تبلیغات
پایگاه علمی سینوس

اسلایدر


 
برای تعجیل در فرج امام عصر (عج) یک صلوات با "وعجّل فرجهم" از ته دل بفرست

ساختار موتور های پله ای چیست ؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 07:31 ق.ظ - سه شنبه 10 اردیبهشت 1392

موتور پله ای (Stepper Motor) یکی از انواع موتورهای الکتریکی است که حرکت آن کاملا دقیق و از پیش تعریف شده می باشد و با ارسال بیتهای ۰,۱به سیم پیچهای آن می توان آنرا حرکت داد.

 

ساختار موتور پله ای :

  این موتورعموما دارای چهار قطب میباشد که سیم پیچها بر روی این چهار قطب قرار می گیرند و شما با ارسال بیتهای ۰و۱به این سیم پیچها در واقع میدان مغناطیسی ایجاد می کنید که این میدان باعث حرکت روتورمغناطیسی موجود در داخل موتور پله ای می شود البته میبایست این سیم پیچها را به توالی ۰ و ۱ کرد و گرنه موتو ر مطابق میل شما نخواهد چرخید یکی از مشخصه های این موتور

زاویه حرکت آن می باشد و هر موتوری زاویه حرکتی مخصوص به خودش را دارد مثلا اگر موتوری زاویه حرکتش ۷درجه باشد این موتور در هر بار ی که سیم پیچهایش حاوی ولتاژ می شوند ۷ درجه در سمت حرکت عقربه های ساعت یا خلاف جهت آن بسته به اینکه سیم پیچها با چه ترتیبی ولتاژ دار می شوند خو اهد چرخید این ۷ درجه چرخش برای این موتور پله ای نمونه یک پله یا یک step محسوب می شود با این تعریف متوجه شدید که یک موتور پله ای در یک دور کامل ممکن است.،۱۰۰تا ۲۰۰ پله کمتر یا بیشتر بسته به نوع موتور خواهد داشت.شما حتی می توانید یک موتور پله ای را به صورت نیم پله یعنی با نصف زاویه حرکت راه اندازی کنید این موتورها به صورت میکرو پله نیز حرکت می کنند در واقع منظور حرکت خیلی ریز ودقیق است. وقتیکه شما یک موتور پله ای را از نزدیک می بینید متوجه تعدادی سیم رنگی می شوید که از موتور پله ای بیرون آمده در واقع این سیم ها هر کدام به سر یک سیم پیج متصل هستند و یک سیم بین تمام سیم ها مشترک است

 

  نحوه کنترل

 

 این موتور به صورت ۱ بیتی یا دو بیتی حرکت می کند در حالت یک بیتی در هر لحظه تنها یک سیم پیچ پالس ۱ را دریافت می کند ودر حالت دو بیتی دو سیم پیچ در هر لحظه پالس ۱ را دریا فت می کنند اگر این دریافت پالس به صورت منظم و پشت سر هم انجام شو د موتور نیز به صورت صحیح به سمت جهت حرکت عقربه های ساعت یا خلاف جهت آن حرکت خواهد کرد.

 

بیایید نحو ه کنترل موتور پله ای را در دو حالت یک بیتی یا دو بیتی بررسی کنیم

 

نحوه کنترل ۱ بیتی

در حالت یک بیتی اگر اول سیم پیچ ۱ را تحریک کنیم .سیم پیچ ۲و۳و۴ بدون تحریک باید باشند جهت حرکت موتور پله ای در سمت حرکت عقربه های ساعت بعد از سیم پیچ ۱ نوبت سیم پیچ ۲ است که تحریک شود.، و در این حالت نیز بقیه سیم پیچها بدون تحریک هستند بعد از آن نوبت سیم پیچ ۳ و سپس نوبت سیم پیچ شماره ۴ است دقت کنید که در هر لحظه یک سیم پیچ تحریک شو د اگر بعد از سیم پیچ ۱ سیم پیچ ۴ را تحریک کنیم و سپس به سراغ۳و۲ برویم موتور در جهت عکس عقربه های ساعت خواهد چرخید.

 نحوه کنترل ۲ بیتی

 

 

در حالت دو بیتی در لحظه دو سیم پیچ بار دار می شو ند مثلا اگر اول سیم پیچ ۱ و۲ تحریک شوند بعد سیم پیچ ۲و۳ سپس ۳و۴ ودر نهایت ۴و ۱ برای حرکت موتور پله ای بایست همین ترتیب را تا موقعییکه می خوا هید موتور حرکت داشته باشد ادامه دهید حال اگر این ترتیب را عوض کنید موتور در خلاف جهت فعلی حرکت می کند

 

حرکت در جهت عقربه های ساعت (تحریک ۲ بیتی)

 

 

نحوه حرکت موتورهای الکتریکی

حالا بیا یید ببینیم چه اتفاق می افتد که موتور پله ای حرکت می کند.

 

کلید فهمیدن اینکه موتورهای الکتریکی چگونه کار می کنند فهمیدن نحوه عملکرد آهن ربای الکتریکی است آهن ربای الکتریکی مبنای کار موتورهای الکتریکی است.

 

اگر سیمی حدود ۱۰ سانتی متر بردارید و به دور میخی بپیچید و دو سر آنرا به دو سر یک باطری وصل کنید زمانیکه جریان از سیم عبور می کند یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم ایجاد می شود و آن میخ تبدیل به آهنربا می شود این میدان تا زمانییکه جریان از سیم عبور میکند وجود دارد یعنی تا زمانییکه دو سر سیم به باطری متصل باشد و زمانییکه این اتصال قطع شود این میدان نیز از بین می رود آن سر میخ که به قطب مثبت باطری وصل شده S وسر دیگر را که به قطب منفی باطری وصل شده N می نامییم حال اگر یک آهن ربای نعلی شکل بردارید و این میخ را به صورت معلق در وسط این آهن ربا قرار دهید به طورییکه میخ کاملا افقی قرار گیرد در صورتیکه قطب N میخ در مقابل قطب N آهن ربا ی نعلی شکل قرار بگیرد

 

وقطب دیگر میخ نیز به همین صورت در این وضعییت میخ ۱۸۰ درجه خواهد چرخد تا قطب N میخ در مقابل قطب S آهنربا و قطب S میخ در مقابل قطب N آهن ربا قراربگیرد همانطور که میدانید دو قطب متضاد همدیگر را جذب ودو قطب همسان همدیگر را دفع می کنند که حرکت میخ نیز در آهن ربای نعلی شکل به همین صورت است

 

حرکت موتورهای الکتریکی نیز در واقع از همین قانون پیروی می کند ما هر بار که در یک موتور پله ای یک سیم پیچ را تحریک می کنیم در واقع قطبهای N , S را در داخل موتور ایجاد میکنیم و روتور نیز مثل آن میخ و با استفاده از قانون جذب ودفع قطبها به حرکت در مآید واین حرکت همان چیزی است که ما به صورت فیزیکی از موتور مشاهده می کنیم


منبع: http://multico.ir





دسته بندی : علوم ریاضی؛مغناطیس , علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛مكانیك ,
 

سیم پیچ تسلا چیست؟ (Tesla Coil)

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 07:30 ق.ظ - سه شنبه 10 اردیبهشت 1392

تاریخچه

نیکولای تسلا (Nikola Tesla)، مخترع صربستانی مقیم آمریکا بود. او از مهمترین رقیبان ادیسون به حساب می آمد. در حالی که دانشمندان روی نظریات خود در مورد الکتریسیته و مغناطیس تحقیق می کردند، تسلا تحقیقات خود را برای کاربردی کردن این نظریات انجام می داد. از مهمترین اختراع این مخترع کم شهرت که انقلابی در جریان الکتریسیته بوجود آورد، ژنراتور برق متناوب بود. او در یک شرط بندی با ادیسون، ژنراتور برق متناوب خود را زودتر از ژنراتور برق مستقیم ادیسون اختراع کرد و با سرمایه آقای وستینگ هاوس اولین نیروگاه برق را در آبشار نیاگارا تاسیس کردند. ولی ادیسون به قول خود عمل نکرد و شرط بندی را به هم زد. او اختراعات بی شمار دیگری نیز به ثبت رسانده بود که یکی از آنها سیم پیچ تسلا (Tesla Coil) بود. یکی از اهداف این دستگاه می توانست انتقال پیام یا نیرو بدون سیم باشد. او در اواخر عمر در فقر و تنگ دستی در آمریکا زندگی کرد و همانجا درگذشت. به پاس زحمات زیاد او در زمینه الکترومغناطیس نام واحد مغناطیس را تسلا نام نهادند. از مجسمه یادبود نیکولای تسلا و اولین نیروگاه برق را می توانید در بالای آبشار نیاگارا بازدید کنید!


سیم پیچ تسلا

شاید فیلم Prestige را دیده باشید، دستگاه تسلا و چرقه های بزرگ و اینکه همه چیز را کپی می کند. همه آن به غیر از کپی کردن حقیقت دارد. این دستگاه می تواند جرقه های بسیار بزرگ و وسیع بسازد و حتی جریان از بدن بدون آسیب رد شود. مدار آن بسیار ساده است ولی پیدا کردن وسایل و ساخت آنها کمی سخت و یا حتی خطرناک است. چگونگی کارکرد آن کمی پیچیده است. من و دوستان "برقی" ام کمی توانستیم کارش را بفهمیم. همانطور که مدار را در شکل می بینید، در ابتدای مدار، یک ترانسفوماتور قرار دارد که برق 220 را به 10000 یا حتی 30000 ولت تبدیل می کند. سپس یک جرقه اولیه وجود دارد که به عنوان کلید ولتاژ بالا، جریان را قطع و وصل می کند. این جرقه باعث می شود که خازن موازی با آن شارژ و خالی شود و به وسیله سلف اولیه که یک سیم پیچ با 5-6 دور است فرکانس بالا می سازد. با القا به سلف ثانویه که سیم پیچی بسیار بزرگ است، ولتاژ یک میلیون ولت و بالاتر القا می شود.

این مدار می تواند یک مشابه مکانیکی داشته باشد که فهم آن را آسانتر کند: در مکانیک، "ضربه" به اجسام، فرکانس خاصی را در آنها بوجود می آورد که با توجه به خواص آن ماده، صدای خاصی از آن در می آید. شما می توانید با انگشت خود به هر چیزی ضربه بزنید و یک صدایی بشنوید، ولی ماهیت ضربه که انگشت شماست تاثیری روی فرکانس صدا ندارد. در الکتریسیته، "جرقه" به عنوان یک ضربه شناخته می شود. شما با روشن کردن کلید برق یک جرقه می سازید و برای همین روی تلویزیون، همه فرکانسهای رادیو، بلندگو و حتی تلفن یک "پارازیت" بوجود می آید. "جرقه" مدار ما همین کار را می کند. یک ضربه به مدار سلف-خازن می زند و این سلف و خازن طوری طراحی می شوند که بر اثر جرقه، فرکانسی (مثلاً) معادل 500 کیلو هرتز بسازند. با سیم پیچ ثانویه، ولتاژ به دلخواه بالا می رود. یک جرقه ثانویه برای محافظت از خازن در برابر فشار زیاد و دو سیم پیچ کوچک برای بالابردن بازده به کار می رود که همه اینها اختیاری است. در آخر، خروجی دستگاه، جریانی با ولتاژ 1 میلیون ولت و بالاتر و 500 کیلوهرتز می باشد که هوای اطراف را شدیداً تحت تاثیر خود قرار می دهد و هوا را تبدیل به "پلاسما" می کند. (نارساناهایی که تحت تاثیر ولتاژ و فرکانس بالا به راحتی الکتریسیته را از خود عبور می دهند). نورون های بدن در برابر فرکانسهای بالای 80 هرتز عکس العملی نشان نمی دهند. برای همین، جریان از بدن به هوا منتقل می شود و شما احساس نمی کنید. اسم این دستگاه در مهندسی برق ترانس مزدوج تقویت شده (Dual-Coil Resonant Transformer) است.

در بخش های بعدی طریقه تهیه همه وسایل را نشان می دهیم:

البته قبل از عمل کردن باید نکات ایمنی انتهای متن را بخوانید.



ترانس لامپ نئون

کار اصلی این ترانس، بوجود آوردن اشعه کاتدی در لامپهای نئون تبلیغاتی است که برحسب متراژ لامپ (مثلاً 10 متر) استفاده شده، ولتاژ مربوط به آن را (مثلاً 10هزار ولت) تهیه می کنند. قدم اول کمی برای شما گران تمام می شود. چون این قسمت را به هیچ وجه نمی توانید بسازید و حتماً باید تهیه کنید. در لاله زار می توانید ترانس های ایرانی 7هزار، 10هزار، 15هزار تا 30هزار ولت بخرید. من 10.5هزار ولت خریدم که 30 هزار تومان برایم آب خورد!! مراقب باشید که ولتاژ ثانویه ترانس با وجود آمپر پایین همچنان کشنده است. چون فرکانس 50هرتز برق شهری را دارد.



خازن ولتاژ بالا

شما باید خازنی بسازید که بتواند ولتاژ 10هزار ولت و بیشتر را تحمل کند. همچنین محاسباتی وجود دارد که با توجه به ولتاژ و آمپر ترانس، خازنی با ظرفیت مخصوصی استفاده می شود که نرم افزارهایی برای آن طراحی شده که من در آخر متن ذکر کرده ام. برای ترانس من، خازن 91 میلی فاراد مناسب بود. شما می توانید خازنهای تجاری را بخرید که کمی گران می شود و یا با بطری لیدن و خازن تخت، یک خازن برای خود بسازید. برای آزمایش مقاومت خازنتان، می توانید مستقیم به ترانس وصل کنید و یک جرقه با فاصله 1 سانتی متر از هم، با خازن موازی کنید. مقوا و طلق نازک هیچ مقاومتی در برابر ولتاژ بالا ندارد. در یکی از منابع از پولی استایرین (Polystyrene) استفاده کرده بود که حتی با قطر 0.8 میلیمتر مقاوت داشت.

توجه داشته باشید اگر خازنی ساخته که بین دو صفحه فلزی، نارسانایی آتشزا (مثلاً پلاستیک یا مقوا) قرار داشت و خازن تحمل ولتاژ را نکند و سوراخ شود و قوس الکتریکی ادامه پیدا کند، ممکن است خازن آتش بگیرد.

توجه داشته باشید که جرقه بسیار خطرناک است.

خازنی که من ساختم، 4 تا فویل آلومینیم قلیان(!) بود به ابعاد 25 در 25 سانتی متر و بین آنها شیشه های 30 در 30 به قطر 3 میلیمتر بود. یکی در میان فویل و شیشه ها را به هم چسباندم. سعی کنید خیلی با چسب قوی (مثلاً چسب قطره ای) نچسبانید. چون در بعضی مواقع (مثل پاره شدن فویلها) مجبور می شوید خازنتان را باز کنید. من از فرمول دبیرستان استفاده کردم که فکر نکنم در عمل درست درآید. حتی طبق محاسباتم باید قطر شیشه 2 میلیمتر می بود که قیمت آن خیلی زیاد می شد. برای همین شیشه 3 میلیمتر خریدم. البته قضیه از نظر برقی ها از این قرار است که برای بالاترین بازدهی، امپدانس منبع(ولتاژ خروجی x آمپر) باید با امپدانس خازن (ظرفیت خازن x ولتاژ به توان دو) یکی باشد تا بهترین بازده را داشته باشیم. اگر خیلی دقیق نشد، صرفاً بازده دستگاه کم می شود. در موارد حرفه ای از بطری لیدن و شیشه استفاده نمی شود چون طی فرآیندهای پیچیده ای در فرکانسهای بالا، توانایی کمی نشان می دهند که برای ما اهمیت خاصی ندارد!





جرقه

از زیباترین قسمت های دستگاه تسلا است. شما باید یک فاصله متغیر بسازید تا جریان بتواند به راحتی از هوا عبور کند. من از دو پیچ روی دو مهره استفاده کردم که مهره ها را روی یک جعبه چسباندم. پیچها باید کمی (نیم سانت) از سطح ارتفاع داشته باشد چون جرقه موجب سوختن جعبه می شود. فاصله دو پیچ از چند میلیمتر تجاوز نمی کند ولی بعدها شما با تغییر فاصله چیزهای خالبی خواهید دید. همانطور که گفتیم جرقه خیلی خطرناک است. مخصوصاً اینکه دو پیچ فلزی چند سانتی بدون روکش نیز دارد. شما می توانید یک جعبه طلقی دور آن بگذارید. برای بالابردن بازده از چندین جرقه پشت سر هم استفاده می شود که من هنوز امتحان نکردم. همچنین هر چه زمان جرقه کمتر باشد، مفیدتر است. برای همین از یک فن یا یک مکنده استفاده می شود تا قوس الکتریکی ایجاد شده را زود قطع کند. به دلیل گرم شدن زیاد سر پیچ ها حتی پوشش تنگستن هم توصیه شده که خیلی فضایی به نظر می رسد. جرقه را برای امتحان مستقیماً به ترانس وصل کنید و قوس زیبا را تماشا کنید. یک بار برای اینکه از کارتان لذت ببرید، جرقه را با خازنتان موازی کنید! جرقه بیشتر از چند میلیمتر (فقط در حالت موازی با خازن) صدای بسیار گوش خراشی تولید می کند.



سیم پیچ اولیه

در این مورد شما هیچ طراحی از پیش تعیین شده ای برای ظریب القایی سلف نمی توانید انجام دهید چون این سلف از حالت ایده آل بسیار دور است. شما باید چند دور سیم پیچ با قطر حدود 15-20 سانت بسازید و ابتدای آن را به مدار وصل کنید و انتهای آن را با گیره سوسماری به مدار وصل کنید و با سر دیگر گیره، از یک حلقه به حلقه دیگر بروید و بازده دستگاه را ببینید. من از سیم مفتول که دور "درب حلقه سی دی" پیچیده شده استفاده کردم. و 10-12 دوری پیچاندم. فاصله بین هر دور برای من نیم سانت بود. حتی می توانید از مفتول های کلفتتر استفاده کنید تا سلف کاملاً روی پای خودش استوار باشد.



سیم پیچ ثانویه

تمام اتفاقات حیرت انگیز از این سیم پیچ در می آید! سیم پیچ ثانویه من حدود 800 دور دارد. لازم نیست که در بازار و مغازه ها دنبال سیم لاکی بگردید و پول پرداخت کنید! یک ترانس لامپ مهتابی (800 تومان) را با چکش و پیچ گشتی باز کنید و 300-400 متر سیم لاکی 0.2 از آن بیرون بکشید (البته کیفیت آن خیلی پایین است. یعنی اتصالی زیاد دارد) یا یک موتور سوخته هواکش دستشویی 1000 متر سیم لاکی 0.1 دارد. کسل کننده ترین قسمت دستگاه همین ساختن سیم پیچ است که برای من چند ساعت وقت برد. از سیم پیچ 0.1 استفاده نکنید چون به سختی دیده می شود. در هر صورت می توانید از مغازه های تعمیر موتورهای برقی و لوازم خانگی سیم لاکی تهیه کنید. حتی بعضی از آنها می توانند سیم پیچ شما را بپیچند. من با دست این 800 دور را دور یک لوله پولیکا کشیدم. تعداد دور را نیز می توانید به جای شمردن از فرمول استفاده کنید.H ارتفاع سیم پیچی شده و D قطر سیم است.



راه اندازی

در سر دستگاه می توانید یک کاسه گرد فلزی، یک لوله بخاری که سر و ته آن به هم چسبیده شده و حتی یک میخ کار بگذارید و یک سر سیم پیچ ثانویه را به آن وصل کنید. در منبعی که من مطالعه کردم از "دستگیره گرد درب خانه" استفاده کرده بود. حتی الامکان جسم شما یک رسانایی شبیه به کره باشد. انتهای سیم پیچ را به زمین (نول پریز برق) وصل کنید یا به یک میله ای وصل کنید و میله را نزدیک سر دستگاه ببرید. پیچ جرقه کمی بیشتر از قبل باز کنید (حداکثر چند میلیمتر). زیادتر از نیم سانت صدای بسیار گوش خراشی می دهد!! گیره سوسماری را به بالاترین دور سیم پیچ ثانویه وصل کنید، میله اتصال به زمین را به کره بالای دستگاه نزدیک کنید، از دستگاه دور شوید و آن را روشن کنید.

چیزهایی که دیده می شود خیلی قابل توصیف نیست. در بعضی مواقع باید در تاریکی دستگاه را روشن کنید. جرقه های ریز (یا درشت!) بنفش از کره بیرون می آیند و به هوا می زنند. بیشتر این جرقه ها در نزدیکی سیم اتصال به زمین است. آزمایشات جالبی که شما می توانید انجام دهید:

توجه: این آزمایشات را بسیار آهسته انجام دهید و با کوچکترین احساس ناراحتی، از انجام آن آزمایش دست بکشید و با نکات چند خط پایینتر، بازده دستگاه را کمتر کنید.

- یک لامپ مهتابی را از وسط بردارید و به سیم پیچ ثانویه نزدیک کنید.

- یک لامپ حرارتی را (ترجیحاً از قسمت شیشه ای) بدست گیرید و به سیم پیچ ثانویه نزدیک کنید.

- به جای جسم کروی از یک لامپ حرارتی روی دستگاه استفاده کنید.

از مهمترین نشانه های کارکردن دستگاه شما، شنیدن بوی تندی است که ناشی از بوجود آمدن ازت، یعنی اکسیژن منفی است. نگران نباشید! این بوی سوختن مدار شما نیست. با تغییر دادن پیچ جرقه و سیم پیچ اولیه، به مقدار مطلوب (و کم سر و صدای) خود برای دستگاه برسید. برای دست زدن به دستگاه باید از کمترین بازده، یعنی فاصله جرقه ای بسیار کوچک استفاده کنید و کم کم دستگاه را قوی کنید. من که ندیدم ولی می گویند که موهای سر سیخ می شود.



پایان

با کمی نظم دادن مدار می توان آن را روی تخته سوار کرد و به دوستان نشان داد!! شما بدون حساب و کتاب می توانید دستگاه را بسازید و کار کند، ولی با محاسبات پیچیده که توسط نرم افزارهای ذکر شده ارائه می شود، دستگاه خیلی قوی می توان ساخت.



نکات ایمنی:

- جریان برق شوخی بردار نیست!!! بسیاری از قسمتهای مدار (حتی اتصالات ترانس) بدون روکش است.

- دمپایی پلاستیکی و کفش کلفت و دستکش عایق به درد 220 ولت می خورد!! حتی از انبردست با روکش پلاستیکی هم استفاده نکنید. برای درک بهتر این نکته، آزمایش مقاومت خازن را در تاریکی انجام دهید.

- شیشیه عایق بسیار خوبی در برابر ولتاژهای بسیار بالا است ولی ممکن است سطح خازن به دلایلی (مثلاً ریختن چسب یا چربی دست) رسانا شود و جریان از یک طرف شیشه به طرف دیگر برود. برای همین هنگام کارکردن به خازن دست نزنید.

- به هیچ وجه به مدار ترانس- خازن- جرقه – سیم پیچ اولیه دست نزنید. چون با این کار شما مدار را مختل کردید و ممکن است فرکانس 50 هرتز از بدن شما رد شود. فقط سیم پیچ ثانویه از نظر جانی امن است!

- کارکردن دستگاه در جای خشک به دور از آب شرط عقل است!!

- در بعضی مواقع در اثر بازی زیاد با دستگاه، درد مفاصل یا سردرد نیز گزارش شده ولی از نظر زیستی این آسیب ها کذب است.

- به دلیل فرکانس بالا و میدان قوی الکتریکی در اطراف سیم پیچ ثانویه (به قدرت میدان با آزمایشهای گفته شده پی می برید.) ممکن است به دستگاههای الکتریکی اطراف (تا نیم متر یا کمتر) آسیب برساند. برای همین هنگاه روشن کردن دستگاه، ساعت دیجیتالی ، موبایل، کارتهای اعتباری مخصوصاً کارت سوخت! را از خود دور کنید.

منبع: http://anjoman.db-iran.ir




دسته بندی : علوم ریاضی؛مغناطیس , علوم ریاضی؛برق ,
 

باتری

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 05:18 ب.ظ - یکشنبه 13 اسفند 1391



منبع توان الکتروشیمیایی یا باتری یا انباره[۱][۲] وسیله‌ای است که انرژی آزادشده از واکنش شیمیایی را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کند. باتری از مجموع چند سلول الکتروشیمیایی تشکیل شده است که اساساً عملکرد این سلول‌ها بر تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریسیته و بالعکس است. انرژی قابل دریافت در قطب‌های باتری به ازای واحد بار الکتریکی را نیروی محرکه الکتریکی (Electromotive force یا emf) باتری می‌گویند و آن را با یکای ولت اندازه گیری می‌کنند. قطب مثبت باتری آند و قطب منفی آن کاتد نام دارد.

محتویات

مفاهیم اولیه باتری

هر باتری را برپایه واکنش شیمیایی درون آن شناسایی می‌کنند. آنچه که در انباره برای تبدیل دو گونه انرژی رخ می‌دهد، برآیند داد و ستد الکتریسیته شارژشده بین یون‌ها است که در دو الکترود جداگانه بدست می آید. بدین گونه که یک الکترود یون آزاد کرده و الکترود دیگر الکترون می گیرد و این گونه چرخه بسته جریانی به وجود می‌آید. بدین گونه هر سلول الکترو شیمیایی را می‌توان تشکیل یافته از سه عنصر(ریزه) به شمار آورد: الکترودهای مثبت (آند) و منفی (کاتد) و الکترولیت.

اگر بندهای الکتروشیمیایی به صورت پشتاپشت (سری) به یکدیگر وصل شوند، انباره ساخته شده دارای سطح ولتاژ بیشتری نسبت به بندها است و اگر که سلول‌ها به صورت موازی به یکدیگر وصل شوند، زمان کارکرد بیشتر خواهیم داشت.

ساختمان باتری

هر باتری یک ایستایی(مقاومت) درونی (r) دارد. اختلاف پتانسیل بین قطب‌های باتری (v)، زمانی که جریان I از آن می‌گذرد، برابر V=Eemf - Ir می‌باشد. فرایند دگرگونی انرژی در باتری با گذشت زمان افزایش ایستایی(مقاومت) الکتریکی داخلی یا کاهش انرژی پتانسیل نخستین همراه است. مقدار ایستایی(مقاومت) درونی به نوع انباره و روش ساختش وابسته‌است.

شارژ باتری

در باتری فرسوده نوعی ایستایی درونی به قدری بالا است که با گذر جریان، ولتاژ دو سر باتری زود افت می‌کند و باتری توانایی تامین انرژی الکتریکی مفید را ندارد. در برخی باتری‌ها با گذراندن جریانی در سوی وارونه جریان، به هنگامی که باتری کار همیشگی اش را انجام می‌دهد، می‌توان باتری را دوباره باردار یا شارژ کرد. در فرایند شارژ باتری انرژی پتانسیل در آن انباشته می‌شود البته شمار بارهای شارژ باتری به خاطر برگشت ناپذیری فرایندهای تبدیل انرژی، محدود است.[نیازمند منبع]

فرایندهای تبدیل انرژی در باتری

در باتری خشک معمولی، بر اثر واکنش ماده آند (قطب مثبت) و ماده کاتد (قطب منفی) با الکترولیتی که محیط بین آند و کاتد را تشکیل می‌دهد، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. در انباره خورشیدی، انرژی الکترومغناطیسی نور تابیده شده به سلول‌های خورشیدی، با جداسازی‌های مثبت و منفی درون باتری، به شکل انرژی الکتریکی در می‌آید.

توان الکتریکی باتری

توانی که هر باتری بر حسب وات فراهم می کند، برابر حاصل‌ضرب نیروی جنباننده الکتریکی (بر حسب ولت) در شدت جریان الکتریکی باتری I (برحسب آمپر) می‌باشد. در کاربردهایی با توان بالااز جمله راه اندازه چرخانه(موتور) خودرو، میزان توان‌های تامین شده در فواصل زمانی کوتاه به بیش از ۱۰۰۰ وات می‌رسد. در کاربرد کم توان در وسایل الکترونیکی نازک(ظریف)، مانندسمعک‌ها و ساعت‌های رایانه ای، اندازه توان‌های فراهم شده نزدیک چند میلی وات است.

خطرات و نقایص باتری

خطرات و نقایص مربوط به باتری عبارتند از:

  • انفجار
  • نشتی
  • ملاحظات زیست محیطی

انفجار

پدیده انفجار باتری عموماً ناشی از عدم کاربرد یا کارکرد صحیح باتری است. به عنوان مثال تلاش برای شارژ نمودن مجدد باتری‌های یک بار مصرف یا غیر قابل شارژ[۳]، اتصال کوتاه نمودن دو قطب مثبت و منفی باطری [۴] می تواند باعث انفجار این منبع انرژی الکتریکی شود.

نشتی

در بعضی از باتری‌ها از مقوا، فلز روی و مواد شیمیایی استفاده می شود. واکنش شیمیایی درون باتری در مدت زمان طولانی، باعث خروج و نشت مواد شیمیایی داخل باتری به بیرون شده و ایجاد خوردگی شیمیایی در قطعات فلزی دستگاه‌ها که اطراف باتری قرار دارند می نماید.

ملاحظات زیستگاهی

افزایش بهره گیری از باتری‌ها و کاربردهای گسترده آن افزایش زباله‌های صنعتی و دشواری های زیستگاهی تازه این کالا را به همراه داشته است. آفرینندگان باتری از مواد شیمیایی هراس ناک برای پیدایش کارایی بهتر باتری‌های ساخته شده خود سود می جویند. پسمان های انباره مایه بالا رفتن آلودگی زیستگاهی به زهرهای کشنده فلزی باتری‌ها شده است [۵].

باتری‌های امروزی

امروزه باتری‌هایی می‌توان ساخت که به طور متوسط در کاربردها پنج سال عمر مفید دارند. باتری‌ها در بهره گیری از وسایل الکترونیکی نقش مهمی ایفا می‌کنند. البته با بهبود بخشیدن تکنولوژی باتری‌ها منابع انرژی قابل حملی برای هر معرفی، از دستگاه‌های استریوی دستی تا اتومبیل‌های برقی، در اختیار داشته باشیم.

انواع باتری‌های امروزی عبارت است از:

۱- باتری‌های نیروگاهی (GROE-OGI-OPZS-FNC)

۲- باتری‌های آنتن‌های مخابراتی باتری‌های مخابراتی NET Power-power

۳-باتری‌های مورد استفاده در سامانه‌های ریلی و مترو

۴-باتری‌های مورد استفاده در پروژه‌های نفت، گاز و پتروشیمی (FNC)

۵-باتری‌های خورشیدی (Solar.bloc)

۶-باتری‌های مورد استفاده در ups

۷- باتری‌های منابع تغذیه (SLA - VRLA)

۸-باتری‌های اتومبیل، لیفتراک و موتورسیکلت

۹-باتری‌های سامانه‌های حفاظتی، روشنایی، امنیتی و سامانه‌های کنترل 10- باتری روی - هوا

باتری تیسفون (باتری بغداد)

در سال ۱۳۳۰ خورشیدی، باستان شناس آلمانی ویلهلم کونیک و همکارانش ابزارهایی را در نزدیکی تیسفون پایتخت ایران در دوران اشکانیان یافتند. پس از بررسی معلوم شد که این ابزارها پیل‌های الکتریکی هستند که در دوره تاریخی ایران اشکانی ساخته شده و به کار برده می‌شده‌اند. او این پیل‌های تیسفون را باتری پارتی نامید که امروزه با نامهای دیگر همچون باتری پارتیان و یا پیل اشکانی هم مشهورند.[۶]

این اکتشاف مربوط به دوره تاریخی سلسله اشکانیان، تاحدی موجب شگفتی است. حتی برخی از دانشمندان اروپایی و امریکایی این باتری را به موجودات فضایی افسانه ای و احتمالاً ساکنان فراهوشمند سیارات دیگر که تصور می شود با بشقاب‌های پرنده و کشتی‌های فضایی به زمین آمده‌ بودند، نسبت دادند، و آن را فراتر از دانش اندیشمندان و پژوهشگران آن دوران دانستند. برای ایشان پذیرفتنی نبود که دانش ایرانیان در ۱۵۰۰ سال پیش از گالوای ایتالیایی(۱۷۸۶ میلادی) که پیل الکتریکی را اختراع نمود تا به این حد بالا باشد.[۶]

به احتمال زیاد، ساکنان بین النهرین از این پیل‌های الکتریکی جریان برق تولید می‌کردند و از آن برای آبکاری اشیا زینتی سود می‌جستند. اما در پهنه دریانوردی منطقه خاورمیانه از این اختراع جهت آبکاری ابزارهای آهنی در کشتی و جلوگیری از زنگ زدن و تخریب آنها استفاده می‌کردند.[۶]

منابع

  1. یک از مارک‌های رایج باتری مربوط به کارخانه‌های قوه پارس بود، و واژه قوه به معنی باطری به کار می‌رفت.
  2. محمد تقی برخوردار؛ مرگ مردی که به خانه های ایران رفاه آورد
  3. Energizer.com - Learning Center - Energizer and the Environment. Retrieved 17 December 2007.
  4. Battery dont's - Global-Batteries. Retrieved 20 August 2007.
  5. Batteries - Product Stewardship. EPA. Retrieved 11 September 2007.
  6. ۶٫۰ ۶٫۱ ۶٫۲ ماهنامه پیام دریا، ماهنامه اطلاعات علمی، مقاله اختراعات ایرانیان در پهنه دریانوردی و نجوم (جعفر سپهری)

اقتباس شده از ویکی پدیا



دسته بندی : علوم ریاضی؛شیمی , علوم ریاضی؛برق ,
 

نحوه كار باتری و انواع آن

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 05:09 ب.ظ - یکشنبه 13 اسفند 1391

باتری یکی از پرکاربردترین و مهم‌ترین وسایلی است که در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم. ما از باتری‌ها در همه جا استفاده می‌کنیم: ماشین، تلفن‌همراه، لپ‌تاپ، پخش‌کننده موسیقی و … . ما امروز قصد داریم به نحوه کارکردن باتری‌ها نگاهی بیندازیم و شما را با شیوه‌های استفاده بهینه از آن‌ها آشنا کنیم.
ساخت باتری با ساختار پیشرفته کنونی، نخستین بار در سال 1800 میلادی شکل گرفت. الساندرو ولتا - دانشمند ایتالیایی- برای نخستین بار یک پیل با نام "پیل ولتایی" ساخت که در آن دو صفحه فلزی یکی از روی و دیگری از نقره به عنوان الکترودها استفاده می‌شدند. این دو صفحه در محلول آب نمک قرار گرفته و توسط یک صفحه مقوایی نازک از هم جدا می‌شدند. هنگامی‌که دو سر بالایی صفحه‌های فلزی توسط سیم به هم وصل شدند، درون سیم جریان الکتریسته برقرار شد. ولتا سعی کرد که پتانسیل الکتریکی ایجاد شده را اندازه‌گیری کند. این پتانسیل الکتریکی همان ولتاژ نام گرفت که بعد از او با واحد" ولت" سنجیده می‌شود.
آنچه که امروز به نام باتری می‌شناسیم در واقع همان پیل ولتایی در شکل جدیدتر و پیشرفته‌تر است.
نحوه عملکرد باتری
باتری وسیله‌ای است که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. باتری‌های امروزی مثل باتری‌های AA، C یا D، دو انتهای مثبت و منفی دارند. داخل تمام این باتری‌ها، همانند پیل ولتایی بوده و تنها از مواد مختلف و گوناگونی استفاده می‌کنند. در تمام باتری‌ها از فلزات برای الکترود و از مواد دیگری که مشابه آب نمک هستند، برای الکترولیت استفاده می‌شود. الکترودها با هم در تماس مستقیم نبوده و تنها تماس آن‌ها از طریق الکترولیت صورت می‌گیرد.
وقتی یک سیم به قطب‌های مثبت و منفی باتری وصل می‌شود جریان الکتریسته از قطب منفی به سمت قطب مثبت سیم به حرکت در می‌آید. حرکت جریان درون سیم، در واقع حرکت الکترون‌های داخل آن است که می‌تواند وسایل الکتریکی را به کار بیندازد.
پتانسیل الکتریکی ایجاد شده بین دو سر باتری، ولتاژ باتری نامیده شده و با واحد ولت سنجیده می‌شود.
میزان این پتانسیل یا نیروی محرکه به نوع واکنش صورت گرفته درون باتری بستگی داشته و مواد مختلف پتانسیل‌های گوناگونی را تولید می‌کنند.
انواع باتری‌ها
باتری‌ها در دستگاه‌های مختلفی استفاده می‌شوند. جدا از دستگاهی که باتری درون آن استفاده می‌شود، باتری‌ها به دو دسته اولیه (Primary) و ثانویه (Secondary) تقسیم می‌شوند. در باتری‌های اولیه با مصرف مواد شیمیایی داخل باتری، عمر باتری به پایان می‌رسد، در حالی‌که باتری‌های ثانویه قابلیت شارژ مجدد دارند. در باتری‌های ثانویه، با وصل کردن باتری مصرف شده به جریان الکتریسته، ترکیب شیمیایی مواد داخل باتری به حالت اولیه بازگشته و امکان استفاده مجدد از باتری فراهم می‌شود. با این حال به دلایلی چون خوردگی داخلی، از دست رفتن ماده الکترولیت و مواد فعال داخل باتری، این نوع باتری‌ها را تنها به تعداد معین و محدود می‌توان شارژ مجدد کرد.
باتری‌های اولیه
باتری‌های ارزان قیمت AA ،C و باتری‌های خشک نوع D، در این دسته قرار می‌گیرند. در این باتری‌ها از کربن و روی به عنوان الکترود و از یک خمیر اسیدی به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود. این باتری‌ها، ولتاژ 5/1 ولت تولید می‌کنند.
باتری‌های قلیایی (Alkaline) که توسط شرکت‌هایی چون Duracell و Energizer عرضه می‌شوند، به‌جای کربن از اکسید منیزیم استفاده می‌کنند و همان‌طور که از نام باتری پیداست، الکترولیت اسیدی با یک ماده قلیایی جایگزین شده است. این باتری‌ها نیز خروجی 5/1 ولت دارند.
باتری‌های یکبار مصرف، برای مصرف فوری و ضروری تولید شده و پس از تمام شدن قدرت آن‌ها، باید دور ریخته شوند. این باتری‌ها معمولا برای دستگاه‌های قابل حمل که شدت جریان کمی را طلب می‌کنند و یا همیشه استفاده نمی‌شوند، به‌کار گرفته می‌شوند. ساعت‌ها و کنترل‌ها جزو این دسته از دستگاه‌ها هستند.
باتری‌های ثانویه
این باتری‌ها قابل شارژ هستند. باتری‌های اتومبیل، نمونه‌ای از باتری‌های قابل شارژ هستند که سرب و اکسید سرب، الکترودها و یک اسید قوی، الکترولیت آن‌را تشکیل می‌دهد.
در باتری‌های نیکل- کادمیوم (NiCd)، کادیوم و هیدروکسید نیکل نقش الکترود را داشته و الکترولیت، هیدروکسید پتاسیم است. باتری‌های NiCd قادرند شدت جریان بسیار بالایی را تولید کنند و با شدت جریان بسیار بالا می‌توان آن‌ها را در مدت زمان کوتاهی شارژ کرد. این باتری‌ها از یک عیب بزرگ به نام اثر حافظه (Memory Effect) رنج می‌برند. زمانی‌که شارژ یک باتری NiCd به‌طور کامل تمام نشده باشد و اقدام به شارژ مجدد آن شود، دانه‌های کریستالی درون باتری تبلور یافته و رشد می‌کنند. این دانه‌ها، ظرفیت باتری را کاهش داده و حذف آن‌ها از باتری نیز دشوار است.
باتری‌های نیکل- هیدرید فلزی(NiMh) جایگزین بسیار مناسبی برای باتری‌های NiCd هستند، چرا که خصوصیات مشابه آن‌ها را داشته و از اثر حافظه نیز رنج نمی‌برند. هر دوی این باتری‌ها، خروجی 2/1 ولت دارند. تمام باتری‌های قابل شارژ‌، اگر مدت زمان طولانی استفاده نشوند، مقداری از شارژ خود را از دست می‌دهند. برای مثال، وقتی از یک باتری NiMh برای مدت 6 ماه استفاده نشود بین 20 تا 50 درصد شارژ خود را از دست خواهد داد. میزان هدر رفت شارژ به عواملی چون دمای نگهداری باتری بستگی دارد.
باتری‌های لیتیوم-یون (Li-ion) به‌طور گسترده در لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند. این باتری‌ها از لیتیوم و کربن به عنوان الکترود استفاده می‌کنند. نسبت توان ذخیره شده به وزن باتری در این نوع باتری‌ها بسیار بالا بوده و سرعت از دست دادن شارژ به‌خاطر عدم استفاده نیز بسیار پایین است.
باتری‌های قابل شارژ نظیر NiMH، معمولا به صورت بدون شارژ به فروش می‌رسند و برای استفاده باید ابتدا شارژ شوند. با این حال برخی از مدل‌های جدید این باتری‌ها با شارژ به فروش می‌رسند.
باتری‌های پیشرفته
تولیدکنندگان باتری همیشه در راه بهبود باتری‌ها، استفاده از مواد شیمیایی جدیدتر با ظرفیت بالاتر و کاهش اندازه و وزن باتری‌ها حرکت کرده‌اند.
برای مثال Energizer ادعا می‌کند که باتری‌های سری Ultimate Lithium این شرکت، با دوام‌ترین باتری‌های سایز AA و AAA در جهان است. طبق اطلاعات موجود، این باتری‌ها 8 برابر باتری‌های معمولی، شارژ در خود نگه می‌دارند و یک سوم باتری‌های آلکالاین معمولی، وزن دارند. این باتری‌ها قادرند در شرایط عملیاتی فوق‌العاده بین 40- تا 60+ درجه سانتی‌گراد کار کنند. این باتری‌ها را تا 15 سال می‌توان نگهداری کرد. استفاده این باتری‌ها برای دستگاه‌های پیشرفته با تکنولوژی بالا مثل دوربین‌ها، ضبط کننده‌های موسیقی، ماوس و کیبورد و دستگاه‌های قابل حمل GPS توصیه می‌شود.
شرکت معروف Duracell نیز،‌یک باتری با نام PowerPix طراحی کرده که از تکنولوژی انحصاری این شرکت با نام NiOx بهره می‌برد. این شرکت ادعا می‌کند با این باتری‌ها می‌توانید با دوربین دیجیتالی خود بیش از 2 برابر بیشتر نسبت به باتری‌های آلکالاین معمولی عکس بگیرید.
برای استفاده بهینه و بهتر از باتری‌ها بد نیست نکات زیر را بدانید:
- کیفیت تمام باتری‌ها با گذشت زمان کاهش می‌یابد، حتی اگر مورد استفاده قرار نگیرند.
- سرعت از دست رفتن شارژ باتری در دماهای پایین،‌کم‌تر است.
- نگهداری باتری در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین، روی ولتاژ خروجی باتری تاثیر می‌گذارد.
- باتری‌های با ترکیب شمیایی مختلف را هرگز در یک دستگاه استفاده نکنید.
- ترکیب باتری‌های قابل شارژ و غیر قابل شارژ را نیز روی یک دستگاه نباید استفاده کرد.
- باتری‌های آلکالاینی در شرایط استفاده معمولی یا عدم استفاده، نشتی ندارند. با این حال، دمای بالا، استفاده از باتری‌های نو و کارکرده درکنار هم و استفاده از باتری‌هایی با ترکیب شمیایی مختلف در کنار هم، احتمال نشتی را افزایش می‌دهد.
- نشتی باتری به شدت سوزش‌آور بوده و نباید در تماس با پوست قرار گیرد.
- برای رسیدن به بالاترین کارآیی، باتری‌های قابل شارژی که برای مدت طولانی استفاده نشده‌اند را قبل از استفاده، حتما شارژ کنید.
- اگر قرار باشد تا دستگاهی برای مدت طولانی استفاده نشود، باتری‌های آن‌را خارج کنید.

منبع: www.iramozesh.com




دسته بندی : علوم ریاضی؛شیمی , علوم ریاضی؛برق ,
 

باتری میوه ای

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 05:05 ب.ظ - یکشنبه 13 اسفند 1391

باتری میوه ای

 

برای ساختن این باتری فقط به کمک مادرتان نیاز دارید. اگر می‌پرسید چرا، کافی است نگاهی به لیست مواد لازم بیندازید.

 

مواد لازم

• چند عدد لیموترش ( می‌توانید به جای لیمو، از نوشابه یا آبلیمو هم استفاده کنید. )

• مقداری سیم مسی

• تعدادی سکه

• چند عدد گیره ی کاغذ

• چاقو

• قیچی

• لامپ کوچک، ساعت دیجیتالی یا هر وسیله ی الکتریکی کم مصرف دیگر که با استفاده از آن بتوان باتری را امتحان کرد.

 

روند کار

1. ابتدا تکه ای از سیم را جدا کنید و یک سر آن را دور گیره کاغذ بپیچید.

 

2.  تکه ی دیگری از سیم جدا کنید و این بار، یک طرف آن را دور سکه بپیچید. ( اگر سکه کثیف است، آن را با آب و صابون بشویید تا تمیز شود. )

 

3. تکه ی دیگری نیز از سیم جدا کنید. یک سمت آن را به دور سکه دوم و طرف دیگر را به دور یکی از گیره های کاغذ باقی مانده بپیچید. حالا شما باید سه قطعه سیم، شبیه سیم های شکل زیر داشته باشید.

باتری میوه ای

4. دو لیمو ترش بردارید و آن ها را کمی فشار دهید. لیموها را باید آن قدر فشار دهید که بافت درون آن ها نرم شود،  مواظب باشید که پوست آن ها پاره نشود. ( اگر لیمو ترش ندارید، می‌توانید دو لیوان بردارید و در آن ها مقداری آبلیمو یا نوشابه بریزید. )

 

5. روی پوست هر یک از لیموها، با چاقو دو برش کوچک ایجاد کنید.

 

6. سه قطعه سیمی را که در ابتدای کار درست کردید، مطابق شکل زیر درون شکاف‌ها قرار دهید. ( اگر در منزل گیره ی کاغذ ندارید، می‌توانید سیم را به همان صورتی که هست در شکاف‌ها بگذارید. ضمناً در صورتی که به جای لیمو از آبلیمو یا نوشابه استفاده می‌کنید، سیم‌ها را طوری داخل ظرف قرار دهید که با هم تماس نداشته باشند. در این حالت هر یک از لیوان ها مانند یک لیمو ترش عمل می‌کند. ) سیم ها را آن قدر فشار دهید که سکه و گیره کاغذ به گوشت درون لیمو برسد.

باتری میوه ای

7. حالا دو سر آزاد سیم ها را به دو سمت لامپ یا ساعت کوچک خود وصل کنید، لامپ روشن می شود! ( اگر همه ی مراحل را درست انجام داده اید ولی لامپ روشن نمی شود، جای دو سر سیم را با هم عوض کنید. این مرحله دقیقاً شبیه قرار دادن باتری در دستگاه است. اگر باتری را برعکس بگذارید، دستگاه کار نخواهد کرد. ) در باتری میوه ای شما، دو واکنش شیمیایی روی می‌دهد. واکنش اول بین فلز گیره ی کاغذ و آب لیمو ( یا نوشابه ) و واکنش دوم بین فلز سکه و آب لیمو انجام می‌شود. چون جنس این دو فلز متفاوت است، الکترون ها بیشتر به یک سمت ( نسبت به سمت مخالف ) رانده می‌شوند. این همان چیزی است که "جریان الکتریکی" نامیده می‌شود. اگر هر دو فلز از یک جنس بودند، جریانی نیز وجود نداشت. در مدار ما، الکترون ها از یک سمت شروع به حرکت می‌کنند و پس از طی یک مسیر دایره ای به نقطه ی اول بازمی گردند. عبور آن ها از درون ساعت ( یا لامپ ) باعث می‌شود که ساعت به کار افتد و یا لامپ روشن می شود. 

باتری میوه ای

8. زمان کار کردن باتری خود را اندازه بگیرید و روی کاغذ یادداشت کنید. اگر مایل بودید می‌توانید نتیجه ی کار خود را به آدرس ارسال کنید.

 

9. آب لیمو یک اسید است. برای همین گفتیم که می‌توانید به جای آن از آبلیمو یا نوشابه استفاده کنید. ( اگر پشت شیشه های نوشابه را خوانده باشید، حتماً دیده اید که یکی از محتویات آن اسید فسفریک است. ) آب لیمو را با مواد اسیدی دیگر ( مثلاً محلول رقیق سرکه در آب، یا آب پرتقال یا ... ) جایگزین کنید و ببینید که آیا باز هم باتری شما کار می‌کند. زمان کار کردن آن بیشتر شده است یا کمتر؟

 

10. فکر می‌کنید؛ اگر به جای اسید از آب نمک یا یک محلول قلیایی ( مثلاً محلول آب و صابون ) استفاده می کردید، چه می‌شد؟ این کار را هم امتحان کنید و نتیجه را بنویسید. هر بار سعی کنید پیش از انجام آزمایش، حدس بزنید چه اتفاقی می‌افتد.

 

11. این بار، جای لیمو را با یک میوه ی دیگر ( مثلاً سیب، سیب زمینی، موز، کیوی، پرتقال یا هر میوه ی دیگر که دوست دارید ) عوض کنید. فکر می‌کنید باتری قوی تر شود یا ضعیف تر؟ حدس خود و نتیجه ی نهایی کار را برای میوه های مختلف یادداشت کنید. قوی ترین و ضعیف ترین باتری که ساخته اید، کدام ها هستند؟

 

12. برای انجام این مرحله باید از دوستان یا سایر اعضای خانواده خود کمک بگیرید. لیمو ( یا هر میوه دیگری که استفاده کرده اید ) را از وسط قاچ کنید به طوری که سکه در یک نیمه و گیره ی کاغذ در نیمه ی دیگر باشد. طبیعتاً لامپ (یا ساعت) از کار می‌افتد، چون مدار قطع شده است و الکترون‌ها نمی توانند جریان پیدا کنند. دست های خود را روی دو نیمه قرار دهید. آیا لامپ روشن می‌شود؟ سپس یک دست خود را به دست دوستتان بدهید و از او بخواهید که دست دیگرش را روی نیمه دوم میوه بگذارد. آیا باز هم لامپ روشن می‌شود؟ تعداد نفرات را بیشتر کنید. آیا لامپ هم چنان روشن باقی می‌ماند؟ توانایی باتری شما چقدر بود؟ جریان حاصل از آن، از بدن چند نفر عبور کرد؟

 

13. زمان کار تمام باتری هایی را که ساخته اید، یادداشت کنید. کدام یک بیشتر از همه کار کرده است؟ آیا رابطه ای بین اندازه یا طعم میوه با این زمان وجود دارد؟ اگر تعداد میوه‌ها را بیشتر کنید، چه می‌شود؟ در صورت تمایل، نتیجه آزمایش خود را به آدرس  ارسال کنید.


منبع: سایت تبیان




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛شیمی ,
 

ساختمان باتری

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 04:44 ب.ظ - یکشنبه 13 اسفند 1391

ساختمان باتری

عملکرد کلیه ی باتری ها تقریباً مشابه یکدیگر است. پس با فهم آن چه درون یکی از آن ها رخ می دهد، می توان به درک مناسبی از شیوه ی کار کلیه ی باتری ها دست یافت. ما طرز کار  باتری روی – کربن را توضیح می دهیم. این باتری یکی از ساده ترین باتری هایی است که می توان ساخت و گاهی آن را  "باتری استاندارد کربنی"  نیز می نامند.

 

فرض کنید ظرفی حاوی اسید سولفوریک داریم. اگر میله ای از جنس روی را در این محلول قرار دهید، اسید شروع به خوردن روی می کند. حباب های هیدروژن روی میله ظاهر می شود و محلول در اثر حرارت حاصل از واکنش شیمیایی، گرم خواهد شد. آن چه روی می دهد، تقریباً به ترتیب زیر است:

 

• مولکول های اسید به سه یون تفکیک می شوند: دو یون +H و یک یون -SO42 .

 

• اتم های روی دو الکترون از دست می دهند و به یون های Zn2+ تبدیل می شوند.

 

• یون های+Zn2  با یون های -SO42  ترکیب شده و به صورت ZnSO4 درمی آید، که در اسید حل می شود.

 

• یون های هیدروژن الکترون هایی را که اتم های روی از دست داده اند، جذب می کنند و به صورت مولکول H2 ( گاز هیدروژن ) در می آیند. این همان حباب هایی است که روی میله ظاهر می شود.

حال اگر میله ای از جنس کربن نیز در محلول قرار دهید ( اسید روی این میله اثری ندارد. ) و آن را با سیم به میله ی اول متصل کنید، شرایط تغییر می کند و به صورت زیر درمی آید:

 

• الکترون ها از طریق سیم به سمت میله ی کربنی می روند و در آن جا جذب یون های هیدروژن می شوند. این بار حباب های گاز هیدروژن روی میله کربنی تشکیل می شود.

 

• در این حالت گرمای کمتری آزاد می شود، زیرا بخشی از انرژی شیمیایی حاصل از واکنش صرف جریان الکترون ها شده است؛ یعنی در حالت اول انرژی شیمیایی فقط به انرژی گرمایی تبدیل می شود، ولی در حالت دوم بخشی از آن به انرژی الکتریکی و بخشی دیگر به انرژی گرمایی تبدیل می شود.

 

با گذشت زمان، میله ی روی کم کم در اسید حل می شود و یون های هیدروژن موجود در محلول نیز به تدریج مصرف می شوند، تا این که سرانجام باتری تمام می شود.

 

به دو میله ی به کار رفته در باتری، اصطلاحاً " الکترود " می گویند.

محلول حاوی یون ( در مثال بالا اسید سولفوریک ) نیز " الکترولیت " نامیده می شود.

 

در باتری ای که شما ساخته اید، اتفاقاتی که روی می دهد بسیار شبیه مراحل بالاست. این مراحل در شکل های زیر نشان داده شده است.

اگر مایلید تا در مورد ساختمان باتری اطلاعات بیشتری کسب کنید، می توانید به سایت های زیر مراجعه کنید:




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛شیمی ,
 

الکتریسیته چیست؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 02:29 ب.ظ - یکشنبه 13 اسفند 1391


الکتریسیته چیست؟

الكتریسیته در همه جای زندگی ما دیده می شود، الكتریسیته خانه ها را روشن می كند ، غذای ما را می پزد ، نیروی لازم برای كامپیوتر ، تلویزیون و دیگر وسایل الكترونیكی را تامین می كند. الكتریسیته ی باتری ها ، چراغ قوه را در تاریكی روشن می كند و ماشین ما را به حركت در می آورد.

می توانید كاری كنید تا بفهمید الكتریسیته تا چه اندازه مهم است. به سمت مدرسه یا خانه خود بروید و وسایل و ماشین های مختلفی كه از الكتریسیته استفاده می كنند را بنویسید . از تعداد زیاد چیزهایی كه ما هر روزه استفاده می كنیم و به الكتریسیته وابسته است متعجب خواهید شد.

 

اما الكتریسیته چیست ؟ از كجا آمده است؟ چطور كار می كند؟

 

قبل از این كه همه این ها را بفیمهیم ، باید كمی درباره اتم ها و ساختار آن ها بدانیم.

همه مواد از اتم ها و اتم ها از ذرات كوچك تری  ساخته شده اند. سه ذره اصلی كه اتم ها را می سازد پروتون ، الكترون و نوترون است.

الكترون ها به دور مركز یا هسته اتم می چرخند همان طور كه ماه به دور زمین می گردد. هسته از نوترون و پروتون تشكیل شده است.

الكترون ها شامل یك بار منفی و پروتون ها یك بار مثبت هستند ، نوترون ها خنثی هستند آن ها نه بار مثبت دارند نه بار منفی.

 

انواع مختلفی از اتم ها وجود دارد، هر یك از این انواع، یك عنصر است، اتم تنها قسمت سازنده عنصر است. 118 نوع عنصر شناخته شده وجود دارد، بعضی عناصر مانند اكسیژنی كه ما با آن نفس می كشیم برای حیات ضروری است.

 

الکتریسیته چیست؟

در هر اتم تعداد مشخصی الكترون ،پروتون و نوترون وجود دارد، اما معمولاً جدا از این كه یك اتم چند ذره دارد، تعداد الكترون ها باید با تعداد پروتون ها برابر باشد. اگر تعداد الكترون ها و پروتون ها یكی باشد، اتم در تعادل و بسیار پایدارد است.

بنابراین، اگر یك اتم 6 پروتون داشته باشد، باید 6 الكترون نیز داشته باشد، عنصری با 6 پروتون و 6 الكترون، كربن نامیده می شود، كربن در خورشید، ستاره ها، ستاره های دنباله دار، اتمسفر بیشتر سیاره ها و مواد غذایی كه می خوریم به مقدار زیادی وجود دارد، ذغال سنگ و الماس نیز از كربن ساخته شده است.

بعضی از اتم ها الكترون های خودشان را از دست داده اند. یك اتم كه الكترون خود را از دست داده باشد، تعداد پروتون هایش بیشتر از الكترون ها و دارای بار مثبت است. یك اتم كه الكترون بدست آورد ذرات منفی بیشتر و بار منفی دارد. یك اتم باردار یون نامیده می شود.

 

می توان الكترون ها را وادار كرد تا از یك اتم به اتم دیگر حركت كنند. وقتی الكترون ها بین اتم ها حركت می كنند، جریان الكتریسیته تشكیل می شود .

این زنجیره مانند خاموش كردن آتش بوسیله سطل در زمان های قدیم است. اما در این جا به جای منتقل كردن سطل از یك طرف به طرف دیگر ، هر شخص یك سطل دارد و فقط آب منتقل می شود (به این معنی كه سطل خالی را به عنوان یون و سطل پر را به عنوان اتم خنثی و آب را به عنوان الكترون در نظر بگیریم. در رسانای فلزی یون ها منتقل نمی شوند بلكه الكترون ها منتقل می شوند) این كار خیلی به عبور جریان الكتریسیته شبیه است. در واقع بار از یك اتم به اتم دیگر منتقل می شود.

چون همه اتم ها دوست دارند در تعادل باشند. اتمی كه نامتعادل شده است به دنبال الكترون آزادی می گردد تا جای خالی الكترون از دست رفته را پر كند. ما می گوییم كه این اتم نامتعادل یك بار مثبت دارد چون تعداد زیادی پروتون دارد.

 

اما بار مثبت و منفی به الكتریسیته چه ربطی دارد؟

 

الکتریسیته چیست؟

دانشمندان و مهندسان چندین راه برای تولید زیاد اتم مثبت و الكترون آزاد پیدا كرده اند. از آن جایی که اتم های مثبت دوست دارند تعادل داشته باشند، الكترون ها را به شدت جذب می كنند. الكترون ها نیز دوست دارند جزئی از یك اتم متعادل باشند، بنابراین آن ها نیز اتم های مثبت را جذب می كنند تا به تعادل برسند.

بنابر این هر چه اتم های مثبت یا الكترون های منفی بیشتری داشته باشید، جاذبه بین آن ها بیشتر است. چون بارهای مثبت و منفی، هم دیگر را جذب می كنند می توانیم كل جاذبه را "بار" بنامیم.

وقتی الكترون ها در بین اتم های ماده حركت می كنند، یك جریان الكتریسیته تشكیل می شود. این چیزی است كه در یك سیم اتفاق می افتد. الكترون ها از یك اتم به اتم دیگر منتقل شده و یك جریان الكتریكی از یك سر به سر دیگر بوجود می آید.    

 

الكتریسیته در بعضی مواد بهتر از مواد دیگر منتقل می شوند. مقاومت یك ماده  نشان می دهد كه چقدر رسانای خوب جریان الكتریسیته است، هر چه مقاومت كمتر، رسانا بهتر. بعضی از مواد به شدت الكترون خود را نگه می دارند و الكترون ها در بین آن ها به سختی حركت می كنند این مواد را عایق می نامیم. پلاستیك، لاستیك، لباس، شیشه و هوای خشك عایق های بسیار خوبی هستند و مقاومت بسیار بالا یی دارند.

مواد دیگری وجود دارند كه الكترون های ضعیفی دارند، الكترون ها در بین آن ها به راحتی حركت می كنند. این گونه مواد را رسانا گویند، اكثر فلزات مانند مس، آلومینیوم، یا استیل رساناهای خوبی هستند.

 

وقتی الكترون ها در بین اتم های ماده حركت می كنند، یك جریان الكتریسیته تشكیل می شود.

 

کلمه الکتریسیته از کجا آمده است ؟

الکترون(Electrons)، الکتریسیته(electricity)، الکترونیک (electronic) و کلمات دیگری که با electr شروع می شوند از کلمه یونانی elecktor به معنی خورشید درخشان گرفته شده است. در یونان electron کلمه ای است که برای کهربا استفاده می شود.

 

کهربا سنگ قهوه ای طلایی بسیار زیبایی است که در نور خورشید برق نارنجی و زرد دارد. کهربا در واقع شیره فسیل شده درخت است. میلیون ها سال پیش حشرات در بین شیره درختان گیر افتادند. حشرات کوچکی که دایناسورها را نیش زده بودند در بدنشان خون با DNA دایناسورها است که حالا در کهربا فسیل شده است.

یونانی های قدیم کشف کردند که کهربا وقتی به خز یا اشیا دیگر مالیده می شود رفتار عجیبی از خود نشان می دهد. مانند جذب پر. آن ها نمی دانستند که چه چیزی باعث این پدیده می شود. اما آن ها یکی از مثال های الکتریسیته ساکن را کشف کردند.

کلمه لاتین الکتریک electricus به معنی تولید از کهربا بوسیله اصطکاک است.

بنابراین ما کلمه انگلیسی الکتریسیته electricity را از کلمات یونانی و لاتین که در مورد کهربا بود گرفته ایم.

 

مترجم: میثم امیری نائینی

منبع: سایت تبیان




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق ,
 

الکتریسیته (برق) چیست ؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 02:08 ب.ظ - یکشنبه 13 اسفند 1391

الکتریسیته (برق) چیست ؟

تهیه کننده : مجید مکاری
منبع : راسخون

برق تعداد بسیار زیادی ازذره های ریز به نام الکترون است.الکترون بخشی از اتم هاست.در همه ی مواد برق هست؛چون همه ی مواد از اتم ساخته شده اند. اما تا زمانی که عاملی الکترون ها را از اتم هایشان دور نکند،هیچ یک از خاصیت های برق را در جسم نمی یابید.
مالش سبب حرکت الکترون ها می شود.وقتی لباس نایلونی به بدن شما مالیده می شود،الکترون ها را از اتم های بدن شما جدا می کند.اتم ها سعی می کنند دوباره الکترون ها را به دست آورند؛در نتیجه لباس به تن شما می چسبد.زمانی که بادکنک را به آستین خود می مالید هم همین اتفاق می افتد.
باتری سبب حرکت الکترون ها می شود.باتری می تواند الکترون ها را در سیم هایی ساخته شده از مس یا سایر فلزات به طرف جلو هل دهد.فلزاتی نظیر مس که الکترون ها می توانند در آن حرکت کنند،رسانا نام دارند.الکترون های کوچک به زور میان اتم های سیم جا می شوند.
برق در هر جای زندگی ما نقش مهمی را بازی می کند. به کمک برق خانه های ما روشن می شود،
غذای ما پخته می شود ، کامپیوتر ، تلویزیون و سایر وسایل برقی ما به کار می افتد . برق باتری باعث حرکت ماشین و روشن شدن چراغ قوه می شود.
حال در اینجا از طریق آزمایشی می توانید به اهمیت برق پی ببرید. از مدرسه ، خانه یا آپارتمان خود شروع به پیاده روی کنید و کلیه وسایل و لوازم خانگی و ماشینهایی را که با برق کار می کنند را یادداشت کنید، سپس متعجب خواهید شد که تعداد زیادی از وسایل روزمرة ما بستگی به برق دارند.
اما برق یا الکتریسیته چیست ؟ از کجا می آید ؟ چگونه کار می کند ؟ قبل از اینکه همة اینها را بفهمیم باید اطلاعات کمی درباره اتمها و ساختمانشان داشته باشیم. کلیة مواد از اتمها ساخته شده و اتمها نیز از ذرات کوچکتر تشکیل شده اند. سه ذره اصلی سازنده اتم عبارتند از پروتون ، نوترون و الکترون.
همانگونه که ماه به دور زمین می چرخد ، الکترونها نیز به دور مرکز یا هستة اتم می چرخند. هسته، مجموعه ای از نوترونها و پروتونها می باشد.
الکترونها دارای بار منفی و پروتونها دارای بار مثبت هستند. نوترون ها خنثی می باشند، به عبارت دیگر نه دارای بار مثبت و نه منفی هستند.
در طبیعت اتمهای مختلفی وجود دارد به گونه ای که هر نوع عنصر دارای اتم خاص خودش است. یک اتم سازندة یک عنصر است. 118 عنصر مختلف شناخته شده وجود دارد. بعضی از عناصر، مثل اکسیژنی که تنفس می کنیم، برای زندگی ضروری هستند.
هر اتم از تعداد مشخصی الکترون ، پروتون و نوترون تشکیل شده است. اما تعداد ذرات یک اتم اهمیتی ندارد. معمولاًٌ تعداد الکترونها باید برابر تعداد پروتونها باشد. اگر تعداد آنها برابر باشد، اتم را خنثی می نامند که در این حالت اتم بسیار پایدار است.
بنابراین اگر اتمی دارای 6 پروتون باشد ، تعداد الکترونهای آن نیز باید 6 عدد باشد. عنصری که دارای 6 الکترون و 6 پروتون است کربن نامیده می شود. کربن به مقدار فراوانی در خورشید ، ستارگان ، ستاره های دنباله دار ، جو اکثر سیارات و در غذایی که می خوریم وجود دارد. زغال سنگ از کربن ساخته شده است ، و الماسها نیز همینطور . بعضی از انواع اتمها دارای الکترونهایی هستند که به خوبی به هم متصل نشده اند. اتمی که الکترون از دست می دهد، پروتونهایش بیش از الکترون بوده و دارای بار مثبت است. اتمی که الکترون می گیرد دارای ذرات منفی بیشتری بوده و بار منفی دارد.
یک اتم باردار را یون می نامند.
الکترونها را می توان از یک اتم به اتم دیگری حرکت داد. هنگامی که این الکترونها بین اتمها حرکت می کنند، برق یا جریان الکتریکی تولید می شود. حرکت الکترونها از یک اتم به اتم دیگر جریان نامیده می شود. در این حالت یک اتم، الکترون گرفته و دیگری الکترون از دست می دهد.
این زنجیره مشابه گروههای آتش نشانی در زمانهای قدیم است که به کمک سطل آتش را خاموش می کردند. اما به جای اینکه سطلی را از نقطة شروع به نقطة پایان برسانند ، هر شخصی می بایست سطلی از آب برای پرکردن از سطلی به سطل دیگر داشته باشد. بدین ترتیب مقدار زیادی آب از سطل بیرون می ریخت و آب کافی برای ریختن روی آتش وجود نداشت . عبور برق از یک سیم یا یک مدار مشابهت زیادی با آنچه که در بالا گفته شد دارد. هنگام عبور برق از سیم ، بار از یک اتم به اتم دیگر عبور می کند.
دانشمندان و مهندسان راههای زیادی را برای حرکت دادن الکترونها به خارج از اتمها یافته اند. به عبارت دیگر با اضافه نمودن الکترونها و پروتونها، به جای اینکه حالت خنثی برقرار شود، شما یک پروتون اضافی خواهید داشت.
از آنجایی که کلیه اتمها می خواهند خنثی باشند ، اتمی که خنثی نیست به دنبال الکترون آزادی جهت پر نمودن محل الکترون از دست رفته می گردد. این اتم غیر خنثی دارای بار مثبت (+) است، زیرا دارای پروتونهای خیلی زیادی می باشد.
الکترون آزاد در اطراف اتم غیر خنثی منتظر مانده تا مکانی برای آن پیدا شود. الکترون آزاد دارای بار منفی است و هیچ گونه پروتونی برای خنثی سازی آن وجود ندارد . بنابراین می گوییم که این الکترون دارای بار منفی (-) است.
حال بارهای مثبت و منفی چه رابطه ای با الکتریسیته دارند؟
دانشمندان و مهندسان چندین روش را برای ایجاد تعداد زیادی اتم مثبت و الکترون آزاد منفی یافته اند. از آنجایی که اتمهای مثبت جهت خنثی شدن به دنبال الکترونهای منفی بوده ، از این رو آنها قابلیت جذب زیادی به اتمهای مثبت دارند. بدین ترتیب اتم مثبت ، الکترون منفی را جذب کرده و خنثی
می شود. هر قدر که تعداد اتمهای مثبت یا الکترونهای منفی بیشتر باشد، قدرت جذب دیگری بیشتر خواهد بود. از آنجایی که هر دو گروه مثبت و منفی یکدیگررا جذب می کنند ، جذب کلی را « بار» می نامند.
زمانیکه الکترونها در بین اتمهای ماده حرکت می کنند، جریان برق تولید می شود. این پدیده ای است که در یک قطعه سیم اتفاق می افتد. الکترونها از یک اتم به اتم دیگر عبور کرده و جریان برق را از یک طرف به طرف دیگر برقرار می کنند ، درست مثل آنچه که در حرکت تصاویر یک فیلم اتفاق می افتد.
معمولاً قابلیت هدایت جریان برق در هر یک از اشیاء متفاوت است. مقاومت هر شئ، میزان قابلیت هدایت جریان برق را نشان میدهد. بعضی از اشیاء دارای الکترونهای خیلی پیوسته به هم بوده و برق از آنها به راحتی عبور نمی کند. به این نوع اشیاء عایق می گویند . لاستیک ، پلاستیک ، شیشه و هوای خشک دارای مقاومت بالایی بوده و عایق های خوبی هستند.
سایر مواد دارای الکترونهای ناپیوسته بوده و برق به آسانی از میان آنها عبور می کند. به این دسته از مواد هادی می گویند . اکثر فلزات از قبیل مس ، آلومینیوم یا فولاد ، هادی های خوبی هستند.
کلمة «الکتریسیته یا برق » از کجا آمده است ؟
الکترونها ، الکتریسیته ، الکترونیک و سایر کلماتی که با «الکتر» شروع می شود همگی ریشه در یک کلمه ی یونانی به نام «elektor» به «معنی خورشید درخشان» دارد. در یونانی «elektron» به معنی کهرباست .
کهربا یک سنگ قهوه ای مایل به طلایی بسیار زیبایی است که در زیر نور خورشید به رنگ نارنجی و زرد می درخشد. در واقع کهربا شیرة درخت فسیل شده ای است که در فیلم پارک ژوراسیک نیز از آن استفاده گردید. میلیون ها سال قبل حشرات به شیرة این درخت چسبیدند. حشرات کوچکی که دایناسورها را نیش زده بودند دارای خونی در بدنشان بودند که اکنون در کهربا قرار داشت.
یونانیان قدیم متوجه شدند که خواص کهربا خیلی عجیب است. به عنوان مثال وقتی کهربا به خز یا سایر اشیاء مالیده می شد ،قادر بود پر را جذب کند. آنها عامل ایجاد این پدیده را نمی دانستند. اما یکی از اولین مثالهای الکتریسیته ی ساکن را یونانیان کشف کرده بودند .
کلمه لاتین «electricus» به معنی «تولید شده از کهربا توسط اصطکاک» می باشد. بنابراین کلمه ی انگلیسی الکتریسیته از کلمات یونانی و لاتینی که در مورد کهربا بوده ، گرفته شده است.
الكتریسیته و خواص آن از دیر باز مورد توجه انسان بوده است . از زمانی كه رعد و برق در آسمان دیده شد و از لحظه ای كه تا لس از خا صیت كهربا نام برد تا آواخر قرن نوزدهم همیشه معمای الكتریسیته در میان كاوشگران وجود داشته است.
استفاد ه از انرژی الكتریسیته امروزه بیش از سایر انرژی ها مورد استفاده قرار می گیرد. بطوریكه بدون این انرژی استفاده از لوازم خانگی ، وسایل رو شنایی ، و دستگاههای مدرن امروزی غیر ممكن است .
اگر چه كاربرد و استفاده انرژی الكتریسیته در زمانهای اخیر مورد استفاده قرار گرفته است ، ولی در حدود 2000 سال قبل توسط یونا نیها كشف شده بود . آنها پی بردند كه وقتی ماده ای به نام كهربا به ماد ه دیگری مالش داده شود با نیروی عجیبی بادار می شود . چنین كهر بای بارداری اجسامی مانند برگ خشك و برداه های چوب را جذب می كند .(واژه ء الكتریسیته از كلمه یونانی الكترون به نام كهر با گر فته شده است .)
راههای ایجاد انرژی الكتریسیته؟
1- اصطكاك یا مالش
2- تماس
3- القاء
(بحث درباره راههای ایجاد انرژی الكتریسیته خارج از این مبحث می باشد.)
استفاده از انرژی الكتریسیته:
انرژی الكتریسیته به عنوان یك منبع انرژی كه به سادگی به نیرو و روشنایی تبدیل می شود شناخته می شود.
از انرژی الكتریكی از چهار اثر یا خا صیت اصلی الكتریسیته نشات می گیرد.
1- اثر حرارتی: مانند تستر(نان برشته كن ) ، اتو و اجاقهای برقی كه در مراحل تولید و انتقال و توزیغ برق در هادیها و دستگاهها ایجاد می شود یك انرژی تلف شده محسوب می گردد.
2- اثر روشنایی: وقتی فیلامان یك لامپ گرم می شود یا یك قوس الكتریكی تولید می گردد نور ایجاد می شود مانند لامپهای رشته ای و بخار سدیم.
3-اثر شیمیایی: جریان الكتریكی را می تواند ملكولهای شیمیایی معینی را به اتمهای آنها را بشكند. برای مثال آب طی فرآیندی به نام تجزیه شیمیای ( الكترولیز) به هیدروژن و اكسیژن تجزیه می شود. الكترولیز در صنعت برای آب فلز كاری و ساخت آلومینیوم استفاده می شود.
4- اثر مغناطیسی: میدان مغناطیسی یا آهنربایی اطراف یك سیم حامل جریان را می توان با پیچیدن سیم به شكل سیم پیچ (بوبین) به دور یك هسته از مواد مغناطیسی افزایش داد. این اثر در ژنراتور ها یا مولدهای نیرو و ترانسفور ماتورها استفاده می شود.
تولید انرژی الكتریكی:
وقتی كه سیمی درون یك میدان مغناطیسی حركت می كند یك با ر الكتریكی د ر سیم القاء می شود . بنابراین برای تولید الكتریسیته جاری تعدادی مغناطیس الكتریكی بروی آرمیچری پیچیده شده و داخل یك استاتور كه خود دارای سیم پیچ بسیاری است می چرخد. آرمیچر به یك توربین متصل است وقتی كه آب ، باد یا بخار آب به پرهای توربین برخورد می كند باعث چرخیدن آن و تولید انرژی الكتریكی می شود.
منابع دیگر تولید انرژی الكتریكی:
از دیگر منابع تولید انرژی الكتریكی می توان انرژی خورشیدی ، بادی ، گرمایش زمین ، موتورهای دیزلی ، پیل شیمیایی و ....را نام برد.
انرژی خورشیدی: یك سلول فتو ولتیك از جنس سلیكن یا سلول خورشیدی كه مستقیما الكتریسیته را از نور خورشید تبدیل می كند.
انرژی گرمایشی زمین (ژئو ترمال): استفاده از گرمای درونی حفرهای زمین برای بخار كردن آب و چرخاندن پرههای توربین تو لید انرژی الكتریسیته.
اگرچه که الکتریسته به عنوان نتیجه واکنش شیمیایی ای که در یک پیل الکترولیک از زمانی که الساندرو ولتا در سال1800م این آزمایش را انجام داد، شناخته می شده است، اما تولید آن به این روش گران بوده و هست. در سال 1831م، میشل فارادی ماشینی ابداع کرد که از حرکت چرخشی تولید الکتریسته می کرد، اما حدود پنجاه سال طول کشید تا این فن آوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شود. در سال 1878م، توماس ادیسون جایگزین عملی تجاری ای را برای روشنایی های گازی و سیستم های حرارتی ایجاد کرد و به فروش رساند که از الکتریسته جریان مستقیمی استفاده می کرد که بطور منطقه ای تولید و توزیع شده بود، استفاده می کرد. در سیستم جریان مستقیم ادیسون، ایستگاه های تولید توان اضافی می بایست نصب می شدند. بدلیل اینکه ادیسون قادر نبود سیستمی را تولید کند که به ژنراتورهای چندگانه اجازه بدهد که به یکدیگر متصل شوند، گسترش سیستم او نیاز داشت که تمامی ایستگاه های تولید جدید مورد نیاز ساخته شوند.
نیاز به نیروگاه های اضافی ابتدا توسط قانون اهم بیان شده است: بدلیل اینکه تلفات با مربع جریان یا بار و با خود مقاومت متناسب است، بکار بردن کابل های طولانی در سیستم ادیسون به مفهوم داشتن ولتاژهای خطرناک در برخی نقاط یا کابل های بزرگ و گران قیمت و یا هر دوی اینها بود.
نیکولا تسلا که مدت کوتاهی برای ادیسون کار می کرد و تئوری الکتریسته را بگونه ای درک کرده بود که ادیسون درک نکرده بود، سیستم جایگزینی را ابداع کرد که از جریان متناوب استفاده می کرد. تسلا بیان داشت که دو برابر کردن ولتاژ جریان را نصف می کند و منجر به کاهش تلفات به میزان 4/3 می شود و تنها یک سیستم جریان متناوب اجازه انتقال بین سطوح ولتاژ را در قسمت های مختلف آن سیستم ممکن می سازد. او به توسعه و تکمیل تئوری کلی سیستم اش ادامه داد و جایگزین تئوری و عملی ای را برای تمامی ابزارهای جریان مستقیم آن زمان ابداع کرد و ایده های بدیعش را در سال 1887م در 30 حق انحصاری اختراع به ثبت رساند.
در سال 1888م کار تسلا مورد توجه جرج وستینگهاوس که حق انحصاری اختراع یک ترانسفورماتور را در اختیار داشت و یک کارخانه روشنایی را از سال 1886م در گریت بارینگتون، ماساچوست راه اندازی کرده بود، قرار گرفت. اگرچه که سیستم وستینگهاوس می توانست از روشنایی های ادیسون استفاده کند و دارای گرم کننده نیز بود، اما این سیستم دارای موتور نبود. توسط تسلا و اختراع ثبت شده اش، وستینگهاوس یک سیستم قدرت برای یک معدن طلا در تلورید، کلورادو در سال 1891 ساخت که دارای یک ژنراتور آبی 100 اسب بخار(75 کیلو وات) بود که یک موتور 100 اسب بخار (75 کیلو وات) را در آنسوی خط انتقالی به فاصله 5/2 مایل (4 کیلومتر) تغذیه می کرد. سپس در یک قرارداد با جنرال الکتریک که ادیسون مجبور به فروش آن شده بود، شرکت وستینگهاوس اقدام به ساخت یک نیرگاه در نیاگارا فالس کرد که دارای سه ژنراتور تسلای 5000 اسب بخار بود که الکتریسته را به یک کوره ذوب آلومینیوم در نیاگارا ، نیویورک و به شهر بوفالو، نیویورک به فاصله 22 مایل (35 کیلومتر) انتقال می داد. نیروگاه نیاگارا در 20 آوریل 1895م شروع به کار کرد.
انرژی الکتریکی در حال حاضر
امروزه سیستم انرژی الکتریکی جریان متناوب تسلا کماکان مهمترین ابزار ارایه انرژی الکتریکی به مصرف کنندگان در سراسر جهان است. با وجود جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) برای ارسال مقادیر عظیم الکتریسته در طول فواصل بلند بکار می رود، اما قسمت اعظم تولید الکتریسته، انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسته و داد و ستد الکتریسته با استفاده از جریان متناوب محقق می شود.
در بسیاری از کشورها شرکت های توان الکتریکی کلیه زیرساخت ها را از نیروگاه ها تا زیرساخت های انتقال و توزیع در اختیار دارند. به همین علت، توان الکتریکی به عنوان یک حق انحصاری طبیعی در نظر گرفته می شود. صنعت عموماْ به شدت با کنترل قیمت ها کنترل می شود و معمولا مالکیت و عملکرد آن در دست دولت است. در برخی کشورها بازارهای الکتریسته وسیع با تولید کننده ها و فروشندگان الکتریسته، الکتریسته را مانند پول نقد و سهام معامله می کنند.
اختراع برق، 20 درصد از خواب مردم جهان را كاسته است
به گفته پزشكان، اختراع برق و روشنایی، باعث كاهش خواب مردم در سطح جهان نسبت به قرن گذشته بوده و این در حالی است كه خواب یكی از اساسی ترین نیازهای بشر است و پزشكان نسبت به غذا نخوردن و تماشا نكردن تلویزیون قبل از خواب، برای ایجاد خواب راحت توصیه كردند.
به گزارش سلامت نیوزو به نقل از پایگاه خبری شین هوآ، نتایج تحقیقات انجام شد پژوهشگران دانشگاه كلمبیا نشان می دهد، این امر پس از اختراع برق و ورود روشنایی در شب به منازل رخ داده است.
بنابر این گزارش، به گفته پزشكان كم خوابی علاوه بر ایجاد خستگی و اختلالات روحی روانی در افراد می شود بلكه یافته های جدید نشان می دهد خطر بروز چاقی در افراد در شبانه روز كمتر از چهار ساعت می خوابند، 73 درصد بیشتر است.
یادآور می شود، خوابیدن یكی از نیازهای ضروری بدن انسان برای داشتن سلامت است و پرهیز از غذاخوردن بعد از ساعت هشت شب و تماشا نكردن تلویزیون در هنگام خواب در دستورالعمل ها تاكید شده است.
چند جمله جالب و معنی دار از ادیسون :
1- با یک نیاز شروع کنید:
"من هرگز چیزی را قبل از اینکه فکر کنم چه فایده هایی می‌تواند برای مردم داشته باشد اختراع نکردم. فکر کردم جهان چه چیزی نیاز دارد و سپس به اختراع پرداختم"
2- گول نخورید:
"مشغول بودن همیشه به معنی مفید بودن نیست، کار واقعی وقتی مشخص می‌شود که نتیجه‌ی خوبی بدهد و برای گرفتن نتیجه خوب چیز هایی از قبیل برنامه ریزی، هماهنگی، ذکاوت، شجاعت و… لازم است. با تظاهر کردن چیزی درست نمی‌شود."
3- سخت کوش و صبور باشید:
"صبر و شکیبایی کلید موفقیت است فقط باید به آن ایمان داشته باشید."
4- تلاش یک الزام است:
"نبوغ یک درصد ذاتی و نود و نه درصد به دست آوردنی است.
"۵- شکست شما را به موفقیت نزدیک‌تر می‌کند:
"من شکست نخوردم بلکه ده هزار راه اشتباه را پیدا کردم.
"6- ما توانایی انجام کار های فوق العاده را داریم:
"اگر ما به اندازه‌ی توانمان تلاش کرده بودیم الان خیلی خیلی شگفت زده تر بودیم.
"۷- گاهی شکست شروع موفقیت است:
"فقط چون چیزی کاری که شما ازش می‌خواهید را انجام نمی‌دهد به این معنی نیست که به درد نخور است.
"۸- زود تسلیم نشوید:
"مهم‌ترین نقطه ضعف ما زود تسلیم شدن است، معمول ترین راه موفقیت فقط یک بار دیگر امتحان کردن است.
"۹- از کاری که می‌کنید لذت ببرید:
"من حتی یک روز هم در زندگی‌ام کار نکردم، آنها همه اش تفریح بود.
"۱۰- خلاق باشید:
"برای داشتن یک ایده‌ی ناب کلی ایده داشته باش."
۱۱- وسواس نداشته باشید:
"برای اختراع کردن یک قوه‌ی تصور قوی نیاز دارید و مقداری خرت و پرت!"

 


منابع :
برق http://daneshnameh.roshd.ir
برق چیست؟(تارخچه الكتریسیته) http://www.sh.9cy.com
اختراع برق، 20 درصد از خواب مردم جهان را كاسته است http://www.salamatnews.ir
برق چیست ؟ http://electrisite.blogfa.com
الکتریسیته (برق) چیست ؟ http://www.ngdir.ir




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق ,
 

سلول خورشیدی چیست و چگونه می‌توانیم در خانه یک سلول خورشیدی بسازیم؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 10:03 ب.ظ - جمعه 11 اسفند 1391

ابتدا توضیح کوتاهی درباره‌ی سلول‌های خورشیدی میدم و سپس به روش ساختن سلول خورشیدی می‌پردازم:
سلول خورشیدی وسیله‌ای است برای تبدیل مستقیم انرژی خورشید به انرژی الکتریکی که از طریق واکنش فتو‌ولتائیک صورت می‌گیرد.
پدیده‌ی فتوولتائیک (Photovoltaic effect) فرایندی است که حاصل آزاد شدن الکترون از قید هسته، در برخورد با (فوتون های) نور مرئی یا اشعه ی X در یک ماده ی نیمه رسانا است.
به‌طور کلی از نظر فناوری ساخت، 3 دسته سلول خورشیدی داریم که دو دسته‌ی اول در حال حاضر به صورت صنعتی تولید می‌شوند و دسته‌ی سوم در سطح آزمایشگاهی و پژوهشی تولید شده است.

سلول‌های خورشیدی نسل اول: سیلیکون کریستالی که از عنصر نیمه‌رسانای سیلیکون به‌طور گسترده در آن استفاده می‌شود. سیلیکون، عمومی‌ترین ماده نیمه‌رسانا است که به‌واسطهٔ فراوانی آن در سلول‌های (PV فتوولتائیک) مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر چه سلیکون عنصر فراوانی است و درصد زیادی از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد، ولی سلول‌های سیلیکونی به خاطر فرآیند ساخت و خالص‌سازی سیلیکون، قیمت بالایی دارند .

سلول‌های خورشیدی نسل دوم: فناوری فیلم نازک که توسط این فناوری میزان مصرف سیلیکون و مواد نیمه‌رسانای دیگر در این حالت بسیار کمتر از مورد اول است، هزینه‌ی تولید کمتری دارد و از مواد آلی و قابل بازیافت به عنوان سطح پایه استفاده شده که خصوصیات کاربردی ویژه‌ای به سلول خورشیدی می‌دهد. برای مثال با داشتن قابلیت انعطاف‌پذیری فیلم، کاربرد این سلول‌ها را در سطوح شیشه‌ی خودروها، لباس‌ها و حتی ساعت مچی امکان‌پذیر می‌کند. از معایب آن بازده کمتر نسبت به سلول‌های سیلیکونی کریستال نسل اول است که هم اکنون محققان در تلاشند این راندمان را افزایش دهند.
سلول‌های خورشیدی نسل سوم: در سطوح پژوهشی تولید شده و با استفاده از فناوری‌های نانو و مواد پلیمری جدید، بازده آن را به‌طور چشمگیری بالا برده‌اند اما تولید آنها فعلا در سطح صنعتی صورت نگرفته است.
 
تعدادی از کاربردهای روزمره سلول‌های خورشیدی را در زیر می‌بینید.

شکل 1
شارژر خورشیدی
تلفن همراه 

شکل 2
تامین انرژی در
ساختمان ها

شکل 3 
تامین انرژی در
ماهواره‌ها و فضاپیماها

 
امروزه می‌توان سلول‌های خورشیدی با ولتاژهای متفاوت را که اغلب از نوع سیلیکونی است از فروشگاه‌های لوازم الکتریکی تهیه کرد اما ساخت یک سلول خورشیدی خانگی خالی از لطف نیست.
برای ساخت یک سلول خورشیدی به وسایل زیر نیاز دارید:
1. دو قطعه ورق مسی به ابعاد دلخواه

2. گرم‌کن یا اجاق برقی (از اجاق گازی استفاده نکنید) 
3. دو سیم سوسماری 
4. یک میکروآمپرسنج که جریان بین10-50 میکرو آمپر را اندازه‌گیری کند.
5. نمک معمولی
6. آب
7. سنباده‌ی کاغذی
8. قیچی ورق‌بر برای برش ورق مس
9. بطری پلاستیکی شفاف (بطری 2 لیتری یا بزرگتر)

برای شروع کار ابتدا یک ورق مس به ابعاد اجاق برقی خود ببرید. حدود 10×10 سانتی‌متر مناسب است. توجه داشته باشید که هر چه ابعاد ورق مس بزرگ‌تر باشد مقدار جریان و توان (وات) بیشتری خواهید داشت. بعد از تهیه ورق دست‌های خود را کاملا بشویید و خشک کنید و مطمئن شوید هیچ‌گونه چربی روی پوست دستتان نباشد (همین‌طور ورق مس). سطح ‌ورق را با پارچه‌ی خشک تمیز کنید سپس با سمباده کاغذی هر دو سطح ورق را کاملا سمباده بزنید تا اکسید مس از روی ورق کاملا زدوده شود و سطحی درخشان و قرمز مسی ایجاد شود.

حالا لازم است تا ورق مس را گرم کنید تا لایه‌ای از اکسید در سطح آن ایجاد شود. شاید کمی گیج‌کننده باشد اما لایه اکسیدی که ما می‌خواهیم ایجاد کنیم اکسید مس با فرمول cu2o خواهد بود. گرم‌کن یا اجاق برقی را تا آخرین توان گرم کرده و ورق مس را روی آن قرار دهید و بگذارید ورق کاملا سرخ شود. تغییرات مس را به دقت مشاهده کنید. می‌بینید که به‌تدریج رنگ قرمز به سبز درخشانی تبدیل می‌شود.

بگذارید ورق مس حدود نیم ساعت داغ شود. در انتها پوسته ای سیاه رنگ از اکسید بر روی مس تشکیل می شود. گرم‌کن را خاموش کنید و حتما بگذارید ورق به آرامی سرد شود. این کار باعث می‌شود تا لایه اکسید سیاه رنگ به راحتی از مس جدا شود و برای جدا کردن آن دردسر زیادی نخواهید کشید. در صورتی که تکه هایی از اکسید روی ورق باقی ماند تحت هیچ شرایطی ورق را خراش و سمباده نزنید. چون در زیر این لایه سیاهرنگ در واقع همان لایه مس مدنظر ما قرار دارد که لایه‌ای از مس متمایل به نارنجی است که اصطلاحا لایه حساس به نور یا Photosensitive  است که بخش اصلی سلول خورشیدی ما را تشکیل می‌دهد. 

از اینجا به بعد کار ساده است.

قطعه‌ی دیگری از مس با همان ابعاد قبلی ببرید. حالا هر دو ورق مس را کمی انحنا دهید تا در بطری پلاستیکی جای بگیرد. دقت کنید که این دو قطعه با هم تماس نداشته باشند. در حقیقت این دو فلز الکترودهای منفی و مثبت باتری خورشیدی شما هستند. حالا سیم‌های سوسماری را بردارید و  میکروآمپر سنج و ورق های مس را با هم اتصال دهید. ورق مس اکسید شده را به خروجی منفی (-) و ورق مسی دوم را به خروجی مثبت (+) آمپرسنج وصل کنید. 3-2 قاشق غذاخوری نمک را در مقداری آب گرم بریزید و به هم بزنید تا کاملا حل شود. سپس آب نمک حاضر شده را در بطری پلاستیکی بریزید و دقت کنید که گیره‌های سوسماری خیس نشوند. لازم نیست که تا لبه بطری را از آب پر کنید، کمی از لبه ظرفتان را خالی بگذارید. حالا دستگاهی که ساختید را زیر نور خورشید امتحان کنید و بالا رفتن عقربه آمپرسنج را مشاهده کنید و عددی که نشان میِ‌دهد را یادداشت کنید.


ببینید چه راهی وجود داره که این مقدار رو بیشتر کنید.   
سعی کنید با نیمه‌رسانا های دیگه این کار رو تکرار کنید و روش‌تون رو بهبود بدید.
امیدوارم موفق باشید.

توضیح علمی پدیده: فوتون‌ها از نور خورشید با سلول خورشیدی برخورد کرده و توسط مواد نیمه‌رسانا مانند سیلیکون (و در اینجا  ورق اکسید مس) جذب می‌شوند. الکترون‌ها در این نیمه‌رسانا‌ها انرژی گرفته از قید هسته و مدار الکترونی خود رها شده در کل ماده به صورت شناور به حرکت در می‌آیند. الکترون‌ها آزادشده، وارد محلول نمک (الکترولیت) شده سپس وارد ورق مس تمیز می‌شوند، از طریق سیم به آمپرسنج و دوباره به ورق اکسید مس انتقال می‌یابند. فرق این باتری با باتری‌های معمولی این است که آغازگر جریان الکتریکی یک واکنش شیمیایی نیست بلکه فوتون‌های نور مرئی است. 
منبع:


اقتباس شده سایت رشد





دسته بندی : علوم ریاضی؛نور , علوم ریاضی؛برق ,
 

سلول‌های خورشیدی چطور كار می‌كنند؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 09:49 ب.ظ - جمعه 11 اسفند 1391

مقدمه

شاید ماشین حساب‌هایی را كه سلول‌های خورشیدی دارند دیده باشید (ماشین‌حساب‌هایی كه هرگز به باطری نیاز ندارند و برخی از آن‌ها حتی دكمه‌ی خاموش هم ندارند و وقتی نور به اندازه‌ی كافی وجود داشته باشد، به نظر می‌رسد كه تا ابد كار می‌كنند. ممكن است صفحه‌های خورشیدی بزرگ‌تر را نیز دیده باشید). بر روی تابلو‌های جاده‌ای اضطراری یا جعبه‌های پیل، به روی شناور‌‌ها، حتی در محوطه‌ی پاركینگ‌ها كه لامپ‌ها را روشن نگه ‌می‌دارند. اگرچه این صفحه‌های بزرگ خورشیدی برای به كار بردن در ماشین حساب‌ها متداول نیستند، و اگر بدانید كجا دنبال‌شان بگردید، كشف آن‌ها دشوار نیست. ردیف سلول‌های خورشیدی بر روی ماهواره‌ها قرار گرفته‌اند كه سیستم‌های الكتریكی را به كار می‌اندازند.

احتمالاً شما نیز ممكن است «انقلاب خورشیدی» طی 20 سال گذشته چیزهایی شنیده‌اید. این عقیده كه روزی برق كاملاً رایگان را از خورشید می‌گیریم. چنین حرفی قولی اغوا كننده است: «در روشنایی یك روز آفتابی تابش خورشید حدود 1000 ولت انرژی در مجذور متر از سطح صفحه‌ها است و اگر بتوانیم كُل انرژی را جمع آوری كنیم، خانه‌‌ها و محل كارمان را به آسانی و به‌صورت رایگان می‌توانیم روشن كنیم.»


حال به بررسی نحوه‌ی تبدیل انرژی خورشیدی به برق می‌پردازیم. در این فرایند متوجه می‌شویم كه چرا در پی جمع آوری انرژی خورشید برای كاربرد روزانه هستیم و چرا پیش از رسیدن به مرحله‌ی «ارزش مؤثر» برای عملی شدن آن، همچنان تحقیقات بیش‌‌تری انجام می‌دهیم.


  سلول‌های فوتو ولتایی: تبدیل فوتون به الكترون

سلول‌های خورشیدی كه بر روی ماشین‌حسا‌ب‌ها و ماهوار‌ه‌ها می‌بینید، سلول‌ها یا اتاقك‌های فوتو‌ولتایی هستند (این اتاقك‌ها در واقع گروهی از سلول‌های الكتریكی متصل به هم هستند و طبق قاعده‌ای خاص بسته‌بندی می‌شود). فوتو ولتا‌ها درست مانند پیغامی ضمنی هستند (فوتو = نور ،‌ ولتا = الكتریسیته)؛ نور خورشید مستقیماً به برق تبدیل می‌شود. قبل‌ها تقریباً فقط در فضا به كار می‌رفت؛‌ فوتو ولتاها بیش‌تر و بیش‌تر به شیوه‌هایی كم‌تر عجیب مورد استفاده قرار گرفته‌اند. آن‌ها حتی می‌توانند خانه‌هایتان را روشن كنند. این قطعات چگونه كار می‌كنند؟

سلول‌های فوتو ولتایی (PV) از مواد مخصوصی به نام نیم‌رسانا ساخته می‌شوند مانند سیلیكون كه معمولاً بیش‌ترین كاربرد را دارد. اساساً وقتی نور به سلول برخورد كند، بخش معینی از آن جذب و ماده‌ی نیمه‌رسانا می‌شود. این یعنی انرژی نور جذب شده به نیمه رسانا منتقل می‌شود. این انرژی به الكترون‌های سُست ضربه می‌زند و به آن‌ها اجازه‌ی حركت مستقل را می‌دهد. سلو‌ل‌های PV همگی یك یا چند میدان الكتریكی دارند كه برای اعمال نیرو الكترون‌های آزاد به‌وسیله‌ی جذب نور برای جاری شدن در یك جهت معین در كنش هستند.

این نوع جاری شدن الكترون‌ها یك جریان است، و با فلز واقع در بالا و پایین سلول PV متصل است، می‌توانیم دریابیم كه جریان مورد استفاده، سطحی است. برای مثال این جریان یك ماشین حساب را می‌تواند به كار اندازد. همچنین همراه با ولتاژ سلول (كه حاصل   میدان‌های الكتریكی یا میدان وجود دارد) توانی برحسب وات كه سلول خورشیدی می‌تواند تولید كند را تعیین می‌كند.

این مرحله‌ی اصلی است، ولی در واقع مراحل بیش‌تری وجود دارند. بیایید نگاهی عمیق‌تر به نمونه‌ای از سلول PV داشته باشیم: یك سلول سیلیكونی تك بلوری.


  سیلیكون چگونه سلول خورشیدی را می‌سازد؟

سیلیكون خواص شیمیایی ویژ‌ه‌ای بخصوص در ساختار بلورینش دارد. یك اتم سیلیكون، 14 الكترون دارد كه در سه پوسته‌ی محتلف روی هم قرار گرفته‌‌اند. دولایه‌ی اول نزدیك‌تر به مركز كاملاً پر شده‌اند. ولی لایه‌ی بیرونی با داشتن 4 الكترون نیمه‌پر است. به طوری كه اتم سیلیكون همیشه در جستجوی راهی برای پر كردن لایه‌ی اخر است (تا 8 الكترون را كامل بگیرد). برای انجام این كار، این الكترون‌ها را با 4 تا از اتم‌های سیلیكون همسایه‌اش شریك خواهد كرد.

هر اتم تمایل دارد كه موقعیت خود را با اتم‌های همسایه‌اش حفظ كند، فقط در این مورد هر اتم از 4 سمت به 4 همسایه‌اش متصل است. این قالب ساختار بلوری است و ایجاد این ساختار برای این نوع سلول PV  اهمیت دارد.

سیلیكون بلوری خالص را تعریف كردیم. سیلیكون خالص رسانای ضعیف الكتریكی است، زیرا هیچ‌یك از الكترون‌های آن  مثل الكترون‌ها در رساناهای خوبی چون مس، به اطراف حركت نمی‌كنند. در عوض الكترون‌ها در ساختار بلوری كاملاً قفل شده‌ای قرار دارند. سیلیكون در یك سلول خورشیدی كمی تغییر می‌كند؛ چراكه همچون یك سلول خورشیدی عمل خواهد كرد.

سلول خورشیدی سیلیكون را به همراه ناخالصی‌هایی دارد (اتم‌های دیگری با اتم‌های سیلیكون آمیخته می‌شوند، با تغییر دادن روش‌هایی كه یك ذره‌ی عمل می‌كند). معمولاً تصور می‌كنیم كه ناخالصی‌‌ها چیزهای نامطلوبی‌اند. ولی در اینجا سلول بدون وجود ناخالصی به كار نمی‌افتد! این ناخالصی‌ها به منظور خاصی افزوده می‌شوند. سیلیكون را با یك اتم فسفر در دوطرف در نظر بگیرید؛ شاید برای هر یك میلیون اتم سیلیكون فسفر در لایه‌ی خارجی‌اش 5 الكترون دارد نه 4 تا. همیشه با اتم‌های سیلیكون مجاورش پیوند می‌خورد، ولی به یك مفهوم، فسفر الكترونی دارد كه از هیچ طرف به چیزی متصل نیست. بخشی از یك پیوند شكل نمی‌گیرد،‌ ولی یك پروتون مثبت در هسته‌ی فسفر آن‌ را در جایی نگه می‌دارد.

وقتی انرژی به سیلیكون خالص اضافه می‌شود (مثلاً به‌صورت گرما)، می تواند موجب شود كه پیوند تعدادی از الكترون‌ها شكسته شود و اتم‌هایشان را ترك كنند. یك حفره در هر نمونه از آزاد شده است. سپس این الكترون‌ها، به طور اتفاقی پیرامون شبكه‌ی بلوری پراكنده می‌شوند و حفره‌ی دیگری را جستجو می‌كنند كه درون آن سقوط كنند. این الكترون‌ها «حامل‌های آزاد» نامیده می‌شوند و می‌توانند جریان الكتریكی را جابه‌جا كنند. بنابراین تعداد كمی از آن‌ها در سیلیكون خالص وجود دارند (هر چند خیلی مفید نیستند). سیلیكون ناخالص كه با اتم‌های فسفر تركیب شده داستانی متفاوت دارد. انرژی بسیار كم‌تری برای ضربه‌ زدن به یكی از الكترون‌های سُست «اضافی» فسفر صرف می‌شود؛ زیرا آن‌ها در یك پیوند، مقید نشده‌اند (همسایگانشان مانع آن‌ها نشده‌اند). به همین خاطر بیش‌تر این الكترون‌ها آزاد می‌شوند و ما نسبت به سیلیكون خالص حامل‌های آزاد بسیار ببیش‌تری در سیلیكون خالص داریم. این فرایند اضافه كردن ناخالصی را «ناخالص سازی» می‌نامیم. سیلیكون به‌دست آمده به دلیل پخش الكترون‌ های آزاد «نوع N» نامیده می‌شود (Negative). سیلیكون آلاییده‌ی نوع N، رسانای بسیار بهتری نسبت به سیلیكون خالص است.

در واقع فقط بخشی از سلول خورشیدی از نوع N است. سایر قسمت‌ها با «بور» آلاییده می‌شوند كه به جای 4 الكترون فقط 3 الكترون در لایه‌ی بیرونی خود دارد، بدین ترتیب سیلیكون نوع p می‌شود. سیلیكون نوعp، (Positive)به جای داشتن الكترو‌ن‌های آزاد،  حفره‌ی آزاد دارد. حفره‌ها در واقع فقط فقدان الكترون‌ها هستند. پس آن‌ها بار قرینه(+) حمل می‌كنند. آن‌ها فقط در اطراف الكترو‌هایی با عملكرد مشابه حركت می كنند.

قسمت جالب وقتی آغاز می‌شود كه سیلیكون نوع N را با سیلیكون نوع P به كار ببرید. به یاد داشته باشید كه هر سلول PV در نهایت یك میدان الكتریكی دارد. بدون میدان الكتریكی سلول كار نخواهد كرد، و این میدان نیز هنگامی به‌وجود می‌آید كه سیلیكون نوع N و نوع P در تماس هستند. فوراً الكترون‌های آزاد سمت N كه همدیگر جستجوی حفره ‌ای برای سقوط در آن‌ها می‌باشند، حفره های آزاد سمت P را دیده و در یك یورش ناگهانی آن‌ها را پُر می‌كنند.

 

  تشریح یك سلول

پیش از این، سیلیكون از نظر الكتریكی كاملاً خنثی بود. الكترون‌های اضافی توسط پروتون‌های اضافی فسفر از تعادل خارج می‌شوند. الكترون‌های از دست رفته‌ (حفره‌ها) با پروتون‌های از دست رفته‌ی بور، تعادل را از بین می‌برند. وقتی حفره‌ها و الكترون‌ها در پیوندگاه بین سیلیكون نوع N , P تركیب می‌شوند،‌ به هر حال خنثایی از دست می‌رود. آیا الكترون‌های آزاد همه‌ی حفره‌های آزاد را پُر می‌كنند؟ نه! اگر آن‌ها چنین كنند، پس این نظم كامل مفید نخواهد بود. ولی درست در پیوندگاه، آن‌ها آمیخته شده و حصاری را به‌وجود می‌آورند. با سخت‌تر و سخت‌تر كردن آن برای الكترون‌های نوع N  كه به سمت P عبور می‌كنند. در نهایت موازنه‌ برقرار می‌شود و ما یك میدان الكتریكی جداگانه‌ی دوجانبه داریم.


این میدان الكتریكی با هل دادن الكترون ها برای جاری شدن از نوع p به نوع N و نه به طریق دیگری همانند دیود عمل می‌كند. این حالت شبیه یك توده است (الكترون‌ها به سادگی می‌توانند به توده سرازیر شوند، ولی نمی‌توانند از آن بالا روند).

بنابراین ما یك میدان الكتریكی فعال به‌دست آورده ایم؛ مانند یك دیود كه در آن الكترون‌ها فقط می‌توانند در یك جهت حركت كنند.

هنگامی كه نور در قالب فوتون‌ها، به سلول خورشیدی برخورد كنند، انرژی آن‌ها زوج الكترون-حفره‌ آزاد می‌كند. هر فوتون با انرژی كافی معمولاً یك الكترون را به طور كامل آزاد خواهد كرد و یك حفره‌ی آزاد را نیز نتیجه می‌دهد.

اگر این رویداد به قدر كافی به میدان الكتریكی نزدیك باشد، یا اگر الكترون آزاد و حفره‌ی آزاد رویداد انحراف به درون گستره‌ی تأثیرش رخ دهد، این میدان الكترون را به سمت N  و به سمت P حفره گسیل خواهد كرد. این بیشتر در نتیجه‌ی اتمام خنثایی الكتریكی است و اگر ما یك مسیر جریان سطحی را به‌وجود آوریم، الكترون‌ها در سراسر مسیر در جهت اصلی‌‌شان (سمت P) برای پیوستن به حفره‌هایی كه انجام كار میدان الكتریكی به آن‌جا گسیل شده، جریان می‌یابند. حركت الكترون جریان را تولید می‌كند، و میدان سلول ولتاژ را به‌وجود می‌آورد. با داشتن جریان و ولتاژ توان را داریم كه حاصل‌ضرب این دو خواهد بود.



مراحل بیش‌تری هستند كه پیش از آن‌كه ما واقعاً بتوانیم از سلول استفاده كنیم رها می‌شوند. سیلیكون پیش می‌آید كه ماده‌ی بسیار صیقلی باشد، كه به معنی اینست كه بسیار بازتابننده است. فوتون‌هایی كه بازتابنده‌اند نمی‌توانند توسط سلول به كار ‌روند. به همین علت، یك اندود ضد انعكاس در بالای سلول به كار رفته كه اتلاف بازتاب را تا كم‌تر از 5 درصد كاهش می‌دهد.

مرحله‌ی آخر صفحه‌ی روكش شیشه‌ای كه سلول را از عناصر حفظ می‌كند. اتاقك‌های PV با اتصال چندین سلول (معمولاً 36 عدد) به ‌صورت سری و موازی برای دست‌یابی به ترازهای مفید ولتاژ و جریان ساخته می‌شوند و با به كار بردن آن‌ها در یك قالب تنومند با یك پوشش شیشه‌ای و پایانه‌های مثبت و منفی پشت آن كامل می‌شود.



سلول PV چه‌مقدار از انرژی تابشی خورشید را جذب می‌كند؟ متأسفانه بیش‌ترین چیزی كه سلول ساده‌ی ما می‌تواند جذب كند حدود 25 درصد است و البته 15 درصد و كم‌تر محتمل‌تر است. چرا این‌قدر كم؟

 

شكل 4- ساختار یك مولد سلول سیلیكونیPV

شكل 3- (A) سیلیكون نوع N و (B) سیلیكون نوعP
عملكرد سلول فوتوولتایی

شكل2- (A) سیلیكون نوع N و (B) سیلیكون نوعP
اثر میدان الكتریكی روی سلول فوتو ولتایی

شكل 1- در این تصویر صفحه‌های خورشیدی را می‌بینید
كه جذب انرژی خورشیدی برای تولید هیدروژن به كار می‌رود.

منبع: سایت رشد




دسته بندی : علوم ریاضی؛نور , علوم ریاضی؛برق ,
 

مقدمه ای بر سلول های خورشیدی

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 09:44 ب.ظ - جمعه 11 اسفند 1391

AWT IMAGE

امروزه بشر در اثر پیشرفت های علمی در زمینه های گوناگون نیاز روزافزونی به انرژی پیدا کرده است. این امر او را بر آن داشته تا با روشهای گوناگون انرژی مورد نیاز خود را کسب کند. در عین حال اساسی ترین مشکلی که در تولید انرژی به روش های سنتی وجود دارد آلودگی های زیست محیطی و پایان یافتن منابع این انرژی هاست. بنابراین روی آوردن بشر به منابع انرژی جدیدی که هم تا حدی پایان ناپذیر باشند و هم اینکه باعث آلودگی هوا نشوند امری اجتناب ناپذیر است. یکی از انرژی هایی که طی سالها مورد توجه بشر قرار گرفته انرژی بی پایان خورشید است. خورشید منبع عظیم انرژی است و می توان گفت منشاء تمام انرژیهای دیگر است. در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است، این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می‌باشد که از سطح آن انرژیی با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می‌شود.زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می‌کشد تا نور خورشید به زمین برسد. ولی با اینکه سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید میزان کمی از کل انرژی تابشی آن می‌باشد، حتی سوختهای فسیلی ذخیره شده در زمین، انرژیهای باد، آبشار، امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین انرژی دریافتی زمین از خورشید می‌باشد.انرژی تابشی خورشید که در هر روز به زمین می‌رسد، برای برآورده کردن انرژی مورد نیاز یک سال کره زمین کافی است . بعضی از مزایای سلول های فتوولتائیک در زیر آمده است:
• منبع انرژی خورشید وسیع، نامحدود و رایگان است.
• هزینه کار با آن پایین است.
• بخشهای متحرک ندارد
• قابلیت اطمینان بالایی دارند
• نصب سریع
• امنیت بالا

انرژی خورشیدی به طور مستقیم یا غیر مستقیم می‌تواند به دیگر اشکال انرژی همانند گرما و الکتریسیته تبدیل شود. برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته می توان از اثر فتوولتائیک با استفاده از سلول های خورشیدی بهره برد. ساختار پایه سلول خورشیدی به عبارتی یکپیوند p – nمتشکل از مواد نیمه هادی است که با جذب نور و جابجایی الکترون بین ترازهای انرژی، تولید انرژی الکتریکی می کند . در ادامه توضیحات مقدماتی کوتاهی در مورد نحوه کار سلول های خورشیدی برای علاقمندان ارائه می گردد :

تابش نور به یک پیوند p – nدر حالت خاصی باعث تولید جفت الکترون - حفره می گردد که موجب ایجاد جریان های نفوذی و انتشاری در پیوند می گردد که اساس کار سلول های خورشیدی را تشکیل می دهد. شرط تولید جفت الکترون - حفره، این است که انرژی فوتون تابشی حداقل برابر با گاف انرژی ماده مورد استفاده در سلول خورشیدی باشد. گاف انرژی ماده، Eg ، درواقع اختلاف انرژی باند هدایت و ظرفیت نیمه هادی است. در صورتی که انرژی فوتون نور تابشی بیشتر از Eg باشد، عمل تولید جفت الکترون - حفره انجام می گیرد. دراین حالت انرژی لازم برای انتقال الکترون از باند ظرفیت به باند هدایت همان انرژی Eg است و انرژی اضافی بعد از انتقال به باند هدایت به صورت گرما تلف شده و به جسم منتقل می شود و الکترون در پایین ترین نقطه باند هدایت اصطلاحا به سکون می رسد. بنابراین شرط لازم برای جذب نور توسط ماده ای با انرژی گپ Eg به صورت زیر است :

AWT IMAGE

که در آن h ثابت پلانک و  υفرکانس متناظر با فوتون نور تابشی با طول موج λ = c/υ است که c بیانگر سرعت نور در ماده است. طیف تابشی خورشید در سطح زمین با طیف دریافتی آن در فضا تا حدودی متفاوت است. بنابراین در نهایت فوتون هایی با محدوده طول موجی زیر جذب می شوند:

AWT IMAGE

در حالی که فوتون هایی که در خارج این محدوده قرار دارند جذب نخواهند شد و اصطلاحا بلور برای این فوتون ها شفاف است. نور خورشید که به زمین می‌رسد شامل طول موجهای زیر است: ۴۷ درصد مادون قرمز، ۴۶ درصد نور مرئی، ۷ درصد فرابنفش. از این رو سلولهای خورشیدی باید در ناحیه مادون قرمز و نور مرئی جذب بالایی داشته باشند. طول مسیر نوری برای نور از یک منبع آسمانی به زمین جرم هوایی (AM) نامیده می شود. هنگامی که نور از جو زمین عبور می کنددر اثر پراکندگی و جذب، تضعیف می شود. بنابراین اجرام آسمانی در  افق نسبت به سمت الراس (بالاترین نقطه آسمان) ، با روشنایی کمتری دیده می شوند. مقدار جرم هوایی در فضای بیرون جو (مثلا در ماهواره ها) برابر AM0 و در سمت الراس در سطح دریا برابر AM1 در نظر گرفته می شود. در حالت AM1، نور خورشید عمود بر سطح سلول است. به عبارتی AM1.5 به معنی این است که خورشید در محلی قرار گرفته که طول مسیر آن برای تابش روی سطح سلول، 5/1 برابر حالت AM1 است که با توجه به شکل زیر معادل طیف تابشی خورشید در سطح زمین با زاویه حدود 48 درجه است. مقادیر شدت نور برای حالتAM0 حدودا برابر 1366 W/m2 و برای AM1 برابر 925 W/m2 است.
سلول های خورشیدی را می توان به انواع مختلفی از جمله موارد زیر تقسیم بندی کرد، به طوری که در این تقسیم بندی تا حدی توالی زمانی کار روی انواع مختلف این سلول ها نیز رعایت شده است.
• سیلیکون تک کریستالی (c-Si)
• سیلیکون پلی کریستالی (poly-Si) یا چند کریستالی (mc-Si)
• سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون لایه نازک غیر کریستالی (آمورف)
• سلول های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی
     سلول های خورشیدی حساس به رنگ 
     سلول های خورشیدی پلیمری
     سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع
بخشی از گروه آخر اشاره شده در بالا همراه با موارد دیگری که تنها کارهای اولیه آزمایشگاهی روی آنها انجام شده است تحت عنوان نسل جدید سلول های خورشیدی نامیده می شوند.

منبع:
سایت دانشگاه علم و صنعت




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛نور ,
 

باتری خورشیدی چگونه کار می کند

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 09:40 ب.ظ - جمعه 11 اسفند 1391

اتری خورشیدی یا سلولهای فوتو ولتایی ابزارهایی الکترونیکی هستند که با استفاده از پدیده فوتو ولتائیک ، نور یا فوتون را مستقیما به جریان و ولتاژ الکتریکی تبدیل می‌کنند. دانشمندان اولین باتری خورشیدی را در سال 1954 ، با استفاده از ماده نیمه رسانای سیلیسیوم ، در آزمایشگاههای تلفن بل ساختند.



تصویر


سیر تحولی و رشد

دانشمندان و مهندسان بلافاصله به ارزش باتریهای خورشیدی برای تأمین انرژی ماهواره‌ها پی‌بردند، زیرا این باتریها جرم کمی دارند و هیچ بخش متحرک مکانیکی ندارند. نخستین ماهواره آمریکایی در فضا به باتریهای خورشیدی از جنس سیلیسیوم مجهز شد. و امروزه هم سلول فوتو ولتایی سیلیسیومی هنوز منبع قدرت همه سفینه‌های فضایی هستند. البته در این میان کاوشگرهایی که به فراسوی منظومه شمسی و مکان میانی که نور خورشید در آنجا ضعیف است رهسپار می‌شوند، استثنا هستند.

تهیه باتری خورشیدی

باتری خورشیدی اولیه از تک بلور سیلیسیوم (Si) ساخته می‌شد که روی صفحات تختی کنار هم قرار می‌گرفت. کاربرد این روش ، برای مصارف عمومی و تولید انرژی در فضایی بزرگ ، بسیار گران تمام می‌شود. هر چند ماده خام SiO2 برای تهیه Si فراوان است، اما پالایش شن و خالص سازی کافی Si برای تهیه باتریهای خورشید پر هزینه است. برش قطعات بلوری منفرد به صورت قطعه‌ نازکی که ویفر نام دارند، نیازمند بریدن با الماس ، پرداخت بیشتر و بالاخره چندین عمل اضافی برای افزودن ناخالصیهای مناسب است.

کاهش هزینه ساخت

یک روش ممکن برای کاهش هزینه ، که در مورد بلوری گران قیمت نظیر Si و اخیرا گالیوم ارسنید (GuAs) ، استفاده از عدسی بزرگ و ارزان قیمت فرنل برای تمرکز نور روی سلول کوچک است. ضرایب تمرکز 25 تا 1000 با موفقیت بکار گرفته شده است. اگر چه طراحی تمرکز دهنده‌ها نیاز به ردگیری دو بعدی وضعیت خورشید در طول روز است.



تصویر





استفاده از مواد در باتری خورشیدی

طرح بسیار نوید بخش دیگری برای سلول فوتو ولتایی ، کاربرد ورقه‌های فیلمهای بسیار نازکی است که روی مواد نظیر شیشه یا فولاد زنگ نزن نشانده می‌شوند. سه ماده که به صورت ورقه‌های نازک (به ضخامت تقریبی 1 تا 3 میکرومتر) نتایج فوتوولتایی خوبی بدست داده‌اند. عبارتند از: سیلیسیوم هیدروژن دار آدورف (α - Si:H) ، سی اندپوم دی سلیند (CuLnSe2 یا بطور ساده CIS) و کادمیوم تلورید (CdTe). ماده‌ α - Si:H به صورت ورقه‌های نازک با ساختار آمورف ، ساختار چند بلوری با دانه‌هایی به صورت ورقه‌های نازک با ساختار بلوری با دانه‌هایی به اندازه حدود 1 میکرومتر کاربرد دارند.

خورشید فوتو ولتایی در باتری خورشیدی CdTe

فرآیند فوتو ولتایی در باتری خورشید CdTe در شکل زیر داده شده است. هر کوانتوم نور (فوتون) دارای انرژی hv است که در آن h ثابت پلانک و v بسامد نور است. (υ = C/λ) که در آن C سرعت نور و λ طول موج نور است). چنانچه انرژی فوتون بیشتر از گاف انرژی نیم رسانا (فاصله میان نوارهای نوارهای ظرفیت و رسانش) باشد، به آن صورت فوتون جذب ماده می‌شود و الکترونی را از نوار ظرفیت برانگیخته می‌کند و به نوار رسانش می‌برد که الکترون در آنجا می‌تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آید.

الکترون بار منفی دارد، اما حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت دارای بار مثبت است. وقتی که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند، الکترون جذب حفره مثبت می‌شود و بدون ایجاد هیچ جریانی نابود خواهد شد. بنابراین لازم است که میدان الکتریکی برای جداسازی بارها برقرار شود. این کار با افزودن مقدار کمی ناخالصی آلاییده به نیم رسانا و ایجاد پیوندگاهی میان مناطق نوع n (که ذرات حامل بار در آن بار منفی دارند) و نوع p (که با ذرات حامل در آن مثبت است) انجام می‌شود، شکل 1 پیوند ناهمگنی را نشان می‌دهد که کادمیوم سولفید (CdS) نوع n و کادمیوم تلورید (CdTe) نوع p تشکیل شده است.

هنگامی که فوتون ، زوجهای الکترون - حفره را در نزدیکی این پیوندگاه n - p که در آن میدان الکتریکی قوی برقرار است ایجاد کند، فرآیند فوتو ولتایی بیشترین بازدهی را خواهد داشت. باتری خورشیدی در این حال حفظ به اتصال های فلزی نیاز دارد. تا با سیم هایی که به جریان الکتریکی در وسیله ای خارجی امکان عبور می دهند مرتبط شود. برای باتری CdS/CdTe ، اکسید قلع (SnO2) به عنوان اکسید رسانشی شفاف (TCO) برای اتصال به CdS نیز نیکل ، گرانیت ، یا طلا برای اتصال CdTe کاربرد دارند.



img/daneshnameh_up/6/6e/energy1-S.jpg


مزیت یا بازده باتریهای خورشیدی

باتری خورشیدی معمولا ولتاژهای قله‌ای تولید می‌کند که تقریبا معادل دو سوم گاف انرژی نیم رسانا است. گاف انرژی بهینه برابر 1.0 ev و 1.7 ev است. در روز صاف و هنگامی که آفتاب بالای سر است شدت نور خورشید تقریبا برابر 1000 w/m² است. مدول خورشیدی با بازدهی 10% ، در روز آفتابی توانی در حدود 100 ولت تولید می‌کند. با تابش خورشیدی بدون ابر ، در حد متوسط 6 ساعت در روز ، تعدادی مدول خورشیدی با مساحت 60 متر مربع تقریبا 1000 کیلو وات ساعت برق در هر ماه تولید می‌کند، این در همان حدود مقدار مصرفی است که در خانواده‌های کشورهایی مانند ایالات متحده آمریکا دارد.

منبع: elmi.akairan.com




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛نور ,
 

دوچرخه الکتریکی چگونه کار می کند ؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 05:46 ب.ظ - پنجشنبه 10 اسفند 1391

دوچرخه الکتریکی چگونه کار می کند

دوچرخه ؛ آسانترین ، به صرفه ترین ، سبکترین و کم حجم ترین وسیله نقلیه ایست که طرفداران زیادی در سرتاسر دنیا دارد . در واقع در دنیای امروزی به دلیل حجم زیاد ترافیک و شلوغی و مصرف بالای سوخت های فسیلی مثل بنزین و گازوییل ، اگر مردم برای انجام کارهای خود راهی غیر از دوچرخه را انتخاب می کردند غیر معمول به نظر می رسید . اما با همه این هندوانه هایی که زیر بغل آقای دوچرخه گذاشتیم ( از آنجا که ایده ال در دنیا وجود نداره ) این وسیله در شکل عادی نمی تواند جوابگوی همه نیازهای حمل و نقل ما باشد . بالاخره خیابان بالا و پایین داره سربالایی و سرپایینی داره که کنترل و حتی راندن آن را برای افرادی از قبیل کودکان و سالمندان و افراد ضعیف دشوار می کند . در این میان دوچرخه هایی متولد شدند که به دوچرخه های الکتریکی معروف هستند و از چند سال پیش اعلام وجود کردند . اما طرز کار این دوچرخه ها چیست ؟ بیایید نگاهی نزدیک به نحوه کار دوچرخه های برقی بیندازیم .

اساس کار کلی دوچرخه الکتریکی

حتما قبلا دوچرخه هایی رو دیدید که روی خود چراغ دارند و هرچه بیشتر رکاب بزنید نور بیشتر و پایدارتری دارند . این چراغها توسط یک مولد نیرو به نام دینام روشن می شوند . در واقع ما رکاب می زنیم و دینام چراغ را روشن می کند . حال اگر این پروسه برعکس اتفاق بیفتد . ما چراغ را بر می داریم و به جای آن یک باتری می گذاریم ، این باتری یک جریان ثابت و پایداری را به دینام می دهد و دینام در جهت عکس پروسه بالا به حرکت در می آید و چرخ دوچرخه را به حرکت وا می دارد اما به جای دینام از موتورهای قوی که مخصوص این کار هستند استفاده می شود . باتری جریان را ب موتور می رساند و موتور چرخ را به حرکت در می آورد .

قسمتهای اصلی یک دوچرخه الکتریکی

دوچرخه الکتریکی از ۴ قسمت اصلی تشکیل شده . باتری ، موتور ، بدنه و پره های چرخ و ترمزها .

باتری :

باتری مهمترین قسمت یک دوچرخه الکتریکی است چون تمام توان راه اندازی و حرکت دوچرخه رو تامین می کنه ( البته اگر شما نخواهید پدال بزنید ) . اکثر باتریهای دوچرخه های الکتریکی توانی حدود ۳۵۰ تا ۵۰۰ وات ( ۳۵- ۵۰ ولت و ۱۰ آمپر جریان ) تولید می کنند در تئوری می توانید از باتری های مختلف برای این کار استفاده کنید اما در عمل باید باتری باشد که انرژی قابل قبولی را در مدت زمان مناسبی ذخیره نگه دارد و اینکه خیلی سنگین هم نباشد . باتری های سبک لیتیوم یونی ( همان هایی که در گوشی ها ، لپ تاپ و mp3 player ها استفاده می شود ) برای این کار مناسب هستند البته این باتری ها نسبت به باتری های قدیمی که از جنس نیکل کادمیم ( نیکاد ) گران تر هستند اما خب می ارزد . باتری های عرف این دوچرخه ها سرعتی بین ۱۰ تا ۴۰ مایل در ساعت را ( چیزی حدود ۱۶ تا ۷۰ کیلومتر در ساعت ) تولید می کنند البته این در حالتی است که شما رکاب نمی زنید . این تفاوت سرعت بین ۱۰ تا ۴۰ مایل به دلیل وجود و سطوح مختلف در  زمین( سربالایی سرپایینی دست انداز و … ) می باشد . در برخی کشورها سرعت ۱۶ تا ۳۵ کیلیومتر در ساعت را مجاز می دانند . باتری ها قابل شارژ هستند .

باتری دوچرخه الکتریکی

نمونه ای از یک باتری دوچرخه الکتریکی

 

موتور الکتریکی :

نقش موتور الکتریکی گرفتن انرژی الکتریکی از باتری و تبدیل آن به انرژی دورانی و در نتیجه حرکت دوچرخه می باشد . موتور را اغلب روی خود چرخ نصب می کنند . چرخ دوچرخه الکتریکی معمولا بزرگ تر و حجیم تر از چرخ های معمولی است . حتما با خورشیدی ( چرخ دنده بزرگ ) دوچرخه آشنا هستید . موتور الکتریکی به خورشیدی وصل می شود و با گردش خورشیدی دوچرخه نیز به حرکت در می آید. در تصویر زیر سیم پیچ های مسی موجود در موتور را مشاهده می کنید .

موتور دوچرخه الکتریکی

نمونه ای از موتور دوچرخه الکتریکی

 

در کل دو نوع موتور الکتریکی برای دوچرخه داریم :

۱ – موتور تمام توان : این موتور برای دوچرخه هایی طراحی می شود که کمترین استفاده از رکاب را دارند . در واقع برای افرادی که از رکاب زدن تنفر دارند ساخته شده و اغلب برای رفت و آمد مسیرهای کوتاه استفاده می شوند . این موتور ها به باتری های سنگین تر و حجیم تر نیاز دارند . با این موتورها سرعتی بین ۱۶ تا ۳۰ کیلومتر پیدا خواهید کرد . این موتور را اغلب روی چرخ عقب نصب می کنند .

۲ – موتورهای کمکی :

همانطور که از اسمش پیداست از این موتورها برای کمک گرفتن در مواقعی که احساس خستگی می کنید و یا برای عبور از سربالایی بهره می گیرند . در واقع شما بیشتر زمان را رکاب می زنید . با استفاده از این نوع موتور می توانید حدود ۸۰ تا ۱۴۵ کیلومتر در ساعت سرعت بگیرید . این موتور را اغلب در وسط دوچرخه نصب می کنند که چرخ دنده متصل به رکاب را به حرکت در آورد .

بدنه و پره ها :

بدنه دوچرخه های الکتریکی را کمی متفاوت با نوع معمولی می سازند . مسلما این بدنه باید محکم اما در عین حال سبک طراحی شود که وزن زیاد باعث تلفات انرژی باتری نشود . معمولا بدنه را از جنس آلیاژ آلومینیوم می سازند . هرچه بدنه سبکتر ، وزن کل سبکتر و در نتیجه مسافت بیشتری با باتری طی می شود . پره ها نیز باید محکم تر از پره معمولی باشند چون در غیر اینصورت در برابر انرژی گشتاوری تولید شده توسط موتور خم می شوند .

ترمز :

مواقعی که دوچرخه سوار احساس می کند می تواند دوچرخه را خلاص کند برای ذخیره انرژی باتری باید این کار را بکند . موتورهای الکتریکی این دوچرخه ها را قابل تنظیم می سازند در واقع می توانید حداکثر سرعت خود را اتنظیم کنید . هر چه سرعت بیشتر ، تخلیه باتری بیشتر . قانونی وجود داره که به ترمزهی بازتولید کننده معروفه . در ماشین ها و ترن های الکتریکی از این قانون استفاده میشه و اون اینه : وقتی ماشین در حال حرکته انرژی از طریق باتری به موتور می رسد اما زمانی که ماشین ترمز می کند انرژی جنبشی چرخها ذخیره و به طور معکوس به باتری منتقل می شود و باعث شارژ باتری می شود که می توان از همان انرژی برای حرکت مجدد استفاده کرد . بر عکس این قضیه نیز صادقه یعنی وقتی دوچرخه خلاص باشد و در سراشیبی قرار گیرد ، چرخهای دوچرخه موتور را در جهت معکوس می گردانند و باعث شارژ باتری می شود . در عمل این کار شدنی نیست چون هر بار باید سراشیبی های زیادی را بروید تا باتری شما شارژ شود . ترمز این دوچرخه ها فرق چندانی با دیگر دوچرخه ها نمی کند .

دوچرخه های سبز ؛ دوستدار محیط زیست .

دوچرخه های الکتریکی به دلیل استفاده از باتری بازهم کامل نیستند چون مواد اولیه ساخت باتری و پسماندهای آن نیز پیامدهایی خواهد داشت . امروزه با پیشرفت ساخت پنل های خورشیدی دوچرخه هایی ساختند که دیگر احتیاجی به باتری ندارند . پنل خورشیدی را در ترک بند دوچرخه نصب می کنند و بعید هم نیست تا چند وقت دیگه با استفاده از انرژی باد دوچرخه بسازند !

 

eco friendly bicycle

قیمت جهانی دوچرخه های الکتریکی از ۳۰۰ دلار شروع میشه تا ۱۴۰۰ دلار که در ایران یک دوچرخه برقی معمولی از ۱ میلیون تومان شروع میشه به بالا . ( احتمال داره قیمت ها در آینده به دلیل تغییرات ارز ، بالا و پایین بشه ) .

اگر قصد خرید دارید به منطقه گمرک تهران قسمت فروش موتورسیکلت و دوچرخه یه سر بزنید .




دسته بندی : علوم ریاضی؛مكانیك , علوم ریاضی؛برق ,
 

رله در الکترونیک و الکترونیک خودرو

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 05:43 ب.ظ - پنجشنبه 10 اسفند 1391

رله ” چیست ؟
رله رله کلیدی الکترومغناطیسی است. هنگامی که لازم باشد توسط جریان نسبتا ضعیفی جریان قویی را قطع ووصل کنند از رله استفاده می شود. مانند چراغها, رله بوق, رله های افتامات مدار شارژ وغیره رله ها شامل سیم پیچ, هسته آهنی و صفحه پلاتین است. ممکن است یک فنر به صفحه پلاتین متصل باشد یا اینکه خود صفحه پلاتین حالت فنری داشته باشد
عملکرد:
هنگامی که جریان نسبتا ضعیفی وارد سیم پیچ می شود سیم پیچ وهسته آهنی تبدیل به آهنربا می گردد وپس از غلبه بر فنریت صفحه پلاتین,آنرابه سمت هسته سیم پیچ حرکت داده و باعث اتصال کنتاکت ها به یکدیگر وعبور جریان اصلی می شود. بطور مثال در مدار بوق یا چراغهای جلوخودرو از رله استفاده میشود. در این صورت با وصل نمودن کلید بوق یا چراغهای جلو, رله ای وصل می گردد و این رله برق مورد نیاز بوق یا چراغهای جلو راازطریق مدار شارژیا باتری تامین می کند. ملاحظه می شود که رله با جریان برق ضعیفی فعال می گردد وازاین رو جریان زیادی از کلید بوق یا کلید چراغهای جلوعبور نمی کند و از سوختن یا جرقه زدن در کلید بوق در کلید بوق یا کلید چراغهای جلو, جلوگیری میشود طرز کار رله رله دارای ۵ پایه میباشد که دو پایه ان مربوط به دو سر سیم پیچ است که ۸۵ و ۸۶ نامگذاری میشود و وقتی ما به یکی از این پایه ها برق ( مثبت)و به دیگری بدنه ( منفی)بدهیم این سیم پیچ میدان آهنربائی به وجود می آورد این میدان مغناطیسی باعث کشیده شدن کنتاکت بالائی که کنتاکت ۳۰ میباشد به سمت پائین میشود و از کنتاکت ۸۷a جداشده و به کنتاکت یا پایه ۸۷ میچسبد . و برق ورودی به خود را (پایه ۳۰ ) از کنتاکت ۸۷a جدا کرده و به کنتاکت ۸۷ میرساند.که از آن در ساخت آفتامات بوق و رله فن و رله ۳ قلو کولر و رله دوبل در ماشینهای انژکتوری استفاده شده است.



دسته بندی : علوم ریاضی؛مكانیك , علوم ریاضی؛برق ,
 

هیبرید چیست و خودروی هیبریدی چگونه کار می کند؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 05:40 ب.ظ - پنجشنبه 10 اسفند 1391

حتما برایتان پیش امده که زمان زیادی را در پمپ بنزین بگذرانید.شاید به خاطر شلوغی و شاید هم به خاطر کند بودن پمپ!!!!البته در ایران که فعلا مشکل بنزین به ان صورت وجود ندارد در غیر این صورت میبایست قیمت زیاد سوخت را نیز به شلوغی و هدر رفتن وقت خود بیافزایید.


این مشکلات به خاطر بنزینی بودن خودروی شماست .البته نه فقط بنزینی بلکه کلیه سوخت های فسیلی مشکلات مخصوص به خود را دارند.یکی از راههایی که خودرو سازان به ان رو اورده اند (برای کم کردن مشکلات و الودگی هوا ) ساخت خودروی هیبریدی است .

خودروی هیبریدی چیست وچرا این نام را بر ان نهاده اند؟

جواب این پرسش را در طول این مقاله خدمت شما عرض خواهم کرد.


حتما برایتان پیش امده که زمان زیادی را در پمپ بنزین بگذرانید.شاید به خاطر شلوغی و شاید هم به خاطر کند بودن پمپ!!!!البته در ایران که فعلا مشکل بنزین به ان صورت وجود ندارد در غیر این صورت میبایست قیمت زیاد سوخت را نیز به شلوغی و هدر رفتن وقت خود بیافزایید.


این مشکلات به خاطر بنزینی بودن خودروی شماست .البته نه فقط بنزینی بلکه کلیه سوخت های فسیلی مشکلات مخصوص به خود را دارند.یکی از راههایی که خودرو سازان به ان رو اورده اند (برای کم کردن مشکلات و الودگی هوا ) ساخت خودروی هیبریدی است .

خودروی هیبریدی چیست وچرا این نام را بر ان نهاده اند؟

جواب این پرسش را در طول این مقاله خدمت شما عرض خواهم کرد.

 خودروهای هیبریدی چگونه کار میکنند؟چرا ۲۰ تا ۳۰ مایل در هر گالون نسبت به خودروهای بنزینی بیشتر میروند؟و نیز چرا الودگی کمتری نسبت به خودروهای بنزینی یا دیزلی دارند؟


تعداد  زیادی از مردم خودروهای هیبریدی را در مکانهایی دیده اند .مثلا در لوکوموتیو ها .بیشتر لوکوموتیو ها از سیستم هیبریدی دیزل - الکتریکی بهره میبرند و یا در شهرهایی مانند سیاتل اتوبوس هایی با همین سیستم دیزل - الکتریکی کار وجود دارند .این اتوبوس ها یا بهتر بگوییم نوعی تراموا  وقتی که به سیمهای برق بالای سقف خود دسترسی دارند از نیروی پیشرانه الکتریکی خودبهره میبرند و زمانی که به این کابل های برق دسترسی ندارند با پیشرانه دیزل خود به حرکت ادامه میدهند .زیر دریایی ها نیز نوعی ماشینهای هیبریدی هستند  که معمولا با یکی از سیستمهای  هسته ای - الکتریکی و یا دیزل - الکتریکی  کار می کنند .

بطور کلی تمام وسایل نقلیه ای که از ادغام دو و یا چند پیشرانه انتقال نیرو که بطور مستقیم و یا غیر مستقیم به سیستم انتقال قدرت وابسته هستند را ماشینهای هیبریدی گوییم.

 بیشتر خودروهای هیبریدی تولید شده تاکنون از نوع بنزینی - الکتریکی هستند گرچه بعضی از خودروسازها مانند پژو سیتروئن خودروهای هیبریدی از نوع دیزل - الکتریکی نیز تولید کرده اند .در این مقاله بیشتر به خودروهای بنزینی - الکتریکی میپردازیم.

خودروهای بنزینی - الکتریکی از نظر کارکرد بین خودروهای الکتریکی و بنزینی هستند به کمک انیمیشن هایی که در پستهای اتی نشان خواهم داد به تفاوتهای این دو نوع خودرو خواهیم پرداخت .

خودروهای بنزینی شامل یک باک بنزین میباشند که منبع ذخیره کننده بنزین موتور است  وموتور نیز به وسیله سیستم انتقال قدرت نیروی تولیدی را به چرخ ها میرساند .در مقابل در خودروهای الکتریکی یک مجموعه از باتری ها وجود دارد که الکتریسیته مورد نیاز موتور الکتریکی را فراهم میکند  وموتور الکتریکی نیز به وسیله سیستم انتقال قدرت نیروی تولیدی خود را به چرخ ها میرساند .

در مقابل در خودروهای الکتریکی یک مجموعه از باتری ها وجود دارد که الکتریسیته مورد  نیاز موتور الکتریکی را فراهم میکند و موتور الکتریکی نیز به وسیله سیستم انتقال قدرت نیروی تولیدی خود را به چرخ ها میرساند.

برای شما و من یک خودروی مفید خودرویی است که حداقل نیازهای ما را بر اورده کند که این نیاز ها میتوانند چنین باشند:

۱- از یک سوخت گیری اولیه حداقل 300 مایل یا 482 کیلومتر تا  یک سوخت گیری مجدد راه بروند

۲- هر بار سوخت گیری اسان و سریع باشد و فاکتورهای دیگر .....

یک موتور بنزینی اکثر این نیازها را براورده میکند اما در عوض الودگی زیادی دارد و یک موتور برقی

با اینکه الودگی خیلی کمی (یا اصلا) ایجاد نمیکند اما این موتور حداکثر بین 50 تا 100مایل (۸۰ تا ۱۶۱ کیلومتر)میتواند بین دو شارژ خود برود و مشکل دیگر موتور الکتریکی این است که شارژ شدنش سخت و خیلی زمانبر است.یک خودروی هیبریدی بنزینی – الکتریکی ترکیبی از دو پیشرانه است  که به نوعی میتوانند  مکمل همدیگر باشند .

 

سیستم هیبریدی بنزینی – الکتریکی  شامل اجزا زیر است:

 

 موتور بنزینی :  موتور بنزینی که در این خودرو وجود دارد شباهت زیادی به موتورهای بنزینی  خودروهای

بنزینی دارد. ولی این موتور کوچکتر و نیز دارای تکنولوژی  بالاتری نسبت به خودروهای معمولی است

که باعث کاهش الودگی و ا فزایش کارایی میشود.

 

* باک بنزین : باک بنزین در این نوع خودروها محل ذخیره انرژی برای موتور بنزینی است.بنزین چگالی

انرژی بالاتری نسبت به باتری دارد به عنوان مثال 1000 پوند باتری معادل 1 گالون (7 پوند) بنزین انرژی

دارد.

 

 * موتور الکتریکی : موتور الکتریکی در خودروهای هیبریدی خیلی پیشرفته هستند این موتور  پیشرفته هم به عنوان یک موتور قادر به انجام کا ر است و هم به عنوان ژنراتور به عنوان مثال زمانی که به این موتور 

 نیاز است موتور با استفاده از باتری ها قادر خواهد بود شتاب مورد نظر را ایجاد کند و زمانی که خودرو

  نیازی به موتور الکتریکی ندارد مثلا در یک سراشیبی در حال حرکت است این موتور الکتریکی به عنوان

 یک ژنراتور نیرو را به باتری ها بر میگرداند(با استفاده از سرعت در سراشیبی )

 

 

  * ژنراتور : ژنراتور بسیار شبیه به موتور الکترکی است با این تفاوت که ژنراتور فقط وظیفه تامین الکتریسیته  مورد نیاز موتور را بر عهده دارد نه کار دیگر.ژنراتور بیشتر در خودروهای هیبریدی

 سری  به کار میرود. خودروهای هیبریدی سری در ادامه توضیح داده خواهد شد.

 

 * باتری : باتری ها در خودروی هیبریدی یک وسیله ذخیره انرژی برای موتور الکتریکی هستند  . برخلاف بنزین  موجود در باک بنزین  که میتواند فقط به موتور بنزینی  سوخت برساند (یک انتقال یک طرفه از باک بنزین به موتور بنزینی).  موتورهای الکتریکی  علاوه بر کار فوق میتوانند انرژی را به باتری پس دهند. ولی موتور بنزینی  نمیتواند چنین کاری را انجام دهد.

 

* سیستم انتقال قدرت دو سیستم پیشرانه در خودروهای هیبریدی را میتوان با هم به رو شهای مختلفی ترکیب کرد از جمله:

سری و موازی

 هیبرید موازی : در هیبرید موازی باک بنزین سوخت را به موتور بنزینی میرساند و باتری ها نیز

الکتریسیته را به موتور الکتریکی میرساند و هر دو موتور بنزینی و الکتریکی  همزمان و تواما به سیستم انتقال قدرت متصل میشوند و این قدرت به چرخها میرسد. توجه داشته باشید که باک بنزین و موتور بنزینی به سیستم انتقال قدرت متصل هستند و باتری ها و موتور الکتریکی نیز اغلب به طور مستقل و جداگانه به سیستم انتقال قدرت متصل هستند.

در نتیجه در هیبریدهای موازی  هر دو موتور بنزینی و الکتریکی تواما نیرو محرکه مورد نیاز را فراهم میکنند.

                                                                                                                                    

هیبریدهای سری :  در مقابل هیبریدهای موازی , هیبریدهای سری قرار دارند. در این نوع هیبریدها

موتور بنزینی ژنراتور را به حرکت در می اورد و ژنراتور میتواند باتری ها را شارژ کند یا به موتور الکتریکی قدرت بدهد که این موتور نیز به سیستم انتقال قدرت متصل است

منبع : http://manufacturengineers.blogfa.com




دسته بندی : علوم ریاضی؛مكانیك , علوم ریاضی؛برق ,
 

باطری در اتومبیل و تراکتور چگونه عمل می کند

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 05:33 ب.ظ - پنجشنبه 10 اسفند 1391

باطری

1-كلیات

باطری یك منبع تولید كننده جریان الكتریسیته می باشد كه جریان مورد نیاز مصرف كننده ها را تامین می كند.در حقیقت باطری و دینام تواما جریان مصرف كننده ها را تامین كنند.دینام و باطری هر دو تولید كننه ی جریان می باشند ولی دلیل استفاده از هر دو در یك مجموعه به خاطر این است كه دینام تا زمانی كه موتور كار می كند جریان تولید می كند.زیرا نیروی خود را از موتور می گیرد و با خاموش شدن موتور دینام از كار می افتد اگر در زمانی كه دینام جریان تولید نمی كند بخواهیم مصرف كننده ای را به كار اندازیم  از باطری استفاده می كنیم چون نیروی باطری به صورت یك انرژی ذخیره شده می باشد.مخصوصا برای راه اندازی موتور و به كار انداختن استارت از جریان باطری استفاده می كنیم.در خودرو ها از باطری های سرب اسیدی قابل شارژ استفاده می شود.

 

2-اساس كار باطری

یك باطری از دو فلز غیر هم جنس و یك محلول الكترولیت تشكیل شدهاست الكترولیت مورد استفاده در باطری اتومبیل هامحلول اب و اسید سولفوریك و دو فلز غیر هم جنس ان سرب و پراكسیدسرب می باشد (صفحات).

اسید سولفوریك مقدار كمی اب در خود دارد زیرا برای تهیه ی اسید سولفوریك گاز so3  را با اب تركیب كرده اسید سولفوریك ساخته می شود 

 So3 +H2o = H2SO4

معمولا حدود 2% اسید سولفوریك اب میباشد حال اگر اسید سولفوریك 98% را با اب تركیب كنیم واكنش زیر در اثر تركیب اسید با اب انجام می شود .

H2SO4 +2H2O = SO4 + 2H3O                     

          

3- فعل و انفعالات باطری

الف- فعل و انفعالات باطری در زمان دشارژ یا تخلیه

زمانی كه از باطری استفاده میكنیم فعل و انفعالاتی در ان رخ می دهد كه باعث تخلیه ی باطری می شود این فعل وانفعالات بدین شرح است :

در زمان تخلیه اسید موجود در الكترولیت با صفحات و اكسیژن صفحه مثبت با الكترولیت تركیب می شوند. نتیجه ی كار این است كه در زمان تخلیه كامل باطری جنس صفحه مثبت و منفی هر دو سولفات سرب(pbso4)و جنس الكترولیت اب خالص ((H2oمی باشد.

در زمان تخلیه ی باطری گرد سفید رنگی روی صفحات ان دیده می شود .این همان سولفاتی است كهدر اثر واكنش اب و اسید با صفحات حاصل شده است.

ب-فعل و انفعالات در زمان شارژ یا پر شدن

زمانی كه باطری را شارژ می كنیم فعل و انفعالات داخل باطری عكس می شود . موقع تخلیه از باطری برق گرفته می شود. در این حین فعل وانفعالات داخل باطری رخ می دهد.

هنگام شارژ برق مستقیم وارد باطری می شود پس فعل وانفعالات داخل یاطری هم عكس زمان تخلیه می شود . یعنی دقیقا عكس فعل و انفعالاتی كه موقع دشارژ اتفاق افتاده بود در زمان شارژ باطری رخ می دهد بدین ترتیب كه اسید صفحات به اب ئ به كسیژن به صفحه مثبت بر می گردد و دوباره باطری اماده ی كار می شود .

با وارد كردن برق مستقیم به باطری یاطری شارژ می شود و این امر به خاطر عكس شدن فعل وانفعالات داخل باطری می باشد . زمانی كه باطری شارژ است صفحه مثبت رنگ قهوه ای شكلاتی و صفحه منفی رنگ خاكستری دارد باید دقت كرد كه اگر باطری تخلیه شود اسید روی صفحات می نشیند . موقعی كه باطری تخلیه شد باید ان را شارژ كنیم اگر مدت زمانیباطری در حالت تخلیه بماند گرد اسیدی كه روی صفحات نشسته كم كم سفت می شود و دیگر از ان جدا نمی شود بنابراین اگر بعد از مدتی كه باطری در حالت دشارژ بوده ان را شارژ كنیم (چون اسید به اب بر نمی گردد)باطری شارژ نخواهد شد. در این حالت میگویند باطری سولفاته شده است . اگر باطری سولفاته شده باشد دیگر قایل شارژ نیست

 

نكته : در یك باطری 12ولت6خانه 2 ولتی ودریك باطری 24 ولت 12خانه 2ولتی به كار رفته است باطری 12 ولت كه از 6 خانه 2 ولتی تشكیل شده است تعداد صفحات یك خانه ان به عنوان مقدار پلیت باطری ذكر می شود. برای مثال اگر روی نوشته شده باشد 11 پلیت یعنی در یك خانه ان 6 صفحه منفی و 5 صفحه مثبت به كار رفته است . برای سری كردن باطری های 2 ولتی شانه منفی یك خانه به شانه مثبت خانه دیگر متصل می گردد.

 

4-جعبه یا بدنه باطری

جعبه بدنه اصلی و محل قرار گرفتن خانه های باطری است .جعبه باطری را از موادی می سازند كه اسید برروی ان اثر نداشته باشد .جعبه باطری از پلاستیكهای مخصوص یاموادی به نام ابونیت ساخته شده است .درپوش جعبه باطری كه محفظه بالای جعبه می باشد به وسیله موادی قیری یا به صورت پرسی روی جعبه اببندی می شود . روی جعبه باطری باید كاملا اببندی باشد تا از مصرف شدن الكترولیت جلوگیری شود .اگر درپوش جعبه باطری به صورت قیری باشد می توان درپوش باطری را باز كرد و صفحات داخل باطری را تعمیر كرد.ولی اگر درپوش باطری به صورت پرسی باشد باطری قابل تعمیر نمی باشد.

كف جعبه باطری پله های وجود دارد كه باعث میشود صفحات به كف جعبه باطری نچسبد. اگر صفحات به كف جعبه چسبیده باشد خرده های كه از ان ریزش می كند در كف جعبه جمع شده وباعث اتصال بین صفحات می شود .

 

5-عیبهای باطری

 

الف-شكستن بدنه باطری

اگر بدنه باطری شكستگی یا ترك داشته با شد الكترولیت را در خود نگه نمی دارد و باعث كم شدن سطح الكترولیت می شود از طرفی اب واسیدی كه از باطری خالی می شود اگر روی اتاق اتومبیل بریزد باعث خوردگی در اطاق وشاسی اتومبیل می شود.

 

ب-شكستن یا اب شدن قطب های باطری

گاهی اوقات در اثر جرقه هایی كه بین كابل و قطب باطری ایجاد میشود قطب باطری ذوب می گردد.همچنین در اثر ضربه خوردن قطب باطری شكسته می شود.

 

ج-سولفاته شدن باطری

سولفاته شدن باطری یعنی اینكه در هنگام دشارژ باطری گرد اسیدی كه روی صفحات باطری نشسته سفت شده و در اثر شارژ گرد اسیدی از روی صفحات جدا نشود.این گرد سفید رنگ روی ماده فعال باطری را پوشانده و از فعل وانفعالات باطری جلوگیری می كند.در نتیجه باطری قادر به تولید نیرو نخواهد بود و شارژ هم نخواهد شد.

 

د-ریزش صفحات باطری

ریزش صفحات به خاطر تاثیر اسید در انها می باشد كه در صفحات تولید خوردگی كرده و باعث ریزش انها می شود.این ریزش از سطح صفحات كاسته و در نتیجه قدرت باطری كم می شود.اگر باطری قابل تعمیر باشد می توان درپوش باطری را برداشته و صفحه های باطری را به باطری دیگركه صفحات ان سالم است تعویض كرد.

 

و-قطع شدن اتصالهای خانه ها

اگر اتصال خانه ها قطع شود (چون خانه ها به صورت سری به یكدیكر متصل هستند )كل باطری از كار می افتد.اگر اتصال خانه ها از روی در پوش باطری باشند می توان انها را تعمیر كرد ولی اگر اتصال ها از زیر درپوش باشند باطری را باید تعویض كنیم.

 

ه-كم شدن مقدار الكترولیت باطری

كم شدن الكترولیت در فصل گرما امری طبیعی است.در این حالت اب الكترولیت بخار می شود.برای جایگزین كردن فقط اب مقطر به الكرولیت باطری اضافه می كنیم.اسید درون باطری موجود می باشد پس اگر اب و اسید اضافه كنیم

در واقع غلظت الكترولیت را زیاد كرده ایم .گاهی اوقات اب باطری زود به زود كم می شود این عیب می تواند از شارژ زیاد دینام باشد.

 

ر-سولفاته شدن سر باطری ها

گاهی اوقات رسوبات سفید رنگی اطراف قطبهای باطریرا گرفته و ایجاد عایقی شدید بین كابل وقطب باطری می كند.عیب یا از زیادی غلظت الكترولیت یا شارژ زیاد دینام است.اگر غلظت باطری زیاد است باید غلظت ان را متعادل و اگر دینام زیاد شارژ می كند باید شارژ ان را تنظیم كنیم.

 

ز-كثیف شدن الكترولیت

اگر الكترولیت باطری زیاد باشد این سیاهی نشانه ریزش و خورد شدن صفحات و معلق شدن ذرات جدا شده از انها در الكترولیت می باشد.در این صورت باید باطری را تعویض كرد.    

 

 

 

استارت

1-وظایفاستارت

برای به كار انداختن موتور اتومبیل احتیاج است كه در ابتدای كار میل لنگ موتوررا به گردش در می اوریم.در اتومبیل های قدیمی برای این منظور از وسیله ای به نام هندل استفاده می شد.هندل میله ای است لنگ دار كه سر ان در قسمت جلوی میل لنگ موتور قرار می گیرد وبا گردش ان توسط راننده میل لنگ به حركت در می اید.به مرور زمان كه موتور های با تعداد سیلندر بیشتر وبا كمپزس قوی ساخته شد دیگر نیروی دست و هندل قادر به چرخاندن موتور نبود به همین دلیل امروزه برای روشن كردن موتور از وسیله ای به نام استارت استفاده می شود.

 

2-موتور استارت

استارت یك موتر الكتریكی جریان مستقیم است كه دارای توان زیادی سمت قطبهای همنام با اهن ربای وسط نگه داریم می بینیم كه در اثر نیروی دافعه ای كه بین اهن ربای وسط و اهن رباهای كنار ایجاد می شود اهن ربای وسط كه به حالت معلق می باشدشروع به حركت می كند و جاثی قطبهای ان عوض می شود.اگر این عمل مدام تكرار شود باعث چرخیدن سریع هسته ی استارت یا ارمیچر می شود .

 

3-چگونگی عملكرد استارت

نحوه عمل استارت به این صورت است كه جریان برق باطری وارد استارت می شود این جریان از طریق زغالها هم برای ارمیچر و هم برای بالشتك ارسال می گردد.در نتیجه باعث ایجاد حوزه مغناطیسی هم در ارمیچر و هم در بالشتك می شود.در اثر بر خورد این دو حوزه ارمیچر شروع به گردش می كند.

هر چه قدر كه شدت جریان وارد شده به سیم پیچی استارت بیشتر باشد حوزه تشكیل شده در ارمیچر و بالشتك قویتر بوده در نتیجه نیروی دافعه شدیدتری ایجاد ودور ارمیچر بیشتر می شود.با گردش ارمیچر دنده استارت كه روی ان نصب شده همراه ارمیچر شروع به گردش می كند.

دنده استارت علاوه بر حركت دورانی حركت محوری به سمت جلو نیز دارد دنده استارت ضمن گردش به دور خود به سمت جلو حركت كرده با دنده فلایویل موتور درگیر می شود و ان را همراه خود می چرخاند.چون فلایویل به میل لنگ موتور متصل است با گردش فلایویل میل لنگ نیز شروع به حركت می كند.

 

4-اتوماتیك استارت

اگر موتور استارت را به تنهایی در نظر بگیریم به متصل كردن مثبت و منفی موتور استارت شروع به كار خواهد كرد.در خودرو موقع روشن كردن موتور احتیاج به استارت می باشد و به روشن شدن موتور باید استارت از كار بیفتد.بنابراین علاوه بر موتور استارت احتیاج به یك كلید می باشد كه مدار استارت قطع و وصل شود.اما به خاطر بالا بودن امپر مصرفی استارت هر كلیدی را نمی توان سر راه این جریان قرار داد.برای برقراری این جریان از یك رله قوی به نام اتوماتیك استارت استفاده می شود.

این رله را اتوماتیك استارت می گویند.اتوماتیك استارت رله ای است كه جریان برق اصلی استارت را قطع و وصل می كند.

دراین گونه استارت ها اهرام بندی اتوماتیك وظیفه جلو بردن دنده استارت و درگیری ان با فلایویل را نیز بر عهده دارد برای این منظور یك ماهك پشت دنده استارت قرار داشته و سر دیگر این ماهك به اهرم بندی اتوماتیك متصل می شد. اهرم بندی ماهك توسط یك پین یا یك پیچ و مهره به بدنه استارت متصل می گشت و ماهك میتوانست روی این پین حركت الاكلنگی داشته باشد زمانی كه راننده اهرم اتوماتیك را به عقب می گشد علاوه بر این كه جریان برق باطری برای استارت برقرار می شد ماهك نیز روی پین حركت الاكلگنی كرده دنده استارت را به سمت جلو حركت و با فلایویل درگیر میكرد.

امروزه از اتوماتیك استارت برقی استفاده می شود در اتوماتیك های استارت ها ی برقی دیسك اتوماتیك توسط نیروی مغناطیسی به سمت عقب حركت كرده و جریان برق استارت را برقرار می كند.

 

5-دنده استارت و كلاج یك طرفه

در قسمت جلوی محور ارمیچر دنده استارت نصب شده است دنده استارت همراه محور ارمیچر حركت چرخش دارد و همراه حركت چرخشی خود می تواند روی محور حركت طولی نیز داشته باشد دور تا دور فلایویل موتور نیز طوقه ی دندانه داری قرار می گیرد كه به صورت پرس روی فلایویل سوار شده است دنده استارت با دنده فلایویل درگیر می شود و به خاطر این كه درگیری دنده استارت راحت تر و ملایم تر صورت گیرد نوك دنده های ان با زاویه های مخصوص پخ خورده است و به خاطر این كه دنده استارت به سمت جلو حركت میكند در قسمت جلوی محور یك خار فنری قرار می گیرد تا از زیاد جلو امدن دنده استارت جلو گیری كند .

كلاچ یك طرفه با دنده استارت یك پارچه است و از ان جدا نمی شود . وقتی دنده استارت با فلایویل درگیر میشود موتور روشن شده و دور موتور از استارت بیشتر می شود كلاچ یك طرفه جهت موتور چرخیده و دنده را به صورت محوری یا طولی به عقب می كشد.

 

 

الترناتور یا جریان متناوب

1-تئوری كار الترلاتور

 

اگر اهن ربایی درون یك سیم پیچ حركت كند جریان برق در سیم پیچ به وجود می اید 

بدین ترتیب كه یك سیم را دور یك اهن ربا می پیچیم بین دو قطب مخالف اهن ربا میدان مغناطیسی وجود دارد اگر اهن ربا را به حركت دراوریم در اثر گردش میدان مغناطیسی میدان با سیم دور ان برخورد كرده و در اثر برخورد میدان با سیم الكترونهای ازاد سیم از اتمی به اتمی دیگر منتقل شده جریان در ان به وجود می اید

 

2-قطعات التر ناتور

الف – روتور: روتور مجموعه ای است كه وظیفه ی تولید حوزه مغناطیسی را در الترناتور بر عهده دارد روتور از یك محور تشكیل شده كه جلوی ان دارای رزوه برای بستن مهره نگه دارنده پولی است. در قسمت وسط روتور یك سیم پیچ روی محور به صورت پرسی قرار گرفته است . این سیم پیچ روی یك حلقه پلاستیكی پیچیده شده است تا از اتصال ان با بدنه جلو گیری شود . روی این سیم پیچ چنگك هایی فازی از دو طرف قرار می گیرد . این چنگك ها نیز روی محور قرار گرفته اند دو سر سیم پیچ به دو حلقه ی مسی كه در انتهای محور قرار دارد وصل می شود (كلكتور). انتهای محور و پشت كلكتور یك بولبرینگ به صورت پرسی سوار شده كه این بلبرینگ درون محل خود داخل پوسته ی عقب قرار میگیرد.

 

ب- استاتور:استاتور مجموعه ای سیم پیچی می باشد كه در اثر بر خورد حوزه با ان جریان الكتریسیته به وجود می اورد . این سیم پیچ ها باید دور روتور قرار گیرند تا داخل حوزه مغناطیسی باشند و با چرخش حوزه دوار الكترونها در این سیم پیچها حركت كنند . استاتور دارای یك بدنه فلزی می باشد كه داخل این بدنه فلزی شیارهایی وجود دارد سیم پیچها داخل این شیارها پیچیده می شود . داخل شیارهای استاتور ورقه های عایق قرار گرفته است تا از اتصالی سیم پیچها با بدنه استاتور جلوگیری شود. اگر یك سیم را داخل شارهای استاتور بپیچیم و دو سر ان را خارج كنیم جریانی كه تولید می كند تك فاز میگویند در بعضی از دینام ها برای تولید جریان بالاتر از سه سیم استفاده می شود كه اصطلاحا سه فاز گفته می شود . كه سیم های استاتور به دو صورت به هم وصل می شود 1- ستاره ای   2-مثلث 

 

ج-دیود ها:الترناتور مولد جریان متناوب می باشد . جریان متناوب به جریانی گفته می شود كه مسیر حركت الكترونها در هادی دایما تغییر می كند . اگر چنین حالتی باشد دیگر قطب منفی و مثبت در این هادی مفهومی نخواهد داشت . بویسله این جریان نمی توان باطری را شارژ كرد زیرا الكترونهایی مه به سوی باطری سرا زیر است با عوض شدن مسیر جریان دوباره از ان خارج می گردند . باطری همیشه برای شارژ نیاز به یك جریان مستقیم دارد . چون جریان خروجی الترناتور متناوب است به همین خاطر در سر راه خروجی الترناتور از دیود استفاده می كند . دیود قطعه ای الكترونیكی است كه فقط جریان را از یك سمت از خود عبور می دهد و به این ترتیب جریان متناوب به مستقیم تبدیل می كند . در ساختمان دیود ها از اجسام نیمه هادی استفاده می كند . در الترناتور نه دیود وجود دارد كه سه تای ان برای تحریك و شش تای ان برای برق مستقیم باطری می باشد (قطب مثبت) 

 

د- پوسته های الترناتور:الترناتور از دو پوسته جدا از هم تشكیل شده است كه معمولا از جنس الومینیم می باشد بدنه فلزی استاتور مابین این دو پوسته قرار می گیرد و توسط چند پیچ  دوپوسته روی یكدیگر محكم می شود دو عدد بولبرینگ برای گردش محور روتور درون این دو پوسته وجود دارد .

 

و- پولی و پنكه:مانند دینامهای جریان مستقیم قسمتی از محور روتور از پوسته جلویی الترناتور بیرون است روی این قسمت یك پولی و پنكه قرار دارد كه هر دو انها توسط یك خار به محور روتور متصل می شود . نیروی روتور توسط تسمه ی موتور به پولی متصل است .

 

ه- جا زغایی و زغال ها:در دینامهای جریان مستقیم برق خروجی از زغال ها عبور می كردچونجربان زیادی از انها عبور می كرد معمولا زغال انها بزرگ بود در الترناتور جریان زیادی از زغال ها نمی گذرد به همبن خاطر زغال ها زیاد بزرگ نیستند . زغال ها روی كلكتور انتهای روتور قرار می گیرند پشت این زغال ها یك فنر كوچك وجود دارد كه همیشه زغال را بر روی كلكتور می فشارد .

 

ز- افتامات الكترونیكی :وظیفه افتامات تنظیم نمودن برق ورودی كه از لامپ تحریك می گیرد تنظیم نموده و به وسیله زغال ها به سیم پیچی روتور می برد .

سیم پیچ تحریك شده و حوزه مغناطیسی ایجادكرده هر چه این جریان كه از سمت افتامات می اید بیشتر باشد حوزه مغناطیسی بیشتر شده و برق خروجی بیشتری از استاتور خارج می شود.

 

ر- سیم كشی تحریك:برقی كه از باطری به سمت bat سوییچ و از IGN به سمت لامپ تحریك و از منفی لامپ به سمت افتامات دینام و از افتامات به سمت زغال و روتور می رود .

 

5- مزایای الترناتور

الترناتور ها نسبت به دینام های جریان مستقیم دارای مزایای زیادی هستند كه عبارتند از :

1- دارای حجم و وزن كمتری نسبت به دینام های جریان مستقیم می باشند .

2- افتامات انها ساده تر است .

3- در دورهای پایین قادر به شارژ باطری هستند.

4-  احتیاج به تعمیر و نگهداری كمتری نسبت به دینام های جریان مستقیم دارد .

5- دارای طول عمر بیشتری می باشند

6- تعمیرات انها ساده تر است.

 

مدار بوق

مدار بوق در خودرو یك مدار اخباری است . یعنی برای خبر كردن از صدایی كه به وسیله بوق تولید می شود استفاده می كنند. مدار بوق بسیار ساده است به خاطر این كه بوق یكی از مصرف كننده های قوی می باشد و احتیاج به جریان زیادی دارد بیشتر سعی می شود كه در مدار بوق از رله استفاده كنند.

 

مدار كولر

در تابستان چون كابین اتومبیل خیلی گرم می شود برای خنك كاری یا تهویه نیاز به سیستمی داریم كه این عمل را برای ما انجام دهد به نام كولر .

اجزای كولر:

1-كمپرسور: كمپرسور موتور سیستم كولر می باشد كه عمل چرخش گاز كولر را در سیستم دارد كه معمولا به صورت پیستونی می باشد . كمپرسور نیروی چرخش خود را از نیروی موتور می گیرد .

2-كلاچ یك طرفه: كلاچ یك طرفه بر روی كمپرسور سوار می شود كه مغناطیسی بوده و راننده با فشار دادن دگمه كمپرسور كلاچ یكطرفه را مغناطیسی كرده و باعث می شود نیروی هرز گرد موتور را به محور مركزی كمپرسور وصل كند .

3-اواپراتور:شبكه ی خنك كننده است كه در داخل كابین اتومبیل وجود دارد كه فن تهویه هوا را از داخل شبكه ها عبور داده وباد خنك را به داخل كابین می برد.

4-شیر انبساط :شیری است كه قبل از اواپراتور نصب می شود . شیر انبساط یك مجرای ورودی ویك مجرای خروجی دارد مجرای ورودی سوراخی بسیار نازك دارد به نام نازل كه وقتی گاز از این مجرا عبور میكند بسیار سرد شده و اواپراتور راخنك میكند واز مجرای خوروجی كه قطر بیشتری دارد خارج می شود.

5-شبكه ی خنك كننده:این شبكه در جلوی خودرو وجود دارد و بوسیله بادی كه از جلو به وسیله فن دمیده می شود خنك میشود . كار این شبكه^ گازی كه از سمت كمپسورخارج میشود گرم بوده به داخل شبكه میرود وخنك می شود.

6-شیر فشار: شیر فشار مانند یك سوبچ عمل می كند كه در مسیر لوله ها ی كولر قرار میگیرد .وقتی فشار درسیستم كم یا زیاد میشود این شیر عمل كرده وسیستم را از كار میاندازد.

 




دسته بندی : علوم ریاضی؛مكانیك , علوم ریاضی؛برق ,
 

الکتریسیته

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 05:15 ب.ظ - پنجشنبه 10 اسفند 1391

واژه الکتریسیته از کلمه یونانی «الکترون» به معنی «کهربا» گرفته شده است . همانطور که از این ریشه یابی مشخص است یونانی های قدیم با آثار الکتریسیته دار کردن اجسام آشنا بوده اند. این آثار را به کمک مالش پوست یا پارچه یا تکه ای کهربا نمایش می دادند . پس از گذشت قرن ها معلوم شد که به کمک مالش مواد دیگر را نیز می توان باردار کرد .

تفاوت الکتریسیته جاری و ساکن

در الکتریسیته ساکن و الکتریسیته جاری ، الکترون ها از جایی که الکترون زیاد است به جایی که الکترون کم است یا وجود ندارد جریان می یابند ، اما تفاوت در این است که الکتریسیته شاکن ، اختلاف پتانسیل[1] و در نتیجه جریان به دلیل تخلیه الکترون ، سریعاً کاهش می یابد و به صفر می رسد . ولی در الکتریسیته جاری به علت وجود منبعی که دائماً مقدار اختلاف پتانسیل را ثابت نگه می دارد ولتاژ و جریان ثابت می ماند . مثلاً باتری ماشین 12 ولتی اختلاف پتانسیل را در مقدار 12 ولت ، ثابت نگه می دارد ، بنابراین مقدار جریان نیز ثابت می ماند . لازم به ذکر است الکتریسیته ساکن نیز می تواند مانند الکتریسیته جاری خطرناک باشد ولی در ولتاژهای بسیار بالاتر از آنچه که الکتریسیته جاری خطر آفرین است .

منشاء بار الکتریکی

یکی از نخستین پرسش هایی که به ذهن آدمی می آید ، این است که منشاء بار الکتریکی چیست ؟ این پرسش تا زمانی نسبتاً طولانی پس از آغاز مطالعه در باب الکتریسیته همچنان بی پاسخ ماند .

هر اتم از هسته ای بسیار کوچک ، با جرم نسبتاً زیاد و بار مثبت و یک یا چند الکترون بسیار سبک تر و با بار منفی تشکیل شده است . می توان چنین فرض کرد که الکترون ها ناحیه ای تقریباً کروی در اطراف هسته اشغال می کنند . همچنین می توان گاهی آنها را بصورت اجسامی تصور کرد که مانند گردش سیارات به دور خورشید هسته را دور می زنند . تشبیه به منظومه شمسی در بعضی موارد مفید به شمار می آید اما این شباهت چیزی جز یک مدل نیست .

بار مثبت هسته ، الکترون های با بار منفی را می رباید و آنها را در مدارهای پایدار نگه می دارد . الکترون هایی که خیلی به هسته نزدیک اند ، بسیار مقیدند (یعنی نمی توان آنها را به آسانی از هسته جدا کرد) اما الکترون هایی را که مدارهای دورتر قرار دارند راحت تر می توان از جای خود خارج کرد. در برخی مواد مانند شیشه می توان الکترون های نزدیک به سطح را از طریق مالش مکانیکی ، به ابریشم منتقل کرد . همینطور الکترون های اتم های پوست جانوران یا پشم گرایش ورود به کهربا یا ابونیت دارند . به این ترتیب ابونیت بر اثر مالش با پوست جانوران به علت این انتقال بار ، بار منفی اضافی پیدا می کند ، در حالی که میله شیشه ای بر اثر مالش با ابریشم الکترون از دست می دهد و بار مثبت پیدا می کند .

در شرایط معمولی چند الکترون از میله شیشه ای به پارچه ابریشمی منتقل می شود ؟ پاسخ به این پرسش به عوامل متعددی مانند تعداد دفعات مالش ، فشار تماسی و دما بستگی دارد ، ولی در حدود  یعنی یک میلیارد الکترون در این انتقال سهیم اند . ممکن است این رقم ، بسیار زیاد به نظر آید ، اما اگر بخاطر بیاوریم که تعداد کل اتم ها حتی در میله ای نسبتاً کوچک به جرم حدوداً g100 در حدود  است ، می بینیم که این رقم بسیار کوچک است . بنابراین تنها کسر بسیار کوچکی از اتم خت در حدود ) با کمبود الکترون مواجه می شوند .

رسانا و نارسانا

می دانیم که برخی مواد مانند مس ،آلومینیوم و فلزات دیگر رسانای الکتریسیته اند ، در حالی که از گروهی دیگر مانند شیشه ، لاستیک و بیشتر پلاستیک ها به عنوان رساناهای الکتریکی بسیاراستفاده می شود .

چیزی که این نوع مواد از نظر  مشخصه الکتریکی از هم متمایز می کند ، این نکته است که در رساناها خارجی ترین الکترون ها که انها را الکترون های والانس (ظرفیت) می نامند می توانند نسبتاً آزادانه در سراسر ماده حرکت کنند اگرچه نمی توانند به آسانی از آن خارج شوند . برعکس در نارساناها حتی الکترون های والانس هم به هسته های خود مقیدند . توصیف دقیق الکترون ها در جامدات موضوعی دشوار است که مستلزم دانستن نظریه کوانتومی فیزیک و روش های پیشرفته ریاضی است . با همه این ها تعمیم گسترده ای که در بالا ارائه کردیم ، تقریبی قابل قبول از حالات واقعی است .

یک تجربه نسبتاً دقیق (اثر هال) نشان می دهد که در فلزات فقط بار منفی آزادانه حرکت می کند ، بار مثبت در شیشه یا در هر دی الکتریک دیگری بدون حرکت است . حامل های واقعی بار در فلزها ، الکترون های آزادند . هنگامی که اتم های منزوی برای تشکیل جسم جامد فلزی با هم ترکیب می شوند الکترون های لایه خارجی اتم ، مقید به اتم های منفردباقی نمی مانند بلکه آزادانه در سرتاسر حجم جامد حرکت می کنند . در بعضی رساناها مانند الکترولیت ه (محلول های رسانا) بارهای مثبت و منفی هر دو می توانندحرکت کنند .

نارسانای مطلق در طبیعت وجود ندارد برای مثال مس ، الکتریسیته را  مرتبه بهتر از کوارتز[2] هدایت می کند . تعداد زیادی ار مواد نیز وجود دارند که نه رسانای خوبی هستند و نه نارسانای خوبی . این دسته مواد را نیمه رسانا می نامند .

در رساناهای فلزی ، الکترون های آزاد که به آنها الکترون های رسانش می گوییم می توانند در فلز جابه جا شوند . در صورتی که در میاعات و گازها الکترون های آزاد و یون های مثبت و منفی می توانند جابه جا شوند . در رساناهای فلزی فقط الکترون های رسانش از پتانسیل بیشتر به طرف پتانسیل کمتر جریان می یابند .

بار الکتریکی

الکتریسیته یا برق در حقیقت حرکت بار الکتریکی یا الکترون ها در اجسام هادی است . مادامی که در یک جسم هادی الکترون جریان یابند ، گفته می شود که جسم مزبور دارای الکتریسیته است . هرچه تعداد الکترونی که در واحد زمان از یک سیم هادی عبور می کند بیشتر باشد جریان الکتریسیته آن بیشتر است. کولن[3] هر  الکترون را به نام خود یک کولن نامید و از این واحد برای اندازه گیری مقدار الکتریسیته استفاده کرد . هرگاه یک کولن الکتریسیته در مدت یک ثانیه از یک رسانا بگذرد ، در آن شدت جریان یک آمپر به وجود می آید .

میدان الکتریکی

همانطور که زمین دارای میدان گرانشی است و اثر این میدان بصورت نیروی گرانشی (نیروی زمین) وارد بر جرم های موجود در اطراف زمین مشاهده می شود ، در اطراف یک جسم باردار بر بارهای موجود در آن میدان ظاهر می شود . مثلاً در اطراف جسم A که دارای بار الکتریکی است یک میدان الکتریکی وجود دارد و اگر جس دارای بار B در این میدان قرار گیرد بر آن نیروی الکتریکی وارد می شود .

به عبارت دیگر میدان الکتریکی به فضای اطراف یک جسم باردار گفته می شود که در این فضا می تواند بر بارهای موافق نیروی دافعه و بر بارهای مخالف نیروی جاذبه وارد کند . بدیهی است هرچه از این جسم باردار فاصله بگیریم شدت میدان ضعیف تر خواهد شد .

بنا به تعریف جهت میدان الکتریکی در هر نقطه هم جهت با نیرویی است که میدان در آن نقطه به جسم دارای بار مثبت وارد می کند . به این ترتیب نیرویی که به جسم دارای بار منفی وارد می شود ، در خلاف جهت میدانی ایت که این نیرو را ایجاد می کند .

میدان الکتریکی را می توان با خط های فرضی نشان داد .این خط ها را «خط های میدان» و یا «خط های نیرو» می نامیم . خط های نیرو از بار مثبت خارج و به بار منفی وارد می شوند . تراکم این خط ها معرف قوی یا ضعیف بودن میدان الکتریکی است .


. در مورد مفهوم اختلاف پتانسیل (یا همان ولتاژ) در ادامه متن توضیح داده می شود .[1]

. کوارتز – نام یک سنگ طبیعی است که به روش مصنوعی نیز قابل ساخت است . این سنگ در اکثر ساعت های امروزی بکار می رود .[2]

. نام یک فیزیکدان[3]

منبع: مجموعه کتابهای آموزشی /الکتریسیته/ ناشر: شرکت صنایع آموزشی/چاپ۱۳۸۳/




دسته بندی : علوم ریاضی؛فیزیك , علوم ریاضی؛برق ,
 

ژنراتورها چگونه کار میکنند ؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 04:55 ب.ظ - پنجشنبه 10 اسفند 1391

مقدمه: هدف از انجام این تحقیق بررسی سیر تحقیقات انجام شده با موضوع ژنراتورها(ساختمان و اساس کار و سیر تکاملی ژنراتوها بخصوص ژنراتور های سنکرون ) است . به این منظور ، بررسی مقالات منتشر شده که با این موضوع مرتبط بودند و جمع آوری خلاصه مطالبی از منابع صورت گرفت و بعد چکیده آنها استخراج شد .

ژنراتورها همواره یکی از مهمترین عناصر شبکه قدرت بوده و نقش کلیدی در تولید انرژی و کاربردهای خاص دیگر ایفاء کرده است . ساخت اولین نمونه ژنراتور (سنکرون) به انتهای قرن 19 برمی گردد. مهمترین پیشرفت انجام شده در آن سالها احداث اولین خط بلند انتقال سه فاز از لافن به فرانکفورت آلمان بود. در کانون این تحول ، یک هیدروژنراتور سه فاز 210 کیلو وات قرار گرفته بود. عیلرغم مشکلات موجود در جهت افزایش ظرفیت و سطح ولتاژ ژنراتورها، در طول سالهای بعد تلاشهای گسترده ای برای نیل به این هدف صورت گرفت. مهمترین محدودیتها در جهت افزایش و سطح ولتاژ ژنراتورها ، ضعف عملکرد سیستمهای عایقی و نیز روشهای خنک سازی بود .در راستای رفع این محدودیتها ترکیبات مختلف عایقهای مصنوعی، استفاده از هیدروژن برای خنک سازی و بهینه سازی روشهای خنک سازی با هوا نتایج موفقیت آمیزی را در پی داشت به نحوی که امروزه ظرفیت ژنراتورها به بیش از 1600DC افزایش یافته است.

در جهت افزایش ولتاژ ، ابداع پاورفرمر در انتهای قرن بیستم توانست سقف ولتاژ تولیدی را تا حدود سطح ولتاژ انتقال افزایش دهد. به نحوی که برخی محققان معتقدند در سالهای نه چندان دور ، دیگر نیازی به استفاده از ترانسفورماتورهای افزاینده نیروگاهی نیست.
همچنین امروزه تکنولوژی ژنراتورهای ابررسانا بسیار مورد توجه است، انتظار می رود با گسترش این تکنولوژی در ژنراتورهای آینده ، ظرفیتهای بالاتر در حجم کمتر قابل دسترسی باشند.
ژنراتورها:
ماشین هایی هستند که انرژی مکانیکی را از محرک اصلی به یک توان الکتریکی در ولتاژ و فرکانس خاصی تبدیل می نماید.کلمه سنکرون به این حقیقت اشاره دارد که فرکانس الکتریک این ماشین با سرعت گردش مکانیکی شفت قفل شده است ، ژنراتورسنکرون برای تولید بخش اعظم توان الکتریکی در سرتاسر جهان به کار می رود.
دو اصل فیزیکی مرتبط با عملکرد ژنراتورها وجود دارد. اولین اصل فیزیکی اصل القائی الکترومغناطیسی کشف شده توسط مایکل فاراده دانشمند بریتانیایی است. اگر یک هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت کند یا اگر طول یا حلقه ی القائی ساکنی جهت تغییر استفاده شود. یک جریان ایجاد میشود یا القاء می شود. اگر یک جریان از میان یک کنتاکتور که در میدان مغناطیسی قرار گرفته ، عبور کند میدان ، نیروی مکانیکی بر آن وارد می کند.
ژنراتور ها دارای دو اصل هستند: قسمتها و میدان که آهنربای الکترو مغناطیسی با سیم پیچ هایش و آرمیچر و ساختاری که از کنتاکتورحمایت می کند و کار قطع میدان مغناطیسی و حمل جریان القاء شده ژنراتور یا جریان ناگهانی به موتور را دارد است . آرمیچر معمولا" هسته ی نرم آهنی اطراف سیم های القائی که دور سیم پیچ ها پیچیده شده اند ، است .
ژنراتور ها از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت متحرک را رتور و قسمت ساکن آن را استاتور می گویند . رتور ها نیز از نظر ساختمان دو دسته اند: ماشین های قطب صاف و ماشین های قطب برجسته.
همچنین ژنراتورها بسته به آنکه نوع وسیله گرداننده رتور آنها چه نوع توربینی باشد به صورت زیر تقسیم می شوند:
1) توربو ژنراتورها: در این وسیله گرداننده رتور ، توربین بخار است و چون توربین بخار جزء ماشین های تند گرد است بنابراین توربوژنراتور دارای قطب های صاف بوده و این ماشین توانائی ایجاد دورهای بسیاربالا را در قدرت های زیاد دارد امروزه اغلب توربوژنراتورها را دو قطبی می سازند چون با افزایش سرعت گردش کار توربین های بخار با صرفه تر وارزان ترتمام می شود.
2) هیدرو ژنراتور ها : در آن وسیله گرداننده رتور توربین آبی است و چون توربین آبی دارای دور کم است بنابراین هیدروژنراتور دارای قطب برجسته بوده و دارای سرعت کم می باشد.
3) دیزل ژنراتور ها : در قدرت های کوچگ و اظطراری وسیله گرداننده رتور دیزل است که در این موره هم قطب های رتور آن برجسته می باشد.
ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون:
در یک ژنراتور سنکرون یک جریان DC به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس رتور مربوط به ژنراتور به وسیله محرک اصلی چرخانده میشود ، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین بوجود آید.این میدان مغناطیسی ، یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.
در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ های میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می نماید و عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اتلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود . برای ماشین های سنکرون ، سیم پیچ های میدان در رتور است.
رتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهنربای الکتریکی بزرگ است . قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته یا غیر برجسته باشد . کلمه برجسته به معنی قلمبیده است و قطب برجسته ، یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. ازطرف دیگر ، یک قطب برجسته یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است . یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولا" برای موارد 2 یا 4 قطبی بکار می روند . در حالی که رتورهای برجسته برای 4 قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغیر است برای کاهش تلفات ، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود ، چون رتور می چرخد ، نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد برای انجام این کار 2 روش موجود است :
1) تهیه توان DC از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .
2) فراهم نمودن توان DC از یک منبع توان DC که مستقیما" روی شفت ژنراتورهای سنکرون نصب می شود.
ساختمان و اساس کار ژنراتور سنکرون
در یک ژنراتور سنکرون یک جریان dc به سیم پیچ رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور اعمال می گردد تا یک میدان مغناطیسی رتور تولید شود. سپس روتور مربوط به ژنراتور به وسیله یک محرک اصلی چرخاند می شود، تا یک میدان مغناطیسی دوار در ماشین به وجود آید . این میدان مغناطیسی یک ولتاژ سه فاز را در سیم پیچ های استاتور ژنراتور القاء می نماید.
در یک ماشین دو عبارت در توصیف سیم پیچ ها بسیار مورد استفاده است: یکی سیم پیچ های میدان و دیگری سیم پیچ های آرمیچر. بطور کلی عبارت سیم پیچ ها ی میدان به سیم پیچ هایی گفته می شود که میدان مغناطیسی اصلی را در ماشین تولید می کند. عبارت سیم پیچ های آرمیچر به سیم پیچ هایی اطلاق می شود که ولتاژ اصلی در آن القاء می شود برای ماشین های سنکرون، سیم پیچ های میدان در رتور است.
روتور ژنراتور سنکرون در اصل یک آهن ربای الکتریکی بزرگ است. قطب های مغناطیسی در رتور می تواند از نوع برجسته و غیر برجسته باشد. کلمه برجسته به معنی (قلمبیده )است و قطب برجسته یک قطب مغناطیسی خارج شده از سطح رتور می باشد. از طرف دیگر یک قطب برجسته، یک قطب مغناطیسی هم سطح با سطح رتور است. یک رتور غیر برجسته یا صاف معمولاً برای موارد 2 یا چهار قطبی به کار می روند. در حالی که رتور های برجسته برای 4 قطب یا بیشتر مورد استفاده هستند. چون در رتور میدان مغناطیسی متغییر است برای کاهش تلفات، آن را از لایه های نازک می سازند. به مدار میدان در رتور باید جریان ثابتی اعمال شود. چون رتور می چرخد نیاز به آرایش خاصی برای رساندن توان DC به سیم پیچ های میدانش دارد.برای انجام این کار 2 روش موجود است :
1- از یک منبع بیرونی به رتور با رینگ های لغزان و جاروبک .
2- فراهم نمودن توان DCاز یک منبع توان DC ، که مستقیما" روی شفت ژنراتورسنکرون نصب میشود.
رینگ های لغزان بطور کامل شفت ماشین را احاطه می کنند ولی از آن جدا هستند. یک انتهای سیم پیچ DC به هر یک از دو انتهای رینگ لغزان در شفت موتور سنکرون متصل است و یک جاروبک ثابت روی هررینگ لغزان سر می خورد . جاروبک ها بلوکی از ترکیبات گرافیک مانند هستند که الکتریسیته را به راحتی هدایت می کنند ولی اصطکاک خیلی کمی دارند و لذا روی رینگ ها خوردگی بوجود نمی آورد. اگر سمت مثبت منبع ولتاژ DC به یک جاروبک و سر منفی به جاروبک دیگروصل می شود. آنگاه ولتاژ ثابتی به سیم پیچ ، جدااز مکان و سرعت زاویه ای آن ، میدان درتمام مدت اعمال می شود. رینگ های لغزان و جاروبک ها به هنگام اعمال ولتاژ DC چند مشکل برای سیم پیچ های میدان ماشین سنکرون تولید می کنند آنها نگهداری را در ماشین افزایش می دهند ، زیرا جاروبک بایدمرتبا" به لحاظ سائیدگی چک شود. علاوه برآن ، افت ولتاژ جاروبک ممکن است تلفات قابل توجه توان را همراه با جریان های میدان به دنبال داشته باشد . علیرغم این مشکلات رینگ های لغزان روی همه ماشین های سنکرون کوچک تر بکار میرود. زیرا راه اقتصادی تر برای اعمال جریان میدان موجود نیست .
در موتور ها و ژنراتورهای بزرگ تر ، از محرک های بی جاروبک استفاده می شود تا جریان میدان DC را به ماشین برسانند یک محرک بی جاروبک ، یک ژنراتور AC کوچکی است که مدار میدان آن روی استاتور و مدار آرمیچر آن روی رتور نصب است خروجی سه فاز ژنراتور محرک یکسو شده و جریان مستقیم توسط یک مدار یکسو ساز سه فاز که روی شفت ژنراتور نصب است حاصل می شود که بطور مستقیم به مدار میدان DC اصلی اعمال میگردد. با کنترل جریان میدان DC کوچکی از ژنراتور محرک (که روی استاتور نصب می شود) می توان جریان میدان را روی ماشین اصلی و بدون استفاده از رینگ های لغزان و جاروبک ها تنظیم کرد. چون اتصال مکانیکی هرگز بین رتور و استاتور بوجود نمی آید ، یک محرک جاروبک نسبت به نوع حلقه های لغزان و جاروبک ها ، به نگهداری کمتری نیاز دارد. برای اینکه تحریک ژنراتور بطور کامل مستقل از منابع تحریک بیرونی باشد، یک محرک پیلوت کوچکی اغلب در سیستم لحاظ میگردد . محرک پیلوت ، یک ژنراتور AC کوچک با مگنت های (آهن ربا ) دائمی نصب شده بر روی شفت رتور و یک سیم پیچ روی استاتور است . این محرک انرژی را برای مدار میدان محرک بوجود می آورد که این به نوبه خود مدار میدان ماشین اصلی را کنترل می نماید . اگر یک محرک پیلوتروی شفت ژنراتور نصب شود آن گاه هیچ توان الکتریکی خارجی برای راندمان ژنراتور لازم نیست .
بسیاری از ژنراتور های سنکرون که دارای محرک های بی جاروبک هستند ، دارای رینگ های لغزان و جاروبک نیز هستند بنابراین یک منبع اضافی جریان میدان DC در موارد اضطراری در اختیار است . استاتور ژنراتور های سنکرون معمولا" در دو لایه ساخته می شوند : خود سیم پیچ توزیع شده و گام های کوچک دارد تا مولفه های هارمونیک ولتاژ ها و جریان های خروجی را کاهش دهد .
چون رتور باسرعتی برابر باسرعت میدان مغناطیسی می چرخد ، توان الکتریکی با فرکانس 50 یا 60 هرتز تولید می شود و از ژنراتور بسته به تعداد قطب ها باید با سرعت ثابتی بچرخد مثلا" برای تولید توان 60هرتز در یک ماشین دو قطب رتور باید با سرعت 3600 دور در دقیقه بچرخد . برای تولید توان 50هرتز در یک ماشین 4 قطب ، رتور باید با سرعت 1500 دور دردقیقه دوران کند . سرعت مورد نیاز یک فرکانس مفروض همیشه از معادله زیر قابل محاسبه است :
Fe : فرکانس
= سرعت مکانیکی
P = تعداد قطب ها
ولتاژ القایی در استاتور به شار در ماشین ، فرکانس یا سرعت چرخش ، و ساختمان ماشین بستگی دارد . ولتاژ تولیدی داخلی مستقیما" متناسب با شار و سرعت است ولی خود شار به جریان جاری در مدار میدان رتور بستگی دارد. .ولتاژ درونی برابر ولتاژ خروجی نیست چندین فاکتور ، عامل اختلاف بین این دو هست :
1- اعوجاج موجود در میدان مغناطیسی فاصله هوا به علت جریان جاری در استاتور که به آن عکس العمل آرمیچر می گویند.
2- خود القایی بوبین های آرمیچر
3- مقاومت بوبین های آرمیچر
4- تاثیر شکل قطب ها ی برجسته رتور
وقتی یک ژنراتور کار می کند و بار های سیستم را تغذیه می کند آنگاه :
1- توان مستقیم و رآکتیو تولیدی بوسیله ژنراتور برابر با مقدار توان تقاضا شده بوسیله بار متصل شده به آن است .
2- نقاط تنظیم گاورنر ژنراتور ، فرکانس کار سیستم قدرت را کنترل می نماید.
3- جریان میدان ( یانقاط تنظیم رگولاتور میدان ) ولتاژ پایانه سیستم قدرت را کنترل می نماید.
این وضعیتی است که در ژنراتورهای جدا و به فواصل دور از هم وجود دارد.
مولد های AC یا آلترناتورها:
مولد های AC یا آلترناتورها درست مثل مولدهای DC براساس القاء الکترومغناطیس کار می کنند ، آنها نیز شامل یک سیم پیچ آرمیچر و یک میدان مغناطیسی هستند اما یک اختلاف مهم بین این دو وجود دارد ، در حالی که در ژنراتورهای DC آرمیچر چرخیده می شود و سیستم میدان ثابت است در آلترناتورها آرایش عکس وجود دارد.
آلترناتورها یک ژنراتور ساده بدون کموتاتور ، یک جریان الکتریکی متناوب تولید می کنند ، چنین جریان متناوبی مزیت زیادی دارد برای انتقال توان الکتریکی و از این رو بیشتر ژنراتورهای الکتریکی بزرگ از نوع AC هستند. ژنراتور AC در دو حالت خاص با ژنراتور DC فرق می کند . پایانه های سیم پیچ آرمیچرش بیرون هستند . برای حلقه های لغزان جزئی شده ی جامد روی شفت (میله ) ژنراتور به جای کموتاتور و سیم پیچ های میدان توسط یک منبع DC خارجی تغذیه انرژی می شود تااینکه توسط خود ژنراتور این کار انجام شود . ژنراتور ها ی AC سرعت پایینی با تعداد زیادی قطب در حدود 100 قطب ساخته می شوند. هم برای بهبود بازه شان و هم برای دست یافتن به فرکانس دلخواه به آسانی . آلترناتورها با توربین های سرعت بالا راه اندازی می شوند . فرکانس جریان گرفته شده توسط ژنراتور AC مساوی است با نیمی از تعداد قطبها و تعداد چرخش آرمیچر در ثانیه.
بخاطر احتمال جرقه زنی بین جاروبک ها و حلقه های لغزان و خطر شکستهای مکانیکی که ممکن است سبب اتصال کوتاه شود. آلترناتورها به یک سیم پیچ ساکن که بدور یک رتور می چرخد و این رتور شامل تعدادی آهنربای مغناطیسی میدان هستند ساخته می شوند. اصل عملکرد آنها نیز دقیقا" مشابه عملکرد ژنراتورهای AC توصیف شده اند.
ژنراتور ها با ولتاژ بالا:
شركت ABB اخیرا ژنراتوری با ولتاژ بالا ابداع كرده است . این ژنراتور بدون نیاز به ترانسفورماتور افزاینده بطور مستقیم به شبكه قدرت متصل می گردد . ایده جدید بكار گرفته شده در این طرح استفاده از كابل به عنوان سیم پیچ استاتور می باشد . ژنراتور ولتاژ بالا برای هر كاربرد در نیروگاههای حرارتی و آبی مناسب می باشد . راندمان بالا ، كاهش هزینه های تعمیر و نگهداری ، تلفات كمتر ، تأثیرات منفی كمتر بر محیط زیست ( با توجه به مواد بكار رفته ) از مزایای این نوع ژنراتور می باشد . ژنراتور ولتاژ بالا در مقایسه با ژنراتورهای معمولی در ولتاژ بالا و جریان پائین كار می كند . ماكزیمم ولتاژ خروجی این ژنراتور با تكنولوژی كابل محدود می گردد كه در حال حاضر با توجه به تكنولوژی بالای ساخت كابلها میتوان ولتاژ آنرا تا سطح 400 كیلو ولت طراحی نمود . هادی استفاده شده در ژنراتور ولتاژ بالا بصورت دوار می باشد در حالیكه در ژنراتورهای معمولی این هادی بصورت مثلثی می باشد در نتیجه میدان الكتریكی در ژنراتورهای ولتاژ بالا یكنواخت تر می باشد . ابعاد سیم پیچ بر اساس ولتاژ سیستم و ماكزیمم قدرت ژنراتور تعیین می گردد . در ژنراتورهای ولتاژ بالا لایه خارجی كابل در تمام طول كابل زمین می گردد ، این امر موجب می شود كه میدان الكتریكی در طول كابل محدود گردد و دیگر مانند ژنراتورهای معمولی نیاز به كنترل میدان در ناحیه انتهایی سیم پیچ نباشد .
جزیی ( Partialdischarge) در هیچ ناحیه ای از سیم پیچ وجود ندارد و همچنین ایمنی افراد بهره بردار و یا تعمیركار افزایش می یابد . سربندیها و اتصالات معمولا در فضای خالی مورد دسترس در محل انجام می گیرد ، بنابراین محل این اتصالات در یك نیروگاه نسبت به نیروگاه دیگر متفاوت می باشد ، اما در هر حال این اتصالات در خارج از هسته استاتور می باشد ، برای مثال اتصالات و سربندیها ممكن است زیر ژنراتور و یا خارج از قاب استاتور ( Statorframe ) انجام گیرد . بدین ترتیب اتصالات و سربندیها ، مشكلات ناشی از ارتعاشات و لرزش های بوجود آمده در ماشین های معمولی را نخواهند داشت .
در طرح كنونی ژنراتور ولتاژ بالا دو نوع سیستم خنك كنندگی وجود دارد ، روتور و سیم پیچ های انتهایی توسط هوا خنك می گردند در حالیكه استاتور توسط آب خنك می گردد . سیستم خنك كنندگی آب شامل لوله های XLPE قرار گرفته شده در هسته استاتور می باشد كه آب از این لوله ها جریان می یابد و هسته استاتور را خنك نگه می دارد .
مقایسه جریان اتصال كوتاه در نیروگاه مجهز به ژنراتور ولتاژ بالا با نیروگاه مجهز به ژنراتور معمولی نشان می دهد كه به دلیل اینكه در نیروگاه با ژنراتور ولتاژ بالا راكتانس ترانسفورماتور حذف می گردد جریانهای خطا كوچكتر می باشد




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛مغناطیس , علوم ریاضی؛مكانیك ,
 

موتور الکتریکی چگونه كار می‌كند؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 04:53 ب.ظ - پنجشنبه 10 اسفند 1391

موتورهای الکتریکی تقریبا همه جا هستند! داخل وسایل برقی خانه شما، مثل آب میوه گیری – یخچال – ماشین لباسشویی – ضبط صوت- سشوار و دهها وسیله دیگر از این موتورها استفاده شده است.

با ما همراه باشید تا ببینید این موتورها چگونه کار می کنند؟

می دانید که انرژی الکتریکی وقتی که به محل مصرف می رسد بصورت انرژی دیگری که مورد نیاز است تبدیل می شود . برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی از یک موتور الکتریکی استفاده می شود . موتور الکتریکی ماشینی است که با استفاده خاصیت مغناطیسی ، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند . بنابراین کار موتور درست عکس کار ژنراتور است . زیرا ژنراتور انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند . همانگونه که می دانید زنگ اخبار انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند .

هرگاه از سیمی که خطوط نیروی مغناطیسی را قطع کرده است جریانی عبور کند ، آن سیم حرکت می کند . اگر جهت جریان تغییر کند ، سیم در جهت عکس حالت قبل حرکت خواهد کرد . کشف این پدیده ها که به وسیله مایکل فاراده و جوزف هنری انجام گرفت منجر به اختراع موتور الکتریکی شد .

این قطب ها درست مانند قطب های یک آهن ربا عمل می کنند . هر قطب آرمیچر به وسیله قطب ناهم نام آهن ربای موتور ربوده می شود و به وسیله قطب هم نام همین آهن ربا رانده می شود . در نتیجه آرمیچر ، بر اثر ترکیب نیروهای ربایش و رانش به چرخش در می آید . اکنون اگر قطب های هم نام آرمیچر و آهن ربا مجاور یکدیگر باشند ، قطب N آرمیچر بر اثر نیروی رانش از قطب N آهن ربا دور می شود و بر اثر نیروی ربایش به قطب S آهن ربا نزدیک می گردد و در نتیجه آرمیچر می چرخد ، این چرخش تا هنگامی ادامه دارد که قطب های ناهم نام آهن ربا و آرمیچر مجاور یکدیگر قرار گیرند .

درست در این لحظه دستگاهی به نام کوموتاتور جهت جریان را در سیم پیچ آرمیچر عوض می کند . در نتیجه قطب های آرمیچر عوض می شوند . قطبی که N بوده اکنون S می شود و به عمس قطبی که S بود N می شود . در نتیجه باز هم قطب N آرمیچر  مجاور قطب N آهنربا قرار می گیرد و کار قبل تکرار می شود .

بسته به کاربرد بعضی از موتورها فقط با جریان مستقیم و بعضی دیگر با جریان متناوب کار می کنند . نوع کوچک موتورهای بری در وسایلی مانند چرخ گوشت برقی ، بد بزن (پنکه) بکار می رود . نوع بسیار بزرگ آنها در کشتی ها مورد استفاده قرار می گیرد .

چگونه انرژی الکتریکی را به انرژی گرمایی و نور تبدیل کنیم ؟

بهترین وسایل برقی قسمتی از انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می کنند و به هدر می دهند . اما در وسایل گرماده برقی از قبیل اتو ، اجاق بخاری ، منقل برقی ، کتری و آب گرمکن برقی و مانند آنها از گرمای حاصل بطور مناسب استفاده می شود .هر وسیله گرماده برقی شامل رسانایی است که وقتی جریان از آن می گذرد گرم می شود . این بخش گرماده گاهی بصورت سیم پیچی از سیم های لخت و گاهی بصورت میله های ضخیم است .

بخش گرماده از ماده ای است که بر اثر عبور جریان ، بدون آنکه ذوب شود یا بسوزد داغ می شود . وقتی که یک وسیله گرماده را به برق وصل می کنند جریانی که از سیم های رابط و بخش گرماده می گذرد یکسان است . زیرا همه آنها با منبع انرژی الکتریکی بطور سری قرار دارند . از آنجایی که مقاومت سیم های رابط بسیار کم است ، گرمای بسیار کمی در آنها تولید می شود و به سرعت به هدر می رود . در نتیجه دمای سیم های رابط تغییر محسوسی نمی کند . اما بخش گرماده مقاومت بیشتر دارد .

بنابراین انرژی الکتریکی بیشتری را به گرما تبدیل می کند . چون تمام گرما در جای کوچکی تولید می شود ، نمی تواند به سرعت هدر رود در نتیجه بخش گرماده را داغ می کند . لامپ برقی مانند وسایل گرماده کار می کند . در هر لامپ رشته سیمی است که وقتی از آن جریان می گذرد به دمای سفید می رسد و ملتهب می گردد.

یعنی :

اولاً مقاومت آن به قدری است که به دمای التهاب می رسد .

ثانیاً در این دما ذوب نمی شود .

ثالثاً نمی سوزد یا اکسید نمی شود.

امروزه رشته سیم های لامپ برقی از تنگستن ساخته می شود . تنگستن فلزی است که تا دمای تقریباً 3370 درجه ذوب نمی شود . برای تهیه رشته سیم های لامپ برقی تنگستن را بصورت سیم پیچ کوچکی در می آورند و برای آنکه در مجاورت هوا نسوزد آن رات داخل حباب شیشه ای که خلأ شده قرار می دهند . سپس درون حباب را از گازی مانند آرگن یا نیتروژن یا مخلوطی از هر دو پر می کنند .

هیچ یک از این گازها به راحتی با مواد دیگر ترکیب نمی شوند ، بنابراین تغییر شیمیایی در تنگستن به وجود نمی آورند. در این نوع لامپ ها کمتر از 5 درصد انرژی الکتریکی به نور تبدیل می شود و بیشتر از 95 درصد انرژی الکتریکی بصورت گرما در می آد . بنابراین لامپ های التهابی بیشتر از آنچه نور می دهند گرما می دهند.


اجزاء موتورهای الکتریکی :

ابتدا نگاهی به درون یک موتور الکتریکی ساده می اندازیم. یک موتور ساده از 6 بخش تشکیل شده :

• آرمیچر

• ذغال هادی

• سوئیچ تغییر دهنده جهت برق

• محور

• آهن ربا

• منبع برق DC


اگر شما تا بحال با آهن ربا ها بازی کرده باشید، حتما دریافته اید که قطب های همنام همدیگر را دفع و قطب های غیر همنام همدیگر را جذب می کنند. این قانون بنیادین آهن رباها است. اگر شما دو میله آهن ربا را خم كرده و به هم وصل کنید ، بطورِیکه دو قطب N و S روبروی هم قرار گیرند و سپس یک الکترومغناطیس را بین آنها قرار دهید، به همین سادگی یک موتور الکتریکی خواهید ساخت





الکترومغناطیس بخش مهم یک موتور الکتریکی به حساب می رود.
شما می توانید با پیچیدن 100 دور سیم حول یک میخ و اتصال آن به یک باطری یک الکترومغناطیس درست کنید. در این صورت طبق قوانین فیزیک ، میخ تبدیل به آهن ربا می شود، آن سر میخ که به مثبت باطری وصل شده قطب S و طرف دیگر به قطب N تبدیل می شود.



حال اگر این الکترومغناطیس را روی محوری بین آهن ربای نعلی شکل طوری قرار دهیم که قطب های همنام روبروی هم باشند، ( چون قطب های همنام همدیگر را دفع می کنند) این الکترومغناطیس حول محور خود ، یک نیم دور می چرخد تا قطب های غیر همنام روبروی هم قرار گیرند. حال اگر بتوانیم کاری کنیم که دائما قطب های + و – متصل به باطری عوض شود ، الکترومغناطیس هم مدام دور محور خود خواهد چرخید.

در موتورهای الکتریکی پیشرفته تر، آرمیچر جای میخ مثال بالا عمل می کند. آرمیچر، الکترومغناطیسی است که با پیچاندن سیم حول دو یا چند میله فلزی، ساخته می شود. سیم پیچی در آرمیچر طوری ساخته شده است که حول محور عمودی قطع شود.



حال اگر باطری را توسط دو ذغال هادی (قرمز رنگ) به محور عمودی آرمیچر متصل کنیم ، قطب های Nو S آهن ربایی در دو سر آرمیچر ایجاد می شود.



اگر آرمیچر را بین آهن ربای نعلی شکل قرار دهیم، آرمیچر یک نیم دور می چرخد، ارتباط + و – باباطری عوض می شود و قطب های آرمیچر عوض می شود. باز طبق قانون بنیادی، قطب های همنام همدیگر را دفع می کنند و آرمیچر یک نیم دور دیگر میزند.و با تکرار این کار، آرمیچر حول محور خود خواهد چرخید.



نمونه دیگری از این موتورها را در تصویر زیر می بینید.



بسته به نوع کاربرد، موتورهای الکتریکی متنوعی ساخته می شود.

منبع: bestofpersia.150m.com
و danestaniha92.blogfa.com



دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛مغناطیس , علوم ریاضی؛مكانیك ,
 

اتصالات شبکه فیبر نوری

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:54 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

پچ پنل فیبر نوری
محفظه ای است قابل نصب در رک که اتصالات فیبر نوری را نگهداری می کند.

24ST-FT24SC-FT

 
 پچ کورد فیبر نوری

برای اتصال بین پچ پنل فیبر نوری و سوئیچ شبکه از پچ کورد استفاده می کنیم. این پچ کورد ها بایستی متناسب با فیبر نوری انتخاب شوند. مثلا پچ کورد سینگل مود برای فیبر سینگل مود و پچ کورد مالتی مود برای فیبر مالتی مود.  پچ کورد ها دارای کانکتورهای مختلفی هستند که در کارخانه بر روی آنها نصب شده است . مانند : MT – Rj و LC و SC و ST و VF – 45 . بر حسب کاربرد در برخی پچ کوردها کانکتور های یک سر پچ کورد با سر دیگر متفاوت است، برای مصارف گوناگون مثلا پچ کورد : SC به LC و ... پچ کوردها معمولاً دارای قابلیت انعطاف بسیار بالایی هستند و براحتی نمی شکنند. طول این پچ کوردها معمولا 1 ، 2 ، 3 ، 5 و 10 متر می باشد.
                            


 
 














کانکتورهای فیبر نوری
کانکتور فیبر نوری بر روی فیبر نوری توسط ابزارهای خاص نصب می شود و امکان انتقال داده را به ما می دهد . برخی از انواع این کانکتورها عبارتند از MT – Rj و LC و SC و ST  که به دو گروه مالتی مود و سینگل مود نیز تقسیم می شوند.
 

         


آداپتور فیبر نوری
آداپتور فیبر نوری واسط بین فیبر نوری که کانکتور بر روی آن نصب شده و پچ کورد فیبر نوری می باشد . این آداپتور عموما داخل پچ پنل مخصوص فیبر قرار می گیرد . و انواع مختلف آن متناسب با نوع کانکتور بصورت 2 پورت Duplex یا تک پورت Simplex وجود دارد .

 

کیف ابزار فیبر نوری
کیف ابزار فیبر نوری مخصوص نصب کانکتورهای فیبر است . 

 
 
فیوژن
دستگاه فیوژن برای اتصال فیبرنوری بکارمی رود.



دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛نور ,
 

چطور فایر وایر کار می‌کند؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:51 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

اگر اهل کار با دستگاه‌هایی نظیر دوربین عکاسی یا فیلم برداری دیجیتال هستید شاید نام فایر وایر را شنیده باشید

فایر وایر (FireWire) یکی از راه‌های آسان و سریع اتصال دستگاه‌های مختلف است.

این فن‌آوری در سال 1995 توسط شرکت اپل ساخته شد و توسط انجمن مهندسین برق آمریکا (IEEE) استاندارد گذاری شد. فایر وایر شباهت زیادی به USB دارد.

سازندگان فایر وایر با چند هدف این فن‌‌آوری را گسترش دادند.

• انتقال سریع اطلاعات
• قابلیت اتصال چندین وسیله به یک کامپیوتر یا واحد دیگر
• سهولت استفاده
• انتقال و تأمین برق از طریق کابل
• هزینه کم کابل و استفاده
• قابلیت Plug-and-Play. یعنی کامپیوتر به صورت پیش فرض دستگاه را شناسایی می‌کند و دیگر نیازی به اجرای درایور نیست.

فن‌آوری فایر وایر که به IEEE1394 نیز معروف است؛ به شما اجازه انتقال اطلاعات مخصوصاً صدا و تصویر را می‌دهد. فایر وایر بسیار پر سرعت است. نسخه جدید آن دارای سرعت 800 مگابایت بر ثانیه است و پیش‌بینی می‌شود با ایجاد تغییراتی در ساختار کابل‌ها با استفاده از فایر وایر می‌توان به سرعت بالای 3.2 گیگابایت نیز رسید. کامپیوتر‌ها و سیستم عامل‌های کنونی توانایی دریافت 63 دستگاه توسط فایر وایر را دارند.

فایر وایر همچنین Hot-Pluggable‌ است. به این معنی که می‌توانید هرگاه آن را قطع و وصل کنید حتی در حالی که دستگاه روشن است.

نسخه ابتدایی فایر وایر که به IEEE1394a معروف است دارای سرعت 400 مگابایت بر ثانیه است و توانایی دریافت اطلاعات در طول کابلی با ماکسیمم طول 4.5 متر را دارد.

هنگامی که نسخه 2 USB به بازار عرضه شد سرعت 480مگابایت را داشت و طول کابل آن به ماکسیمم 5 متر نیز می‌رسید. این امر رقابت بین این دو فن‌آوری را کمتر کرد.

ولی دوباره در سال 2002 سازندگان فایر وایر نسخه IEEE1394b آن را به بازار عرضه کردند که برای همیشه 2 USB را پشت سر گذاشت وبا سرعت 800 مگابایت یر ثانیه و ماکسیمم کابل 100متر؛ بازار اتصالات دیجیتال را متحول کرد. نسخه جدید فایر وایر با نسخه قدیم آن نیز سازگار است.

تفاوت دیگری که در این میان است این است که USB به صورت Hot-Based کار می‌کند. یعنی حتماً باید به یک کامپیوتر یا واحد پردازش متصل باشد. ولیفایر وایر peer-to-peer است. به این معنی که دو دوربین فیلم‌برداری را می‌توان بافایر وایر به هم متصل کرد.

فایر وایر می‌تواند برق دستگاه را از کامپیوتر تأمین کند. به این ترتیب دو کابل برق داخل فایر وایر  می‌توانند 1.5آمپر شدت جریان را با 8تا30 ولت اختلاف پتانسیل عبور دهند.

FireWire 400 دارای 6 سوزن یا Pin است. این در حالی است که در بعضی دستگا‌ه‌ها به دلیل کمبود فضا از 4 سوزن نیز استفاده می‌شود. FireWire 800 دارای 9 سوزن است. 6 سوزن آن همانند سوزن‌های FireWire 400  است و دو تا آن لایه‌هایی روکش شده هستند که برای جلوگیری از تماس کابل‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. درحالی که سوزن دیگر کار دیگری در حالت عادی انجام نمی‌دهد.

ارسال اطلاعات در یک گذرگاه یا Bus توسط فایر وایر  با استفاده از سیستم 64 بیتی که به استاندارد IEEE1212 معروف است انجام می‌شود. هر بسته (Packet) به سه قسمت تقسیم می‌شود:

• 10 بیت اطلاعات مربوط به BusID که مشخص می‌کند از کدام گذرگاه (Bus) اطلاعات وارد می‌شود.
• 6 بیت اطلاعات PhysicalID که مشخص می‌کند کدام دستگاه روی گذرگاه اطلاعات را فرستاده است.
• و سرانجام 48 بیت که برای انتقال اطلاعات است.

هر کدام از گره‌ها و یا همان دستگاه‌هایی که روی گذرگاه قرار می‌گیرند می‌توانند 100متر کابل فایر وایر داشته باشند به این ترتیب در شکل زیر می‌توان 400متر سیم بین کامپیوتر 3 و دوربین استفاده کرد.

فایر وایر تأثیر بسزایی در اتصالات تصویری از دستگا‌ه‌هایی مثل دوربین داشته است. می‌توانید با استفاده ازفایر وایر فیلم‌های خود را به صورت همزمان مشاهده و حتی آن‌ها را همزمان ضبط کنید.

منبع: همشهری آنلاین





دسته بندی : علوم ریاضی؛برق ,
 

آشنایی با فیبر نوری

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:49 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

فیبر نوری، رشته‌ای از جنسی شفاف با قابلیت گذردهی نور است که برای انتقال اطلاعات دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرد

یک فیبر نوری از چند قسمت مختلف تشکیل می‌شود. هسته مرکزی که بخش گذرده نور است از ترکیبات شفاف سیلیس و ژرمانیوم ساخته می‌شود.

دو یا جند روکش مختلف نیز از این فیبرها محافظت می‌کنند. تعداد و جنس این روکش‌ها بستگی به موارد استفاده فیبر دارد.

سپس چندین فیبر به دور یکدیگر تنیده می‌شوند و دوباره با چند غلاف مختلف محافظت می‌شوند.

فیبرهای نوری به دو دسته تقسیم می‌شوند. یک نوع که تک مد نامیده می‌شود دارای تک فیبرها با هسته نازک و قطر 9 میکرون است و نور فروسرخ لیزر با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر را گذر می‌دهد.

نوع دیگر دارای هسته‌های ضخیم 63.5 میکرونی است و با نور فروسرخ با طول موج 850 تا 1300 نانومتر گسیل شده از LED کار می‌کند.

تفاوت جنس فیبر با محیط بیرون (غلاف) و در نتیجه تفاوت ضریب شکست این دو ماده باعث می‌شود که دیواره فیبر به صورت آیینه عمل کند. به این ترتیب زمانی که نور با زاویه‌ای خاص به دیواره فیبر می‌تابد، پدیده بازتاب کلی داخلی رخ می‌دهد و نور با انعکاس از دیواره فیبر پیش‌می‌رود و در انتها از کابل خارج می‌شود. گقتنی است ماکزیمم زاویه‌ای که نور می‌تواند تحت آن و بدون بازتاب داخلی از یک ماده خارج شود I > arcsin n2/n1 است. که n1 ضریب شکست محیط غلیظ (در اینجا فیبر) و n2 ضریب شکست محیط رقیق (محیط بیرون فیبر)است.

با این حال بعضی از سیگنال‌های نوری در طول فیبر دچار اختلال و بازتاب‌های نامنظم می‌شوند. میزان این اختلال و همچنین تعداد سیگنال‌هایی که دچار آن می‌شوند به عواملی از جمله درصد خلوص مواد هسته فیبر و طول موج نور دارد.

برای تولید سیگنال‌های دیجیتالی در طول فیبر نوری، از یک فرستنده استفاده می‌شود. فرستنده معمولاً اطلاعات سیگنال‌ها را از یک واحد کامپیوتر دریافت ‌می‌کند و در یک سر کابل نصب می‌شود. در سر دیگر کابل یک گیرنده قرار می‌گیرد که علاوه بر دریافت سیگنال، آن را تجزیه و ترجمه می‌کند.

معمولاً زمانی که از فیبرها در مسافت‌ها طولانی استفاده می‌شود، یک دستگاه تقویت کننده در سر راه کابل قرار می‌گیرد که هم از سالم بودن سیگنال‌ها اطمینان حاصل می‌کند و هم نور را تقویت می‌کند.

یکی از مهمترین مزایای استفاده از کابل نوری دقت و ظرفیت بالای انتقال اطلاعات در آن‌هاست. همین امر باعث می‌شود تا برق کمتری برای تولید سیگنال‌ها مصرف شود.

از آنجایی که امواج مختلف بر نور تأثیری ندارند، میزان پاشندگی آن و در نتیجه تلفات و تداخل اطلاعات در فیبرهای نوری بسیار پایین‌تر از کابل‌های مسی است.

در حال حاضر هزینه تولید فیبرنوری کمتر از کابل‌های مسی است. البته هزینه کار گذاری و نصب آن‌ها تا حدودی بیشتر از کابل‌های قدیمی است. این امر با پیشرفت فن‌آوری‌های کابل‌کشی نوری در حال تغییر است و به زودی می‌توان کیلومترها کابل نوری را با هزینه‌ای بسیار کمتر از کابل‌های مسی تولید و مصرف کرد.

فیبر نوری یکی از بهترین ابزار ارتباط دیجیتالی از جمله ارتباطات در شبکه‌های کامپیوتری است. با کابل‌های نوری مختلف می توان از 10 تا 110 گیگابایت دیتا را در یک ثانیه منتقل کرد.

از دیگر کاربردهای فیبر نوری می‌توان به صنایع نظامی، عکس‌برداری پزشکی و ساخت حسگرهای اندازه‌گیری اشاره کرد.


منبع: همشهری آنلاین





دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛نور ,
 

قوانین اهم

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:42 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

قانون اُهم که به نام کاشف آن جرج اهم نام گذاری شده‌است، بیان می‌دارد که نسبت اختلاف پتانسیل (یا افت ولتاژ) بین دو سر یک هادی (و مقاومت) به جریان عبور کننده از آن به شرطی که دما ثابت بماند، مقدار ثابتی است:


\frac{V}{I}=R


که در آن V ولتاژ و I جریان است. این معادله منجر به یک ثابت نسبی R می‌شود که مقاومت الکتریکی آن وسیله نامیده می‌شود. این قانون تنها برای مقاومتهایی صادق است که مقاومت شان به ولتاژ اعمالی دو سرشان وابسته نباشد که به این مقاومت‌ها مقاومت‌های اهمی یا ایده آل یا وسیله‌های اهمی گفته می‌شود. خوشبختانه شرایطی که در آن قانون اهم صادق است، بسیار عمومی است.(قانون اهم هیچگاه برای ابزارهای دنیای واقعی کاملاً دقیق نیست چرا که هیچ ابزار واقعی وجود ندارد که یک ابزار اهمی باشد). معادله V / I = R حتی برای ابزارهای غیر اهمی هم صادق است اما در آن صورت دیگر مقاومت R یک مقدار ثابت نیست و به مقدار V وابسته‌است. برای اینکه بررسی کنیم که آیا ابزاری اهمی است یا نه، می‌توان V را بر حسب I رسم کرد و نمودار بدست آمده را با خط مستقیمی که از مبدا می‌گذرد مقایسه کرد. معادله قانون اهم اغلب بصورت:

V = I \cdot R

بیان می‌شود چرا که این معادله صورتی است که اکثر اوقات همراه مقاومت‌ها بکار برده می‌شود. فیزیکدانان اغلب فرم میکروسکوپیک قانون اهم را استفاده می‌کنند:

\mathbf{j} = \sigma \cdot \mathbf{E}

که در آن j چگالی جریان (جریان عبوری از واحد حجم)، & هدایت و E میدان الکتریکی است. و در واقع فرمی است که اهم قانونش را بیان کرد. فرم عمومی V = I\cdot R که در طراحی مدارات بکار می‌رود، نسخه ماکروسکوپیک متوسط گیری شده فرم اصلی است. دانستن این مطلب مهم است که قانون اهم یک قانون گرفته شده از ریاضیات نیست ولی بخوبی توسط شواهد تجربی تایید می‌شود. گاهی اوقات هم قانون اهم به هم می‌خورد چرا که این قانون بسیار ساده سازی شده‌است. منشا اصلی به وجود آمدن مقاومت در مواد در برابر جریان الکتریکی را می‌توان عیب‌ها، ناخالصی‌های مواد و این واقعیت که الکترون‌ها خودشان اتم‌ها را به این طرف و آن طرف می‌زنند، دانست. وقتی که دمای فلز افزایش می‌یابد، عامل سوم نیز افزایش می‌یابد بنابراین، وقتی که یک جسم به علت عبور جریان الکتریکی از آن گرم می‌شود، مانند رشته داخل حباب لامپ، مقاومتش افزایش می‌یابد. مقاومت یک جسم از معادله زیر بدست می‌آید:

(R = \frac{L}{A} \cdot \rho = \frac{L}{A} \cdot \rho_0 (\alpha (T - T_0) + 1

که در آن \rho_0 مقاومت ویژه، Lطول جسم هادی، A مساحت سطح مقطع آن، T دمای جسم، T_0 یک دمای مرجع (معمولاً دمای اتاق) و \alpha ثابت ویژه ماده جسم هادی اند.




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق ,
 

لامپ های LED

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:41 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

در حال حاضر اغلب شركت های معتبر خودرو سازی دنیا در چراغ های راهنما و چراغ های خطر عقب و برخی چراغ های داخلی خودرو ها ازLED استفاده می كنند و پیش بینی می شود تا سال ۲۰۱۰راندمان LED تا اندازه ای افزایش یابد كه در چراغ های جلو(Head lights)اتومبیل نیز از LED استفده شود. در آینده شرکت مهتاب در نظر دارد به یاری خداوند طراحی و ساخت تجهیزان و دستگاه های خط تولید LED را شروع نماید .

ساختمان و طرز کار LED :

روش تولید نور در LED تشعشع کریستال ها است که نور توسط تحریک کریستال ها که از عناصر نیمه هادی هستند تولید می شود (روش الکترولومینانس)(Elecctroluminance) ساختمان LED شامل دو ناحیهP و N است. در ناحیه N اتم های کریستال دارای الکترونهای مازاد هستند و در ناحیه P کمبود الکترون وجود دارد.با اعمال ولتاژدو سر LED، بین این دو ناحیه یک ناحیه PN تشکیل می شود که به آن ناحیه تخلیه(LIGHT EMITTING DIODES) نیز می گویند. در اثر عبور جریان الکتریکی ، الکترون ها با اتم هایی که کمبود الکترون داشتند ترکیب می شوند و به این ترتیب نور تولید می شود

تاریخچه LED :

برای اولین بار در در سال ۱۹۶۲ در مقیاس صنعتی تولید وبه بازار عرضه شد در آن سال LED تنها به رنگ قرمز و با ترکیب آلومینیوم،گالیم ،آرسناید بود . اوایل دهه هفتاد میلادیLED در رنگ های دیگر (سبز ٬آبی ٬زرد٬نارنجی)تولید شدند.در این سال ها کارایی LED و بهره نوری آن ها مرتب در حال افزایش بود. در سال های دهه ۸۰و اوایل دهه نود میلادی ٬ کارایی LED به میزان قال توجهی افزایش یافت و به صورت گروهی ماجولار(Modular)به بازار عرضه شدند. در سال ۱۹۹۷ LEDهایی که نور سفی د را به روش الکترو لومینانس تولید می کردندبه بازار معرفی شدند.در سال های اولیه بهره نورLEDها پایین بود و تنها در مدارات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گرفتند امروزه بهره نوری LEDهای سفید در حدود ۳۰ لومن بر وات بوده و بهره نوریLEDهای رنگی تا ۵۰ لومن بر وات نیز می رسد و پیش بینی می شود بهره نوری آن ها تا ۱۰۰ لومن بر وات نیز برسد

خصوصیات LED :

۱)طیف نور منتشر شده توسط LEDبسیار باریک است و اشعه ماوراءبنفش و مادون قرمز در آن وجود ندارد پس به دلیل عدم وجود این دو اشعه مخرب بر اشیاء قدیمی و قیمتی از این نوع لامپ ها برای روشنایی موز ها استفاده می شود

۲)رنگ نور به نوع کریستال به کار رفته و ترکیبات آن بستگی دارد

نوع ماده نیمه هادی

علامت اختصاری

رنگ نور

آلومینیوم،گالیم ،آرسناید

AlGaAs

قرمز

آلومینیوم،ایندیم ،گالیم ،فسفر

AlInGaP

قرمز نارنجی زرد

گالیم ،آرسناید،فسفر

GaAsP

قرمز نارنجی زرد

ایندیم،گالیم ،نیتروژن

InGaN

سبز آبی

با توجه به تولید رنگ نور های مختلف می توان از ان ها برای خلق فضای دكوراتیو و نور پردازی تزیینی استفاده نمود

۳)طول عمر بالای لامپ های LEDباعث می شود قابلیت اطمینان افزایش یابد به همین دلیل از این نوع لامپ ها در چراغ های راهنمایی و رانندگی استفاده می شودضمن این كه به دلیل درخشندگی بالاتر LEDُ امكان دید در روز بهتر می شود و در مصرف انرژی نیز به مقدار زیادی صرفه جویی می گردد

۴)با توجه به توان مصرفی پایین لامپ LED از آنها می توان به عنوان روشنایی اضطراری و علایم نجات استفاده كرد.

۵)هدایت نور در LED آسانتر ازسایر انواع لامپ كه به طور معمول در تمام جهات نور را منتشر می كنند است زیراد برای محافظت نیمه هادی ها٬ یك لایه محافظ بر روی نیمه هادی ها قرار می گیرد از آن جا كه معمولا نیمه هادی ها بر روی یك صفحه قرار دارند لذا نور تنها در نیم صفحه بالایی منتشر می شود.




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق ,
 

لامپ های CRT

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:20 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

یکی از روشهای تصویرسازی در لامپهای تکثیر کننده فوتونی ، استفاده از لامپ تصویر است. لامپ تصویر وسیله‌ای است که برای تصویرسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سطح اول در یک لامپ تصویر درست مانند سطح اول در یک لامپ تکثیر کننده فوتونی است. تفاوتی که هست این است که

یکی از روشهای تصویرسازی در لامپهای تکثیر کننده فوتونی ، استفاده از لامپ تصویر است. لامپ تصویر وسیله‌ای است که برای تصویرسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سطح اول در یک لامپ تصویر درست مانند سطح اول در یک لامپ تکثیر کننده فوتونی است. تفاوتی که هست این است که توزیع فضایی نقش نور که از سیستم اپتیکی تحویل می‌شود، برای کاربرد بعدی حفظ می‌شود.

انواع لامپ تصویر

دو نوع لامپ تصویر وجود دارد که یکی در تولید علائم الکترونیکی نظیر دوربین های تلویزیونی مورد استفاده قرار می‌گیرد که لامپ ذخیره نام دارد و دیگری لامپ مبدل یا تقویت کننده است که تولید تصویری از صحنه می‌کند که با چشم غیر مسطح دیده نمی‌شود.



لامپ ذخیره

یک لامپ ذخیره از دو قسمت تشکیل شده است: قسمت خواندن و قسمت نوشتن، که قسمت نوشتن از یک سطح فوتوالکتریک و یک سطح ذخیره تشکیل شده است. با اعمال میدان الكتریكییا مغناطیسی بین این دو سطح فوتوالکترونهای گسیلیده از کاتد به سوی نقطه متناظرشان در سطح ذخیره هدایت می‌شوند. در سطح ذخیره این الكترونهاولید یک توزیع بار نایکنواختی که به مانند یک تصویر آینه‌ای توزیع نور در کاتد فوتوالکتریک است، می‌کنند.


این نقش بار بوسیله یک باریکه الکترون در روی سطح ذخیره به صورت مجموعه‌ای از خطوط نزدیک به هم و متوازی خوانده می‌شود. از آنجا که مقدار بار مورد لزوم برای تولید یک توزیع یکنواخت بستگی به تابندگی دارد که نایکنواختی را تولید کرده است، تغییرات بار علائمی را بوجود می‌آورد که می‌توان بعد از تقویت برای تولید یک تصویر تلویزیونی بازنمون کرد.

مبدل تصویر یا تقویت کننده

تقویت کننده‌ها و مبدلهای تصویر تولید تصویر مرئی می‌کنند. یک تقویت کننده تصویر از یک صفحه تاریک ، تصویری تولید می‌کند که به آسانی قابل مشاهده است. مقابل انتهای این لامپها نظیر لامپهای ذخیره یک فتوکاتد گسیلنده و یک عدسی الکتروستاتیک برای کانونی کردن توزیع الکترون روی صفحه مخصوص قرار دارد. در مبدلهای تصویر یک صفحه فسفری تصویر را دریافت می‌کند. با یک ولتا‍ژشتاب مناسب ، فوتوالکترون می‌تواند فسفر روی صفحه را تحریک کند و روشنایی تصویر را زیاد کند. در آن صورت تحریک فسفرهای مرئی ، تصویر روی فوتوکاتد را به تصویر مرئی تبدیل می‌کند.

تقویت تصویر

برای تقویت تصویر فوتوکاتد دوم در جلوی پرده فسفری اول قرار می‌گیرد و یک روش دیگر استفاده از صفحه میکروکانال درون لامپ تصویر است. این وسیله از تکثیرکن‌های کانالی کوتاه و طولی زیاد که کناد هم لوله شده و تولید یک صفحه گرد را داده‌اند، تشکیل شده است. فوتوالکترونها شتاب گرفته و وارد یک کانال می‌شوند و پیش از اینکه به پرده فسفری متصل و به روی صفحه میکروکانال برخورد کنند، تکثیر می‌شوند.

محدودیت لامپ ذخیره

اگر قسمتی از تصویر خیلی روشن باشد، منطقه اطراف را تحت تاثیر قرار می‌دهد. اگر جسم تغییر نکند، تصویر به صورت یک تصویر بعدی نمایان می‌شود. این مورد از چارچوبی به چارچوب دیگر اتفاق می‌افتد. در موارد مشخص این تاثیر ناکامل قدرت تفکیک سیستم را به اندازه نقش تصویر تحت تاثیر قرار می‌دهد.

صفحه فسفری‌

هر ماده‌ای است كه در معرض تابش پرتو، (پرتو تابیده شده ممكن است فرابنفش یا پرتوالكترونی باشد)، نور مرئی تابش كند فسفر نامیده می‌شود. رنگ‌های فلورسنت نیز نور فرابنفش نامرئی را جذب می‌كنند و نور مرئی با یك رنگ خاص را تابش می‌كنند.

در یك لامپ اشعه كاتدی نیز سطح داخلی صفحه تلویزیون با فسفر پوشیده شده است. وقتی الكترون‌ها با صفحه برخورد می‌كنند، صفحه تابش می‌كند. در تلویزیون‌های سیاه و سفید فقط یك نوع فسفر وجود دارد كه با برخورد الكترون به آن نور سفید تابش می‌كند؛ اما در تلویزیون رنگی 3نوع فسفر وجود دارد كه به صورت نقاط یا ردیف‌هایی هستند كه نور قرمز، سبز و آبی تابش می‌كند. اگر به صفحه تلویزیون نزدیك شوید، می‌توانید این نقاط رنگی را ببینید. در مقابل 3 پرتو الكترون وجود دارد كه این 3 رنگ را روشن می‌كنند. رنگ‌های دیگر از تركیب این رنگ‌ها به دست می‌آیند. وقتی روی صفحه یك نقطه قرمز داریم، پرتو الكترون نور قرمز عمل می‌كند و فسفر نور قرمز را روشن می‌كند. وقتی یك نقطه سفید داریم، هر سه رنگ با هم روشن می‌شوند و تركیب آنها نور سفید را تشكیل می‌دهد. تا به حال هزاران فسفر مختلف براساس رنگی كه تابش می‌كنند و مدت زمانی كه تابش آنها طول می‌كشد، فرمول‌بندی شده‌اند.

پرتو الكترون در واقع تصویر را روی صفحه نقاشی می‌كند. مدارهای الكتریكی درون تلویزیون به كمك سیم‌پیچ‌های مغناطیسی، پرتو الكترون را به صورت رفت و برگشتی و بالا و پایین روی صفحه حركت می‌دهند. پرتو الكترون یك خط از تصویر را از چپ به راست نقاشی می‌كند و سپس بسرعت برمی‌گردد، كمی پایین می‌آید و یك خط افقی دیگر را نقاشی می‌كند و همین طور تا پایین ادامه می‌یابد. زمانی كه پرتو به ابتدا برمی‌گردد، خاموش است و اثری روی صفحه نمی‌گذارد. زمانی كه پرتو روشن است و خطوط تصویر را نقاشی می‌كند با تغییر شدت پرتو درجه‌های مختلف رنگ تولید می‌شود و به این ترتیب تصویر تشكیل می‌شود، چون فاصله بین خطوط بسیار كم است، مغز ما همه آنها را مانند یك تصویر می‌بیند. از بالا تا پایین صفحه تلویزیون به طور معمول 480 سطر وجود دارد كه تصویر را تشكیل می‌دهد.

عملكرد یك سیستم تلویزیون

عملكرد فنی یك سیستم تلویزیونی با كیفیت تصاویر تولید شده سنجیده می‌شود و یك تصویر هنگامی با كیفیت بالا ارزیابی می‌شود كه بازسازی نزدیك به كامل یك صحنه واقعی باشد تغییر عمده‌ای در تصویر یك صحنه به دلایل هنری (به عنوان مثال محو و یا مات كردن بخش‌هایی از پس زمینه تصویر)ممكن است انجام شود اما هدف اصلی از تكنیك تلویزیون بازسازی مجدد و یا حتی‌المقدر مشابه تصویر صحنه اصلی می‌باشد.

با توجه به مطالب فوق نتیجه می‌شود كه ارزیابی شما تصاویر تلویزیونی در نهایت به صورت نظری خواهد بود و این امر نمی‌تواند برای مهندسین و متخصصان تلویزیون مطلوب باشد زیرا آنها به معیارهای عملی و كمی نیاز دارند تا در طراحی و عملكرد تلویزیونی و توسعه محصولات جدید از آنها استفاده برده و نتیجه كار خود را به صورت كمی ارزیابی نمایند.

تعیین معیارهای كیفی عینی برای تصاویر تلویزیون با توجه به لزوم مقایسه مابین این تصاویر با سیستم عكاسی و فیلم پیچیده‌تر می‌شود.

عكاسی مقدم بر تلویزیون بوده و كیفیت فیلم به طور سنتی مبنایی برای تعیین كیفیت تصاویر تلویزیون محسوب می‌شود.

بارها عنوان شده كه هدف سیستم تلویزیون آنالوگ متداول، مشابه‌سازی كیفیت فیلم سینمایی 16 میلیمتری می‌باشد و همچنین هدف سیستم HDTV (تلویزیون با وضوح بالا) رسیدن به كیفیت فیلم‌های سینمایی صفحه عریض می‌باشد

مقایسه كیفیت تصاویر تلویزیون و فیلم مشكل است و نمی‌تواند دقیق باشد زیرا به طور ذاتی تفاوتهایی مابین فرایندهای به كار رفته در عكاسی و تلویزیون وجود دارد كه این امر را غیرممكن می‌سازد. با وجود این تفاوتها، متخصصان تلویزیون می‌بایست استانداردهایی عملی برای تعیین كیفیت تصاویر به كاربرند كه مشابه استاندارهای مربوط به فیلم باشد گرچه این مقایسه نمی‌تواند دقیق باشد.

طی سالیان گذشته تحقیقات مفصلی توسط صنایع عكاسی و تلویزیون در این خصوص به عمل آمده و تعاریف عملی از معیارهای كیفی تصاویر تلویزیون به همراه روش‌های اندازه‌گیری و مشخصات فنی مربوط از این تحقیقات حاصل شده است. لیست جامع این معیارها همراه با روش‌های اندازه‌گیری برای سیستم‌های رنگی و تك‌رنگ به طور مشترك توسط EIA (انجمن صنایع الكترونیك) و TIA (انجمن صنایع مخابرات) تحت استاندارد EIA-TIA-250-C تدوین و منتشر شده است. گرچه این جزوات به منظور تدوین استانداردهای سیستم ارسال سیگنال تدوین شده اما مبنای مناسبی برای ارزیابی عملكرد كل سیستم می‌باشد.


از آنجایی كه خرابی و ضعف عملكرد در یك سیستم معمولاً تجمعی می‌باشد، استانداردهای انتقال نیز نسبت به سیستم كامل، شدیدتر و دارای معیارهای بالاتری می‌باشد.


معیارهای كیفیت تصویر

معیارهای كیفیت تصویر را می‌توان به دو گروه تقسیم كرد. معیارهای اصلی كه در مورد كلیه سیستم‌های تصویر كاربرد دارد و عیوب تصویری كه بعضی از آنها مختص تصاویر تلویزیونی می‌باشد، معیارهای اصلی شامل وضوح تصویر، مقیاس خاكستری و نسبت سیگنال به نویز و رنگ‌سنجی می‌باشند كه در این نوشته به طور اجمال به آنها پرداخته می‌شود.





دسته بندی : علوم ریاضی؛برق ,
 

مدار برق ماشین،مدار برق خودرو

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:13 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

این مجموعه شامل:

باطری خودرو:

ساختمان باطری-جعبه باطری- درپوش باطری-مشخصات باطری-ظرفیت باطری-محتویات داخل باطری-تعداد صفحات باطری- ارطبات بین صفحات- الكترولیك-طرز تهیه الكترولیك-شارژ باطری-واكنش های شارژ باطری سرب اسیدی-طریقه اتصال باطریها-اسید سنج-ولتمتر مخصوص باطری-عوامل موثر در تخلیه خود بخودی-سولفاته كردن فصلهای باطری- طرز باز و بسته كردن باطری- طریقه اتصال باطری ها-اسید سنج

دینام خودرو:

قسمت های تشكیل دهنده استاتور-هسته آهنی انواع استاتور-دیود-انواع مجموعه دیود-طریقه تبدیل برق متناوب سه فاز به برق-مستقیم با استفاده از شش عدد دیود-طریقه باز كردن آلتر ناتور

استارت خودرو:

اساس كار استارت-اجزای تشكیل دهنده استارت-كار اتوماتیك استارت-اتصال برق مستقیم باطری جهت استارت-جلو بردن دنده استارت جهت درگیری با فلایول-شكل ظاهری اتوماتیك استارت-طرز تشخیص پیچهای اتوماتیك استارت-قسمتهای داخلی اتوماتیك استارت-پلانچه-عیب یابی اتوماتیك استارت-موتور استارت-بالشتك-آزمایش بالشتك-زغال یا جاروبك ها-آزمایش فشار فنر پشت زغال ها-آرمیچر-كلكتور-دنده استارت كلاچ یكطرفه-طریقه تعویض دنده استارت-مدار برق استارت

سیستم كولر خودرو:

قطعات سیستم كولر-كمپر سور و كندانسور-كپسول رسیور-شیر انبساط-اپراتور-انواع كمپرسور كولر-پیستونی-روتوری-صفحه مورب-وظیفه كمپرسور-وظیفه كلاچ مغناطیسی-طریقه استفاده از گیچ-تخلیه و شارژ گاز كولر-مدار خنك كننده-سیستم كولر-تجهیزات مورد نیاز-مراحل كار تخلیه گاز-شارژ گاز مرحله به مرحله-مدار برق كولر-مراقبت های ایمنی-


فن خنك كننده خودرو:

 

اجزای لازم برای كار كردن فن-سویچ-انواع رله-سنسور دمای آب-موتور فن-ساختمان موتور فن-

نشانگر های خودرو:

 

انواع سیستم نشانگر مغناطیسی و بیمتال-نشاندهنده بنزین-نشانگر درجه آب موتور-عیب یابی طرز تشخیص خرابی درجه آب-نشاندهنده فشار روغن




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛مكانیك ,
 

تست های ترانس قدرت

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:06 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

تست های ترانس قدرت

ترانس های قدر ت در کارخانه سازنده تست اساسی شده و با ولتاژ های در حد نامی و بیشتر و جریانهای بزرگ، تست میشوند اما پس از حمل ترانس به مقصد جهت بررسی و تائید صحت عملکرد ترانس و نداشتن هر نوع عیب در زمان بهره برداری ، تستهایی بروی آن در محل (پست )با وسایل اندازه گیری دقیق اما قابل حمل ونقل انجام میشود که به اختصار در زیر آمده است:

1- تست نسبت تبدیل :(RATIO)

2- تست پیوستگی تپ چنجر(TAP CONTINUE)

3- تست مقاومت عایقی : (MEGGER)

4- تست جریان بی باری :(NO_LOAD)

5- تست شار مغناطیسی : flow)

6- تست گروه برداری :(VECTOR GROUP)

7- تست اتصال کوتاه :(SHORT CIRCUIT)

8- تست مقاومت اهمی :(RESISTANCE)

9- تست تانژانت دلتا :(TAN- DELTA)

1- تست نسبت تبدیل :(RATIO)

در این تست با دادن ولتاژ به اولیه یا ثانویه ترانس ، ولتاژ طرف مقابل را به دقت اندازه گیری می کنند.در ترانسهای قدرت کاهنده معمولا طرف اولیه را ولتاژ 380 ولت می دهند و در ثانویه ولتاژ بین 110 تا 180( در تراسهای 20/63 کیلو ولت )بسته به ترانس و تپ های آن اندازه گیری خواهد شد.

2- تست پیوستگی تپ چنجر(TAP CONTINUE)

در این تست به اولیه ولتاژ 380 داده و در طرف ثانویه ولت مترهای آنالوگ دقیق قرار داده و در زمان تغییر تپ ها انحراف عقربه در هر سه فاز را بررسی کرده تا بقول معروف عقربه پس نزند . در زمان تغییر تپ میبایست به ترتیب زیر عمل نمود.

1-2....1-2-3....2-3-4....3-4-5 و... یعنی یک پله پائین ودو پله بالا (در روند افزایشی تپ )

3- تست مقاومت عایقی : (MEGGER)

این تست را به کمک دستگاه میگر انجام می دهند و در زمانهای 15 ثانیه و60 ثانیه و5 دقیقه و 10 دقیقه اندازه گیری میکنند. اندازه گیری به قرار زیر است:

LV/HV

HV +E/LV

LV+E/HV

در این تست سرهای اولیه اتصال کوتاه میشود و همینطور در ثانویه.(تست اتصال حلقه)

4- تست جریان بی باری :(NO_LOAD)

در این تست با دادن ولتاژ به اولیه و در صورتی که ثانویه مدار باز است جریان آنرا با آمپر متر دقیق اندازه گیری می کنیم . برای ثانویه هم به همین منوال است . در اتصال ستاره نسبت آمپر های سه فاز 1-0.8-1 و در اتصال مثلث 1-1-1.3 است.

5- تست شار مغناطیسی : flow)

در این تست با دادن ولتاژ تک فاز به سر های هر فاز و نول (در اتصال ستاره ) جریان هر فاز را اندازه گیری و ولتاژ سیم پیچ طرف مقابل را می خوانیم.(تست فوران مغناطیسی)

6- تست گروه برداری :(VECTOR GROUP)

در این تست سرهای مشابه ،در یک فاز را اتصال کوتاه کرده (مثلا U-u) و ولتاژ سه فاز را تزریق میکنیم و ولتاژ را برای تمای سرها نسبت به هم میخوانیم.(برای موازی بستن ترانس ها)

7- تست اتصال کوتاه :(SHORT CIRCUIT)

این تست را با اتصال کوتاه کردن در ثانویه انجام میدهیم و جریان در اولیه و ثانویه را پس از وصل ولتاژ 380 به اولیه قرائت و ثبت میکنیم.(برای به دست آوردن فوران پراکندگی)

8- تست مقاومت اهمی :(RESISTANCE)

در این تست ولتاژ دی سی (مثلا 12 ولت ) را به سرهای هر فاز با سر نول در اتصال ستاره و هر دو فاز در اتصال مثلث تزریق کرده و جریان عبوری را اندازه گیری میکنیم.(این تست بهتر است در آخرین مرحله انجام گیرد و باید با ولتاژ dc انجام گیرد زیرا مقاومت اهمی واقعی هر نوع سیم پیچی با ولتاژ dc مشخص میشود)

9- تست تانژانت دلتا :(TAN- DELTA)

در این تست با دستگاه مخصوص این تست حالتهای مختلف در ترانس را میشود بررسی نمود و ظرفیت خازنی بین هر نقطه از ترانس را اندازه گیری کرد.




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق ,
 

سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 01:04 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟
سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

انرژی ساطع شده از خورشید در زمان 1 ثانیه در صورتی که قابل ذخیره شدن باشد قادر خواهد بود انرژی مورد نیاز کره زمین را برای مدت هزار سال تامین نماید. سلول های خورشیدی قادرند از این منبع عظیم انرژی استفاده نمایند و یک منبع انرژی رایگان و پاک در اختیار ما قرار دهند.

 

انرژی خورشید به دو صورت قابل استفاده می باشد، یکی انرژی حرارتی خورشیدی و یکی انرژی الکتریکی خورشیدی.

 

در انرژی حرارتی خورشیدی، حرارت جذب شده از خورشید مورد استفاده قرار می گیرد و برای گرم کردن آب و یا بخار نمودن آب برای به حرکت درآوردن توربین بخار به کار گرفته می شود.

 

در انرژی الکتریکی خورشیدی انرژی خورشید به صورت مستقیم توسط سلول خورشیدی (سلول فتوولتائیک) الکتریسیته تبدیل می شود.

 این تبدیل شدن با استفاده از دو لایه سیلیکون انجام می پذیرد. سیلیکون یک ماده شیمیایی می باشد که از ماسه به دست می آید. لایه زیرین که در شکل زیر با رنگ آبی نشان داده شده، از لحاظ شیمیایی به نحوی ساخته شده که کمبود الکترون داشته باشد. لایه رویی (قرمز رنگ) نیز به نحوی ساخته شده که الکترون زیادی داشته باشد. با تابش خورشیدی به این سلول ها، انرژی نور خورشید باعث می شود الکترون های لایه زیرین تحریک شوند و به لایه رویی ببرند و سپس با برگشت به لایه پایین جریان الکتریسیته ایجاد نمایند.

سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

به شکل فوق دقت نمایید که مقطع و مکانیزم درونی یک سلول خورشیدی را نشان می دهد. نقطه 1 لایه شیشه ای محافظ سلول را نشان می دهد.

نقطه 2 محل تابش نور خورشید به لایه زیری (آبی رنگ) و انرژی دادن به آن را نشان می دهد.

در نقطه 3، الکترون های انرژی گیرنده تحریک می شوند و به لایه بالا منتقل می شوند.

نقطه 4 صفحه متصل به لایه بالایی را نشان می دهد که الکترون ها را دریافت نموده و آن ها را به مدار خارجی منتقل می نماید.

نقطه 5 جریان الکترون ها در مدار خارجی را نشان می دهد.

نقطه 6 مصرف کننده انرژی الکتریکی را نشان می دهد.

الکترون ها از نقطه 7 مجدداً به لایه پایینی راه پیدا می کنند.

در شکل فوق نقطه 8 قطب مثبت و نقاط 9 و 10 نیز لایه های سیلیکون را نشان می دهند.

پانل خورشیدی از بهم پیوستن چندین (100-36) سلول خورشیدی به هم ساخته می شود.

سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟
سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

پانل های خورشیدی با اتصال به هم می توانند برق منازل را تامین نمایند. در این منازل انرژی خورشیدی در طول روز در باطری هایی ذخیره می شود و در طول شب قابل استفاده می گردد.

 

مرکز یادگیری سایت تبیان، تهیه: پوریا میرعشقی

تنظیم: نسرین صادقی




دسته بندی : علوم ریاضی؛نور , علوم ریاضی؛برق ,
 

طرز کار فیبر نوری

نویسنده : سرباز گمنام | تاریخ : 12:27 ق.ظ - چهارشنبه 9 اسفند 1391

فیبر نوری

فیبر نوری چیست و چگونه کار می کند؟

هرجا که صحبت از سیستم های جدید مخابراتی، سیستم های تلویزیون کابلی و اینترنت باشد، در مورد فیبر نوری هم چیزهایی میشنوید.

فیبرهای نوری از شیشه شفاف و خالص ساخته میشوند و با ضخامتی به نازکی یک تار موی انسان، میتوانند اطلاعات دیجیتال را در فواصل دور انتقال دهند. از آنها همچنین برای عکسبرداری پزشکی و معاینه های فنی در مهندسی مکانیک استفاده میشود.

فیبرنوری چیست؟

فیبر نوری


فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی بنام کابلهای نوری کنار هم قرار داده میشوند و برای انتقال سیگنالهای نوری در فواصل دور مورد استفاد قرار میگیرند.
اگر با دقت به یک رشته فیبر نوری نگاه کنید، می بینید که از قسمتهای زیر ساخته شده :

• هسته (Core) : هسته بخش مرکزی فیبر است که از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر میکند.
• لایه روکش
(Cladding) : واسطه شفافی که هسته مرکزی فیبر نوری را احاطه میکند وباعث انعکاس نور به داخل هسته میشود.
• روکش محافظ
(Buffer Coating) : روکشی پلاستیکی که فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت میکند.

صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری بصورت بسته ای در کنار هم قرار داده میشوند که به آن کابل نوری گویند. این دسته از رشته های فیبر نوری با یک پوشش خارجی موسوم به ژاکت یا غلاف محافظت میشوند.

• فیبرهای نوری تک وجهی
(Single-Mode) : این نوع از فیبرها هسته های کوچکی دارند ( قطری در حدود inch (۴-) ۱۰x ۵/۳ یا ۹ میکرون ) و میتوانند نور لیزر مادون قرمز ( با طول موج ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر ) را درون خود هدایت کنند.
• فیبرهای نوری چند وجهی
(Multi-Mode) : این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند ( قطری در حدود inch (۳-) ۱۰x ۵/۲ یا ۵/۶۲ میکرون ) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LEDها را ( با طول موج ۸۵۰ تا ۱۳۰۰ نانومتر ) درون خود هدایت میکنند.

برخی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته میشوند. این فیبرها هسته بزرگی ( با قطر ۴ صدم inch یا یک میلیمتر ) دارند و نور مریی قرمزی را که از LEDها گسیل میشود ( و طول موجی برابر با ۶۵۰ نانومتر دارد ) هدایت میکنند.
بیایید ببینیم طرز کار فیبر نوری چیست.



یک فیبر نوری چگونه نور را هدایت میکند؟

فرض کنید میخواهید یک باریکه نور را بطور مستقیم و در امتداد یک کریدور بتابانید. نور براحتی در خطوط راست سیر میکند و مشکلی ازین جهت نیست. حال اگر کریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن میرسانید؟
برای این منظور میتوانید از یک آینه استفاده کنید که در محل خمیدگی راهرو قرار میگیرد و نور را در جهت مناسب منحرف میکند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ میتوانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید بطوریکه در طول راهرو از یک گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقا همان چیزی است که در یک فیبرنوری اتفاق می افتد.
نور در یک کابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتبا بوسیله دیواره آینه پوش لایه ای که هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش میکند و در طول هسته پیش میرود.


سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری:
برای پی بردن به اینکه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار میگیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی که مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو کشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید که از کنار یکدیگر عبور میکنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالی که امکان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. کاپیتان یکی از کشتی ها پیامی را برای یک ملوان که روی عرشه است میفرستد. ملوان آن پیام را به کد مورس ترجمه میکند و از نورافکنی ویژه که یک پنجره کرکره جلو آن است برای ارسال پیام به کشتی مقابل استفاده میکند. ملوانی که در کشتی مقابل است این پیام مورس را میگیرد، ترجمه میکند و به کاپیتان میدهد. (ملوان کشتی دوم عکس عملی را انجام میدهد که ملوان کشتی اول انجام داد.)

حالا فرض کنید این دو کشتی هر یک در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یک سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد.

سیستم های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:
• فرستنده _ سیگنالهای نور را تولید میکند و به رمز در میاورد.
• فیبرنوری _ سیگنالهای نور را تا فواصل دور هدایت میکند.
• تقویت کننده نوری _ ممکن است برای تقویت سیگنالهای نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)
• گیرنده نوری _ سیگنالهای نور را دریافت و رمزگشایی میکند.

نقش فرستنده شبیه ملوانی است که روی عرشه کشتی فرستنده پیام ایستاده و پیام را ارسال میکند. فرستنده ابزار تولید نور را در فواصل زمانی مناسب خاموش یا روشن میکند.
فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل میشود و حتی ممکن است دارای لنزی برای متمرکز کردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LEDهاست اما با کم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر میکند و گرانتر هم هستند. متداول ترین طول موجهایی که استفاده میشود عبارتند از: ۸۵۰ نانومتر، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر. (مادون قرمز و طول موجهای نامریی طیف )

تقویت کننده نوری:
همانطور که قبلا هم به آن اشاره شد، نور حین عبور از فیبر ضعیف میشود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یک کیلومتر مثلا در کابلهای زیر دریا) بنابرین یک یا بیش از یک تقویت کننده نوری در طول کابل بسته میشوند تا نور ضعیف شده را تقویت کنند.
یک تقویت کننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت کننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری که به این پوشش تابیده میشود تقویت میشود. ملکولهای موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید میکنند که مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت کننده است. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است.


گیرنده نوری:
گیرنده نوری مشابه ملوانی که روی عرشه کشتی گیرنده پیام بود عمل میکند. این گیرنده سیگنالهای نوری ورودی را میگیرد، رمزگشایی میکند و سیگنالهای الکتریکی مناسب را برای ارسال به کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن کاربر تولید و به آنها ارسال میکند. این گیرنده برای دریافت و آشکارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده میکند.

چرا فیبر نوری باعث بوجود آمدن انقلابی در ارتباطات شده است؟فیبر نوری در مقایسه با سیمهای فلزی مرسوم (سیمهای مسی)، دارای این مزایا است:

ارزان تر بودن _ فیبر نوری بطول چندین مایل از سیم مسی با همین طول ارزانتر است. این قیمت مناسب باعث میشود که بتوانید تلویزیون کابلی یا اینترنت را هر جایی در اختیار داشته باشید و در پول شما هم صرفه جویی میشود.
نازکتر بودن _ فیبرنوری با ضخامتی کمتر از ضخامت سیم مسی تولید میشود و این مزیت بزرگی است.
ظرفیت انتقال بالاتر _ از آنجا که فیبرنوری نازکتر از سیمهای مسی است، بنابراین در کابلی با قطر معلوم تعداد فیبرنوری بیشتری جا میگیرد تا سیم مسی. پس این امکان فراهم میشود که از کابلی با قطر مشابه تعداد خطوط تلفن بیشتر یا تعداد کانال های تلویزیونی بیشتری عبور داده شود.
تضعیف کمتر سیگنال _ سیگنال عبوری از فیبرنوری نسبت به سیگنال عبوری از سیم مسی کمتر ضعیف میشود.
سیگنال های نوری _ برخلاف سیگنالهای الکتریکی در سیمهای مسی که با سیگنالهای عبوری از کابلهای نزدیک تداخل میکنند، سیگنالهای نوری در فیبرنوری حتی با سیگنالهای عبوری از فیبری که در همان کابل است هم تداخل نمیکند. بنابراین صدا در مکالمات تلفنی واضح تر منتقل میشود و کانال های تلویزیونی هم بهتر دریافت میشوند.
کم مصرف بودن _ ازانجا که سیگنالها در فیبرنوری کمتر ضعیف میشوند، بنابراین فرستنده های کم مصرف تری نسبت به فرستنده های با ولتاژ بالا در سیمهای مسی نیاز است. این مزیت باز هم باعث صرفه جویی در هزینه ها میشود.
سیگنالهای دیجیتال _ بهترین و اصلی ترین کاربرد فیبر نوری انتقال اطلاعات دیجیتال است که بخصوص برای شبکه های کامپیوتری مفید است.
اشتعال ناپذیری _ چون هیچ الکتریسیته ای از فیبرنوری عبور نمیکند، خطر اشتعال هم وجود ندارد.
سبک بودن _ فیبرنوری درمقایسه با سیم مسی وزن کمتری دارد و فضای کمتری را میگیرد.
انعطاف پذیری _ ازانجا که فیبرهای نوری بسیار انعطاف پذیرند و میتوانند نور را ارسال و دریافت کنند، در بسیاری از دوربین های انعطاف پذیر و تاشو در اهداف زیر کاربرد دارند:

§ عکسبرداری پزشکی _ در bronchoscope ( لوله ای نازک برای عکسبرداری از نایچه ها )،§ در endoscope ( برای تصویربرداری از اعضای توخالی بدن مثل معده و مثانه )،§ و در laparoscope ( ابزاری پزشکی برای بررسی معده و برخی جراحی های کوچک ) کاربرد دارد.
§ تصویربرداری ماشینی _ برای چک کردن جوشهایی که در لوله ها و موتورها بصورت ماشینی اجرا میشود. ( مثلا در هواپیماها،§ راکتها،§ شاتلهای فضایی و ماشینها )
§ لوله کشی _ برای بررسی مجاری فاضلاب

بخاطر وجود این مزایاست که شما فیبرنوری را در بسیاری از صنایع، در ارتباطات برجسته امروزی و شبکه های کامپیوتری میبینید. مثلا اگر از آمریکا به اروپا تلفن بزنید (یا برعکس)، و این ارتباط از طریق یک ماهواره مخابراتی انجام شود، اغلب میشنوید که صدا دچار تکرار و انعکاس میشود. ولی باوجود فیبرنوری ارتباط شما مستقیم و بدون پژواک است.



فیبرنوری چگونه ساخته میشود؟
فیبرنوری از شیشه شفاف بسیار خالص ساخته میشود. اگر شیشه پنجره را بعنوان محیطی شفاف که نور را از خود عبور میدهد در نظر بگیریم، بدلیل وجود ناخالصیها در شیشه، نور بطور کامل و بدون تغییر عبور نمیکند. بهرحال شیشه ای که در ساخت فیبرنوری بکار میرود، نسبت به شیشه بکار رفته برای پنجره ناخالصیهای بسیار کمتری دارد. توصیف یک شرکت تولید کننده فیبرنوری از شیشه ای که برای ساخت آن بکار میرود به اینصورت است: اگر روی سطح اقیانوسی از شیشه بکار رفته در ساخت فیبرنوری بایستید، میتوانید عمق چندین مایلی آنرا بوضوح ببینید.


منبع: www.sharsna.blogfa.com




دسته بندی : علوم ریاضی؛برق , علوم ریاضی؛نور ,
 

آخرین مطالب

» دانلود آهنگ "سلام عشق من،سلام دلخوشی"/امید معنوی/امام رضا (ع)/صوتی 3.8 مگابایت ( یکشنبه 24 مرداد 1395 )
» تخمین مسافت ( پنجشنبه 13 اسفند 1394 )
» تخمین مسافت طولی ( پنجشنبه 13 اسفند 1394 )
» سنگر شناسی ( چهارشنبه 12 اسفند 1394 )
» جزوه رزم انفرادی ( چهارشنبه 12 اسفند 1394 )
» آموزش نصب و بوت دوگانه سیستم‌عامل اوبونتو در کنار اندروید ( چهارشنبه 30 دی 1394 )
» دانلود و آموزش برنامه Bluestacks ( دوشنبه 7 دی 1394 )
» نصب سیستم عامل آندروید بر روی کامپیوتر ( دوشنبه 7 دی 1394 )
» دستورات ترمینال لینوکس بصورت کامل ( شنبه 5 دی 1394 )
» مرجع دستورات ترمینال لینوکس ( شنبه 5 دی 1394 )
» برترین توزیع های لینوکس در کاربری های مختلف 2014 ( شنبه 5 دی 1394 )
» کدام توزیع لینوکس را نصب کنم؟ ( شنبه 5 دی 1394 )
» دانلود کتاب عصر ظهور ( جمعه 27 آذر 1394 )
» دیدگاه آیت الله وحید در باره ولایت فقیه ( دوشنبه 23 آذر 1394 )
» تصویر و وصیتنامه شهید علی ناظری ( دوشنبه 23 آذر 1394 )
» جوانان و محبت اهل بیت (ع) ( جمعه 20 آذر 1394 )
» شعارهای حسینی 2 ( دوشنبه 3 فروردین 1394 )
» شعارهای حسینی 1 ( دوشنبه 3 فروردین 1394 )
» آیا خدا وجود دارد؟ ( سه شنبه 15 مرداد 1392 )
» دانستنی هایی از قران و نماز ( سه شنبه 15 مرداد 1392 )
» انگشت نگاری در قرآن ( شنبه 12 مرداد 1392 )
» تعدادی از معجرات علمی قرآن کریم ( جمعه 11 مرداد 1392 )
» 12 اشاره ی علمی قرآن ( جمعه 11 مرداد 1392 )
» قرآن و عسل ( جمعه 11 مرداد 1392 )
» ساختار موتور های پله ای چیست ؟ ( سه شنبه 10 اردیبهشت 1392 )
» سیم پیچ تسلا چیست؟ (Tesla Coil) ( سه شنبه 10 اردیبهشت 1392 )
» در سینه ات نهنگی می تپد! ( سه شنبه 22 اسفند 1391 )
» شعر "کوچه" از "فریدون مشیری" ( سه شنبه 22 اسفند 1391 )
» خرم خاتون و سلطان سلیمان عثمانی-جنگ عثمانی با صفویان ( چهارشنبه 16 اسفند 1391 )
» سلطان صلاح الدین ایوبی ( چهارشنبه 16 اسفند 1391 )