلوگرم اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 239 می توان مقدار 23 میلیون کیلووات ساعت گرما ایجاد کرد، اما مشکلاتی نیز دارند از آن جمله این که: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشکلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینکه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند که به زباله های هسته ای موسوم است.

این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناک هستند و باید برای صدها سال در انبار های محکم نگهداری شوند تا رادیواکتیو آن از بین برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای شامل عناصر سبک مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند که قرار است در راکتور های گداخت یا همجوش هسته ای تولید انرژی کنند. البته تاکنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تکنولوژی راکتور های گداخت باید تکمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می کنند که باید در راکتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و کنترل شوند دوم اینکه تریتیوم نباید از راکتور نشت کند زیرا یک ایزوتوپ رادیواکتیو است.مزایای این سوخت ها عبارت از این که فراوان در دسترس هستند و دوم اینکه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می کنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با 177 میلیون کیلووات ساعت در صورتی که انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با 23000000 کیلووات ساعت. بنابراین یک کیلوگرم هیدروژن حدود 8 برابر یک کیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می کند.

انواع دیگر انرژی عبارتند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی بیوگاز که مشکل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر اینکه بازده انرژی اینها پایین است و دوم اینکه دائمی نیستند و سوم اینکه تکنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیاد از اینها تکمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می کنیم جدیدترین طرح تولید انرژی که شاید یکی از منابع انرژی قرن 21 باشد را معرفی کنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملکرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی برای شتاب دادن و کنترل ذرات باردار الکتریکی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الکترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یک مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریکا قادر است ذرات پروتون را تا یک تریلیون الکترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یک گرم هیدورژن معمولی که در آب زیاد است را تزریق کنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی 26 میلیارد کیلووات ساعت انرژی، که مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شکافت حدود 1200 کیلوگرم اورانیوم یا 15 میلیون بشکه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یک گرم هیدروژن تا سطح انرژی یک تریلیون الکترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم که شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته کلی تقسیم بندی می شوند

1 - شتاب دهنده های خطی

2 - شتاب دهنده های مداری

3 - شتاب دهنده سیلکووترون

علاوه بر آن ساخت و نگهداری شتاب دهنده آسان و کم هزینه است. در ضمن می توان این سیستم های مولد را در ابعاد و مقیاس های مختلف ساخت به عنوان مثال یک شتاب دهنده خطی که طول آن 100 متر و ولتاژ آن 10 میلیون ولت است که قادر است انرژی معادل یک گیگا (Gev) الکترون ولت تولید کند. این انرژی معادل است با انرژی 26 میلیون کیلووات ساعت در هر ثانیه. اگر تنها موفق شویم 50 درصد انرژی این شتاب دهنده را استفاده کنیم این شتاب دهنده قادر است معادل 20 هزار نیروگاه اتمی در مقیاس نیروگاه اتمی هزار مگاواتی نیروگاه بوشهر تولید انرژی کند. یعنی قادر خواهد بود 20 میلیون مگاوات انرژی الکتریکی تولید کند.

علاوه بر آن از حرارت و گرمای تولیدی این دستگاه می توان برای بخار کردن آب دریا و تولید آب شیرین استفاده کرد. محاسبات نشان می دهد که این سیستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگی سالیانه کشور آب شیرین تولید کند، بدون اینکه هوا را آلوده کند یا مشکلاتی از قبیل زباله های هسته ای یا پس مانده و آلودگی ایجاد کند، در واقع یکی از بهترین منابع انرژی خواهد بود. سوخت مصرفی این دستگاه تنها چند گرم هیدروژن معمولی است انرژی تولیدی از یک دستگاه شتاب دهنده یک گیگا الکترون ولت (Gev) برابر است با انرژی حاصل از سوختن 2500000 لیتر بنزین خواهد بود. بنابراین اگر به مدت یک سال کار کند معادل انرژی 500 میلیارد بشکه نفت انرژی تولید می کند.

ارزش اقتصادی این مقدار انرژی که 2 برابر انرژی ذخایر نفت عربستان سعودی است با احتساب قیمت هر بشکه نفت بر مبنای 20 دلار برابر است با 10 تریلیون دلار. در صورتی که ما از این سیستم شتاب دهنده استفاده کنیم نیازی به سوزاندن این حجم عظیم نفت و گاز برای تولید انرژی نداریم. مزایای این سیستم عبارتند از: 1- می توان در ابعاد و اندازه های مختلف ساخت. 2- هزینه ساخت و نگهداری آن کم بوده است. 3- هیچ گونه زباله یا آلودگی محیطی تولید نمی کند. محصول نهایی آن آب خالص یا بخار آب است. 4- با استفاده از این دستگاه عملاً عمر منابع انرژی نامحدود می شود و منبع عظیمی از انرژی در دسترس خواهد بود.

در حوزه ذرات

1- الکترون ولت: واحد انرژی است و برابر انرژی یک الکترون یا پروتون وقتی از اختلاف پتانسیل یک ولت عبور کند برابر است با

1.6 * 10^-19


ژول

2 _ یک گرم هیدروژن

6.02*10^23


اتم بوده که به آن یک اتم گرم یا یک مول هیدروژن گویند.

اگر این مقدار هیدروژن از شتاب دهنده یک (Gev) عبور کند معادل انرژی آن برابر خواهد بود:

9.6*10^13


ژول

یک کیلووات ساعت برابر است با 3600000 ژول. بنابراین انرژی آن برابر است با 26 کیلووات ساعت.

9.6*10^13


ژول تقسیم بر 3600000 مساوی

26*10^5


کلمات کلیدی: فیزیک حالت جامد


نوشته شده توسط مهدی 86/3/21:: 8:21 عصر     |     () نظر
 
 وابستگى شدید جوامع صنعتى به منابع انرژى، به ویژه سوخت هاى نفتى و به کارگیرى و مصرف بى رویه آنها سبب شده، این منابع که در قرن هاى متمادى در زیر لایه هاى زیرین زمین تشکیل شده، تخلیه شود.انرژى هاى فسیلى مانند نفت و زغال سنگ پایان پذیر و تجدیدناپذیر هستند، اما انرژى هاى نو یا جانشین از جمله باد، آب و خورشید چنین نیستند. خورشید یکى از منابع مهم تجدیدناپذیر انرژى است که به فناورى هاى پیشرفته و پرهزینه نیاز ندارد و مى تواند به عنوان یک منبع مفید و تامین کننده انرژى در بیشتر نقاط جهان به کار گرفته شود. استفاده از این انرژى برخلاف انرژى هسته اى، خطرى ندارد و براى کشورهاى فاقد منابع انرژى زیرزمینى، مناسب ترین راه براى دستیابى به نیرو و رشد و توسعه اقتصادى است. هم اکنون از انرژى خورشیدى به وسیله سیستم هاى مختلف و براى اهداف گوناگون استفاده و بهره گیرى مى شود که مهمترین آنها سیستم هاى فتوبیولوژیک، شیمى خورشیدى (Helio Chemical)، گرماى خورشیدى (Helio Thermal)، برق خورشیدى (Helio Electrical)، سیستم هاى فتوشیمیایى، سیستم هاى فتوولتاییک، سیستم هاى حرارتى و برودتى هستند.

انرژى خورشید به کمک آیندگان مى شتابد

نیروگاه هاى خورشیدى که انرژى خورشید را به برق تبدیل مى کنند، در آینده با مزیت هایى که در برابر نیروگاه هاى فسیلى دارند، مشکل برق و تا حدودى مشکل کم آبى را به ویژه در دوران تمام شدن نفت و گاز حل خواهند کرد و به طور مسلم تاسیس و به کارگیرى برج هاى نیرو، زمینه لازم را براى خودکفایى و قطع وابستگى کشور فراهم خواهد کرد.

تولید برق بدون مصرف سوخت، نیاز نداشتن به آب فراوان، آلوده نکردن محیط زیست، استهلاک کم و عمر زیاد از مزیت هاى بارز برج هاى نیرو و نیروگاه هاى خورشیدى نسبت به نیروگاه هاى فسیلى و اتمى است.

لزوم استفاده از انرژى خورشیدى

ایران با آن که یکى از کشورهاى نفت خیز جهان و داراى منابع عظیم گاز طبیعى است، به دلیل شدت تابش خورشید در بیشتر نقاط کشور، مى تواند صرفه جویى مهمى در مصرف سوخت هاى فسیلى داشته باشد. فناورى ساده، کاهش آلودگى هوا و محیط زیست و از همه مهمتر ذخیره شدن سوخت هاى فسیلى براى آینده یا تبدیل آنها به مواد پردازش با استفاده از تکنیک پتروشیمى، از دلایل لزوم استفاده از انرژى خورشیدى در کشور هستند.با افزایش قیمت نفت در سال 1973 کشورهاى پیشرفته صنعتى مجبور شدند، به استفاده از انرژى هاى جانشین جدى تر بیندیشند و این نگرش پس از انقلاب اسلامى ایران، وسعت بیشترى یافت. کشورهاى صنعتى به این نتیجه رسیده اند که با بهینه سازى مصرف انرژى در صنایع و ساختمان ها، مصرف انرژى را مى توان 30 تا 40 درصد کاهش داد.ایران یکى از پنج کشور مصرف کننده بالاى مواد نفتى در جهان و در میان کشورهاى اوپک، بزرگ ترین مصرف کننده فرآورده هاى نفتى است. با توجه به رشد مصرف انرژى بالاى 5 درصدى در ایران مى توان گفت که هر 10 سال مصرف انرژى کشور دو برابر مى شود. با این روند و با توجه به افت فشار چاه هاى نفت و مشکلات حفارى، استخراج و سرمایه گذارى، نمى توان امیدوار بود که پس از دو دهه نیازهاى موجود کشور بر طرف شود. با این اوصاف این سئوال مطرح مى شود که آیا تولید انرژى، پاسخ گوى نیازها خواهد بود؟ و اگر هم باشد مازادى براى صدور نفت و به دست آوردن ارز خواهیم داشت؟بررسى هاى بانک جهانى حاکى است که اگر کشورهاى در حال توسعه، سیاست هاى بهینه سازى مصرف انرژى را به کار مى گرفتند، تا سال 1990 مى توانستند 4 میلیون بشکه در روز صرفه جویى کنند. کارشناسان معتقدند با استفاده از سیاست هاى بهینه سازى مصرف انرژى، ضمن کاهش مصرف انرژى منافعى مانند: کاهش آلودگى هوا به ویژه در شهرهاى بزرگ، صرفه جویى در سرمایه گذارى در ساخت نیروگاه ها، پالایشگاه ها و سیستم گازرسانى به میزان میلیاردها دلار در سال، طولانى شدن عمر ذخایر نفتى، ایجاد اشتغال در کشور، کم هزینه بودن و نگهدارى آسان، عاید کشور خواهد شد. ناگفته نماند با احتساب مصرف بیش از یک میلیون بشکه معادل نفت در روز، بیش از یک میلیارد دلار درآمد ارزى در سال نصیب کشور خواهد شد.

ایران با عرض جغرافیایى 25 تا 45 شمالى در منطقه مناسبى براى دریافت انرژى خورشیدى قرار دارد. میزان انرژى اى که زمین در یک ساعت از خورشید دریافت مى کند، بیش از انرژى مصرفى جهان در یک سال است. انرژى خورشیدى با بهره گیرى از روش ها و وسایل ویژه به تولید برق با استفاده از حرارت خورشید مى پردازد که حرارت نیز پس از گذار از یک یا چند مرحله به انرژى الکتریکى تبدیل مى شود. پاک بودن این سیستم، توجه بسیارى از کشورها و دولت هاى جهان را به خود معطوف کرده تا آنجا که انگلستان اخیراً با الزامى کردن استفاده از صفحات خورشیدى در ساختمان هاى در حال ساخت، گامى بلند و موثر در بهینه سازى مصرف انرژى برداشته است. از هنگامى که منابع هیدروکربور و زغال سنگ چرخه تولید انرژى را در دست گرفت، به واسطه ارزان و در دسترس بودن آن از توجه به انرژى کاسته شد. در ایران، ارزانى و فراوانى بیش از حد هیدروکربور سبب شده تا به انرژى خورشیدى توجه کمتر مبذول شود.با پیش آمدن بحران شدید نفتى در سال 1973 و لجام گسیختگى بازار و پیش آمدن شرایطى که به تهدید صنعت جهان مى انجامید، ناگهان توجه دوباره به انرژى هاى تجدیدپذیر و انرژى خورشید معطوف شد.مهندس زارعى، مدیر گروه انرژى خورشیدى معاونت انرژى هاى وزارت نیرو در این باره مى گوید: هم اینک چند نیروگاه با بهره بردارى از نیروى خورشید انرژى تولید مى کنند و در دست ساخت و بهره بردارى هستند که به واسطه این طرح ها ایران در زمره معدود کشورهاى داراى فناورى ساخت نیروگاه هاى خورشیدى قرار گرفته است.

نیروگاه هاى خورشیدى داراى انواع گوناگون و تفکیک پذیر هستند: نیروگاه هایى که مستقیم با دریافت انرژى خورشید آن را به انرژى الکتریکى تبدیل مى کنند و نیروگاه هایى که پس از دریافت انرژى خورشید آن را به گرما و پس از گذشت یک روند خاص، به الکتریسیته تبدیل مى کند.سیستم هایى که از انرژى خورشید بهره مى برند، شامل سیستم فتوولتایى (PV) و سیستم هاى گرما شیمیایى، تولید هیدروژن از انرژى خورشید است. در سیستم فتوولتایى که در اصل براى کاربردهاى فضایى ابداع و تکمیل شده بودند، انرژى نورى را مستقیم به انرژى الکتریکى تبدیل مى کنند. این فناورى براساس این نظریه «اثر فتوالکتریک» اینشتین شکل گرفته که نور سبب مى شود الکترون ها از هم جدا شوند. توسعه PV براى کاربردهاى زمینى در هنگام نخستین بحران نفت در دو زمینه بسیار متفاوت آغاز شد: یکى در زمینه فناورى هاى تمرکزى است که در آن کاهش هزینه ها با استفاده از جانشینى سطح PV به وسیله سطح عدسى صورت مى گیرد و دیگرى براى کاهش هزینه هاى مدول هاى PV با استفاده از ساخت صنعتى با حجم زیاد است. در سیستم هاى گرماشیمیایى و نورشیمیایى نیز از انرژى خورشید براى القاى واکنش هاى شیمیایى استفاده مى کنند تا کیفیت محصولات موجود را افزایش دهند یا محصولات کاملاً جدیدى را بسازند. گرما شیمیایى به استفاده از گرما براى رانش واکنش ها اطلاق مى شود و نور شیمیایى به استفاده مستقیم فوتون ها مانند بخش ماوراى بنفش طیف خورشید اطلاق مى شود. تولید هیدروژن از انرژى خورشید نیز به توجه ویژه نیاز دارد، زیرا هیدروژن سوخت تمام نشدنى و سازگار با محیط است.

دستیابى به پیچیده ترین نوع نیروگاه خورشیدى؛ افتخار بزرگ ایرانیان

خورشید منبع تمام انرژى ها است. هم اکنون در دنیا تحقیق روى فناورى استفاده از انرژى خورشیدى به سرعت در حال رشد است. استفاده از این نوع انرژى را به طور محدود مى توان در آبگرمکن هاى خورشیدى مشاهده کرد که اکنون در ایران نیز رواج یافته است. اگرچه قیمت این نوع آبگرمکن ها بسیار بالاست، اما به نظر مى رسد با تولید انبوه آن بتوان مقدارى از هزینه هاى تولید را کاست و این کالا را با قیمت ارزان ترى به دست مصرف کننده رساند. انواع دیگر استفاده از انرژى خورشیدى وجود دارد که اکنون به وفور یافت مى شوند مانند ماشین حساب هاى خورشیدى و... اما مهم ترین نوع استفاده از انرژى خورشیدى به صورت گسترده در نیروگاه هاى خورشیدى است که در دو نوع سهموى خطى و فتوولتاییک هستند. گذشته از ویژگى و تفاوت هاى این نوع نیروگاه ها، باید گفت در حال حاضر تولید برق از انرژى خورشیدى با قیمتى در حدود 300 دلار به ازاى هر کیلووات ساعت تمام مى شود. تاکنون در دنیا کشورهاى آمریکا، آلمان، اسپانیا و اخیراً نیز ایران به فناورى طراحى و ساخت پیچیده ترین نوع نیروگاه خورشیدى دست یافته اند. قرار گرفتن ایران در میان این کشورها خود افتخار بزرگى است که نصیب متخصصان کشور شده است.

انرژى خورشیدى؛ نیازها و محدودیت ها

برخى انرژى هاى تجدیدپذیر را تنها امید بقاى کره زمین دانسته اند، در حالى که عده اى آن را منبعى حاشیه اى با ظرفیت محدود به حساب مى آورند. از سویى منابع سوخت فسیلى پایان پذیر و تجدیدناپذیر است و باید از انرژى هاى تجدید پذیر که به رغم منابع فسیلى، منافع زیست محیطى فراوانى در بردارد بیشتر بهره جست. انرژى خورشیدى، نتیجه فرآیند پیوسته هم جوش هسته اى در خورشید است و هم اکنون کل منبع انرژى خورشیدى 10 هزار برابر مصرف انرژى کنونى بشر است اما اندک بودن شدت این توان و تنوع زمانى و جغرافیایى آن، مشکلات عمده اى را فراهم کرده که سهم این انرژى را در برابر کل انرژى محدود مى کند.

با این حال، در کشورهایى که هزینه انرژى معمولى به دلیل مالیات زیاد است و دولت تلاش زیادى براى ترغیب مردم به استفاده از انرژى خورشیدى مى کند، بازار براى سیستم هاى حرارتى خورشیدى کم دما رونق دارد. با آن که کل منبع انرژى خورشیدى این امکان بالقوه را دارد که سهم عمده اى در تامین انرژى جهانى در آینده داشته باشد، دلایل زیادى وجود دارد که سهم استفاده از آن را در 20 سال آینده بسیار محدود مى کند. اهمیت این محدودیت، همراه با الگوهاى مصرف و اولویت هاى ملى تغییر مى یابد. یکى از محدودیت هاى عمده در استفاده از انرژى خورشیدى، عدم کارآیى اقتصادى سیستم هاى خورشیدى اولیه در برابر سیستم هاى تکامل یافته با سوخت فسیلى است که با افزایش قیمت سوخت هاى معمولى و اقتصادى تر کردن دستگاه هاى خورشیدى با حجم تولید بیشتر، گرایش به استفاده از این گونه انرژى را مى توان شتاب بخشید. در کنار محدودیت هاى اقتصادى لازم است انرژى خورشیدى و مزیت هاى استفاده از آن را با آموزش در محتواى فرهنگى زندگى مردم و به منظور ارتقاى سطح آگاهى آنان وارد ساخت که به سرمایه گذارى و توجه دولت به بخش خصوصى نیاز دارد. محور دیگر معادله اجتماعى انرژى خورشیدى، توسعه مهارت هاى فنى در میان طراحان، نصابان و تعمیرکاران بسیارى از دستگاه هایى است که به طور وسیع در سراسر جهان توزیع مى شوند. با توجه به دورنماى فراگیرى انرژى خورشیدى و با توجه به کل سرمایه در دسترس براى سرمایه گذارى در انرژى خورشیدى که در 30 سال آینده به 10 درصد کل سهام انرژى جهان محدود خواهد شد، به این نتیجه مى توان رسید که انرژى خورشیدى دست کم زودتر از سال 2020 نمى تواند جانشین اصلى انرژى سوخت هاى فسیلى شود.کشورها نیز در زمینه سرمایه گذارى در این بخش با محدودیت روبه رو هستند و روشى که براى کاهش این محدودیت ها مى توان به آن اشاره کرد، جذب سرمایه بخش خصوصى و استفاده از آن بخش از بودجه دولتى است که براى سرمایه گذارى در انرژى خورشیدى اختصاص داده شده است که بسیارى از کشورها با کاربست این روش به موفقیت هایى دست یافته اند و در کشور ما نیز باید شرایط حضور بخش خصوصى فراهم و اقدام هاى لازم براى جذب بخش خصوصى انجام شود. آلمان که با پیامدهاى افزایش شدید بهاى نفت دست به گریبان بوده و برنامه تولید انرژى هسته اى خود را نیز کنار گذارده است، هم اکنون درصدد گسترش دادن نیروگاه هاى بسیار بزرگ است. اخیراً بزرگ ترین نیروگاه خورشیدى در این کشور گشایش یافت. این نیروگاه که در جنوب شهر لایپزیک و در شرق این کشور قراردارد با 33هزار و 500پانل فتوولتاییک حدود 5 مگاوات ساعت برق تولید مى کند. این نیروگاه قادر است برق 1800 خانوار را تامین کند. براساس ارزیابى سازمان انرژى خورشیدى آلمان، مجموع ظرفیت تولید آماده در سال جارى به 300 مگاوات رسیده که دو برابر ظرفیت تولید پیشین در این کشور است.

هم اکنون نگرانى هاى فراوانى در زمینه توانایى کشورها در یافتن منابع سرمایه اى به منظور تامین نیازهاى مالى توسعه استفاده از این نوع انرژى در دهه هاى آینده وجود دارد که این معضل در کشورهاى در حال توسعه شدیدتر است. اما به نظر مى رسد با ایجاد سرمایه گذارى هاى کلان و سریع در این زمینه، مشارکت بخش خصوصى در این گونه طرح ها و مهم تر از همه ارتقاى سطح فرهنگى کشور براى استفاده از انرژى هاى جانشین (تجدیدپذیر) تا چند سال آینده، دستیابى به این هدف مهم چندان دور نباشد.


کلمات کلیدی: فیزیک حالت جامد


نوشته شده توسط مهدی 86/3/21:: 8:18 عصر     |     () نظر
<      1   2   3   4      >