گزارش کار آزمایشگاه فیزیک2

آزمایش های موجود در این مقاله به ترتیب زیر هستند:

1-موضوع آزمایش :آشنایی با دستگاه های اندازه گیری

2-موضوع آزمایش :روش های اندازه گیری مقاومت

3-موضوع آزمایش : k.c.l و k.v.l

4-موضوع آزمایش : دستگاه اسیلوسکوپ ( موج نما )

5-موضوع آزمایش :مبدل ها ( ترانسفورماتورها )

6-موضوع آزمایش :طراحی آمپرمتر و ولت متر

برای نمونه قسمتی از آزمایش شماره 1 را در زیر آورده ایم:

موضوع آزمایش :آشنایی با دستگاه های اندازه گیری:

الف) آشنایی با A.V.O.meter (مولتی متر )

مقدمه :

در این دستگاه یک صفحه مدرج به همراه یک selector مشاهده می شود. هما نطور که از اسم آن مشهود است این دستگاه برای اندازگیری کمیت هایی مانند( اختلاف پتانیسل- مقاومت- جریان ) طراحی گردیده و برای استفاده از selector دستگاه به ترتیب بر روی واژه های volt- ohm – ampere کمک گرفته می شود.

لازم به تذکر است روی دسته سلکتور نشانگری موجود است که تعیین کننده دامنه کاری در اندازگیری ها می باشد. این دستگاه نیز مانند هر سیستم دیگری دارای دو ترمینال آند و کاتد می باشد. برای استفاده صحیح از دستگاه بایستی سیم مشکی را به ترمینال منفی و سیم قرمز را به ترمینال مثبت متصل کنیم. حال دکمه power دستگاه را زده و هر نوع اندازگیری را می توانیم بگیریم.

شرح آزمایش :

به این ترتیب است که اگر سلکتور را روی RX قرار دادیم باید دو سیم اهم متر را به هم وصل کنیم. در این صورت عقربه منحرف می شود و باید روی عدد صفر بایستد. چون مقاومتی بین دو سیم اهم متر وجود ندارد. ولی اگر اینطور نشد باید عقربه را با ولومی که سمت راست اهم متر با علامت اهم

نشان داده شده میزان کنیم تا روی عدد صفر بی حرکت بماند و بعد مقاومت مورد نظر را آزمایش می کنیم .

حال فرض می کنیم که مقاومتی را که می خواهیم آزمایش کنیم 100 اهم باشد. با توجه به اینکه سلکتور روی 1*R ایستاده عقربه عدد 100 را نشان می دهد و چنانچه رنگهای روی مقاومت پاک شده باشند در خواهیم یافت که مقاومت ما 100 اهمی است ولی اگر مقاومت ما از 5 کیلو اهم بیشتر باشد عقربه تقریبا روی علامت بینهایت می ایستد و ما در این مبنا نمی توانیم مقدار مقاومت را بخوانیم . از این رو سلکتور را روی
R*10 قرار می دهیم . به این معنی است که اگر عقربه هر عددی را نشان دهد آن عدد باید ضربدر 10 شود تا مقدار اصلی مقاومت را بتوانیم بخوانیم. به عنوان مثال اگر مقاومت ما 10 کیلو اهم باشد عقربه روی یک کیلو اهم می ایستد و اگر یک کیلو را ضربدر 10 کنیم مقدار اصلی مقاومت که همان 10 کیلو اهم است به دست می آید. در این ردیف Range یا مبنا نیز بیشتر از 50 کیلو اهم را نمی توان خواند. پس اگر مقاومت ما از این مقدار بیشتر باشد باید سلکتور را روی R*100 قرار دهیم و هما نطور مانند قبل هر چه عقربه نشان داد باید این دفعه ضربدر 100 کنیم.

حال ولتاژ ها را بررسی می کنیم : ابتدا از ولتاژ مستقیم DC.V شروع می کنیم. هما نطور که می بینید این قسمت دارای شش مبنای اندازگیری است که از 25/0 ولت تا 1000 ولت مستقیم را می تواند اندازه بگیرد.

طرز کار این قسمت نیز تقریبا مانند اهم است یعنی اگر سلکتور را روی 10 ولت قرار دهیم دستگاه ما حداکثر تا 10 ولت را می تواند نشان دهد.
این طبقه بندی اعداد را روی صفحه قسمتی که سه طبقه عدد قرار دارد می توانیم ببینیم . سمت چپ مدار نیز با DC.V و میلی آمپر مشخص شده . حال اگر بخواهیم که یک باتری و یا منبع تغذیه جریان مستقیم را آزمایش کنیم باید سیم مثبت دستگاه را به مثبت منبع تغذیه و سیم منفی دستگاه را به منفی منبع تغذیه وصل نماییم . اگر چنانچه باتری به عنوان مثال شش ولت است باید سلکتور را روی عدد 10 قرار دهیم. در این صورت عقربه عدد 6 را نشان می دهد ولی اگر باتری از 10 ولت بیشتر و از 50 ولت کمتر بود باید سلکتور را روی عدد 50 قرار داد و چنانچه بیشتر بود روی 1000 ولت.

برای اندازگیری جریان مستقیم نیز مانند ولتاژ عمل می کنیم . یعنی اگر سلکتور را روی عدد 5/0 قرار دهیم دستگاه حداکثر تا 5/0 میلی آمپر می تواند اندازه بگیرد و اگر روی 10 باشد حداکثر 10 میلی آمپر و چنانچه روی 250 باشد تا 250 میلی آمپر.

حال نیروی وارده بر سیم حاوی جریان برابر F=LIB می باشد . اگر جریان از سیم و قاب حرکت کند با توجه به قانون دست چپ میدان جریان نیرو به این قاب وارد می شود . حول این میدان قاب می پیچد و به فنر متصل است که هر وقت جریان بیشتر شود این قاب بیشتر شده و روی صفحه مدرج حرکت می کند و مقدار جریان را نشان می دهد شدت جریان در یک مدار برابر است با I=E/R . اگر بخواهیم جریان را اندازه گیری کنیم آمپرمتر را باید در مسیر جریان قرار دهیم بصورت زیر :.....................................

توربین گاز

تاریخچه توربین گاز

از حدود 70 سال قبل توربین های گازی جهت تولید برق مورد استفاده قرار می گرفته اند، اما در بیست سال اخیر تولید این نوع توربین ها بیست برابر افزایش یافته است.

اولین طرح توربین گازی مشابه توربین های گازی امروزی در سال 1791 به وسیله «جان پایر» پایه گذاری شد كه پس از مطالعات زیادی بالاخره در اوایل قرن بیستم اولین توربین گازی كه از یك توربین چند طبقه عكس العملی و یك كمپرسور محوری چندطبقه تشكیل شده بود، تولید گردید.

اولین دستگاه توربین گازی در سال 1933 در یك كارخانه فولادریزی در كشور آلمان مورد بهره برداری قرار گرفت و آخرین توربین گازی با قدرت 2/212 مگاوات در فرانسه نصب و مورد بهره برداری می گردد. [1]

در صنعت برق ایران اولین توربین گازی در سال 1343 در نیروگاه شهر فیروزه (طرشت) مورد استفاده قرار گرفته است كه شامل دو دستگاه بوده و هر كدام 5/12 مگاوات قدرت داشته است. در حال حاضر كوچكترین توربین گازی موجود در ایران توربین گاز سیار «كاتلزبرگ» با قدرت اسمی یك مگاوات و بزرگترین آن توربین گازی 49-7 شركت زیمنس با قدرت 150 مگاوات می باشد. [1]

1-2- نقش توربین گاز در صنعت برق

توربین های گاز جدا از تولید برق به خاطر خصوصیات ویژه ای كه دارند می تواند در موارد دیگری مثل موتورهای جت در هواپیماها برای تأمین نیروی محركه هواپیما و نیروی جلوبرندگی به كار رود یا مثلاً جهت به گردش درآوردن یك پمپ قوی به كار رود.

اما چون بحث ما پیرامون توربین های گازی است كه در صنعت برق وجود دارد. لذا مطالب خود را بر اساس همین موضوع پیگیری می كنیم.

با توجه به آمار و ارقام مشخص می شود كه میزان مصرف برق در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است مثلاً در بعضی از ساعات شبانه روز (فاصله ساعت 10:00 تا 12:00 صبح و از تاریك شدن هوا به مدت تقریباً دو ساعت در شب) مصرف برق خیلی زیاد است و به میزان حداكثر خود می رسد (پیك بار) و در بعضی ساعات مثل ساعات بین نیمه شب تا بامداد مصرف برق خیلی پایین است و در بقیه اوقات یك مقدار متعادل را دارد.

************************************************************

شكل (1-1) تغییرات بار به ازاء شبانه روز (منفی بار)

همانطوری كه در شكل 1-1 دیده می شود [1] یك مقدار از بار مصرف تقریباً در تمام ساعات شبانه روز ثابت است كه به آن بار پایه می گوییم و یك مقدار بار نیز تنها در ساعات محدودی از شبانه روز اتفاق می افتد و مقدار آن بیشتر از بار در بقیه ساعات شبانه روز می باشد. این بار را بار حداكثر یا پیك می گوییم. نوسانات بین بار پایه و بار پیك را نیز بنام بار متوسط یا میانی می گوییم و برای تأمین بار پایه به نوعی نیروگاه احتیاج داریم كه مخارج جاری آن پایین باشد. این نیروگاه ها شامل نیروگاه های بخار (به خاطر سوخت ارزان- چون سوخت مصرفی آنها معمولاً سوخت های سنگین مثل ماژوت است) نیروگاه های هسته ای و نیروگاه های آبی می باشد. اما برای تأمین بار پیك به نوعی نیروگاه احتیاج داریم كه مخارج نصب پایین و سرعت راه اندازی و باردهی بالا داشته باشد. [حتی اگر مخارج جاری آن بالا باشد و در رابطه با تأمین بار پیك توربین های گازی مطرح می شوند، زیرا خصوصیات تقاضا شده فوق را دارا می باشند.

توربین های بخار به خاطر آنكه برای راه اندازی و رسیدن به مرحله باردهی چندین ساعت وقت لازم دارند و استفاده از آنها به صورت رزرو به صرفه نیست در این مورد استفاده نمی شوند.

بار میانی نیز توسط تركیبی از نیروگاه های مختلف كه اقتصادی تر باشد، تأمین می شود. بنابراین یكی از بارزترین موارد استفاده توربین های گاز در صنعت برق، تأمین بار پیك توسط این واحدهاست البته در كشورهایی مثل ایران كه مسأله سوخت حتی گاز و گازوئیل مسأله مهمی را ایجاد نمی كند از واحدهای گازی برای تأمین بار پایه نیز استفاده می شود.

از ویژگی های دیگر واحدهای گازی كه با دیزل استارت می شود قادرند با استفاده از باتری ها موجود در باتری خانه كه همواره شارژ كامل هستند بدون وابستگی به شبكه استارت شده و به مرحله باردهی برسند لذا از واحدهای گازی می توان برای مناطقی كه به شبكه سراسری متصل نیستند و نیز برای شروع برقراركردن شبكه پس از خاموشی كامل شبكه استفاده كرد. در بعضی از واحدهای گازی كلاچ مخصوص بین محور توربین و محور ژنراتور وجود دارد كه می توان این دو محور را از هم جدا كند و در واحدهایی كه به این نوع كلاچ مجهز هستند می توان در حالی كه ژنراتور به شبكه متصل است با خاموش كردن توربین و باز شدن كلاچ موردنظر كه با افت دور توربین نسبت به ژنراتور صورت می گیرد ژنراتور را به صورت موتور درآورد و به این وسیله عمل تنظیم ولتاژ شبكه را انجام داد. این كار معمولاً در شبهایی كه بخاطر پایین بودن مصرف در شبكه ولتاژ بالا می رود انجام می شود به این نوع استفاده از ژنراتور اصطلاحاً كندانسور كردن گویند.

1-3-1- مزایای توربین گازی

الف) واحدهای گازی بخاطر جمع كوچك و ساده بودن نصب خیلی سریع نصب می شود.

ب) واحدهای گازی بعد از استارت، در عرض چند دقیقه (معمولاً كمتر از ده دقیقه) به مرحله بازدهی می رسند كه در این زمان كوتاه، توربین های گازی را قادر ساخته است كه برای منظورهای اضطراری و در مواقعی كه ماكزیمم مصرف برق را در سیستم قدرت داریم مورد استفاده قرار گیرد. در ضمن تغییر بار (قدرت تولید) در این واحد، سریع صورت می گیرد.

ج) قیمت و هزینه نصب واحدهای گازی پایین است (حدود واحدهای بخار برای قدرت برابر)

د) به علت سادگی ساختمان و كم بودن قسمت های كمكی و نوعی در توربین گاز بهره برداری از آن آسان می باشد. در ضمن در واحدهای گازی امكان كنترل و بهره برداری در محل و از راه دور وجود دارد.

هـ ) در توربین های گازی، امكان استفاده از سوخت های مختلف و تعویض نوع سوخت در حال كار واحد به هنگام باردهی، قدرت مانور خوبی به واحد می دهد.

1-3-2- معایب توربین گازی

الف) راندمان یا بازدهی واحدهای گازی به خاطر دفع مقدار زیادی انرژی، به صورت گرما از اگزوز، (برای یك واحد گازی با قدرت 25 مگاوات دمای خروجی اگزوز، بیش از Cْ500 می باشد) و تشعشع مقداری گرما از جدار اتاق احتراق، پایین تر می باشد (ماكزیمم تا حدود 27% برای سیكل ساده)

ب) چون در واحدهای گازی، معمولاً از گاز طبیعی یا سوخت های سبك استفاده می كنند، لذا مخارج جاری آنها بالا می باشد (به علت گرانی اینگونه سوختها)، ولی در عوض میزان آلودگی محیط زیست نسبت به سایر نیروگاه های حرارتی دیگر با قدرت مشابه كمتر است.

فص دوم

تئوری فرایندهای توربین گازی در افزایش قدرت و راندمان

2-1- مقدمه

با منبسط شدن گازهای حاصل از احتراق (كه دارای دما و فشار بالایی می باشند) در چندین طبقه از پره های ثابت و متحرك قدرت در توربین گاز تولید می شود.

برای تولید بالا جهت محفظه احتراق (حدود 4 تا 13 اتمسفر) از كمپرسورهای محوری با چندین طبقه استفاده می شود. در هر طبقه بر میزان فشار هوای مكیده شده توسط كمپرسور افزوده می شود. كمپرسور توسط توربین به گردش در می آید به همین منظور محور كمپرسور و توربین به هم متصل است. اگر همه چیز را ایده آل فرض كنیم یعنی اصطكاك و تلفات ترمودینامیكی سیال صفحه فرض شوند. همه فرآیندها در تمام طبقات كمپرسور و توربین ایده آل است و افت فشار در محفظه احتراق نیز صفر است. بعد از راه اندازی توربین گاز اگر كل سیستم را به حالت خود رها كنیم (بدون اینكه سوختی مصرف كنیم) قاعدتاً باید قدرت تولید شده در توربین مساوی قدرت مصرف شده در كمپرسور باشد. اما این از لحاظ علمی غیرممكن است. در توربین گاز حدود قدرت تولید شده در توربین صرف به گردش آوردن كمپرسور شده و آن به عنوان كار خروجی جهت تولید برق (یا هر مصرف دیگر) مصرف می شود. بنابراین لازم است كه قدرت تولیدی در توربین بیشتر از قدرت مصرفی در كمپرسور باشد. برای این منظور می توان با اضافه كردن حجم سیال عامل در فشار ثابت یا افزایش فشار آن در حجم ثابت قدرت تولیدی توربین را افزایش داد. هر یك از دو روش فوق را می توان با بالا بردن دمای سیال عامل پس از متراكم ساختن آن به كار برد. برای افزایش دمای سیال عامل یك محفظه احتراق لازم است تا با احتراق سوخت دمای هوا بالا رود. به این ترتیب یك سیكل ساده توربین گاز شامل قسمت های زیر است:

1- كمپرسور

2- اتاق احتراق

3- توربین

..................

نیروگاه هسته ای (مربوط به درس آزمایشگاه ترمودینامیک)

نیروگاه های اتمی

میزان کل انرژی های شناخته شده در کره زمین ، در جدول زیر منعکس شده است :.......................

بسادگی ملاحظه می شود که نفت و گاز طبیعی کمترین میزان ذخیره را دارا می باشند و ذغال سنگ در مرحله بعد قرار دارد . ذخیره اورانیوم 235 ، که تکنولوژی امروزی تولید انرژی از آن را امکان پذیر ساخته است کمی بیش از میزان ذخایر نفت می باشد. ذخیره گونه های دیگر مواد رادیو اکتیو سنگین هزاران برابر ذخیره نفت خام است . همانطوریکه از اطلاعات انتهای جدول نیز مشخص است میزان انرژی دو تریم موجود در طبیعت ، که با تبدیل آن به هلیوم انرژی کسب می گردد (پمپ های هیدروژنی ) ، به تنهائی هزاران برابر ذخایر کل مواد رادیو اکتیو می باشند.

میزان ذخایر موجود جهت جهت گیری آتی انسان را برای تامین انرژی قابل مصرف خود به نمایش می گذارد. در حال حاضر علاوه بر مصرف نفت ، گاز طبیعی و ذغال سنگ در تولید انرژی های قابل کنترل ، اورانیوم نیز جزء منابع اقتصادی تامین کننده انرژی الکتریکی در آمده است ، گرچه تلاش و جهت گیری ها به سمتی است که بتوان از هیدروژن سنگین (دتریم ) موجود در طبیعت نیز، که عمده ترین گونه شناخته شده انرژی نهفته در جهان است ، استفاده کرد.
با توجه به آنچه که در بالا به آن اشاره شد ساختار و گونه های مختلف نیروگاه اتمی در زیر بیان می گردد.
شکل عمومی تولید انرژی الکتریکی در نیروگاههای اتمی همانند نیروگاههای بخاری است با این تفاوت که منبع تولید گرما سوخت فسیلی نمی باشد و انرژی مورد نیاز جهت تولید بخار برای گرداندن توربین ، از فعل و انفعالات اتمی در راکتور بدست می آید.

معمولاً انرژی حاصل از فعل و انفعالات اتمی در راکتور به یک سیال منتقل می گردد که این سیال می تواند بطور مستقیم به طرف توربین هدایت گردد و یا با عبور از مبدل گرما ، سیال دیگری را گرم نموده و نهایتاً آب لازم را به بخار تبدیل کرده و آنرا به توربین هدایت کند.
در راکتور های اتمی اولیه ، سیال منتقل کننده اولیه آب بوده که مستقیماٌ پس از تبدیل شدن به بخار بطرف توربین هدایت می شد اما در تکنولوژی امروزی برای ایجاد امکان کنترل بیشتر روی فعل وانفعالات اتمی و کاهش خطرات ناشی از فعل و انفعالات ، سیال واسطی بصورت مدار بسته حرارت تولیده شده در راکتور را در مبدل حرارتی جداگانه ای به آب منتقل نموده و آنرا به بخار تیدیل می نماید . .
فعل و انفعالات اتمی بدو صورت انجام می پذیرد:

الف ) شکافت یا شکست اتمی :
در این روش عناصر سنگین از طریق فعل وانفعالات اتمی به عناصر سبک تبدیل شده و انرژی آزاد می نمایند. در این حالت عناصر سنگین با از دست دادن نوترون و کاهش وزن به آزاد سازی انرژی درونی خود می پردازند. در راکتورهای نیروگاههای اتمی موجود، از این فرایند استفاده می شود
ب ) جوش یا گداخت اتمی :
در این روش عناصر سبک با جذب نوترن به عناصر سنگین تر تیدیل می شوند و همزمان با از دست دادن بخش جزئی از وزن خود ، قسمتی از انرژی درونی خود را آزاد می کنند.

شمای کلی مولدهای اتمی در شکل زیر منعکس شده است :....................................

نانو تکنولوژی

نانو تکنولوژی چیست؟

نانوتكنولوژی تولید كارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با كنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر، و بهره برداری از خواص و پدیده های نوظهوری است كه در مقیاس نانو توسعه یافته اند

اصول بنیادی

یک نانومتر یک میلیاردم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازهٔ ۱۲ تا ۱۵ نانومتر به کار می‌رود؛ همچنین طول یک جفتِ دی‌ان‌آ نزدیک به ۲ نانومتراست. و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری سلول‌دار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم. یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.

فناوری نانو کاربردهای گسترده‌ای در دانش‌های گوناگون دارد که از موردهای مهم آن می‌توان به کاربردهایش در پزشکی برای ساخت داروهای بدون اثرهای جانبی اشاره کرد که تنها بر یک بافت ویژه تأثیر می‌گذارند. از انواع کاربرد ها می‌توان در ساخت نانو جوراب ها ، نانو لوله‌های کربنی و ... اشاره کرد.

یک نانومتر چقدر است؟

یک نانومتر یک میلیاردم متر است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترین آی سیهای امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.

امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن، برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد .

همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکــــزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمـــــــندانی مثل جی استورس هال و اریک درکسلر این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند.

شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوان به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.

چرا این مقــیاس طول اینقدر مهم است؟

خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی ) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب ، خواص مغناطیسی ، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژی های جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود .

نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرآیندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد .

ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت ، واکنشهای شیمیایی ، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایده‌ال می‌سازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سخت‌تر و غیرشکننده‌تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می‌کنند . وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می‌توانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است .

منافع نانوتکنولوژی چیست؟

مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تاثیر بگذارد.محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتنداز:لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها به دست آمده اند،شیشه هایی که خود به خود تمیز میشوند،مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده اند،ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان ساز ها،هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه ها از یفیت بالاتری برخوردارند،چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگدانه و غیره.

قابلیتهای محتمل تكنیكی نانوتكنولوژی عبارتند از:

1-محصولات خوداسمبل

2-كامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر كامپیوترهای امروزی

3- اختراعات بسیار جدید ( كه امروزه ناممكن است)

4-سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه

5-نانوتكنولوژی پزشكی كه درواقع باعث ختم تقریبی بیماریها، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.

6-دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا

7-احیاء و سازماندهی اراضی

نانوتكنولوژی به زبان ساده

علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تكنولوژی) توانائی بدست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملكولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت فرا رشته ای خود، در آینده در برگیرنده همه فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فناوریهای موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یك حرف از علم» یكپارچه خواهد كرد.

میلیونها سال است كه در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری - مثل یك درخت یا یك میكروب - ساخته می شود. علم بشری اینك در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی نظیر بسازد كه در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو كاربردهای را به منصه ظهور می رساند كه بشر از انجام آن به كلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه برجا می گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است. به عنوان مثال:

ساخت مواد بسیار سبك و محكم برای مصارف مرسوم یا نوورشكستگی صنایع قدیمی همچون فولاد با ورود تجاری مواد نو كاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت های فسیلی همه گیر شدن ابر كامپیوترهای بسیار قوی، كوچك و كم مصرف سلاحهای سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئی تر برای رادار شناسایی فوری كلیه خصوصیات ژنتیكی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری ارسال دقیق دارو به آدرس های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر از بین بردن كامل عوامل خطرناك جنگ شیمیائی و میكروبی از بین بردن كامل ناچیز ترین آلاینده های شهری و صنعتی سطوح و لباسهای همیشه تمیز و هوشمند تولید انبوه مواد و ابزارهائی كه تا قبل از این عملی و اقتصادی نبوده اند ، و بسیاری از موارد غیر قابل پیش بینی دیگر...

دکتر درکسلر در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتكنولوژی اظهار كرده است: "در جهان اطلاعات ، تكنولوژیهای دیجیتالی را سریع، ارزان، كامل و عاری از هزینه‌بری یا پیچیدگی محتوایی كپی ‌برداری نموده‌اند. حال اگر همین وضعیت در جهان ماده اتفاق بیافتد چه می‌شود. هزینه تولید یك تن ‌تری بیت تراشه‌های تقریبا معادل با هزینه بری ناشی از تولید همان مقدار فولاد میشود.

دکتر بوکی بالز رییس هییت تحقیقاتی دانشثگاه رایس و کاشف اسمبلی میگوید:"نانوتکنولوژی روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد."

در مقدمه مقاله نانوتکنولوژی که توسط آقایان پرگمیت و پترسون در سال 1993 نگاشته شده چنین آمده است:

تصور كنید قادرید با نوشیدن دارو كه در آب میوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنید . یك ابر كامپیوتر را كه به اندازه یك سلول انسان است در نظر بگیرید. یك سفینه فضایی 4 نفره كه به دور مدار زمین میگردد با هزینه‌ای در حدود یك خودروی خانوادگی تجسم كنید.

موارد فوق، فقط تعداد محدودی از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژی هستند. انسان در معرض یك انقلاب اجتماعی تسریع شده و قدرتمند است كه ناشی از علم نانوتكنولوژی است. در آینده نزدیك گروهی از دانشمندان قادر به ساخت اولین آدم آهنی با مقیاس نانومتری می‌گردند كه قادر به همانندسازی است. طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانوروبات ، تقریبا تمامی فرایندهای صنعتی و نیروی كار كنونی از رده خارج خواهند شد. كالاهای مصرفی به وفور یافت‌شده ، ارزان، شیك و با دوام خواهند شد. دارو یك جهش سریع و كوانتومی را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهای فضایی و همانندسازی امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به این دلایل و دلائلی دیگر، سبكهای زندگی روزمره در جهان بطور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسانها تحت‌الشعاع این روند قرار خواهد گرفت.

سه فناوری تسخیركننده:

از طرفی شاید بتوان گفت تسخیركنندگان علم و فناوری آینده در سه گروه فناوری اطلاعات، نانوفناوری و زیست فناوری خلاصه می شوند.

قرارگیری مقادیر و حجم زیادی از اطلاعات در فضائی كوچك از ابعاد هم گرائی نانوفناوری و فناوری اطلاعات می باشد از طرفی در زیست فناوری و یا به عبارتی برای زیست شناسان قرار گیری حجم زیادی از اطلاعات در یك فضای بسیار كوچك موضوعی بسیار آشنا می باشد.

در كوچكترین سلول انسانی همه اطلاعات مربوط به یك موجود زنده از قبیل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتی در قسمت بسیار كوچكی از سلول كه شامل حدوداً پنجاه اتم می باشد همه این اطلاعات ذخیره می گردد (به نام دی ان ا نه تنها سطح یا به عبارتی تعداد اتم ها بلكه نحوه قرار گرفتن این زنجیره ها در ذخیره سازی اطلاعات زیستی اهمیت دارد). شاید یكی از علل هم گرائی این فناوری و فناوری اطلاعات وجود همین مسائل مشترك این سه فناوری است.

چه انتظاری باید از نانوتكنولوژی داشت:

این تكنولوژی جدید توانایی آن را دارد كه تاثیری اساسی بر كشورهای صنعتی در دهه های آینده بگذارد . در اینجا به برخی از نمونه های عملی در زمینه نانوتكنولوژی كه بر اساس تحقیقات و مشاهدات بخش خصوصی به دست آمده است ، اشاره می شود.

انتظار می رود كه مقیاس نانومتر به یك مقیاس با كارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ، طوری ساخته خواهند شد كه روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی تواند باشد.

نانوتكنولوژی می تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 میلیارد دلار برای صنعت نیمه هادیها و 900 میلیون دلار برای مدارهای مجتمع ، طی 10 تا 15 سال آینده شود.

نانوتكنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، كیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد.

تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متكی به نانوتكنولوژی خواهد بود كه این امر ، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد.

كاتالیستهای نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای كاربردهای فراوانی هستند كه پیش بینی شده است این دانش ، سالانه 100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد.

نانوتكنولوژی موجب توسعه محصولات كشاورزی برای یك جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تصویه و نمك زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه نماید . بطور مثال استفاده از یك نوع انباره جریان گذرا با الكترودهای نانولوله كربنی كه اخیرا آزمایش گردید ، نشان داد كه این روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دریا را نمك زدایی می كند.

انتظار می رود كه نانوتكنولوژی نیاز بشر را به مواد كمیاب كمتر كرده و با كاستن آلاینده ها ، محیط زیستی سالمتر را فراهم كند . برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی 10 تا 15 سال آینده ، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتكنولوژی،مصرف جهانی انرژی را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین كاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن كربن شود............

کوره آفتابی

مقدمه :

کوره آفتابی وسیله‌ای است برای تولید گرما بوسیله تجمع و تمرکز نور خورشید در یک نقطه خاص و استفاده از حرارت آن نقطه برای تولید آب گرم و بخار آب گرم. کوره آفتابی به شکل بشقاب کاو (مقعر) و آینه‌ای و صیقلی (که نورهای تابیده شده به طرف خود را بازتاب می‌کند) است. نورهای تابیده شده از بی نهایت دور موازی هستند، بنابراین همه آنها بعد از بازتابش نقطه خاصی به نام کانون می‌گذرند. برای ورود به بحث با چند اصطلاح آشنا می‌شویم.

1. مرکز آینه (C): نقطه‌ای است که فاصله تمام نقاط سطح از آن نقطه ثابت است.
2. کانون (F): نصف فاصله سطح تا مرکز را کانون می‌نامند و فاصله و سطح بشقاب (رأس آینه) تا کانون فاصله کانونی (f) نامیده می‌شود.
3. محور اصلی: خطی فرضی که وسط (رأس) بشقاب را به مرکز وصل کرده و کانون روی آن نیز کانون اصلی نامیده می‌شود.

پرتو نورهای تابیده شده نسبت به محور اصلی در بازتاب تقارن آینه‌ای دارند. پرتو نورهایی که موازی محور اصلی بتابد حتما بازتاب آنها از کانون می‌گذرد (کانون اصلی) ، پس در آن نقطه حرارت و گرما بسیار بالاتر از اطراف است. پس اگر منبع آب در آن نقطه قرار داده شود آب در اثر انرژی دریافتی از خورشید بسیار گرم خواهد شد و این اساس یک کوره آفتابی است.

نمونه کوچک و قدیمی کوره آفتابی ذره‌بین است که از شیشه محدب یا حتی یخ تراشیده شفاف ساخته می‌شد. امروزه از اجسام آینه‌ای با توجه به ویژگی ساختمانی گفته شده برای تولید آب گرم منازل در ابعاد محدود در پشت بامها و در ابعاد بزرگتر ساختمان بلند که نمای بیرونی آن به شکل کاو طراحی شده و در نمای جلویی آن از شیشه‌های رفلکس و آینه‌ای برای بازتاب نور استفاده می‌شود، بطوری که بازتابها در یک نقطه در مقابل یعنی کانون جمع می‌شوند.

در کانون یک منبع آب قرار می‌دهند و با لوله کشیهایی به توربین تولید برق وصل می‌کنند، با توجه به ابعاد ساختمان انرژی گرمایی دریافتی فوق العاده بالاست و بخار آب تولید شده با جریان شدید در لوله‌ها به توربین رسیده و باعث چرخش آن و تولید برق ارزان قیمت در چنین مجموعه نیروگاهی برق - آبی می‌گردد.

فیزیک هسته ای

مقدمه: استخراج اورانیوم از معدن

اورانیوم که ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت میشود اما تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است.

هنگامی که هسته اتم اورانیوم در یک واکنش زنجیره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.

برای شکافت هسته اتم اورانیوم، یک نوترون به هسته آن شلیک میشود و در نتیجه این فرایند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز آزاد میشود که هرکدام به نوبه خود میتوانند هسته های جدیدی را در یک فرایند زنجیره ای تجزیه کنند.

مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزیه اتم اورانیوم بدست می آید از کل جرم اولیه این اتم کمتر است و این بدان معناست که مقداری از جرم اولیه که ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این انرژی با استفاده از رابطه E=MC۲ یعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اینشتین نخستین بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.

اورانیوم به صورت سه ایزوتوپ مختلف در طبیعت یافت میشود. دو گونه اصلی آن اورانیوم U۲۳۵ و U۲۳۸ است که هر دو دارای تعداد پروتون یکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U۲۳۸ وجود دارد. اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از این دو ایزوتوپ است.

برای بدست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند زنجیره ای شکافت هسته باید از اورانیوم ۲۳۵ استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته میشود. هنگامی که این نوع اورانیوم به اتمهای کوچکتر تجزیه میشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها میشود که در صورت برخورد با اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد میشود.اما بدلیل "نیمه عمر" کوتاه اورانیوم ۲۳۵ و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ در طبیعت بسیار نادر است بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگینتر U۲۳۸ است.

کشورهای اصلی تولید کننده اورانیوم

استرالیا

چین

کانادا

قزاقستان

نامیبیا

نیجر

روسیه

ازبکستان

برش پلاسما

مقدمه:

صنعت مدرن به دستکاری و تغییر در شکل فلزات و آلیاژها وابسته است. ما برای ساختن وسایلی که در طول روز با آنها سر و کار داریم به فلزات نیازمندیم. به عنوان مثال در ساختن پل ها، ماشین ها، آسمان خراش ها، جرثقیل ها، روبات ها و بسیاری از وسایلی که اکنون در پیرامون خود می بینیم و حتی وسایلی که در آینده به زندگی ما وارد خواهند شد به فلزات نیازمندیم. دلیل این امر بسیار ساده است: فلزات به شدت محکم و با دوام اند، پس انتخابی منطقی برای ساختن سازه های بسیار بزرگ یا بسیار محکم برای تحمل بارهای سنگین هستند.

نکته ی جالب در مورد سختی فلزات این است که این استحکام در برابر انسان و وسایلی که می خواهند فلز را شکل بدهند نیز وجود دارد. پس با وجود این مشکل چگونه صنعتگران، فلزات را به اشکال خاص مثلا به شکل بال برای هواپیما در می آورند؟ در بسیاری از موارد پاسخ شما برش دهنده پلاسمایی است. شاید این حرف به نظر شما قسمتی از یک رمان علمی- تخیلی باشد، اما واقعا این دستگاه وجود دارد و از اواخر جنگ جهانی دوّم در بسیاری از کشورها مورد استفاده قرار گرفته است.

در جنگ جهانی دوّم، کارخانه های امریکایی اقدام به ساختن توپ خانه، هواپیما و ماشین های زرهی کردند که البته با توجه به نیازهای بالای کشورهای در حال جنگ به این سلاح ها این کارخانه ها قادر به پاسخ گویی به تمام این نیازها نبودند. یک قسمت از این نیازها در بخش ساخت تجهیزات هوایی (aircraft parts) بود. چند کارخانه ارتشی که کارشان ساخت تجهیزات هوایی بود روشی جدید برای برش دادن یا جوش دادن قطعات ابداع کردند. در این روش پیچیده یک نوع گاز نجیب (inert gas) به مجاورت یک قوس الکتریکی رانده می شود، به طوری که در این نقطه گاز توسط الکتریسیته شارژ شده و اطراف نقطه ی جوش حصاری به وجود می آید. در این روش جدید نقاط جوش یا برش خیلی تمیز و دقیق ترند و در اتصالات بسیار محکم تر عمل می کنند.

در 1960، طراحان موفق به اختراع تازه تری شدند. آنها فهمیدند که می توان دمای نقطه ی جوش یا برش را به وسیله ی سرعت دادن به گازی که خارج می شود بالا برد به این ترتیب کار با ظرافت بیشتری انجام می شد. این سیستم جدید باعث بالا رفتن کیفیت و به طبع آن قیمت محصولات می شد. در حقیقت، در این دمای بالا دستگاه مجبور نیست مدت زیادی روی قطعه کار کند مانند کره ای که با کارد داغ بریده می شود.

پلاسما در صنعت

در حال حاضر یک ابزار جدا نشدنی از صنعت هستند. از برش دهنده های پلاسمایی به تعداد زیاد در فروشگاه های صنعتی مانند کارخانه های اتومبیل سازی برای ساختن شاسی و بدنه اتومبیل ها استفاده می شوند.

کمپانی های بزرگ ساختمان سازی در مقیاس انبوهی از این وسایل برای بریدن فلزات و ساختن ساختمان های فلزی عظیم استفاده می کنند. قفل ساز ها هم از آن برای سوراخ کردن بی خطر قفل خانه های کسانی که کلید خود را گم کرده اند استفاده می کنند.

شما می توانید تمام مراحل کار را در واحدهای CNC در پشت یک کامپیوتر مشاهده کنید، بدون آنکه حتی نیازی به لمس کردن جسم داشته باشید.

در گذشته برش دهنده های پلاسمایی بسیار گران بودند و اکثرا در کارخانه ها برای برش قطعات عظیم استفاده می شد. در سال های اخیر هم قیمت و هم اندازه ی این دستگاه ها به شکل قابل توجهی کم و کوچک شده است. به طوری که می توان از آن ها در پروژه های شخصی نیز استفاده کرد. هنرمندان نیز توانسته اند با این وسیله کار های بی نظیری خلق کنند که مسلما با وسایل قدیمی ممکن نبود.

برش دهنده های پلاسمایی یکی از هزاران وسیله ی مورد توجه در قرن بیستم است که با استفاده از مفاهیم علم فیزیک قادر به مهار حالت چهارم ماده در جهت منافع بشر شده است.

برش پلاسما اواخر دهه 1950 برای برش فولاد با پرآلیاژ و آلومینیم توسعه یافت؛ برای استفاده بر روی تمام فلزات که به دلیل ترکیبات شیمیایی آن ها، تحت برش سوخت اکسی ( oxy-fuel برش با سوخت اکسیژن) قرار می گیرند. همچنین با داشتن سرعت های بالای برش (به خصوص با مواد نازک) و ناحیه کوچک تحت تاثیر گرما، این تکنیک امروزه برای برش فولادهای بی آلیاژ و کم آلیاژ استفاده می شود.

برش فلز، امروزه با تقاضای کیفی بالا و فشارهای افزایش هزینه روبرو است. لبه قطعات برش نباید به فرآیند اضافی دیگری نیاز داشته باشند و انتظار می رود دقت ابعادی حداکثر را ارایه دهند. در نتیجه توانایی تکنیک های برش مرسوم برای مواجهه با این خواست ها به طور روز افزون مورد تردید قرار می گیرد.

برش گداخت پلاسما در رقابت مستقیمی با دیگر تکنیک ها نظیر: برش سوخت اکسی، برش لیزری و برش جت آب(water jet) قرار دارد. به هر حال همچنین می تواند جایگزینی برای تکنیک های با فرآیند مکانیکی نظیر: نوک زنی(nibbling ابزاری برای بریدن ورقه های فلزی توسط برش های متعدد و پیاپی موضعی قائم به کمک مته)، منگنه زنی(punching)، دریل کاری باشد.

برش پلاسما می تواند برای برش همه مواد رسانای الکتریکی، نظیر فولاد ساختمانی فولاد با آلیاژ بالا، فلزات غیرآهنی مانند: آلومینیم، مس و صفحات فلزی روکش شده استفاده شود.

اتم چیست ؟

اتم چیست ؟

همه چیز در جهان ، از باكتریهای ذره بینی و ویروس هایی كه از میكرون (Micron ، یك هزارم میلیمتر ) كوچكترند ، تا ستارگان و كهكشان هایی كه میلیون ها كیلومتر از ما دورند ، از اتم ساخته شده اند . اتم ها آن قدر ریزند كه با نیرومند ترین میكروسكوپ ها نیز دیده نمی شوند . در سر یك سنجاق 000/000/000/000/000/000 /55 اتم وجود دارد ، اگر بتوانیم سرسنجاق را به اندازه ی یكی از عظیم ترین بناها بزرگ كنیم ، هر اتم آن مثل مگسی خواهد بود ، كه روی یكی از ستون ها بخزد .

اتم ها هم از تركیب سه ذره ی اصلی به نام های الكترون (Electron )، پروتون (Proton ) و نوترون (Noutron ) ساخته شده است . الكترون واحد الكتریسته ی منفی ، پروتون واحد الكتریسته مثبت ، و نوترون از لحاظ الكتریكی خنثی است. تركیب های مختلف ذرات اصلی ، اتم های متفاوتی را به وجود می آورند . هر جسمی كه از تعداد اتم های همجنس جدا شود ، عنصر یا جسم ساده نامیده می شود .

آزمایشگاه فیزیک 1

در این فایل 13 آزمایش فیزیک 1 به همراه حل کامل آنها آماده گردیده است.

آزمایش ها به صورت زیر هستند:

1-نام ازمایش : اندازه گیری چگالی جامدات

2-نام ازمایش: اندازه گیری ارزش ابی کالری متر

3-نام آزمایش :تعیین گرمای نهان ذوب یخ

4-عنوان آزمایش :ضریب انبساط خطی

5-نام آزمایش :تعیین گرمای ویره فلزات

6-عنوان آزمایش :اندازه گیری شتاب ثقل با استفاده از آونگ ساده

7-کولیس

8-عنوان آزمایش :تعیین چگالی مایعات

9-عنوان آزمایش :اندازه گیری شتاب ثقل با استفاده از سقوط آزاد

10-عنوان آزمایش :قانون بویل - ماریوت

11-عنوان آزمایش :تعیین سختی فنر

12-عنوان آزمایش :معادل میکانیکی حرارت (عدد ژول)

13-عنوان آزمایش :حرکت پرتابه

قسمتی از آزمایش 1 را برای نمونه در زیر قرار داده ایم:

نام ازمایش : اندازه گیری چگالی جامدات

هدف از ازمایش : هدف این این است که چگالی قطعات مس , برنز , فولاد را اگر برای ابعاد یکسانی از انها محاسبه کنیم خواهیم دید که چگالی انها متفاوت است . این ناشی از ان است که چون ابعاد ثابت می ماند در نتیجه چجم ثابت می ماند در نتیجه جرم ان متفاوت می باشد که این جرم ناشی از عدد جرمی هر یک از قطعات فوق می باشد .

وسایل مورد نیاز :

• · استوانه های مسی , برنزی , فولاد
• · ترازوی دیجیتالی با دقتgr 0.1
• · کو لیس برای اندازه گیری ابعاد قطعات با دقت mm0.02

روش انجام از مایش :

با کولیس اندازه ابعاد اجسام را اندازه می گیریم و سپس با ترازوی دیجیتالی جرم اجسام را محاسبه می کنیم و بعد با استفاده از فرمول p =m / c چگالی را بدست می اوریم . چون در سیستم CGS ازمایش انجام می دهیم پس واحد چگالی بر حسب gr/cm³ می باشد .

تئوری ازمایش :

سرب سنگین تر است یا آب ؟ پاسخ دادن به این پرسش ممکن نیست , مگر ابنکه بدانیم چه حجمی از این دو ماده را مقایسه می کنیم . یخن درست است که بگوییم چگالی سرب از چگالی آب بیشتر است . بنابرین باید گفت , سرب چگالی تر است .

جرم یک سانتی متر مکعب آب یک گرم است و جرم یک سانتی متر مکعب سرب 11.4 گرم است . اکر جرم و حجم را در رابطه چگالی قرار دهیم , چگالی اب gr /cm³ 1 و چگالی سربgr /cm³ 11.4 بدست میاید. معلوم می شود که جرم cm³1 سرب 11.4 بار از جرم cm³1 آب بیشتر است , لذا گفته میشود سرب چگالی تر است .

• · بهتر است بدانیم که چگالی مواد با تغییر دمای انها تغییر می کند .چون اگر جسمی را گرم کنیم جرم ان ثابت می ماند ولی حجم ان افزایش پیدا میکند در نتیجه ی افزایش حجم , چگالی ماده نیز کمتر می شود .
• · یکای چگالی در SI بز حسب Kg /m³ است ولی اکر جرم جسم را بر حسب gr و حجم را بر حسب cm³ اندازه بگیریم چگالی بر حسب gr /cm³ بدست می اید , در گذشته جرم cm ³1000 آب ċ 4 را gr 1000 می نامند . اگر چگالی ماده ای بر حسب ³gr / cm معلوم باشد , با ضرب کردن این عدد در 1000 چگالی را بر حسب kg /m³ بدست می اوریم .

چگالی نسبی :

چگالی نسبی یک ماده نشان دهنده ی آن است که این ماده چند بار از آ چگال تر است .

تنگ چگالی :

تنگ چگالی وسیله ای است برای بدست اوردن چگالی نسبی مایعات , در میان درپوش این تنگ سوراخی وجود دارد اگر درپوش را در جای خود قرار دهیم مایع اضافی از سوراخ درپوش خارج می شود به این ترتیب مایع داخل تنگ با جم خود تنگ برابر است برای تعیین چگالی نسبی یک مایع ابتدا جرم تنگ خالی را تعیین می کنیم m₁ بعد جرم پر آب را بدست می اوریم m₂ سپس جرم تنگ پر از سپس جرم تنگ پر از مایع مورد نظر را اندازه می گیریم m₃ .

بدین ترتیب از (m₃-m₁) جرم مایع , (m₂-m₁) جرم آب هم حجم آب مایع بدست می اید . از تقسیم جرم مایع بر جرم آب هم حجم مایع , چگالی نسبی مایع حاصل می شود .در صورتی که چگالی آب gr /cm³ 1 است .

رسم نمودار :

طبق رابطه m /v=هP که یک تابع خطی است و شیب آن عکس حجم می باشد داریم :