آموختن علم و دانش بیشتر

آموزش شیمی در قرن بیستم

تاریخ:یکشنبه 27 مرداد 1392-10:05

با گسترش سریع فناوری در قرن بیستم و پیشرفت همه جانبه علوم و فنون، نیاز به آموزش و یادگیری علوم تجربی بیش از گذشته احساس می‌شد، و به همین جهت، بسیاری از مدارس و دانشگاهها در سطح جهان ساعاتی از برنامه‌های هفتگی خود را به آموزش موضوعهای علمی نظیر شیمی، فیزیك و زیست‌شناسی اختصاص دادند. برنامه‌ریزی و آموزش شاخه‌های مختلف علوم تجربی به طور جدی از سالهای 1930 به بعد آغاز شد. پیدایش و توسعه علم «برنامه‌ریزی درسی» در اواخر دهه دوم قرن بیستم تغییراتی بنیادی را در برنامه‌های درسی علوم به وجود آورد.

در سالهای قبل و بعد از جنگ جهانی اول (یعنی سالهای 1915 الی 1925) متخصصان علوم تربیتی نسبت به روشهای آزمایشگاهی و سایر راهبردهای آموزشی فعالیت- محور نوعی بدبینی و خصومت داشتند. این امر به مقدار زیادی بر روند برنامه‌ریزی و آموزش شیمی در مدارس تأثیر گذاشت. علیرغم اینکه کارهای آزمایشگاهی و عملی در ابتدای قرن بیستم در بسیاری از مدارس اروپا و آمریکا معمول گردید؛ ولی به طور جدی دنبال نشد. روشهای مبتنی بر حفظ کردن مطالب در برنامه‌های درسی شیمی تا سالهای 1920 همچنان معمول بود. در این دوران، آموختن مطالب گوناگون، به ویژه ریاضیات، فیزیك و شیمی، وسیله‌ای برای تقویت و تمرین قوای فکری و رشد هوشی دانش‌آموزان محسوب می‌شد. در آموزش شیمی بر تدریس به شیوه سخنرانی و ارایه‌ی كلامی مطالب بسیار تأکید می‌شد و تجارب نمایشی و کارهای آزمایشگاهی برای تأیید مطالب آموخته شده مورد استفاده قرار می‌گرفت. هسته مرکزی برنامه‌ریزان درسی را شیمیدان‌هایی تشکیل می‌دادند که به پژوهش یا تدریس در دانشگاه اشتغال داشتند و بخشهایی از شیمی را که مهم و اساسی به نظر می‌رسید، انتخاب می‌کردند و در محتوای کتابهای درسی می‌گنجاندند.

در سالهای بعد از جنگ جهانی اول (1920 الی 1940)، كشف مخازن نفتی در اقصی نقاط جهان، تولید انواع اتومبیل، هواپیما و صنایع وابسته به نفت، تامین انرژی از سوخت‌های فسیلی، و نیز پیشرفتهای انجام گرفته در صنایع شیمیایی و فناوری‌های وابسته به آنها، نیاز به تجدید نظر در روند برنامه‌ریزی درسی و آموزش شیمی را بیش از پیش مطرح ساخت، به طوری که در این سالها برنامه‌های درسی شیمی در مقایسه با سایر برنامه‌های درسی از اهمیت و اولویت بیشتری برخوردار شد. آماده کردن دانش‌آموزان برای انجام فعالیت‌های عملی و حل مسائل روزانه زندگی از اولویت‌های برنامه درسی شیمی در سال‌های قبل از جنگ جهانی دوم محسوب می‌شود.

وقوع جنگ جهانی دوم سبب شد تا افت شدیدی در برنامه‌ریزی درسی  و آموزش شیمی در سالهای 1940 تا 1950 دیده شود. در زمانی كه اروپا و سایر كشورهای درگیر در جنگ جهانی دوم دوران سازندگی را سپری می‌كردند، ایالات متحده آمریكا موفق شد تا با جذب معلمان، مدرسان، دانشمندان و استادان برتر دانشگاههای مختلف جهان به صورت مهاجر، برنامه‌های آموزشی جدیدی را بر پایه یافته‌های علمی و تجربه كشورهای مختلف پایه‌ریزی نماید. هدف غالب این برنامه‌ها تربیت دانشمندان آینده و آماده كردن دانش‌آموزان برای ورود به دانشگاه بود. روی این اصل در آموزش شیمی، تجارب نمایشی و فعالیت‌های آزمایشگاهی نسبت به گذشته بیشتر شد و تلاش گردید تا محتوای درسی از قالب نظری و توصیفی خارج شده و به سمت کشف مفاهیم از طریق دانش‌آموزان سوق داده شود.

استفاده از روش حل مسئله در آموزش شیمی و انجام فعالیت‌های عملی و آزمایشگاهی سبب بروز تحولاتی تازه در برنامه‌های درسی شیمی شد. به علاوه، در این دوره تا حدودی به تمایلات، علایق و نظرات دانش‌آموزان در طرح ریزی برنامه درسی اهمیت داده ‌شد. روش برنامه‌ریزی درسی نیز از حالت متمرکز خارج شد و به مدرسه و معلمان آن سپرده شد. در این برنامه‌ها توجه به نیازهای دانش‌آموزان بر اساس یافته‌های روانشناسی اهمیت بیشتری پیدا کرد و تلاش گردید تا برنامه درسی شیمی با توجه به سن عقلی و تفاوتهای فردی دانش‌آموزان طراحی و تولید شود. به این منظور، محتوای انتخابی برنامه ابتدا به صورت آزمایشی بر روی گروههای نمونه تدریس ‌شد تا پس از رفع نقایص و تطبیق آن با سن هوشی و توانایی یادگیری دانش‌آموزان در برنامه گنجانده شود.

به طور کلی، جهت بهبود و اصلاح برنامه‌های علوم در این دوره اقدامات زیر صورت گرفت:

1.       نوسازی و بازسازی محتوای شیمی بر اساس ایده ها و اصول جدید

2.       تأکید بر یادگیری فعال شیمی به جای حفظ کردن و پس دادن مطالب با تکیه بر فرآیند پژوهش و اکتشاف

3.       توجه عمده به توسعه نگرشهای مطلوب در دانش‌آموزان

4.       استفاده از ابزارها و وسایل ساخته شده در آموزش شیمی

5.       سازمان دهی فعالیتهای گروهی و یادگیری مشارکتی

رشد تدریجی شاخه‌های مختلف علوم تربیتی و ارایه نظریه‌های جدید یادگیری و آموزش، سبب شد تا توجه زیاد به امر یادگیری و تربیت نیروی انسانی ماهر در اولویت برنامه های دولتمردان و سیاستگذاران آموزشی قرار گیرد.

 

آموزش شیمی در دوران اسپوتنیك

در سال 1957 روسها توانستند تا «اسپوتنیک»، نخستین قمر مصنوعی جهان را به فضا پرتاب کرده و با موفقیت در مدار زمین قرار دهند. در اوج جنگ سرد و رقابت‌های دو بلوک شرق و غرب، این موفقیت روسها شوک بزرگی بر جهان غرب وارد كرد. نگرانی از پیشی گرفتن روسها در علم و فناوری، انگیزه‌ی بزرگی برای دگرگون کردن و توسعه‌ی تمامی ابعاد فرهنگی، صنعتی، نظامی در جهان غرب، و به ویژه در آمریکا فراهم آورد. یکی از این ابعاد تحول، ایجاد نوعی انقلاب آموزشی و نوآور کردن رویکردهای برنامه‌‌ریزی درسی و شیوه‌های یادگیری بود.

 واقعه اسپوتنیك در برنامه‌ریزی و آموزش علوم تجربی تحولی اساسی محسوب می‌شود. به دنبال این حادثه دولت آمریکا همایش «وودز هول» را تشکیل داد تا در برنامه‌های آموزش علوم تجربی تغییرات اساسی ایجاد کند. نتیجه این همایش كه در كتابی تحت عنوان «فرآیند آموزش و پرورش» توسط «برونر» منتشر شد، ویژگیهای عمده برنامه‌های جدید آموزش علوم تجربی را مطرح کرد که سرمنشأ تغییرات بنیادی برنامه‌های درسی شاخه‌های مختلف علوم تجربی در دهه‌های 1950 تا 1980 محسوب می‌شود. برونر تغییر برنامه‌های درسی علوم تجربی را با توجه به چهار ویژگی زیر پیشنهاد کرد:

1.       ضرورت تعریف مجدد هدفهای آموزشی و سازماندهی محتوا بر حسب ساختار حیطه‌های علمی و فرآیندهای آموزش علوم تجربی؛

2.    توجه به نقش دانش‌آموز در فرایند یادگیری؛ به طوری كه دانش‌آموز در جریان یادگیری مشارکت فعال داشته باشد و از طریق دست ورزی و دستکاری به اکتشاف محیط پیرامون خود بپردازد؛

3.       تاكید زیاد بر نقش پژوهش و اکتشاف در برنامه‌های درسی و روشهای آموزش علوم تجربی؛

4.    توجه به نقش فناوری و کاربرد ابزار به عنوان یک عامل تسهیل کننده یادگیری در طرح‌ریزی برنامه‌های درسی و روشهای آموزش علوم تجربی .

به موازات تحولات برنامه‌ریزی درسی شیمی در ایالات متحده‌ی آمریکا که در سال‌های آخر دهه‌ی 1950 آغاز گردید، در سال‌های اولیه‌ی 1960 نیز تحولات مشابهی درکشور انگلستان روی داد. طرح‌های اجرا شده در زمینه آموزش علوم تجربی به ویژه شیمی، هر یک مدتها بر نحوه طراحی و تدوین برنامه‌های درسی شیمی در سطح مدارس تأثیر داشت. نوآوری‌های انجام یافته در برنامه‌ها ومواد آموزشی شیمی این دو کشور طی چند سال به کشورهای گوناگون جهان، از جمله کانادا، استرالیا، زلاند نو و غیره، تسری پیدا کرد و موجب ابداع برنامه‌ها و مواد آموزشی ابتکاری موازی در آن کشورها گردید.

از مهم‌ترین طرح‌‌های آموزش شیمی دوران اسپوتنیك در دهه‌ی 1960 ، طرح‌های «آموزش شیمی با رویكرد پیوندی» ( CBA) و «مطالعه شیمی» در ایالات متحده آمریكا و طرح «مطالعه موادآموزشی شیمی نافیلد» در انگلستان بود، که هسته‌های اولیه‌ی دگرگونی و اصلاح آموزش شیمی در کشورهای ذكر شده و سپس در سایر کشورهای جهان را فراهم آوردند. گرچه تفاوت‌های چشم‌گیری در ساختار و رویکردهای این طرح‌ها وجود داشت، اما همه‌ی آن‌ها در دورانی ظهور کردند که اهمیت زیادی به پرورش نیروهای انسانی متخصص در علوم و فن‌آوری‌های پیشرفته داده می‌شد. تدوین هر یک از این طرح‌‌ها با مشارکت متخصصان علوم تربیتی و دانشمندان سرشناس از جمله «گلن سیبورگ» برنده‌ی دو جایزه‌ی نوبل در شیمی هسته‌ای و ساختار اتم انجام گرفت.

تلقی طراحان این برنامه‌ها، هم در آمریکا و هم در انگلستان بر این بود که رویکرد آموزش شیمی پیشین، بی‌دلیل و به طور غیر ضروری، بر آموختن «واقعیت‌های علمی» به عنوان هدف اصلی تأکید داشت و این «رویکرد آموزشی واقعیت- محور» ارتباط مستقیم و هماهنگی با تحولات جدید علم شیمی که در سطح جهان اتفاق افتاده بود، نداشت. افزون بر این، محتوای ماده‌ی درسی و آموزش شیمی بر مبنای ذکر حقایق قطعی و تغییرناپذیر عنوان می‌شد، که واقعیت چنین نبود و دانش شیمی با شتاب در حال تغییر و تحول بود. کاربرد دانستنی‌های علمی در زندگی روزمره و صنعت در محتوای این کتاب‌ها نیز مبنای اطلاعاتی و سطحی داشت.

با توجه به این‌گونه کاستی‌ها در برنامه‌های گذشته، طراحی برنامه‌ها و پروژه‌های آموزشی جدید بر مبنای اصول و رویکردهای زیر صورت گرفت:

  1. به روز کردن محتوای درس شیمی در پرتو مفاهیم جدید و به‌روز شیمی
  2. آموزش مفهومی شیمی در كنار یادگیری برخی اصول و واقعیت‌های علمی؛ كه بر این اساس بسیاری از مفاهیم جامع و بنیادی شیمی مانند تناوب، مول، ساختار اتم، سینتیک و انرژی، حتی در سطوح پایین آموزشی وارد برنامه‌های درسی شد.
  3. توجه به مفاهیم شیمی فیزیکی جهت درك بهتر مفاهیم شیمی- این رویکرد را در حال حاضر «شیمی مفهوم محور» می‌نامیم.
  4. آشنایی با روش علمی و كسب بینش علمی در نگرش‌ها و سطوح تفكر دانش‌آموزان؛در این بعد، دانش‌آموزان به درک عمیق‌تری از شیوه اندیشیدن و عملکرد دانشمندان به دست می‌آورند‌ و از طریق فعالیت‌های عملی و آزمایشگاهی، مشاركت و بحث و گفتگو با دیگر دانش‌آموزان، علاوه بر كشف مفاهیم جدید، مفاهیم علمی آموخته شده را تعمیم می‌دهند.
  5. آگاه کردن دانش‌آموزان از برخی کاربردهای شیمی در زندگی روزمره و در دنیای صنعت، از طریق مطالعه‌ی برخی مباحث همچون الیاف، پلیمرها، شوینده‌ها، داروها و حشره‌کش‌ها.

از ویژگیهای بارز برنامه‌های درسی علوم تجربی در دوران اسپوتنیك كه به دوران طلایی آموزش علوم تجربی معروف است، به‌كارگیری نظریه‌ها و یافته‌های جدید علوم تربیتی و روانشناسی پرورشی در فرایند آموزش و یادگیری بود. اجرای اثربخش این طرح‌ها، بررسی نتایج كسب شده و انجام پژوهش جهت بهینه‌سازی فرایندهای آموزش و یادگیری منجر به پیدایش حیطه‌های جدید « بین رشته‌ای» با عنوان‌های: آموزش علوم تجربی، آموزش شیمی و ... گردید.

پژوهش در آموزش شیمی نیز موضوع نوپایی بود كه در كنار برنامه‌های آموزش شیمی در دوران اسپوتنیك متولد شد. انجام اصلاحات آموزشی سبب شد تا حجم پژوهشهای مرتبط با آموزش شیمی افزایش چشمگیری یابد و اطلاعات پژوهشی با ارزشی از شیوه یادگیری دانش‌آموزان، اثربخش بودن انواع روش‌های تدریس، «كج‌فهمی‌های»رایج در یاددهی- یادگیری شیمی و نیز انواع شیوه‌های ارزشیابی از آموخته‌های دانش‌آموزان به دست آید.

در این بخش طرح‌های آموزشی شیمی در دوران اسپوتنیك به طور مختصر معرفی خواهند شد.

 

طرح آموزش شیمی با رویکرد ارتباطی (CBA)

در طرح آموزش شیمی با رویكرد ارتباطی (CBA)، بر توسعه الگوهای ذهنی دانش‌آموزان، درك شیمی از طریق ارتباط دادن مفاهیم به یك‌دیگر و تفسیر رفتار مواد شیمیایی تاكید شده است. طرح یك مسئله كلی و ارائه مفاهیم به شیوه كل به جزء اساس این رویكرد را تشكیل می‌داد. در این طرح چند موضوع اساسی طرح شده و سپس برای درك مفهومی این موضوع‌ها، مفاهیم جانبی دیگری طرح می‌شود كه كمك زیادی به درك مفاهیم پایه‌ای شیمی می‌نماید. برای مثال برای درك قطبی بودن مولكول آب و خمیده بودن شكل آن، باید ابتدا بحث هیبرید شدن، شكل مولكولها، الكترونهای پیوندی و غیر پیوندی، آرایش الكترونی و مدل اوربیتالی ساختار اتم طرح شود. بنابراین ساختار خمیده مولكول آب و خمیده بودن آن بهانه‌ای است برای طرح مباحث اصولی دیگر با یك ارتباط طولی منطقی .

اولین ویرایش نهایی این طرح در سال 1964 منتشر شد. هدف اصلی این طرح این بود كه دانش‌آموزان از طریق مدل‌های فیزیكی و ذهنی، به درك درستی از ماهیت شیمیایی مواد و رفتار آنها دست یابند. برای پاسخ دادن به این سؤال كه چرا HCl یا  O2H واکنش می‌دهد؟ دانش‌آموز باید انواع نیروهای دافعه و جاذبه بین اتم‌ها، توزیع ابر الكترونی و دوقطبی شدن هر یک از ذرات را در نظر گرفته و سپس تصویری از شکل مولکول‌ها را در ذهن خود ترسیم نماید كه در سایه مفاهیمی چون الكترونگاتیوی و قانون تناوب به دست می‌آید. برای رسیدن به یک تصاویر، باید در جستجوی نوعی الگوهای ذهنی بود که رابطه‌ی اتم‌ها با یکدیگر و ساختار مولکول را به روشنی بیان نماید. مطالب ذكر شده در حالی مطرح می‌شود كه معلمان و دانش‌آموزان از مشاهده دنیای اتم‌ها، مولكول‌ها، یونها و رفتار اسرارآمیز آنها عاجز بوده و برای جلوگیری از بروز كج‌فهمی در درك مفاهیم انتزاعی، باید از طریق الگوهای ذهنی اقدام به بررسی رفتار و ویژگی‌های آنان نمود.

استفاده از مدل اتمی بور برای بیان ترازهای انرژی و نیز پیوند‌های یونی مناسب است؛ اما برای بیان پیوند كووالانسی، پیوندهای فلزی، انرژی یونش و ویژگیهای نافلزها نمی‌توان از این مدل استفاده كرد. طرح مدل كوانتومی اتم و معرفی  اربیتال‌ها و عددهای كوانتومی، كمك زیادی به درك سطوح انرژی، انرژی یونش، آرایش الكترونی، الكترون‌های ظرفیت و الكترونگاتیوی نموده است و علیرغم طرح مدل‌های جدید در سال‌های اخیر، باز استفاده از مدل كوانتومی اتم از نظر شیمیدان‌ها از مقبولیت بسیار بالایی برخوردار است.  چرا كه طرح این مدل سبب می‌شود تا بخش اعظم مفاهیم كلیدی شیمی را تحت پوشش قرار داد.

در سال 1964، محتوای تولید شده برای آموزش شیمی با رویكرد ارتباطی، با عنوان «سامانه‌های شیمیایی» منتشر شد. دنبال کردن روند بررسی اندیشه‌های جامع و بزرگ در پرتو رویكرد ارتباطی موجب شد که بخش بزرگی از محتوای شیمی متعارف که در برنامه‌های درسی دبیرستانی وجود داشت حذف شد و مفاهیم نظری و انتزاعی شیمی فیزیكی جای آنها را گرفت.

در این طرح جنبه های كاربردی شیمی كمتر مورد اشاره قرار گرفته بود و تلاش می‌شد تا دانش آموزان از طریق درگیر شدن با مفاهیم نظری، به درك عمیقی از مفاهیم شیمی دست یابند. از سوی دیگر، توسعه‌ی هرگونه اندیشه‌ای که در ارتباط با توسعه‌ی منطقی مفاهیم مربوط به پیوندهای کووالانسی، یونی، فلزی و انواع فیمابین آن‌هاست، مستلزم درگیرشدن با محتوا و مفاهیمی است که در گذشته‌ها برای شیمی دبیرستانی دشوار پنداشته شده، و حتی در شیمی سال اول دانشگاه نیز کمتر مطرح می‌شوند. در این طرح خواص ویژه‌ی فلزها تا آن‌جا اهمیت دارند که در خدمت توسعه‌ی اندیشه‌های مربوط به پیوند فلزی باشد. همچنین مثبت بودن بار هسته و وجود نوترون و پروتون در آن تا آنجایی اهمیت داشت كه بتواند در خدمت بررسی انواع پیوندهای بین اتمی و بین مولكولی باشد.

پژوهش‌ها و ارز‌یابی‌های انجام گرفته در نیمه دوم دهه‌ی 1960 و دهه‌ی 1970 نشان داد که به علت سخت بودن مفاهیم ارایه شده در طرح آموزش شیمی با رویكرد ارتباطی، تعداد کمتری از دانش‌آموزان این برنامه را در پایه یازدهم انتخاب نمودند. معلمان شیمی نیز معتقد بودند كه آموزش و یادگیری محتوای این طرح برای بسیاری از دانش‌آموزان دبیرستانی، دشوار به نظر می‌رسد. تجارب تدریس معلمان و پژوهش‌‌ها نشان ‌داد که درک و فهم بهتر این‌گونه دیدگاه‌های شیمی فیزیکی و الگو‌‌های ذهنی آن‌ها،‌ باز هم نیازمند وارد شدن در آفاق دیگر و الگو‌های ذهنی بیش‌تری است. به همین دلیل این طرح جالب و نوآور سریع‌تر از سایر طرح‌های آموزشی شیمی دوران اسپوتنیک کنار گذاشته شد.

 

طرح مطالعه مواد آموزشی شیمی (CHEM Study)

طرح مطالعه مواد آموزشی شیمی (CHEM Study )، كاملاً آزمایش محور بوده و رویكرد كشف مفاهیم از طریق انجام آزمایش را دنبال می‌كرد. در این طرح آموزش هر كدام از  مفاهیم بنیادی شیمی از آزمایشگاه آغاز شده و در كلاس درس به پایان می‌رسد. برای مثال در نخستین جلسه این دوره‌ی درسی که معمولاً‌ در سال 11 دبیرستان تدریس می‌شود، دانش‌آموزان با هدف انجام مشاهده دقیق علمی، آزمایش مشاهده‌ی ‌سوختن شمع را انجام داده و داده‌های گوناگون کیفی و بعضاً کمّی حاصل از مشاهده خود را ثبت می‌کنند. سپس یافته‌های خود را با سایر اعضای گروه در میان گذاشته و با یکدیگر به بحث و گفتگو می‌نشینند. پس از جمع بندی مشاهدات و یافته‌ها،  ارزیابی و تعدیل گزارش یافته‌های آنها در کلاس درس صورت می‌گیرد. معلم علاوه بر بررسی یافته‌های دانش‌آموزان و ارایه مفاهیم نظری مورد نظر،‌ پرسش‌هایی را مطرح می‌کند تا مسیر کلاس از مدار خارج نشود.

در این طرح آزمایش‌های بسیار ظریف و ویژه‌ای به صورت هدف‌دار طراحی شدند که انگیزاننده و بحث برانگیز بودند و از نظام و روند معینی پیروی می‌كردند. اجرای این آزمایش‌‌ها دانش‌آموزان را به الگوهای ذهنی و مفاهیم مرتبط رهنمون می‌ساختند. در عین حال، انجام این آزمایش‌ها زمینه‌های روبه‌رو شدن با رویدادهای غیرمنتظره و بحث برانگیز دیگری را آماده می‌كردند. دانش آموزان به هنگام روبرو شدن با یك رویداد غیر منتظره، وارد فرایند مشكل گشایی و حل مسئله می‌شدند. برای مثال آن‌ها هنگام انجام آزمایش‌ مشاهده شمع و کاوش‌های جنبی، فرصت‌هایی برای انجام فعالیت‌های مقصد آزاد همچون تعیین دمای ذوب شمع، گردآوری و تشخیص فراورده های احتراق شمع و غیره شده و به گردآوری داده‌های كیفی و كمّی  می‌پرداختند.

طرح کتاب دانش‌آموز نیز طوری سازمان‌دهی شده بود که با یافته‌ها و نتایج پیش‌بینی شده از فعالیت‌های عملی هماهنگی داشته  و فرض را بر این می‌گرفت که دانش‌آموزان به یافته‌های مناسب از بررسی داده‌ها، کشف روندها و نظام ها در آزمایشگاه دست یافته‌‌اند. گاهی نیز شرح برخی آزمایش‌ها و یافته‌های آن‌ها در کتاب دانش‌آموز مطرح می‌شد که زمینه ساز پرسش و پاسخ، تفکر نقاد، داده‌پردازی و مفهوم‌سازی بود. افزون بر این، فعالیت‌های آموزشی معلم در آزمایشگاه اغلب به شیوه‌ی نمایشی و به كمك کتاب راهنمای معلم انجام می‌گرفت. این فعالیت‌ها شامل انجام برخی آزمایش‌های نمایشی بود که به دلایلی انجام آن‌ها به وسیله‌ی دانش‌آموزان ناممکن به نظر می‌رسید. همچنین استفاده از اسلایدهای مرتبط به ارایه یك مفهوم، طرح پرسش و پاسخ، استفاده از فیلم‌های آموزشی برانگیزاننده، و ارایه‌ی تصاویری از صنایع شیمیایی مرتبط با موضوع درسی و غیره بود.

در تدوین محتوای آموزشی ویژه دانش‌آموز، بر مفاهیم بنیادی و وحدت بخش شیمی تاكید زیادی شده بود. تاریخ شیمی و یا شیمی توصیفی صنعتی که معمولاً در برنامه‌ها و کتاب‌های درسی متوسطه آن زمان متداول بود، از كلیه كتاب‌های درسی حذف شده بود. كتاب‌های درسی تدوین شده دارای سه بخش بود كه پس از معرفی روش علمی، به ترتیب زیر سازماندهی شده بودند:

برای ادامه مطلب کلیک کنید.


ادامه مطلب


داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر دهید.() 

تفلون

تاریخ:پنجشنبه 24 مرداد 1392-16:29

پلانكت تصمیم گرفت به جای آنكه برای ادامه پژوهش در زمینه مواد سرد كننده ، مخزن را دور بیندازد و مخزن جدیدی بگیرد، كنجكاوی اش را در باره آن مخزن " خالی" ارضاء كند. وقتی سیمی به دریچه مخزن وارد كرد و مطمئن شد كه اشكالی ندارد، مخزن را اره كرد و به درونش نگاهی انداخت. در آنجا گرد سفید مومی شكلی پیدا كرد و چون شیمیدان بود، فهمید كه ممكن است این مشاهده چه معنایی داشته باشد. مولكولهای تترافلوئورواتیلن گازی به حدی با یكدیگر تركیب ( پلیمریزه) شده بودند كه ماده جامدی تشكیل دادند. هیچ كس تا آن هنگام پلیمریزاسیون این تركیب بخصوص را مشاهده نكرده بود، اما با این حال واكنش به نحوی در مخزن "خالی" مرموز صورت گرفته بود. چندی نگذشت كه این كشف تصادفی و ویژگی های عجیب پلیمر به دست آمده، پلانكت و دیگر شیمیدانان شركت دوپون را واداشت تا راههایی پیدا كنند كه "پلی تترافلوئور واتیلن" را برحسب نیاز تولید كنند.


واقعاً هم كه این گرد سفید مومی شكل ویژگیهای عجیبی داشت: از شن هم خنثی تر بود. نه تحت تأثیر اسیدها و بازی های قوی قرار می گرفت، نه حرارت. هیچ حلّالی هم آن را حل نمی كرد اما بر خلاف شن بسیار" لیز" بود. با وجود این ویژگی های جالب وغیرعادی، اگر جنگ جهانی دوم در نگرفته بود، چه بسا به دلیل گرانی این پلیمر جدید، تا مدتها بعد كار دیگری در زمینه آن صورت نمی گرفت. اما چند ماهی نگذشته بود كه دانشمندانی كه مشغول ساختن نخستین بمب اتمی بودند ، احیتاج به ماده ای پیدا كردند تا بتوانند از آن واشرهایی بسازند كه در برابر گازِ بسیار خورنده هگزافلوئورید اورانیم، كه برای تولید اورانیم 235 بمب مصرف می شد، مقاوم باشد.
از قضا سرهنگ لزلی ر. گرووز، مسئول بخش طرح بمب اتمی در ارتش ایالات متحده، از طریق آشنایانی كه در شركت دوپون داشت از پلاستیك جدیدشان كه فوق العاده خنثی بود، خبردار شد. وقتی به گرووز گفته شد ممكن است این پلاستیك جدید گران تمام شود، پاسخ داد كه در این طرح ، قیمت به هیچ وجه مطرح نیست. بدین ترتیب این پلیمر لغزنده در واشرها و دریچه ها به كار رفت، و واقعاً هم نسبت به تركیب خورنده اورانیم مقاوم بود. شركت دوپون در طی جنگ، تفلون را برای این كاربرد تولید كرد و عموم مردم تا بعد از جنگ هم چیزی درباره این پلیمر جدید نمی دانستند.

در واقع در سال 1960 بود كه نخستین ماهیتابه ها و ظروف شیرینی پزی پوشیده از تفلون به بازار آمدند. این فرآورده های تفلونی مانند بسیاری از محصولات پلیمری جدید موقعی كه نخستین بار به مردم معرفی شدند، چندان نتایج امیدوار كننده ای نداشتند. گرچه این پلاستیك به عنوان یك سطح خوراكپزی نچسب بسیار مناسب بود، اما به سختی به ظروف فلزی پیوند می شد، بنابراین در برابر شست و شوی زنان خانه داری كه عادت داشتند دیگ و ماهیتابه هایشان را محكم بسابند، مقاوم نبود. پس از آنكه روشهای گوناگونی امتحان شدند و چهار نسل پوشش تفلونی به تولید رسیدند، دوپون در سال 1986 اعلام كرد سیلورستون سوپرای آنان دو برابر مقاومتر از نسل سوم سیلورستون است. در همین ضمن كاربردهای متعدد دیگری كشف شده بودند كه دیگر پوشاندن ظروف خوراكپزی را نسبتاً بی اهمیت جلوه می دادند. روی ج. پلانكت در سال 1910 در نیوكاركایل اوهایو به دنیا آمد. در سال 1932 از دانشكده منچستر لیسانس گرفت، و وقتی در بحران بزرگ دهه 1930 نتوانست كاری برای خود دست و پا كند، در دانشگاه ایالتی اوهایو به ادامه تحصیل مشغول شد. چه در دانشكده و چه در دانشگاه، همكلاسی و دوست شیمیدان مشهور دیگری به نام پل فلوری بود. "پل ج. فلوری" به سبب موفقیت هایش در شیمی – فیزیك پلیمرها جایزه نوبل1974 را برد. در سال 1936 روی پلانكت پس از اخذ درجه دكترا از دانشگاه ایالتی اوهایو در آزمایشگاه جكسون شركت دوپون مشغول به كار شد، و وظیفه پژوهش در زمینه فلوئوروكربنها را به عنوان مواد سرد كننده بر عهده گرفت. در طی این پژوهش بود كه شیمیدان جوان تفلون را كشف كرد. پژوهش های بیشتر در زمینه تفلون به بخش های دیگر شركت دوپون كه سابقه طولانی تری در زمینه فرآورده های پلیمری داشتند محوّل شد. پلانكت كار خود را به عنوان شیمیدان ادامه داد و متعاقباً در شركت دوپون پله های ترقی را در زمینه فلوئوروكربنها و تتراتیل سرب طی كرد. هنگامی كه مدیریت بخش فرآورده های فرئون شركت دوپون را عهده دار بود، نقش مهمی در برپایی كارخانه ای درنزدیكی بندر كورپوس كریستی تگزاس داشت. وقتی در سال1975 از دوپون بازنشسته شد، به منزلی در یكی از جزایر نزدیك كورپوس كریستی نقل مكان كرد و اكنون با همسرش اوقاتش را به گلف و ماهیگیری می گذراند. دانشگاههای محل تحصیل او، یعنی دانشكده منچستر و دانشگاه ایالتی اوهایو، و نیز دانشكده واشنگتن، به او دانشنامه دكترای افتخاری اعطا كرده اند. از افتخارات دیگرش می توان از نشان جان اسكات از شهر فیلادلفیا، و جوایزی از انجمن ملی تولید كنندگان، انجمن صنعت پلاستیك، و انجمن شیمیدانان امریكا نام برد. مجسمه او در سال1973 در تالار مشاهیر صنعت پلاستیك و در 1985 در تالار مشاهیر مخترعان ملّی برپا شد.


اما او گذشته از این عناوین، بیشتر به تاثیری كه تفلون به طرق گوناگون بر زندگی میلیونها نفر در سراسر جهان داشته است، افتخار می كند. او می گوید آن قدر كسانی كه ضربانساز یا سرخرگ آئورت تفلونی در بدنشان تعبیه شده و امروز جانشان نجات یافته است برایش نامه می فرستند و تلفن می كنند كه به قول خودش نمی تواند از پس آنها برآید. چون تفلون از معدود موادی است كه بدن ، آن را در هنگام پیوند رد نمی كند. از آن می توان در ساخت قرنیه های مصنوعی، استخوانهای جایگزین برای چانه، بینی، جمجمه، مفاصل ران و زانو، قطعات گوش، نای مصنوعی، دریچه های قلب، زرد پی ها، بخیه ها، مجاری صفراوی و دندانهای مصنوعی، استفاده كرد. از تفلون در پوشش بیرونی لباسهای فضانوردان استفاده شده است. تفلون ماده عایق كننده سیمها و كابلهای برقی است كه در برابر تابش شدید خورشید بر سطح ماه مقاومت كرده اند. مخروطه دماغه و دیگر سپرهای گرمایی سفینه های فضایی و نیز مخازن سوخت آنها از تفلون ساخته شده اند.



همه این كاربردهای مهم و ارزشمند، ثمره كشف بخت یارانه روی پلانكت بوده اند. آری، تصادفی بیش نبود، اما فقط به سبب كنجكاوی و ذكاوت مردی كه این تصادف برایش اتفاق افتاد، به اكتشافی تبدیل شد.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

یک سوال هوش فیزیک

تاریخ:چهارشنبه 23 مرداد 1392-19:32


توضیح دهید كه چگونه میتوان با استفاده از یك فشار سنج ارتفاع یك آسمان خراش را اندازه گرفت؟


سوال بالا یكی از سوالات امتحان فیزیك در دانشگاه كپنهانگ بود.

یكی از دانشجویان چنین پاسخ داد: به فشار سنج یك نخ بلند می بندیم.سپس فشارسنج را از بالای آسمان خراش طوری آویزان میكنیم كه سرش به زمین بخورد.ارتفاع ساختمان مورد نظر برابر با طول نخ به اضافه طول فشارسنج خواهد بود.

پاسخ بالا چنان مسخره به نظر می آمد كه مصحح بدون تامل دانشجو را مردود اعلام كرد.ولی دانشجو اصرار داشت كه پاسخ او كاملا درست است و درخواست تجدید نظر در نمره خود كرد. یكی از اساتید دانشگاه به عنوان قاضی تعیین شد و قرار شد كه تصمیم نهایی را او بگیرد.

نظر قاضی این بود كه پاسخ دانشجو در واقع درست است.ولی نشانگر هیچ گونه دانشی نسبت به اصول علم فیزیك نیست.سپس تصمیم گرفته شد كه دانشجو احضار شود و در طی فرصتی شش دقیقه ای پاسخی شفاهی ارائه دهد كه نشانگر حداقل آشنایی او با اصول علم فیزیك باشد.

دانشجو در پنج دقیقه اول ساكت نشسته بود و فكر می كرد.قاضی به او یادآوری كرد كه زمان تغیین شده در حال اتمام است.دانشجو گفت كه چندین روش به ذهنش رسیده است ولی نمیتواند تصمیم گیری كند كه كدام یك بهترین می باشد.

قاضی به او گفت كه عجله كند و دانشجو پاسخ داد:«روش اول این است كه فشارسنج را از بالای آسمان خراش رها كنیم و مدت زمانیكه طول میكشد به زمین برسد را اندازه گیری كنیم.ارتفاع ساختمان را میتوان با استفاده از این مدت زمان و فرمولی كه روی كاغذ نوشته ام محاسبه كرد.»

دانشجو بلافاصله افزود:«ولی من این روش را پیشنهاد نمیكنم.چون ممكن است فشارسنج خراب شود!»

روش دیگر این است كه اگر خورشید می تابد طول فشارسنج را اندازه بگیریم سپس طول سایهُ فشارسنج را اندازه بگیریم و آنگاه طول سایهُ ساختمان را اندازه بگیریم.با استفاده از نتایج و یك نسبت هندسی ساده می توان ارتفاع ساختمان را اندازه گیری كرد.رابطهُاین روش را نیز روی كاغذ نوشته ام.

ولی اگر بخواهیم با روشی علمی تر ارتفاع ساختمان را اندازه بگیریم میتوانیم یك ریسمان كوتاه را به انتهای فشارسنج ببندیم و آن را مانند آونگ ابتدا در سطح زمین و سپس در پشت بام آسمان خراش به نوسان درآوریم.سپس ارتفاع ساختمان را با استفاده از تفاضل نیروی گرانش دو سطح بدست آوریم.من رابطه های مربوط به این روش را كه بسیار طولانی و پیچیده می باشند در این كاغذ نوشته ام.

آها! یك روش دیگر كه چندان هم بد نیست:اگر آسمان خراش پتهُ اضطراری داشته باشد میتوانیم با استفاده از فشار سنج سطح بیرونی آن را علامت گذاری كرده و بالا برویم سپس با استفاده از تعداد نشان ها و طول فشارسنج ارتفاع ساختمان را بدست بیاوریم.

ولی اگر شما خیلی سرسختانه دوست داشته باشید كه از خواص مخصوص فشارسنج برای اندازه گیری ارتفاع استفاده كنید می توانید فشار هوا در بالای ساختمان را اندازه گیری كنید و سپس فشار هوا در سطح زمین را اندازه گیری كنید سپس با استفاده از تفاضل فشارهای حاصل ارتفاع ساختمان را بدست بیاورید.

ولی بدون شك بهترین راه این می باشد كه در خانهُ سرایدار آسمان خراش را بزنیم و به او بگوییم كه اگر دوست دارد صاحب این فشارسنج خوشگل بشود می تواند ارتفاع آسمان خراش را به ما بگوید تا فشار سنج را به او بدهیم.
برای نظر دادن (لطفا نظر دهید)را کلیک کنید ما منتظر جواب های شما هستیم متشکرم.


نوع مطلب : فشار(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

زباله ها وراه های دفع آن

تاریخ:چهارشنبه 23 مرداد 1392-18:46

حتما شما هم این تقاضای یکسان والدین را شنیده اید که «لطفا زباله را بیرون بگذار» تصمیم اینکه باید با زباله چه کار بکنید، یک مشکل جدید نیست. مردم همیشه با زباله ها مشکل داشته اند. دولت یونان، اولین زباله دانی شهری را بیشتر از 2500 سال قبل افتتاح کرد. در طی قرون وسطی، ساکنان شهری اروپا، زباله های خود را خارج از خانه و در خیابان می ریختند و نمی دانستند که بسیاری از بیماری ها توسط شرایط آلوده محیط ایجاد می شود. در اواخر سال های 1700 میلادی یک گزارش در انگلستان بیماری ها را به دفع غیر بهداشتی زباله ارتباط داد. زمانی که بهداشت شروع شد، مردم شروع به جمع  کردن زباله  از خیابان ها و نهرهای عمومی کردند. قبل از سال های 1800 میلادی، اروپایی ها زباله های خود را می سوزاندند و انرژی ناشی از آن را برای تولید الکتریسیته استفاده می کردند. اما موقعیت در این طرف اقیانوس اطلس کمی متفاوت بود، آمریکایی ها زباله های خود را در یک زباله دانی خارج از شهر می ریختند و از یک زباله دانی، تا زمانی که پر شود استفاده می کردند و سپس از مکان دیگری استفاده می کردند. زمانی که جمعیت آمریکا زیاد شد و مردم از زمین ها برای کشاورزی استفاده کردند، مقدار زباله ها زیاد  شد. اما روش خلاص شدن از زباله هنوز پیشرفت نکرده بود و به کار خود(ریختن اشغال در زباله دانی) ادامه می دادند. امروزه حدود 55 درصد زباله  های ما خارج از شهر و در محل های دفن زباله  بهداشتی دفن می شود. امروزه از پنج روش برای دفع زباله استفاده می شود اما هیچ یک از روش های دفع زباله به تنهایی برای همه شرایط گوناگون مناسب نیستند. انتخاب یک روش خاص بر اثر عوامل محلی مانند هزینه و در دسترس بودن زمین و کارگر تعیین می شود. در مطلب زیر که برگرفته از سایت آفتاب است روش های اصلی دفع زباله همراه با معایبو مزایای آنها آمده است.
1) تل انبار کردن(Dumping): در این روش زباله ها در مناطق دارای زمین های پست تل انبار می شوند، بخشی از این کار برای بازیافت زمین است ولی بخش عمده  آن به عنوان روشی است برای دفع زباله های خشک. در نتیجه عمل میکروب ها حجم زباله ها به اندازه ای قابل توجه کاهش یافته و زمین از نو برای کشت آماده می شود. نقطه ضعف های تل انبار کردن زباله عبارت است از: زباله در معرض مگس ها و موش ها قرار می گیرد، منبع ایجاد بوهای مزاحم و مناظر ناپسند می شود، زباله های سبک در نتیجه باد به اطراف پراکنده می شود و زه کشی شیرابه  تل انبار باعث آلوده کردن آب های سطحی و زیرزمینی می شود. یک کمیته WHO(در سال 1967) تل انبار کردن زباله را به عنوان غیر بهداشتی ترین روشی که موجب خطرهای بهداشت همگانی، مزاحمت و آلودگی شدید محیط زیست می شود، محکوم کرده است. باید تل انبار کردن زباله غیر قانونی اعلام و به جای آن روش های معتبر به کار گرفته شود.
2) دفن بهداشتی زباله: در جاهایی که زمین مناسب در دسترس باشد، دفن بهداشتی زباله بهترین روش دفع زباله است. این کار با تل انبار کردن عادی تفاوت دارد، از این قرار; مواد زباله در خندق ها یا جاهای از پیش فراهم شده ریخته، و به اندازه کافی کوبیده و روی آنها در پایان کار روزانه با خاک پوشانیده می شود. اصطلاح دفن بهداشتی تغییر یافته برای کارهایی به کار برده می شود که عمل کوبیدن و پوشانیدن زباله یک یا 2 بار در هفته انجام می گیرد. این عملیات به 3 نوع انجام می شود:
الف) روش خندق(Methob Trench): هر جا که زمین مسطح در دسترس باشد به طور معمول روش خندق انتخاب می شود. برای این کار خندقی دراز(به ژرفای
2 تا 3 متر و پهنای 3 تا 10 متر) کنده می شود(برحسب شرایط محیط) و زباله ها در آن ریخته و کوبیده و با خاک بیرون آورده شده روی آنها پوشانیده می شود. در هر جا که زباله به صورت فشرده در خندق ریخته شود اگر ژرفای آن 2 متر باشد یک آکر زمین برای هر 10 هزار نفر جمعیت درسال لازم خواهد بود.
ب) روش سطح شیب دار(Methob Rame): در هر جا که زمین شیب ملایم داشته باشد این روش مناسب است. برای اطمینان از پوشانده شدن زباله ها کمی حفاری هم انجام می شود.
ج) روش تسطیح زمین: این روش برای پر کردن گودال های زمین، چاله های خاک رس و جای معادن متروک به کار گرفته می شود، زباله ها تا ژرفای
2 تا 2/5 متری انبار، فشرده، و سفت می شوند و به صورت لایه های یک نواخت در می آیند، سطح بیرونی هر لایه با حداقل 30 سانتیمتر گل پوشانده می شود. این کار زباله ها را از دسترسی مگس و جوندگان جلوگیری می کند و مزاحمت ناشی از بو و گرد و غبار را هم فرو می نشاند. عیب این روش آن است که مستلزم خاک اضافی از منابع بیرون از محل است. در زباله های دفن شده دگرگونی های شیمیایی، میکروب شناختی و فیزیکی روی می دهد، گرمای زباله ها در مدت هفت  روز تا شصت درجه صد قسمتی افزایش می یابد و همه عوامل بیماری زا را می کشد و فرآیند تجزیه را شتاب می بخشد، سپس 2 تا 3 هفته طول می کشد تا خنک شود و به طور عادی تجزیه کامل موادآلی به توده بی ضرر تا شش ماه وقت می گیرد. نباید زباله ها در آب تخلیه شوند زیرا موجب بوهای ناراحت کننده ای می شود که از تجزیه مواد آلی بر می خیزد. روش دفن بهداشتی یا تخلیه کنترل شده با مکانیزاسیون متحول شده است. کارهای مربوط به پخش، مرتب کردن و خاک ریختن روی زباله ها را اینک بولدوزرها انجام می دهند.
3) سوزاندن زباله: زباله ها را می توان به وسیله آتش  زدن یا سوزاندن دفع بهداشتی کرد. هر جا که زمین مناسب در دسترس نباشد این کار روش انتخابی است. بهتر است زباله های بیمارستانی را که خطرهای ویژه ای دارند با سوزاندن دفع کرد. در چند کشور صنعتی و به خصوص در شهرهای بزرگ که زمین مناسب ندارند زباله از راه سوزاندن دفع می شود ولی در کشورهای رو به پیشرفت مانند هندوستان زباله سوزی روش مقبولی نیست زیرا زباله دارای مقادیری خاکستر است که عمل آتش  زدن را دشوار می سازد و لازم است نخست خاک و خاکستر از آن جدا شود که همه اینها نیازمند هزینه سنگین و سرمایه گذاری است که به مشکلات شهرداری در مورد سوزاندن زباله افزوده می شود. گذشته از این سوزاندن زباله در جامعه هایی که نیاز بسیار به کود دارند یک نوع خسارت به جامعه است و از این رو در کشورهای رو به پیشرفت مانند هندوستان سوزاندن زباله کاربرد محدود دارد.
4) تهیه کود: تهیه کود روشی مرکب از دفع آش خال شهری و کود انسانی یا لجن است و شامل یک  فرآیند طبیعی است که در آن در اثر عمل باکتری ها مواد آلی شکسته شده و یک ماده آلی پوسیده(گیاخاک Humus) و نسبتا پایدار به دست می آید که آن را کمپوست Compost می نامند و برای تقویت خاک ارزش قابل ملاحظه ای دارد. محصولات فرعی آن دی اکسید کربن، آب و گرما است. گرما به هنگام تجزیه ایجاد می شود و به شصت درجه صد قسمتی و بیشتر می رسد و چند روز به درازا می کشد و در این مدت تخم و لارو مگس ها، عوامل بیماری زا و بذر گیاهان را نابود می کند. فرآورده های پایانی یا کمپوست یا عامل زنده بیماری زا ندارد و یا بسیار کم دارد و یک تقویت کننده خوب خاک است که دارای مقادیری کم از مواد اصلی مغذی گیاهان مانند نیترات ها و فسفات ها است. اکنون دو روش برای تهیه کمپوست به کار گرفته می شود که به شرح زیر می باشد:
الف) روش بی هوازی یا فرآیند تخمیرداغ: در نتیجه پژوهش های انجام شده زیر نظر انجمن کشاورزی هندوستان، در موسسه علوم هندوستان در شهر بنگالور یک دستگاه تهیه کمپوست به طریقه بی هوازی ساخته شده که به نام روش بنگالور(فرآیند تخمیر داغ) معروف است: این روش به عنوان یک روش مطلوب برای دفع زباله و مدفوع شهرها توصیه می شود. برای این کار بسته به مقدار زباله و مدفوع که باید دفع شود گودال هایی به عمق
90 سانتیمتر و پهنای 1/5 تا 2/5 متر و درازای 4/5 تا 10 متر کنده می شود. ژرفای بیش از 90 سانتیمتر توصیه نمی شود چون موجب کندی تجزیه می شود. این گودال ها در فاصله ای که کمتر از 800 متر با محدوده شهر نباشد کنده می شود. فرآیند کود کردن در آنها از این قرار است: نخست لایه ای از زباله به کلفتی نزدیک به پانزده سانتیمتر در کف گودال پخش می کنند و روی این لایه به کلفتی پنج سانتیمتر مدفوع می ریزند سپس به تناوب لایه هایی به کلفتی پانزده سانتیمتر زباله و پنج سانتیمتر کود انسانی می افزایند تا به سطحی سی سانتیمتر بالاتر از سطح زمین برسد. باید لایه  بالایی به کلفتی حداقل 25 سانتیمتر از زباله باشد. سپس خاک کنده  شده را برروی زباله بالایی می ریزند و آن را می پوشانند. در صورتی که کار به درستی انجام شود به هنگام راه  رفتن انسان بر بالای توده کمپوست نباید پای او فرو برود. در نتیجه عمل باکتری ها در مدت هفت روز گرمای قابل ملاحظه(بیش از 60 درجه 100 قسمتی) در توده کمپوست ایجاد می شود. این گرمای شدید که 2 تا 3 هفته ادامه می یابد موجب تجزیه زباله و مدفوع می شود و همه خرده زیست مندهای بیماری زا و انگلی را نابود می کند. در پایان چهار تا شش ماه، کار تجزیه مدفوع و زباله تکمیل شده و کود حاصله ماده ای است کاملا تجزیه شده، و بدون بو و بی ضرر که ارزش کودی آن بسیار و برای به کار بردن روی زمین آماده است. کمیته بهداشت محیط زیست(در سال 1949) روش تهیه کود را برای شهرداری هایی که بیش از 100 هزار نفر جمعیت دارند توصیه نمی کند. شهرداری های بزرگ تر باید برای حمل فضولات انسانی، گنداب رو زیرزمینی بسازند.
ب) کودسازی به روش مکانیکی: روش دیگر ساختن کود که به  روش مکانیکی شناخته می شود، پذیرفتنی و مقبول شده است. در این روش به وسیله فرآیند کردن مواد خام و تبدیل آنها به فرآورده نهایی کود در واقع به مقیاس گسترده ساخته می شود. نخست زباله از مواد خطرناک مانند استخوان، فلز، شیشه، کهنه پاره و موادی که احتمالا با عملیات خرد کردن تداخل می کنند، پاک می شود. سپس به وسیله یک دستگاه خردکننده، خرد می شوند تا اندازه اجزا» آن به کمتر از
2 اینچ کاهش یابد. زباله خرده شده سپس با هرز آب، لجن یا مدفوع در یک دستگاه هم زن، مخلوط و روی هم جمع می شود. عواملی که باید در این عملیات کنترل شوند عبارتند از: نسبت کربن به ازت، گرما، رطوبت، pH و هوادهی. همه عملیات فراهم کردن کود در مدت 4 تا 6 هفته کامل می شود. این روش تهیه کود در کشورهایی مانند آلمان، سوئیس و هلند متداول است.
5) چاله های کود: در مناطق روستایی کشورهای رو به پیشرفت دستگاهی برای گرد آوری و دفع زباله در کار نیست و زباله ها در پیرامون خانه ها پراکنده و موجب آلودگی شدید خاک می شوند. این مشکل را می توان با حفر چاله های کود برای هر یک از خانوارها حل کرد. پس مانده های خوراک، کود دام ها، برگ درختان و نی و حصیر را باید در این چاله ها ریخت و در پایان روز روی آنها خاک اضافه کرد. از این چاله ها 2 عدد لازم است که پس از پر شدن و بستن سر یکی از آنها آن دیگری به کار گرفته شود. در مدت 5 تا 6 ماه زباله در چاله تبدیل به کود می شود و می توان آن را به مزرعه برد. در جوامع روستایی این روش دفع زباله کارساز و نسبتا ساده است.
6) دفن کردن: این روش برای اردوگاه های کوچک مناسب است. گودالی به پهنای 1/5 متر و ژرفای 2 متر کنده می شود و در پایان هر روز روی زباله ها را با 20 تا 30 سانتیمتر خاک می پوشانند. هنگامی که سطح پر شده گودال نزدیک به 40 سانتیمتری زمین رسد که آن را با خاک پر و فشرده می کنند، و گودال تازه ای می کنند، پس از 4 تا 6 ماه می توان کود را از گودال بیرون آورده و در مزرعه به کار برد. اگر به ازا» هر 200 نفر یک متر درازا برای گودال در نظر گرفته شود، پس از یک هفته پر خواهد شد.

نوع مطلب : انرژی ها(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

هیدروکربن ها Hydrocarbon

تاریخ:چهارشنبه 23 مرداد 1392-18:37

تقسیم‌بندی هیدروکربنها
بسته به ساختمان ، هیدروکربنها به دو دسته اصلی آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌شوند. هیدروکربنهای آلیفاتیک خود به گروههای وسیع‌تری تقسیم می‌شوند: آلکانها ، آلکنها ، آلکینها و ترکیبات حلقوی مشابه (سیکلوآلکانها و غیره).

آلکانها

ساده ترین عضو خانواده آلکانها و در واقع ، یکی از ساده ترین ترکیبات آلی ، متان CH4 است. تمام آنچه که در مورد CH4 وجود دارد، می‌توان با اختلافات کمی در مورد سایر آلکانها نیز بکاربرد.

ساختمان متان

در متان ، هر یک از چهار اتم هیدروژن بوسیله یک پیوند کووالانسی به اتم کربن متصلند که این عمل ، با به اشتراک یک زوج الکترون انجام می‌شود. هنگامی که کربن به چهار اتم دیگر متصل شود، اوربیتالهای پیوندی (اوربیتالهای SP3 که از همپوشانی یک اوربیتال S و سه اوربیتال P تشکیل می‌شوند) به گوشه های یک چهار وجهی هدایت می‌شوند.
این آرایش چهار وجهی ، آرایشی است که اجازه می‌دهد اوربیتالها تا حد امکان از یکدیگر فاصله بگیرند. برای اینکه هر کدام از این اوبیتالها بتوانند به نحو موثری با اوربیتال کروی 5 اتم هیدروژن همپوشانی نمایند و بنابراین قویترین پیوند را بوجود آورند، هسته هر کدام از هیدروژنها ، بایستی در گوشه این چهار وجهی قرار بگیرد.
منبع متان
متان ، محصولی متلاشی شدن ناهوازی (بدون هوا) گیاهان یعنی شکستن بعضی از مولکولهای خیلی پیچجیده می باشد. همچنین تشکیل دهنده قسمت اعظم (حدود 79%) گاز طبیعی است. متان ، گاز آتشگیر خطرناک معادن زغال سنگ و به صورت جبابهای گاز از سطح مرداب‌ها خارج می‌شود.

آلکنها
آلکنها ، دسته وسیعی از هیدروکربنها را شامل می‌شوند که به هیدروکربنهای غیر اشباع (Unsaturated) موسومند. تعداد هیدروژنهای این ترکیبات ، کمتر از آلکانهای هم کربن می‌باشد. آلکنها ممکن است یک یا چند پیوند دو گانه مجزا و دور از هم و یا مزدوج داشته باشند

ساختمان پیوند دو گانه کربن- کربن در آلکنها
اتیلن ، کوچکترن عضو خانواده آلکنها و به فرمول C2H4 می‌باشد که دو اتم هیدروژن کمتر از آلکانهم‌کربن (اتان) دارد. بررسی ساختمان اتیلن به طریقه کوانتوم مکانیکی نشان داده است که کربن ، برای اینکه در ساختمان اتیلن شرکت نماید، لازم است که با استفاده از اوربیتالهای 2S و دو اوربیتال 2P خود ، سه اوربیتال هیبریدی یکسان بوجود آورد که این اوربیتالهای هیبریدی در یک سطح قرار می‌گیرند بنحوی که اتم کربن در مرکز یک مثلث قرار گرفته و زوایای بین اوربیتالهای هیبریدی 120 درجه تخمین زده شده است.
هرگاه ما چهار اتم هیدروژن و دو اتم کربن SP2 را در کنار هم مرتب کنیم، شکلی ایجاد می‌شود که در آن ، هر اتم کربن ، در سه پیوند سیگما شرکت دارد. برای رسیدن به کربن به حالت اکتت ، لازم است که سومین اوربیتال 2P اتمهای کربن همپوشانی کرده، پیوند ایجاد کنند. این پیوند که از همپوشانی اوربیتالهای P کرین ایجاد می‌شود، از نظر شکل و انرژی با پیوند سیگما متفاوت می شود و به پیوند π موسوم است که از دو قسمت تشکیل شده است.
یک ابر الکترونی در بالای سطح مولکول و ابر الکترونی دیگر در پایین سطح قرار می‌گیرد. وقتی این ساختمان میتواند ایجاد شود که تمام اتمهای شرکت کننده در ساختمان اتیلن ، در یک سطح قرار بگیرند. پس مولکول اتیلن لازم است یک مولکول مسطح باشد. مسطح بودن مولکول اتیلن بوسیله روشهای طیف‌سنجی و پراش الکترونی مورد تائید قرار گرفته است.

آلکینها
هرگاه ترکیب آلی ، حاوی پیوند سه‌گانه کربن به کربن باشد، آلکین نامیده می‌شود. استیلن با فرمول C2H2 کوچکترین عضو این خانواده می‌باشد و به همین دلیل ، آلکنها را ترکیبات استیلنی یا استیلن‌های استخلاف دار می‌گویند. برای اینکه دو اتم و دو اتم هیدروژن به هم وصل شوند و مولکول کاملی تولید نمایند، لازم است که کربنها با هیبرید SP و از طریق پیوند سه‌گانه (یک پیوند سیگما و دو تا پیوند π) به یکدیگر وصل شوند: H−C≡C−H

تقسیم بندی استیلنها


استیلن‌های حقیقی یا انتهایی (terminal acetylenes):
به ترکیباتی از این گروه اطلاق می‌شود که حداقل یک اتم هیدروژن متصل به کربن SP در آنها وجود داشته باشد. مثلا پروپن (متیل استیلن) ، یک استیلن حقیقی است. به همین ترتیب فنیل استیلن و ترسیوبوتیل استیلن از استیلن های حقیقی می‌باشند.
استیلن های داخلی (Internal acetylenes):
هرگاه پیوند سه‌گانه کربن به کربن در جایی از مولکول قرار گرفته باشد که کربنهای با هیبرید SP به استخلاف متصل باشند، استیلن را داخلی می‌نامند. مثل دی‌متیل استیلن ، دی فنیل استیلن، دی ترسیوبوتیل استیلن.

ساختمان استیلن

اتین یا استیلن ، کوچکترین عضو خانواده بزرگ آلکینها می‌باشد. به طریق کوانتوم مکانیکی ، اگر بخواهیم با دو اتم کربن و دو اتم هیدروژن ، مولکولی را ایجاد کینم، لازم است که کربنها با یک پیوند سه‌گانه به یکدیگر متصل شوند. برای ایجاد چنین مولکولی ، اتمهای کربن باید هیبرید SP داشته باشند. یکی از این اوربیتالهای هیبریدی به کربن و دیگری به هیدروژن متصل و اوربیتالهای Py و Pz نیز دو پیوند π را ایجاد کنند.
با شناختی که از دو پیوند دوگانه کربن به کربن و کربن به هیدروژن آلکنها داریم، انتظار داریم که طول پیوند سه‌گانه کربن- کربن و کربن- هیدروژن در استیلنها کوتاه باشد. طول پیوند سه گانه کربن- کربن 1,20انگستروم و کربن به هیدروژن 1,06 انگستروم اندازه گیری شده است.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

میکروسکوپ TEM

تاریخ:چهارشنبه 23 مرداد 1392-18:19

اساس عملکرد میکروسکوپ انتقال الکترونی (Transmission Electron Microscope) که به اختصار به آن TEM گویند مشابه میکروسکوپ های نوری است با این تفاوت که بجای پرتوی نور در آن از پرتوی الکترون استفاده می شود. آنچه که می توان با کمک میکروسکوپ نوری مشاهده کرده بسیار محدود است در حالی که با استفاده از الکترونها بجای نور، این محدودیت از بین می‌رود. وضوح تصویر در TEM هزار برابر بیشتر از یک میکروسکوپ نوری است.
با استفاده از TEM می توان جسمی به اندازه چند انگستروم (10 -10 متر) را مشاهده کرد. برای مثال می‌توانید اجزای موجود در یک سلول یا مواد مختلف در ابعادی نزدیک به اتم را مشاهده کنید. برای بزرگنمایی TEM ابزار مناسبی است که هم در تحقیقات پزشکی، بیولوژیکی و هم در تحقیقات مرتبط با مواد قابل استفاده است.
در واقع TEM نوعی پروژکتور نمایش اسلاید در مقیاس نانو است که در آن پرتویی از الکترون ها از تصویر عبور داده می شود. الکترون هایی که از جسم عبور می کنند به پرده فسفرسانس برخورد کرده سبب ایجاد تصویر از جسم بر روی پرده می شوند. قسمت های تاریک تر بیانگر این امر هستند که الکترون های کمتری از این قسمت جسم عبور کرده اند (این بخش از نمونه چگالی بیشتری دارد) و نواحی روشن تر مکانهایی هستند که الکترون از آنها عبور کرده است (بخش های کم چگال تر).
وضوح این میکروسکوپ 2/0 نانومتر است که در حد اتم است (بیشتر اتم ها ابعادی تقریبا برابر 2/0 نانومتر دارند). با این نوع میکروسکوپ حتی می توان نحوه قرار گرفتن اتمها در یک ماده را بررسی کرد.
استفاده از این میکروسکوپ گران و وقت گیر است چرا که نمونه باید در ابتدا به شیوه ای خاص آماده شود لذا تنها در مواردی خاص از میکروسکوپ انتقال الکترونی استفاده نمایند. از این میکروسکوپ جهت تحلیل و آنالیز ریخت شناسی، ساختار کریستالی (نحوه قرارگیری اتمها در شبکه کریستالی) و ترکیب نمونه ها استفاده می شود.

عملکرد میکروسکوپ:
با کمک یک منبع نور در بالای میکروسکوپ ، الکترون ها گسیل و منتشر می شوند. الکترون ها از تیوب خلاء میکروسکوپ عبور می کنند. در میکروسکوپ های نوری از عدسی های شیشه ای برای متمرکز کردن نور استفاده می شود در حالی که در TEM از عدسی های الکترومغناطیسی استفاده می شود تا الکترون های را جمع و متمرکز ساخته به صورت یک پرتوی باریک گسیل نماید. این پرتوی الکترونی از نمونه عبور داده می شود. بسته به چگالی مواد، الکترون ها ممکن است از بخش هایی از جسم بگذرند و به صفحه فلورسانس برخورد نمایند و تصویر سایه مانندی از نمونه ایجاد کنند که میزان تیرگی بخش های مختلف جسم به چگالی مواد در ان بخش ها وابسته است. هر چه جسم کم چگال تر باشد تصویر تیره تر خواهد بود. این تصویر می توان مستقیما توسط اوپراتور مطالعه شود و یا با کمک یک دوربین تصویر برداری شود.

آماده سازی نمونه:
همانطور که در بالا اشاره شد، آماده کردن نمونه نیز به دقت خاصی دارد که در ادامه به نحوه آماده سازی نمونه برای مطالعه آن با TEM اشاره می شود.
در TEM، نمونه ای که می خواهید بررسی کنید باید چگالی آن به حتی باشد که اجازه دهد تا الکترونها تا حدی از آن عبور کنند. راه های مختلفی برای تهیه این نوع نمونه وجود دارد. می توانید برش های بسیار نازک از نمونه مدنظر تهیه کنید و آن را در یک پلاستیک فیکس و ثابت نمایند یا اینکه آنرا منجمد کنید. روش دیگر تهیه نمونه ایزوله کردن نمونه و مطالعه محلولی از مولکول ها یا ویروس های مورد نظر با کمک TEM است.
همچنین می توان نمونه را با روش های مختلف رنگ کرد و با استفاده از مارکر گذاری آنرا مطالعه کرد. برای مثال، فلزات سنگین رنگ شده مانند اورانیوم و سرب الکترون های را به خوبی متفرق می کنند و کنتراست نمونه را در زیر میکروسکوپ بهبود می بخشند. در ادامه روش تهیه دو نمونه برای مطالعه آنها با TEM آورده شده است:
1. تهیه برش با کمک مواد در برگیرنده: مواد زیستی شامل مقادیر آب می باشند. به علت این برای استفاده از TEM باید کار در خلاء انجام شود لازم است تا آب به گونه ای تبخیر و یا جداسازی شود (با کمک الکل یا استون) و در نهایت نمونه فیکس و ثابت می شود. حال نمونه در پلاستیکی محصور می شود (به شکل یک بلوک پلاستیکی سخت) و سپس برشهای نازکی از آن به کمک چاقوی الماس مربوط به دستگاه اولترامیکروتوم (برای ایجاد برش های بسیار ظریف) تهیه می شود که تنها 50-100 نانومتر ضخامت دارند. برش های تهیه شده روی یک توری مسی قرار داده می شوند و با کمک فلزات سنگین رنگ می شوند. حال نمونه بافت آماده مطالعه با کمک پرتوی الکترونی TEM می باشد.

2. تهیه نمونه به روش رنگ کردن: در این روش از مواد ایزوله (که می توانند برای مطالعه باکتری ها و یا مولکول های ایزوله استفاده شوند) استفاده می شود به این طریق که ابتدا محلول محتوای باکتری روی توری ریخته و با پلاستیک پوشانده می شود. محلول نمکی یک فلز سنگین (مانند اورانیوم یا سرب) به آنها اضافه می شود. محلول نمکی فلز با مواد ترکیب نمی شود اما هاله ای را اطراف آن بر روی توری تشکیل می دهد. نمونه به صورت یک تصویر منفی در هنگامی که با کمک TEM مورد مطالعه قرار می گیرد نمایان می شود.



نوع مطلب : نور(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

ایربگ یا كیسه ی هوا

تاریخ:سه شنبه 22 مرداد 1392-15:14

 ایربگ یا كیسه ی هوا :

 

 همانطور که می دانیم هر جسم در حال حرکت دارای اینرسی است (حاصلضرب جرم جسم در سرعت آن )و نیز می دانیم که اگر نیرویی به جسم وارد نشود جسم در همان جهت قبلی با همان سرعت به حرکت خود ادامه می دهد.خودرو شامل چندین جسم است،خود وسیله نقلیه، و اجسام متحرک درون آن(یا همان سرنشینان) اگر جلوی حرکت این اجسام را نگیریم با همان سرعتی قبلی (سرعت خودرو) به حرکت خود ادامه می دهند حتی اگر خودرو به دلیل تصادف متوقف شده باشد، متوقف کردن جسم و یا همان صفر شدن نیروی اینرسی زاویه ای نیازمند نیرویی است که در یک بازه زمانی بر جسم اعمال شود. اما کاری که سیستم های مکمل مانند ایربگها انجام می دهند این است که با کمترین صدمه سرعت جسم راکم کرده و به صفر می رسانند( البته در مدت زمانی بسیار کوتاه  کمترازیک چشم برهم زدن).

 در ایربگ ۳ قسمت اصلی وجود دارد :

1- کیسه نازکی از  پارچه نایلونی که در فرمان و داشبورد و در بعضی از خودروها در درها و صندلیها، تا شده و جاسازی می شود.

 

 

  ۲- سنسور تصادف که عامل فعال شدن کیسه هوا می شود.

 فعال شدن کیسه هوا وقتی اتفاق می افتد که نیروی تصادف، حداقل، معادل نیرویی باشد که در اثر برخورد با یک دیوار آجری با سرعت 16 تا 24 کیلومتر بر ساعت (10تا 15 مایل بر ساعت) ایجاد می شود.

 

 این سنسور اطلاعات موردنیاز را از یک شتاب سنج که در یک تراشه جاسازی شده دریافت می کند.

  ۳- inflation system یا همان سیستم فعال کردن ایربگ و بادشدن آن nan3 را با kno3  ترکیب کرده و گاز نیتروژن تولید می کند.همین نیتروژن گرم است که باعث باد شدن ایربگ می شود.

در چند لحظه بعد، گاز از سوراخ های بسیار ریز ایربگ خارج شده و کیسه هوا خالی می شود.این فرُآیند فقط در یک، بیست و پنج صدم ثانیه طول می کشدو زمان باقی مانده نیز برای جلوگیری از صدمات جدی سرنشینان خودرو کافی است، همچنین در این بین ماده پودری از ایربگ خارج می شود که معمولا" پودر تالک یا نشاسته ذرت است که بوسیله سازنده کیسه هوا بکار می رود تا کیسه قابلیت تا شوندگی و نرم بودن خود را در مدتی که بصورت غیر فعال در فرمان یا داشبورد و یا درها ویا در محل های دیگر قرار دارد، حفظ کند.

 یک نکته درمورد ایربگ جانبی:

اکثر قدم های برداشته شده در زمینه ایمنی خودرو مربوط به تصادفات و برخوردهای عقب و جلو بوده است.

  

در حالیکه 40% از آسیب های جدی و شدید، ناشی از تصادفات و برخوردهای کنار و جانب خودرو بوده است و 30% از کل تصادفات نیز از همین قسمت، یعنی از جانب بوده است. بسیاری از سازندگان خودرو با توجه به این آمار اقدام به تقویت درها و فریم آنها و همچنین بخش های کف و سقف خودرو نموده اند، اما وجود ایربگ جانبی حفاظت و ایمنی به مراتب بالاتری به سرنشینان عرضه می کند.

 با توجه به گفته مهندسان، طراحی ایربگ جانبی به مراتب از طراحی ایربگ های جلو مشکل تر است، دلیل این مساله نیز روشن است.

زیرا در تصادفات رو در رو  مقدار زیادی از انرژی توسط سپر،کاپوت، وموتور جذب می شود- (حدود 30تا 40میلی ثانیه قبل از انتقال به سرنشینان)- اما در تصادف های جانبی تنها یک در با ضخامت ناچیز بین خودروی مقابل و سرنشینان خودروی دیگر وجود دارد و این بدین معناست که ایربگ های جانبی نصب شده تنها در مدت زمان بسیار کمتری حدود 5 تا 6 میلی ثانیه جهت گسترش و فعال شدن فرصت دارند.

 ارتباط بین ایمنی کیسه هوا( air bag ) و فاصله راننده تا فرمان :

 داده های آماری نشان می دهدکه استفاده از کیسه هوا خطر مرگ را در تصادفات رانندگی به میزان 11% کاهش می دهد، هرچند گزارش هایی نیز مبنی بر آسیبهای ناشی از کیسه هوا (اعم از صدمات جدی و کشنده تا آسیبهای سطحی) عنوان شده است.

فاصله راننده تا کیسه هوا فاکتور بسیار مهمی در ایمنی آن خواهد بود بطوری که همواره به رانندگان خودروها توصیه می شود که فاصله ای استاندارد و مطمئن را تا فرمان داشته باشندو در غیر این صورت حتما، کلید قطع دستی کیسه هوا را در خودرو خود قرار دهند، هر چند اکثر رانندگان درک درستی از فاصله خود تا فرمان نداشته و به همین دلیل اشتباهاتی را در این زمینه مرتکب می شوند.  

در این زمینه تحقیقی از طرف مرکز بررسی و تحلیل خطر– هاروارد– در بوستن انجام گرفته که در این تحقیق ، هدف بررسی میزان اشتباه راننده در تخمین فاصله خود تا فرمان بود، هزار راننده درپمپ بنزینی در بوستن مورد ارزیابی قرار گرفتند.

فاصله مورد تحقیق از مرکز فرمان تا برآمدگی بینی راننده در نظر گرفته شده بود. اندازه این فاصله هم از دید راننده و هم مقدار واقعی آن ثبت گردید و در آخر با در نظر گرفتن مواردی که راننده این فاصله را 30.5 سانتی متر ( 12 اینچ) تخمین زده و یا واقعا 12 اینچ (فاصله استاندارد) بوده نتایج زیر بدست آمد: از بین رانندگان 234 نفر (اکثرا"بانوان)گمان می کردند که در فاصله 12اینچ قرار دارند.

22 نفر(19 زن و 3 مرد) واقعا"در این فاصله قرار داشتنددر حالی که تنها 8 نفراز آنها این فاصله را به درستی تخمین زده بودند. پس راننده ای که فکر می کند در فاصله نزدیک تری از حد استاندارد به فرمان قرار دارد(در حالی که فاصله اش استاندارد بوده) و به همین دلیل کیسه هوا را غیر فعال می کند و یا بلعکس، درهر دو حالت متضرر خواهد شد! 

امروزه انواع سیستم های ایمنی از جمله ایربگ به سرعت در حال پیشرفت هستند"مهندسان طراح با اندیشه های نو در جهت تکمیل سیستم های پیشین و بالا بردن  هر چه بیشتر ایمنی آنها هستند.



نوع مطلب : مکانیک(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

اسب بخار

تاریخ:سه شنبه 22 مرداد 1392-15:08

اسب بخار چیست؟

 عبارت اسب بخار توسط جیمز وات(١۸١٩- ١۷٣۶) ابداع شد. بیشتر شهرت او به خاطر کارهایش برای بهبود ماشین بخار است.همچنین ما هر وقت از لامپ های ١۰۰ واتی حرف می زنیم به یاد او می افتیم.

 داستان از آن جا شروع شد که وات در یک معدن زغال سنگ با اسب هایی که زغال سنگ بلند می کردند کار می کرد و راهی می خواست تا بتواند در باره ی توان هر یک از این اسب ها صحبت کند.او دریافت که به طور میانگین، یک اسب معدن می تواند ۲۲۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٣۰ کیلوژول) کار را در یک دقیقه انجام دهد.سپس او این عدد را ۵۰ درصد افزایش داد و اسب بخار را ٣٣۰۰۰ پوند-فوت (حدود ٤۵ کیلوژول) انرژی در یک دقیقه قرار داد.این یک واحد دلخواه بود که پس از گذشت قرن ها،امروزه در خودرو ها،ماشین ها ی چمن زنی ، اره برقی ها و در بعضی جارو برقی ها به کار می رود.

  اسب بخار

مفهوم اسب بخار این است: به نظر وات،یک اسب می تواند در هر دقیقه ٣٣۰۰۰ پوند-فوت کار انجام دهد.پس اسبی را در نظر بگیرید که مانند شکل بالا در حال بالا کشیدن زغال از معدن است.اسبی که یک اسب بخار توان دارد می تواند ٣٣۰ پوند(١۵۰ کیلوگرم) زغال را در مدت یک دقیقه ١۰۰ فوت(٣۰ متر) بالا بکشد.و یا ٣٣ پوند(١۵ کیلوگرم) را در یک دقیقه ١۰۰۰ فوت(٣۰۰ متر) و...

شما می توانید ترکیب های متفاوتی از وزن و جابه جایی در یک دقیقه را در نظر بگیرید و تا زمانی که حاصل ضرب آنها ٣٣۰۰۰ شود،یک اسب بخار خواهید داشت.

ممکن است فکر کنید نمی توان ٣٣۰۰۰ پوند(١۵ تن) زغال را در یک سطل ریخت و از اسب خواست آن را در مدت یک دقیقه،١ فوت (٣۰ سانتی متر) جا به جا  کند چون اسب نمی تواند چنین بار سنگینی را تکان دهد.همچنین ممکن است فکر کنید نمی توان ١ پوند(٤۵۰ گرم) زغال را در یک سطل گذاشت و از اسب خواست در مدت یک دقیقه آن را ٣٣۰۰۰ فوت(١۰ کیلومتر) جا به جا کند،زیرا در این حالت سرعت اسب باید ٣۷۵ مایل در ساعت(۶۰٣ کیلومتر در ساعت) باشد که ممکن نیست.اگر مطلب قرقره و طناب چگونه کار می کند را خوانده باشید،می دانید که با یک مجموعه از قرقره ها می توان نسبت جا به جایی و وزن را عوض کرد.پس می توان آرایشی از قرقره ها را درست کرد به نحوی که با سرعت و بار مناسب اسب هماهنگ باشد و مهم نیست چه باری در سطل است.

اسب بخار می تواند به واحد های دیگر هم تبدیل شود:

●یک اسب بخار برابر با ۷٤۶ وات است.پس اگر یک اسب را به چرخی وصل کنیم تا آن را بچرخاند با آن چرخ می توان مولد برقی را به کار انداخت که ۷۶ وات توان تولید می کند.

●انرژی حاصل از یک اسب بخار در مدت یک ساعت برابر  ۲۵٤۵BTU است که هر BTU انرژی مورد نیاز برای بالا بردن دمای یک پوند  آب به اندازه ی یک درجه ی فارنهایت است.

●یک BTU برابر ١۰۵۵ ژول،یا ۲۵۲ گرم-کالری ویا ۲۵۲/۰ کالری غذایی است.یک اسب احتمالا ۶٤١ کالری غذایی را در یک ساعت می سوزاند.

 

اندازه گیری اسب بخار:

اگر بخواهید توان یک موتور را بدانید،باید موتور را به یک توان سنج (Dynamometer) وصل کنید. توان سنج باری را روی موتور قرار می دهد و توانی را که موتور در برابر بار تولید می کند را اندازه می گیرد.

ایده ی طرز کار توان سنج را می توان به این صورت درک کرد:تصور کنید موتوری را روشن کردید.و بدون آنکه باری روی آن باشد پدال گاز را فشار می دهید.در این جالت موتور آن قدر سریع می چرخد که از هم می پاشد. که این مناسب نیست بنابراین با یک توان سنج باری را بر موتور قرار می دهید و باری را که موتور در دور های مختلف می تواند تحمل کند را اندازه می گیرید.باید توان سنجی را به موتور وصل کنید،گاز دهید و با توان سنج بار روی موتور را تغییر دهید تا دور موتور مثلا روی ۷۰۰۰ دور بر دقیقه ثابت بماند.و در این دور،باری را که موتور می تواند تحمل کند را ثبت می کنید. سپس بار را زیاد تر کنید تا دور موتور مثلا به ۶۵۰۰ کاهش یابد و دوباره بار متناظر با این دور را ثبت کنید.و به همین ترتیب ادامه دهید.همچنین می توانید همین کارها را از ۵۰۰ و ١۰۰۰ دور به بالا انجام دهید.چیزی که توان سنج اندازه می گیرد در واقع گشتاور پیچشی است و برای تبدیل آن به اسب بخار باید گشتاور را در دور موتور ضرب کنید.

 رسم نمودار توان:

اگر نمودار توان یک موتور( بر حسب اسب بخار) در برابر دور موتور را رسم کنید ،چیزی که در نهایت به دست می آید منحنی توان موتور است.یک نمونه منحنی توان یک موتور با عملکرد بالا شبیه نمودار زیر است.(این منحنی مربوط به موتور ٣۰۰ اسب بخاری میتسوبیشی دو توربوشارژره است)

اسب بخار

چنین نموداری نشان می دهد که هر موتوری یک توان بیشینه دارد.(دور موتوری که در آن توان خروجی موتور بیشینه است).همچنین یک موتوردر یک دور خاص،گشتاور بیشینه ای دارد.شما معمولا چنین چیزی را در مجلات و نشریات می بینید:  rpm ۶۵۰۰ hp@٣۲۰ ، rpm۵۰۰۰lb-ft@ ۲٩۰ (مربوط به 1999 Shelby Series 1)

وقتی می گویند موتوری گشتاورآخر پایینی دارد یعنی بیشینه ی گشتاور در دور موتورهای نسبتا پایین(مثلا ۲۰۰۰ یا ٣۰۰۰ دور) رخ می دهد.

چیز دیگری که در منحنی توان یک خودرو دیده می شود جایی است که توان بیشینه رخ می دهد.وقتی سعی می کنید به سرعت شتاب بگیرید می خواهید موتور را نزدیک توان بیشینه نگه دارید و به همین خاطر دنده را کم می کنید تا دور موتور زیاد شود و به توان بیشینه نزدیک شوید.وقتی می خواهید از پشت چراغ قرمز شروع به حرکت کنید گاز می دهید تا دور موتور بالا رود و به توان بیشینه نزدیک شوید آنگاه کلاچ را رها می کنید تا توان زیادی به چرخ ها منتقل شود.

 توان در خودرو هایی با عملکرد بالا:

خودرویی با عملکرد بالا نامیده می شود که نسبت به وزنش توان زیادی داشته باشد.هرچه وزن بیشتر باشد توان بیشتری برای شتاب دادن به خودرو لازم است.برای توان مشخصی باید وزن را کاهش داد تا شتاب زیاد تر شود.

جدول زیر توان و وزن چند خودرو با عملکرد بالا (و یک خودرو با عملکرد پایین)را نشان می دهد.در این جدول می توانید توان بیشینه،وزن،نسبت توان به وزن،زمان لازم برای رسیدن سرعت از صفر به ۶۰ مایل در ساعت(٩۷ کیلومتر در ساعت) و قیمت خودرو را ببینید.

اسب بخار

می توانید رابطه ی واضحی بین نسبت توان به وزن و زمان صفر تا ۶۰ خودرو ببینید.معمولا نسبت بیشتر نشان دهنده ی خودرو ی سریع تر است.جالب است که رابطه ی کمتری بین سرعت و قیمت خودرو وجود دارد.به نظر می رسد دوج وایپردر این جدول قیمت خوبی دارد!

اگر خودروی سریع تری می خواهید در واقع نسبت توان به وزن بیشتری می خواهید پس اولین کار خالی کردن صندوق عقب است.

نوع مطلب : مکانیک(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

آزمایش تعیین درصد رطوبت

تاریخ:سه شنبه 22 مرداد 1392-15:02

آزمایش  تعیین درصد رطوبت 

الف ـ مقدمه

آزمایش تعیین درصد رطوبت احتمالاً رایجترین و ساده‌ترین نوع آزمایش آزمایشگاهی مكانیك خاك است كه می‌تواند بر روی خاكهای دست خورده یا دست نخورده انجام شود. 

ب ـ مراحل آزمایش

1-   به كمك یك ترازو، جرم یك ظرف خشك و تمیز (MC)را اندازه بگیرید. ظرف محتوی نمونه، غالباً فلزی است. شماره ظرف و جرم آن باید روی فرم اطلاعات ثبت شوند.

2-   خاك مرطوب را داخل ظرف قرار دهید. جدول 1 حداقل وزن لازم جهت انجام آزمایش تعیین درصد رطوبت را برحسب بعد بزرگترین دانه تشریح می‌نماید.

 

بعد بزرگترین دانه (mm)

شماره الك مربوطه

حداقل جرم نمونه خاك مرطوب (gr) برای دقت محاسباتی

1/0 درصد

1 درصد

1/4

5/9

19

10

4

 اینچ

 اینچ

20

100

500

2500

-

20

50

250

 

جدول 1: حداقل جرم لازم نمونه خاك برای آزمایش تعیین درصد رطوبت.

3-   به كمك یك ترازو، جرم ظرف و خاك مرطوب (Mwc) را اندازه گیری نمایید. سپس ظرف و خاك مرطوب را به مدت 12 تا 16 ساعت در آون ‌قرار دهید و با درجه حرارت 5±110 درجه سانتیگراد آنرا خشك كنید. درجه حرارت 110 درجه سانتیگراد از آنجایی انتخاب شده است كه كمی از نقطه جوش آب بالاتر است.

4-   ظرف و خاك را از آون خارج كنید و توسط یك ترازو، جرم ظرف و خاك خشك (Mdc) را اندازه بگیرید. اكثر ترازوهای جدید نسبت به تغییرات حرارتی غیر حساس هستند، لذا ظرف و خاك خشك را می‌توان مستقیماً روی ترازو قرار داد. چنانچه ترازوی مورد استفاده، به درجه حرارت حساس باشد قبل از قراردادن نمونه خاك در ترازو میتوان از یك دسیكاتور جهت رساندن دمای خاك خشك به دمای اتاق استفاده نمود.

 

ج ـ محاسبات

درصد رطوبت (w ) خاك به عنوان جرم آب موجود در خاك (Mw) تقسیم بر جرم خشك (Ms) تعریف شده و بر حسب "درصد" بیان می‌شود:

 

كه در آن

Mw= جرم آب موجود در خاك

Ms= جرم خاك خشك

Mc= جرم ظرف خالی

Mwc= جرم ظرف بعلاوه خاك مرطوب

Mdc= جرم ظرف بعلاوه خاك خشك

مقدار درصد رطوبت خاك غالباً‌ بر حسب نزدیكترین 1/0 یا 1 درصد بیان می‏شود. درصد رطوبت خاك می‌تواند بین 0 تا 1200 درصد متغیر باشد. درصد رطوبت صفر بیانگر یك خاك خشك است. نمونه‌ای از یك خاك خشك، شن یا ماسه تمیز در شرایط آب و هوایی بسیار گرم است. خاكهای آلی بیشترین درصد رطوبت را دارند.

 

د ـ اشتباهات معمول

بر اساس Rollings and Rollings (1996) اشتباهات معمول آزمایشگاهی در مورد آزمایش درصد رطوبت بشرح زیر است:

1-      استفاده از ترازوی كالیبره نشده یا بد كالیبره شده.

2-      از دست رفتن خاك بین توزین اولیه و ثانویه.

3-      از دست رفتن رطوبت نمونه قبل از توزین اولیه.

4-      اضافه شدن رطوبت به نمونه پس از خشك كردن و قبل از توزین ثانویه.

5-      دمای نامناسب آون، نمونه خیلی كوچك یا وزن غلط ظرف.

6-      خارج نمودن نمونه از آون قبل از دستیابی به وزن خشك ثابت.

7-      توزین نمونه هنگامیكه هنوز داغ است (برای ترازوهای حساس به دما).

 

اشتباه معمول دیگر لبریز كردن آون با نمونه‌های خاك است. در چنین شرایطی جریان هوا محدود شده و احتمال اینكه نمونه‌ها بطور كامل خشك نشوند وجود دارد.

 

ه ـ جامدات محلول

بسیاری از خاكها حاوی جامدات محلول می‌باشند. برای مثال در مورد خاكهای واقع در كف اقیانوس، آب بین ذرات جامد خاك احتمالاً‌ دارای همان غلظت نمك آب دریا خواهد بود. مثال دیگر وجود كاتیونهای متمایل به سطوح ذرات رسی می‌باشد. بهنگام خشك كردن خاك، این كانیها و یونهای محلول، جزئی از جرم جامدات (MS) می‌شوند. درمورد اغلب خاكها این اثر، حداقل تغییرات را در درصد رطوبت ایجاد می‏كند.

 

و ـ اثرات دما

چنانكه قبلاً ذكرگردید، دمای استاندارد جهت خشك نمودن خاك 110 درجه سانتیگراد می‌باشد. شكل شماره 1، درصد رطوبت خاكها را در دماهای مختلف نشان می‌دهد. داده‌های آزمایش حاصل از پنج آزمایش مختلف در شكل 3-3 نمایش داده شده و ذیلاً هر یك بطور جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرند.

 

1-         ماسه اوتاوا : درصد رطوبت این خاك حدوداً 24 درصد است.

2-         رس آبی بوستون : درصد رطوبت این خاك حدوداً 33 درصد است.

3-     رس لدا : درصد رطوبت این خاك بهنگام خشك نمودن در درجه حرارت درجه 110 سانتیگراد، 45 درصد می‌باشد و تحت حرارت 200 درجه سانتیگراد تا 46 درصد افزایش می‌یابد. حساسیت این خاك تحت دمای آزمایش متجاوز از110 درجه سانتیگراد، به مقدار اندكی افزایش می‌یابد.

4-     رس مكزیكوسیتی : درصد رطوبت این خاك به دمای آزمایش خیلی حساس می‌باشد. برای مثال، در دمای110 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 345 درصد می‌باشد. در حالیكه تحت دمای190 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 380 درصد می‌باشد. (1944) Rutledge خاطر نشان می‌سازد كه رس مكزیكوسیتی دارای ساختار متخلخلی از كانیهای رسی، میكروفسیل‌ها و دیاتوم‌ها می‌باشد. دیاتومها اساساً پوسته‌های توخالی سیلیسی هستند كه حاوی آب می‌باشند. بنابراین در دماهای بالاتر آب بیشتری از درون دیاتوم‌ها و میكروفسیل‌ها خارج می‌شود كه منجر به درصد رطوبت بالاتری می‌شود. 

خاك دیاتومه‌ای: درصد رطوبت این خاك نسبت به دمای آزمایش بسیار حساس می‌باشد. برای مثال، تحت دمای110 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 620 درصد است درحالیكه در دمای 200 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 800 درصد می‌باشد. خاكهای دیاتومه‌ای معمولاً‌ از پودر سیلیسی ریز و سفید كه عمدتاً از دیاتوم‌ها و بقایای آنها بوجود آمده تشكیل گردیده‌اند. چنانكه قبلاً ذكر گردید در دماهای بالاتر، آب بیشتری از درون دیاتوم‌ها خارج می‌شود كه منجر به درصد رطوبت بالاتر می‌شود.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

ماهواره ( Satellite )

تاریخ:جمعه 11 مرداد 1392-12:40


ماهواره,ماهواره چیست,ایستگاههای فضایی ,انواع ماهواره

اطلاعاتی در مورد ماهواره
 لغت ماهواره طبق تعریف , به سفینه ای گفته می شود که درمداری به دوریک سیاره معمولا زمین درحال گردش باشد. در عصری که ما در آن زندگی می کنیم ماهواره وتکنولوژی وابسته به آن آنچنان درتاروپود جوامع بشری نفوذکرده وبه پیش می تازدکه نقش تعیین کننده آن درسیرتحولات تمدن بشری ,قابل توجه است .
بخشی ازتحقیقات وپژوهشهای علمی -تخصصی که درآزمایشگاههای مسقر در فضا انجام می شود , هرگز نمی توانست روی کره زمین جنبه عملی به خود گیرد. این تحقیقات که بسیارمتعدد ومتنوع است ,درتخصصهای پزشکی , داروسازی , مهندسی مواد, مهندسی ژنتیک ودهها مورددیگر, تا به حال دستاوردهای بسیار ارزنده ای را به جوامع بشری عرضه کرده است .

ماهواره ها که در فضا درحال گردشند, می توانند اطلاعات باارزشی در اختیارانسان قراردهند که منجربه تحولات شگرفی در زمینه های گوناگون شود. ماهواره های کشف منابع زمینی هواشناسی , مخابراتی , پژوهشی ونظامی ازاین نوعند.
 این ماهواره هابسیاری ازناشناخته های جهان آفرینش را آشکار ساخته اند و تسهیلات گوناگونی نصیب جوامع بشری کرده اند. در دنیای پرتحول وپرتحرک امروز, انسان کنجکاووجستجوگرهمواره درپی یافتن پاسخ به نیازهای خوداست واگر نتواند خواسته های خودرادرروی زمین بیابد, آنها رادرقعر دریاها, اقیانوسها یا درفضای بیکران جستجو خواهدکرد.
این تلاش پیوسته وپیگیر این نوید را به ما می دهد که درآینده , بسیاری از رازهای نهفته دیگرآشکار و درمسیر رشد وتکامل نوع بشر به کارگرفته می شوند. امیداست که دسترسی به این آیات الهی که ذره ای درمقابل بینهاین است ,انسان رابه عظمت وشکوه خالق این .شگفتیها آگاه سازد واورادرارتقای جلوه عبودیت خویش راهنما باشد .
 اجزای سیستم ماهواره ای مخابرات
سیستم ماهواره ای مخابرات مجموعه ای است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به منظور ایجادارتباطات رادیویی .بخشی ازاین سیستم ماهواره ای می تواند تنها ازیک ماهواره و ایستگاههای زمینی مربوطه تشکیل می شود. این مجموعه , یک ( شبکه ماهواره ای ) نامیده می شود .
ایستگاههای فضایی 
ایستگاه فضایی شبکه ماهواره ای مخابرات , از ماهواره ( بخش اصلی شبکه ) و دستگاههای جانبی تشکیل شده است .
 ساختمان ماهواره
 ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی وغیرمخابراتی تشکیل شده است . زیرسیستمهای مخابراتی , آنتنها و تکرارکننده ها هستند. در بخش مخابراتی , دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده های رله رادیویی را انجام می دهد و ( ترانسپاندر ) نام دارد .ترانسپاندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت وپس ازتقویت وتغییرفرکانس آنها را به زمین می فرستند.
آنتنهای مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده اند که فقط قسمتهایی ازسطح زمین را کهدرون شبکه ماهواره ای قرار دارند, پوشش می دهد. یک ماهواره معمولا آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کارمی رود زیرا آنتنهای دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند .

آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستمهای فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود.بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی , سیستم کنترل موقعیت ومدار, ساختمان مکانیکی ,سیستم منبع تغذیه وموتور  اوج است .

ماهواره,ماهواره چیست,ایستگاههای فضایی ,انواع ماهواره

 سیستم کنترل حرارتی ماهواره
این سیستم باید درجه حرارت دستگاهها و تجهیزات دورن ماهواره را در حد متعادل و متعارف حفظ کند.
سیستم کنترل موقعیت ومدار
 کنترل موقعیت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهای رادیویی آنتن را برای منطقه موردنظر درروی زمین ثابت نگه می دارد.
 ساختمان مکانیکی 
ساختمان ماهواره باید به گونه ای طراحی شده باشد که بتواند نیروهایی را که بر اثر فشارهای دینامیکی در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد می شود , تحمل کند.

بدنه ماهواره معمولا از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده های آنتن نیز هست این قسمت ازترکیب موادی مانند فیبرکربن که دارای استحکام وثبات ساختمانی خاصی است ساخته می شود.
سیستم منبع تغذیه 
منبع اصلی تغذیه معمولا سلولهای خورشیدی هستند. انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژکردن .باتریهای ذخیره نیزمورداستفاده قرارمی گیرد.این باتریهاازنوع نیکل -کادمیم هستند.
موتوراوج
نقش موتوراوج ایجاد مدار دایره ای شکل وجلوگیری ازانحرافات مداری ماهواره است .بعضی مواقع با استفاده ازموتوراوج , ماهواره هارادرمدار ثابت مستقرمی کنند.
ایستگاههای زمینی 
ایستگاههای زمینی سیستمهای ماهواره ای مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از:
ایستگاههای ثابت ,ایستگاههای سیار.ایستگاههی زمینی ماهواره معمولا ازچند قسمت تشکیل شده اند. آنتن , فرستنده , گیرنده , سیستمهای کنترل برقراری ارتباط ومنابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه هر یک ازاجزای فوق شامل قسمتهای مختلفی اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی , حجم وتجهیزات آنها متفاوت خواهدبود.
آنتن ایستگاههای زمینی
 به طور کل آنتن فرستنده , انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می کند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیردوبه انرژی الکتریکی تبدیل می کند .

در هر سیستم مخابرات رادیویی , آنتن نقش حساس و مهمی دارد, زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب ونصب وتنظیم صحیح آنهامی توان تاحدزیادی بازدهی سیستم رابالا برد. علایم و سیگنالهای فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهای بزرگ یا کوچک دریافت می شودوسپس به دستگاه تقویت کننده انتقال می یابد. ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه های مختلــــــف هستنــــد .
 این آنتنها اطــــلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می فرستند یا از فضا دریافت می کننـــد. آنتن ایستگا ههای زمینی در ابعــــاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می شوند که قطرنوع قدیمی آنها به بیش از ۳۰۰ تن می رسد . از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره درمحدوده فرکانسهای مگاهرتزوگیگاهرتزاست , آنتنهای مورداستفاده .ماهواره تقریباهمه ازنوع آنتنهای منعکس کننده هستند.
سیستم های کنترل وردیابی فضایی 
این سیستمهابه طورکلی چهارعمل راانجام می دهند : 
فرمان ازراه دور : 
عبارت است ازفرستادن سیگنال جهت انجام کارهایی که ماهواره به وسیله فضایی برای آن تنظیم شده است , مثلا برای راه اندازی یک قسمت خاص یا فرمان برای تغییر مسیر یا پرتاب یک موشک .
 اندازه گیری از راه دور :
عبارت است ازسیستمی که اطلاعات دریافت شده ازماهواره یاسفینه های فضایی رابه صورت علامتهایی مخصوص و قابل درک برای تجهیزات زمینی در می آورد واز این طریق , اندازه گیری ازمسافتهای خیلی دورانجام می شود .
 ردیابی : 
 بااین کارموقعیت مداری وسرعت ماهواره ومشخصه های دیگرآن گزارش می شود .
 کنترل :
عبارت است ازهدایت وسایل وبالارودنده های فضایی وماهواره هادرمدار, به وسیله شبکه ایستگاههای زمینی بخصوصی که کنترل , یکی از کارهای آنهاست ماهواره ها دقیقا در موقعیت خودنسبت به زمین ثابت نیستند و برای اینکه بتوان آنها را در موقعیت فضایی از پیش تعیین شده خود ثابت نگه داشت , باید از ایستگاههای زمینی به طور مرتب تنظیمهایی بروی موقعیت آنهاانجام گیردتابتوان ازانحراف مسیرماهواره جلوگیری کرد .
عوامل موثردرهزینه تجهیزات ایستگاه زمینی 
قطرآنتن مهمترین عاملی است که هزینه آنتن راتعیین می کند, چون بابزرگ بودن قطر, وزن آنتن سنگین ترمی شود و احتیاج به نگهدارنده هایی قویتر پیدامی کند وهمچنان که شعاع کم می شود تجهیزات ردیاب پیچیده تر می شود. برای آنتنهای بزرگ مثلا ۱۱متری و ۱۳ متری سیستمهای دریاب کامپیوتری موردنیازوسیستم هدایت امواج آنتن , بزرگتروپیچیده تر می شود .در سیستم ارسال , قدرت لازم برای تقویت کننده های سیگنال , یک عامل تعیین کننده در قیمت فرستنده است .
نه تنها قیمت این تقویت کننده های سیگنال گران است , تامین قدرت موردنیاز آن نیز در مناطق دورافتاده باید در نظر گرفته شود, زیرا بیشترین قدرت مصرفی در سیستم , صرف تغذیه تقویت کننده های سیگنال می شود. پس عوامل عمده ای که درهزینه تجهیزات یک ایستگاه زمینی موثرندعبارتنداز: قطرآنتن , مقدارقدرت تقویت کننده های سیگنال , سیستمهای جایگزین تجهیزات اصلی وقطعات یدکی .



نوع مطلب : مکانیک(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

گرما و قانون گازها

تاریخ:سه شنبه 8 مرداد 1392-23:38

گرما و قانون گازها

در این فصل به بررسی گرما و آثار آن می پردازیم. همچنین به بررسی گرمای ویژه، تغییر حالت مواد و گرمای نهان ذو ب و تبخیر پرداخته و با راههای انتقال گرما و قانون عمومی گازها آشنا می شویم.



  دما

دما معیاری است که میزان سردی و گرمی جسمها را مشخص می کند. یکای دما درجه سیلسیوس است که با ْ C نشان داده می شود. دما برحسب درجه سیلسیوس را معمولاً با θ نمایش می دهند. اما یکای دما در SI درجه کلوین است که با K نشان داده می شود. دما بر حسب کلوین را معمولاً با T نشان می دهند. بین K وْ C رابطه زیر برقرار است: 
T (K) = θ(C ْ) + 273 
 



  تعبیر مولکولی دما

انرژی درونی هر جسم، مجموع انرژیهای مولکولهای تشکیل دهنده آن است. افزایش انرژی درونی هر جسم غالباً به صورت افزایش دمای آن جسم ظاهر می شود پس «دمای هر جسم متناسب است با انرژی جنبشی متوسط مولکولهای سازنده آن.»  



  گرما و تعادل گرمایی

می دانید که گرما مقداری انرژی است که به دلیل اختلاف دما بین یک جسم و جسم دیگری که با آن در تماس است مبادله می شود. با توجه به قانون پایستگی انرژی، مقداری انرژی که جسم با دمای بالاتر از دست می دهد برابر است با مقدار انرژی که جسم با دمای پایینتر دریافت می کند. این مبادله تا زمانی که دمای دو جسم یکی شود ادامه می یابد: زمانی که دو جسم هم دما شدند دیگر انرژی ای مبادله نمی شود، در این حالت دو جسم با هم در تعادل گرمایی و دمای مشترک را «دمای تعادل» می نامند.  



  گرمای ویژه

گرمای ویژه هر جسم مقدار گرمایی است که باید یک کیلوگرم از آن جسم داده شود تا دمای آن یک درجه سیلسیوس (یا یک کلوین) افزایش یابد. گرمای ویژه با c نمایش داده می شود و یکای آن ْ J/gc می باشد. 

به این ترتیب گرمای (Q) لازم برای ایجاد تغییر θ Δ برای جسم به جرم m و ظرفیت گرمایی ویژه C از رابطه زیر به دست می آید: 
(Q =mc Δ θ = mc(θ2 –θ1 

دمای جسم بالا رفته است <== θ2 ≥ θ1 ==> Δθ ≥0 ==> Q ≥0 اگر 

دمای جسم کاهش یافته است <== θ2 ≤ θ1 ==> Δθ ≤0 ==> Q ≤0 اگر 

برای محاسبه دمای تعادل دو یا چند جسم با گرمای ویژه C1 C2 C3 و ... و جرمهای m1 m2 m3 و ... با دماهای اولیه 1θ 2θ 3θ و ... که در تماس کامل با هم قرار گرفته اند می توانیم می توانیم حاصل جمع گرماهایی را که با هم مبادله کرده اند مساوی صفر قرار دهیم. 

Q1+Q2+Q3 +… = 0 

M1c1( θ- θ1)+ m2c2 (θ-θ2) + m3c3(θ - θ3)+… = 0
  



  گرما سنجی

گرماسنج از یک فلاسک یا ظرفی که به خوبی عایق بندی شده و یک همزن و یک دماسنج تشکیل شده است. درون گرماسنج آب می ریزند و وقتی دمای فلاسک و همزن و آب یکی شد دما را می خوانند آنگاه جسم مورد نظر را درون فلاسک می اندازند تا به تعادل گرمایی برسد و دمای تعادل را می خوانند. گرماسنج، خود دارای ظرفیت گرمایی است که مربوط فلاسک و همزن و دماسنج است MCF+M’CM+M’’CT = A ظرفیت گرمایی گرماسنج با داشتن ظرفیت گرمایی ویژه گرماسنج، می توان گرمای ویژه یک جسم را به کمک گرما سنج تعیین کرد. 

A(θ – θ1)+ m1c آب θ – θ1) + m2c) جسم θ - θ2) = 0) 
 



  حالتهای ماده  

گفتیم که ماده به سه حالت جامد، مایع و گاز یافت می شود. گذار ماده از یک حالت (فاز) به حالت (فاز) دیگر را تغییر حالت (تغییر فاز) گویند تغییر حالتها معمولاً با گرفتن یا از دست دادن گرما همراهند. به نمودار زیر توجه کنید، تغییر حالتهای ماده در آن نشان داده شده است.  

ذوب و تبخیز و تصعید گرماگیر هستند. انجماد و میعان و چالش گرماده هستند. 

- گرمای نهان ذوب: 
اگر به جسم جامدی که به دمای ذوب رسیده گرما بدهیم، شروع به ذوب شدن می کند. این گرما سبب تغییر دمای جسم نمی شود بلکه صدف تغییر حالت جسم می شود. از این رو به این گرما، گرمای نهان ذوب گویند. 

- گرمای نهان ویژه ذوب (Lf): 
مقدار گرمایی است که باید به یک کیلوگرم جسم جامد در نقطه ذوب داده شود تا به مایع در همان دما تبدیل شود. 

گرمای نهان ذوب Q = mlf 

- گرمای نهان ویژه انجماد: 
فرآیند انجماد عکس فرآیند ذوب است. هر جسم به هنگام انجماد همانقدر گرما از دست می دهد که به هنگام ذوب می گیرد. 

گرمای نهان انجماد Q =- mlf 

- گرمای نهان ویژه تبخیر(Lv): 
برابر مقدار گرمایی است که باید به یک کیلوگرم مایع در دمای نقطه جوش داده شود تا به بخار در همان دما تبدیل شود. 

گرمای نهان تبخیر Q = mlv 

- گرمای نهان ویژه میعان: 
فرآیند میعان عکس فرآیند تبخیر است. گرمای نهان میعان،منفی گرمای نهان تبخیر است. 

گرمای نهان میعان Q = - mlv 

در SI یکای گرمای نهان J/kg می باشد. 

 



  تبخیر سطحی

به گریز مولکولهای مایع از سطح مایع، تبخیر سطحی می گویند. در اثر تبخیر سطحی انرژی درونی مایع کاهش می یابد و در نتیجه دمایش هم کاهش می یابد. آهنگ تبخیر سطحی به عواملی چون دما و مساحت سطح مایع بستگی دارد.  



  اثر تغییر دما بر طول و حجم جسمها

اکثر اجسام در اثر افزایش دما، منبسط می شوند. این انبساط به صورتهای زیر است: 

1 – انبساط جامدها: 
الف) طولی 
ب) سطحی 
ج) حجمی 

2 – انبساط مایعها 

3 – انبساط گازها (قانون گازها)
  



  1 – انبساط جامدها 
الف) انبساط طولی جامدها:

افزایش دما باعث افزایش طول جامدها می شود. انبساط طولی اجسام مختلف با هم متفاوت است و برای نشان دادن این تفاوت از کمیت ضریب انبساط طولی استفاده می شود. 

ضریب انبساط طولی (آلفا) عبارتست از افزایش طول واحد طول از یک جسم جامد وقتی که دمای آن یک درجه کلوین (یا سانتی گراد) بالا رود. 

الفا α = ΔL/L1ΔT 

یکای ضریب انبساط طولی 1/K یا 1/C° می باشد. 
اگر جسمی به طول L به اندازه TΔ گرم شود، مقدار افزایش طول آن از رابطه زیر به دست می آید: 

ΔL = α L1 Δ T
  



  ب) انبساط سطحی جامدها:

افزایش دما باعث افزایش سطح جامدها نیز می شود. 

ضریب انبساط سطحی (2α) عبارت است از افزایش مساحت واحد سطح یک جسم جامد وقتی که دمای آن یک درجه کلوین (یا سانتی گراد) بالا رود و مقدار آن حدود 2 برابر ضریب انبساط طولی می باشد.) 

2 آلفا= ΔA/A1 ΔT 

یکای ضریب انبساط سطحی نیز 1/K یا 1/C°می باشد. 

اگر جسمی به مساحت A1 به اندازه ΔT گرم شود، مقدار افزایش سطح آن از رابطه زیر به دست می آید: 
Δ A = 2 α A1 Δ T
  



  ج) انبساط حجمی جامدها:

برای انبساط حجمی هم ضریب انبساط حجمی را تعریف می کنیم. 
ضریب انبساط حجمی (3 α آلفا) عبارت است از افزایش حجیم واحد حجیم ماده به ازای افزایش دمای یک کلوین. 

ضریب انبساط حجمی را معمولاً با بتا نمایش می دهند و مقدار آن حدوداً سه برابر ضریب انبساط طولی است (β بتا= 3α ) 
β = ΔV/V1ΔT 
ΔV = βV ΔT
  



  2 – انبساط مایعها:

مایعها هم با افزایش دما انبساط می یابند. برای مایعها هم ضریب انبساط حجمی تعریف می شود. انبساط مایعها اساس کار دماسنجهای جیوه ای و الکلی را تشکیل می دهد.  

  ادامه بخش ششم 
تغییرات چگالی با دما

با توجه به اینکه افزایش دما، حجم جسم را افزایش می دهد می توان گفت افزایش دما چگالی را کاهش می دهد. زیرا چگالی با حجم رابطه وارون دارند. 

ℓ = m/v



  انبساط غیر عادی آب

حجم بیشتر مایعها با کاهش دما، کاهش می یابد ولی آب رفتاری متفاوت دارد. به این صورت که از ْC4 تا ْC0آب افزایش حجم پیدا می کند.  



  انتقال گرما

دیدیم که اختلاف دما باعث شارش گرما از جسم با دمای بالاتر به جسم با دمای پایین تر می شود. این شارش گرما به سه صورت انجام می شود: 
1 – رسانش 
2 – همرفتی 
3 – تابش 
 



  رسانش

از قبل با مواد رسانا و نارسانای گرما آشنا هستید. رساناهای خوب گرما را بهتر و سریعتر انتقال می دهند. برای محاسبه آهنگ شارش گرما در یک ماده میله ای به طول Lو سطح مقطع A انتخاب می کنیم و در دو سر آن اختلاف دما ایجاد می کنیم. دمای یک سر میله را 2θ (دمای بالاتر) و دمای سردیگر 1θ (دمای پایین تر) فرض کنید. 
آهنگ شارش گرما به عوامل زیر بستگی دارد: 

1 – اختلاف دما:
Δθ = θ1-θ2 هر چه اختلاف دما بیشتر باشد گرما با آهنگ بیشتری شارش می کند. 

2 – طول میله:
هر چه طول میله بیشتر باشد، گرما کندتر شارش می شود. 

3 – سطح مقطع میله:
هر چه سطح مقطع میله بیشتر باشد، آهنگ شارش گرما بیشتر می شود. 

در نتیجه Q یعنی گرمایی که در t ثانیه در یک میله شارش می کند برابر است با: 

Q = K AtΔθ/L 

ثابت تناسب K رسانندگی گرمایی نام دارد. 

یکای رسانندگی گرمایی J/smk یا w/mk می باشد. 
 



  همرفتی

این شویه انتقال گرما بیشتر مربوط به مایعها و گازها است. اگر به یک نقطه درون مایعی گرما بدهیم، آن نقطه گرم می شود و چگالی در آن نقطه کاهش می یابد. کم شدن چگالی در آن نقطه باعث می شود که مایع گرم شده بالا برود و جای آن را مایع سردتر بگیرد. به این ترتیب اگر گرما دادن ادامه پیدا کند، مایع مرتباً جابه جا می شود و گرما را به قسمتهای دیگر مایع انتقال می دهد. به این شیوه انتقال گرما همرفی می گویند. جریان همرفتی در گازها (مثل هوا) هم وجود دارد.  



  تابش

همه اجسام در حال تابش از سطح خود هستند. در نتیجه همه اجسام تابش جسمهای دیگر را که در اطراف آنها قرار دارند دریافت می کنند. از این تابش بخشی را جذب می کنند (که باعث بالا رفتن دمای آنها می شود) و بخشی را باز می تابانند، سرعت انتقال گرما از طریق تابش بسیار زیاد است.  



  قانون گازها

برای مقدار معینی از یک گاز کامل کمیت PV/T یعنی حاصل ضرب فشار گاز در حجم گاز تقسیم بر دمای گاز بر حسب کلوین همواره ثابت است. 

یعنی اگر در یک فرآیند، حجم و فشار و دمای مقدار معینی از یک گاز کامل را از وv1 وp2 و T3به وv2 وp2 وt2 برسانیم داریم: 

P1V1/T1 =P2V2/T2 

دقت کنید دما در این رابطه بر حسب کلوین باشند و یکاهای p و v در دو طرف یکسان باشند.
  



نوع مطلب : دما و گرما(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 


  • تعداد صفحات :3
  • 1  
  • 2  
  • 3  
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic