نیاز بشر به انرژی

به گفته ی دانشمندان ، بدون انرژی هیچ اتفاقی روی نمی دهد . اما انرژی چیست ؟ منبع تولید آن چیست و چگونه از آن استفاده می کنیم ، جهان امروز به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد و تامین این انرژی بدون آن که آسیبی به محیط زیست وارد شود ، یکی از مهم ترین مشکلاتی است که با آن رو به رو هستیم .

نیاز ما به انرژی

به کار هایی که در یک روز معمولی انجام میدهید ، خوب فکر کنید . از همان اول صبح که لامپ یا رادیو و تلویزیون را روشن می کنید تا گرم کردن آب برای حمام و سرد کردن یخچال ، به انرژی نیاز دارید . وقتی با خودرو به مدرسه یا محل کار می رویم ، انرژی مصرف می کنیم . هنگام استفاده از رایانه و تلفن همراه نیز انرژی مصرف می کنیم . در کارخانه ها هم برای به عمل آوردن مواد خام و تولید فراورده های گوناگونی که در زندگی روزمره به آن ها نیاز داریم و همچنین در فرایند های صنعتی مثل استخراج و ذوب فلز ها ، مقدار زیادی انرژی مصرف می شود .

انرژی در گذشته

هزاران سال است که مردم از انرژی استفاده می کنند . در آغاز از انرژی فقط برای پخت و پز و گرم کردن استفاده می کردند . اما بعد ها برای پخت ظرف های سفالی و استخراج و ذوب فلز ها برای ساخت ابزار و سلاح های جنگی ، نیاز به انرژی بیش تر شد . بخش زیادی از این انرژی با سوزاندن هیزم ، گیاهان و روغن های حیوانی فراهم می کردند . مردم از حدود دو حزار سال پیش ، برای راه اندازی آسیاب ها ( برای آرد کردن غلات ) ، انرژی آب های جاری و باد به کار می گرفتند .

با آغاز دوران انقلاب صنعتی ، نیاز به انرژی به شدت افزایش یافت . در این دوران گرمای مورد نیاز ماشین های بخار از راه سوزاندن زغال سنگ به دست می آمد . در 250 سال گذشته ، مصرف انرژی به شدت افزایش پیدا کرده است . طوری که فقط در قرن بیستم ، مقدار مصرف انرژی چهار برابر شد زیرا شهر ها گسترش یافتند ، جامعه جهانی صنعتی شد و استفاده از وسایل نقلیه برای رفتن به محل کار و مسافرت های گوناگون همگانی شد .

دانشمندان در سال های پایانی قرن بیستم میلادی ، پژوهش های خود را درباره ی ارتباط بین مصرف انرژی و آسیب رسیدن به محیط زیست ، آغاز کردند .

انرژی در قرن بیست و یکم

رشد روز افزون جمعیت ( پژوهش ها نشان می دهند که جمعیت جهان در سال 2050 میلادی حدود 10 میلیارد نفر خواهد شد . ) و پیشرفت های اقتصادی به این معنی است که نیاز به انرژی در قرن 21 افزایش پیدا می کند و سرعت افزایش میزان انرژی بیش از پیش خواهد بود . دانشمندان و مهندسان علومی همچون فیزیک در پی یافتن منابع جدید انرژی هستند تا نیاز روز افزون جهان را برآورده سازد . با وجود این ، ما نیز باید برای بهینه سازی مصرف انرژی کوشش کنیم و تاثیر های زیان بار حاصل از مصرف انرژی بر محیط زیست را کاهش دهیم .

چرا فیزیک را می آموزیم ؟

هنگامی که به اطراف خود نگاه می کنیم، با پدیده ها و دستگاه های مختلفی مواجه می شویم و سؤال های زیادی برای ما مطرح می شود رنگین کمان چگونه تشکیل می شود؟ دمای سطح خورشید را چگونه اندازه می گیرند؟ بنیادی ترین ذرات تشکیل دهندهٔ عالم چه ذراتی هستند؟ سن و ابعاد کیهان چقدر است ؟ یک DVD چگونه اطلاعات زیادی را در خود ذخیره می کند؟ باتری های شارژ شدنی مانند باتری تلفن همراه، لپ تاپ و … چگونه کار می کنند؟ کارت های اعتباری مانند کارت عابربانک، کارت سوخت، کارت تلفن و … چگونه طراحی می شوند؟ چگونه با دستگاه آندوسکوپی درون بدن را می بینیم؟ چگونه یک دستگاه سونوگرافی تصویری سه بعدی از بدن را ایجاد می کند؟ اجاق میکروموج ( ماکروفر ) چگونه غذا را گرم می کند؟ یک مولد تولید برق چگونه انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می نماید؟ موتور یک خودروی امروزی برچه اساسی طراحی می شود تا قدرت آن با کمترین مصرف بهینه باشد؟ کوچک ترین ذراتی که توسط میکروسکوپ های پیشرفتهٔ امروزی نشان داده می شوند، چه ابعادی دارند؟ در طراحی یک ساختمان چه مسائلی را باید رعایت کرد تا اتلاف انرژی به حداقل برسد؟
با فراگیری فیزیک می توانیم پاسخ ها و توضیحات مناسبی برای هریک از این سؤال ها یا پرسش های مشابه بیابیم. پس فیزیک در زندگی هرکس نقش بسیار مهمی ایفا می کند، چه با فیزیک آشنا باشد، چه نباشد. بسیاری از مردم مانند خلبان هواپیما، تعمیرکار خودرو یا هواپیما، یک جوشکار
حرفه ای و … چیزهای زیادی از فیزیک می دانند، و از آن در زندگی روزمره استفاده می کنند. هروقت بخواهید پدیده های اطراف خود را به طور علمی توضیح دهید به دنیای فیزیک وارد می شوید.
مطالعات علمی نشان داده اند که پدیده ها از قانون های خاصی پیروی می کنند. هدف اصلی علم فیزیک کشف و بیان این قانون ها است و همان طور که در این کتاب خواهید دید، پاسخ به پرسش ها نیز براساس این قانون ها صورت می گیرد. قلمرو فیزیک از ریزترین ذرات همچون اجزای تشکیل دهندهٔ
 اتم ها تا اجسام بسیار بزرگی همچون ستارگان و کهکشان ها را شامل می شود.

با ما همراه باشید تا بیشتر با این علم لذت بخش آشنا شوید و به سادگی و همچون دانشمندان به پاسخ سوال های علمیتان پاسخ بدهید :)

شیخ بهایی ، استفاده شیخ بهایی از انرژی زیست توده ( بیومس )

بهاء الدین محمدبن حسین عاملی معروف به شیخ بهایی در سال 925 هجری شمسی در بعلبک لبنان به دنیا آمد و اندکی بعد به جبل عامل رفت که در آن زمان ز مر کز مهم شیعه بود. در زمانی که شیخ بهایی تقریباً ١3 سال داشت، گروهی از هل سنت به آز ر و ذیت شیعیان آن منطقه پرداختند و چنین شد که بهاء لدین به همر ه پدر به قزوین کوچ کرد که در آن زمان پایتخت صفویان و یکی از مراکز مهم شیعه بود. شیخ بهایی در همین شهر فارسی را آموخت و تا 3١ سالگی در همین شهر سکنی گزید و سپس به امر شاه تهماسب عازم هرات شد و منصب شیخ لاسلامی هرات را که مهمترین منصب روحانیت آن زمان بود برعهده گرفت. پس از آنکه شاه عباس اول برتخت سلطنت نشست، پایتخت را از قزوین به اصفهان
منتقل کرد و شیخ بهایی نیز به صفهان کوچ کرد. سپس به امر شاه عباس منصب شیخ الاسلامی اصفهان ار برعهده گرفت. از شیخ بهایی بیش از ١00 رساله و کتاب در حوزه های مختلف علوم دین و غیر آن به زبان های فارسی و عربی برجای مانده ست. گفته شده ست شیخ بهایی در ریاضی و معماری مهندسی هم دستی بر آتش داشت. برخی پژوهندگان بر این عقیده اند که تعدادی از بناهای معروف دورهٔ صفویه نتیجهٔ تدبیر و طراحی او بوده است، گرچه برخی دیگر از پژوهشگران با این امر موافق نیستند. مشهورترین ساخته منتسب به شیخ بهایی، کورهٔ مشهور و در حمام موسوم به شیخ بهایی بوده است. این کوره تنها با یک شمع، آب حمام را گرم می کرد. در واقع طبق طراحی، فاضلاب شهر به وسیلهٔ لوله هایی در مخزنی جمع آوری می شد. از ین فاضلاب گاز متان متصاعد می شد که گازی قابل اشتعال است. سپس ین گاز به محل شمع هدایت می شد و چون فاضلاب همواره وارد مخزن می شد، شعلهٔ شمع برافروخته باقی می ماند. شمع، مخزن آبی از جنس طلا را گرم می کرد که انتخاب طلا به دلیل رسانایی بالای آن در انتقال گرماست. شیخ بهایی علاوه بر علوم طبیعی، در سیاست، ادبیات، فلسفه، عرفان و فقه نیز سرآمد دوران خود بود و چنان که آمد است منصب شیخ لاسلامی را نیز برعهده داشت. از شاگردان معروف شیخ بهایی می توان به ملاصدرای شیرازی و ملامحسن فیض کاشانی اشاره کرد. شیخ بهایی در سال ١000 هجری شمسی در اصفهان درگذشت و بنا به وصیت خویش در مشهد به خاک سپرده شد.

منابع انرژی

منابع انرژی

در یک نگاه کلى، منابع انرژى را مى توان به دو دستهٔ تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تقسیم بندى کرد که در ادامه به بررسى هریک خواهیم پرداخت.

منابع انرژى تجدید ناپذیر
انرژى هاى تجدید ناپذیر تنها یک بار قابلیت مصرف دارند و منابع آنها محدود است و پس از مدتى تمام مى شوند. سوخت هاى فسیلى و سوخت هاى هسته اى از جملهٔ این منابع محسوب مى شوند که در زیر به شرح آنها خواهیم پرداخت.
1- سوخت هاى فسیلى: میلیون ها سال طول مى کشد تا تنه هاى پوسیدهٔ درختان یا باقى ماندهٔجانوران در زیر گِل و لاى، تحت فشار و دماى مناسب، به زغال سنگ یا نفت و گاز تبدیل شود.از مجموعهٔ این مواد که سوخت هاى فسیلى نامیده مى شوند مى توان در صنایع پالایش و پتروشیمى هزاران مادهٔ مفید همچون قطران )از زغال سنگ(، بنزین، نفت سفید، نفت گاز، روغن موتور، رنگ،کود شیمیایى، دارو، پلاستیک و حتى غذا به دست آورد.مهم ترین مشکل سوخت هاى فسیلى آلوده کردن محیط زیست ناشى از تولید گازهاى مضراست که باعث گرم شدن زمین مى شوند. مقدار این سوخت ها، به ویژه نفت، محدود SO و 2 CO مانند 2است که با توجه به آهنگ مصرف کنونى و بنابر پیش بینى هاى انجام شده، در چند دههٔ آینده منابع آن به اتمام مى رسد.

2- سوخت هاى هسته اى: بر اثر شکسته شدن هستهٔ برخى اتم هاى سنگین مانند اورانیم و توریم انرژى بسیار زیادى آزاد مى شود. این واکنش را شکافت هسته اى مى نامند. همچنین بر اثر جوش خوردن هستهٔ اتم هاى سبک مانند هیدروژن و تشکیل هسته هاى اندکى سنگین تر چون هلیم نیز انرژى بسیار زیادى آزاد مى شود. این واکنش که همجوشى هسته اى نامیده مى شود همان واکنشى است که در ستارگان و خورشید صورت مى گیرد و انرژى لازم براى تداوم زندگى بر روى کرهٔ زمین را فراهم مى سازد. در واقع بیشتر انرژى مورد نیاز ما را واکنش هاى هسته اى با مصرف سوخت هاى هسته اى تأمین مى کنند. اکنون در بیشتر کشورهاى توسعه یافته و معدودى از کشورهاى در حال توسعه از شکافت هسته اى در راکتورها براى تولید انرژى الکتریکى و تأمین برق مورد نیاز استفاده مى شود. در این نیروگاه ها به جاى زغال سنگ، نفت، یا گاز از مادهٔ شکاف ت پذیرى مانند اورانیوم براى تولید گرما و به راه انداختن توربین بخار استفاده مى شود. انرژى حاصل از این واکنش هزاران بار بیشتر از انرژى ناشى از سوزاندن سوخت هاى فسیلى است.

در کشور ما ایران نیز از ده ها سال قبل برنامه هاى جامعى براى تولید انرژى الکتریکى از طریق نیروگاه هاى هسته اى انجام شده و ساخت و راه اندازى نیروگاه هسته اى بوشهر بخش کوچکى از این برنامه هاست. به جهت اهمیت راهبردى فناورى هاى نو و از جمله فناورى هسته اى در دنیاى امروز، مدیران ارشد کشور در دو دههٔ اخیر تمرکز بیشترى روى توسعهٔ این گونه فناورى ها گذاشته اند؛ به طورى که در زمینهٔ تولید سوخت هسته اى هم اینک بخشى از این برنامه ها به نتیجه رسیده و امروزه ایران در ردهٔ چند کشور معدودى است که فناورى غنى سازى اورانیوم را به جهت استفاده در مصالح صلح آمیز در اختیار دارد. نیروگاه هاى هسته اى آلاینده هایى چون SO2 و CO2 تولید نمى کنند و درنتیجه مسائل زیست محیطى ناشى از کار آنها کمتر از نیروگاه هاى با سوخت فسیلى است. البته بر اثر شکافت هسته اى مواد پسماند پرتوزایى تولید مى شود که با دور ریزى درست و ایمن آنها مى توان مسائل زیست محیطى ناشى از این نیروگاه ها را بسیار کم کرد. همچنین طراحى صحیح و مناسب نیروگاه هاى هسته اى خطر ناشى از حوادث آنها را کمینه مى سازد.

مسائل زیست محیطى ناشى از همجوشى هسته اى بسیار کمتر از واکنش شکافت هسته اى است. اما واکنش های آن در دماهاى بسیار زیاد انجام می شوند که طراحى نیروگاه هاى مربوطه را به فناورى بسیار پیشرفته اى نیازمند مى سازد. این امید وجود دارد که در آینده با غلبه بر مشکلات مربوط به طراحى این نیروگاه ها، همجوشى هسته اى علاوه بر ستارگان و خورشید، چشمهٔ مهم تولید انرژى بر روى زمین نیز بشود.

منابع انرژى تجدید پذیر
منابع انرژى تجدیدپذیر تمام نمى شوند و معمولاً آلودگى به وجود نمى آورند. برخى از این منابع عبارت اند از: انرژى خورشیدى، انرژى باد، انرژى امواج دریا، انرژى هیدروالکتریک (برق آبى)، انرژى زمین گرمایى، سوخت هاى گیاهى (بیومَس) که به اختصار به شرح هریک مى پردازیم.
1- انرژى خورشیدى: مقدار کل انرژى اى که زمین از خورشید دریافت مى کند بسیار زیاد و در هر ثانیه معادل انرژى حاصل از سوختن 3 میلیون تن بنزین است. تقریباً نیمى از این انرژى به سطح زمین و آب اقیانوس ها مى رسد و خاک و آب و هواى زمین را گرم مى کند و مقدارى از آن بر اثر فتوسنتز به صورت انرژى شیمیایى جذب گیاهان و سبب رشد آنها مى شود. از نور خورشید براى گرم کردن، خشک کردن و حتى آتش زدن از زمان هاى گذشته استفاده می شده ولى بهره بردارى به روش هاى جدید، در چند دههٔ اخیر معمول شده است.

راحت ترین راه بهره گیرى انرژى خورشیدى، در آب گرم کن هاى با دماى کم است. در این وسیله از صفحه هاى خورشیدى به عنوان وسیلهٔ تبدیل انرژى استفاده مى شود که نور خورشید را به انرژى گرمایى تبدیل مى کند . از این وسیله براى تولید آبِ گرم خانگى با دماى حدود
70 درجه ی سانتی گراد  استفاده مى شود. 
 از انرژى خورشیدى مى توان براى تولید دماهاى زیاد، تا 3000 درجه ی سانتی گراد و بالاتر، نیز بهره گرفت. در این مورد از آینه هاى مقعّر بزرگ (کورهٔ خورشیدى) براى متمرکزکردن پرتوهاى خورشید در ناحیه اى کوچک استفاده مى شود . این انرژى را مى توان براى تبدیل آب به بخار، براى به راه انداختن توربین یک نیروگاه برق به کار برد.
روش دیگر بهره گیرى از انرژى خورشیدى، به کاربردن سلول هاى خورشیدى است که نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل مى کنند. با اتصال تعداد زیادى از این سلول ها مى توان انرژى لازم را براى دستگاه هاى برقى، مخابراتى و ماهواره ها تأمین کرد. می توان از این سلول ها براى تولید انرژى الکتریکى در مقیاس کوچک و براى نواحى دورافتاده بهره گرفت. به تازگى با گسترش فنّاورى ساخت این سلول ها مى توان آنها را براى تولید برق در مقیاس بزرگ نیز به کار گرفت به طورى که یک نیروگاه تولید الکتریسیته از این نوع در شیراز به نام نیروگاه خورشیدى شیراز ساخته شده است. همچنین طرح هاى بسیارى براى خودروهاى سبک به مرحلهٔ اجرا درآمده است که در آنها با استفاده از انرژى خورشیدى حرکت ایجاد می شود . هم اکنون روشنایى برخى از پارک ها و حتى چراغ هاى احتیاط و راهنماى خیابان ها در شهرهاى مختلف ایران توسط سلول هاى خورشیدى تأمین مى گردد.

2-  انرژى باد: انرژی باد مانند سایر منابع انرژی تجدیدپذیر از نظر جغرافیایی گسترده و در عین حال به صورت پراکنده و تقریباً همیشه در دسترس است. بیشترین منابع انرژی باد در نواحی ساحلی و کوهستانی واقع شده اند. بهره برداری از انرژی باد توسط توربین های بادی تفکری بسیار قدیمی است. کاربرد آسیاب های بادی پیش از قرن دهم میلادی در ایران معمول بوده و در قرن هیجدهم در اروپا گسترش فراوان داشته است. آسیاب های بادی با استفاده از انرژی باد سنگ های آسیاب را می چرخانند و بدین وسیله دانه های غلات را خرد می کنند. آسیاب های بادی خواه به صورت قدیمی یا به صورت جدید با اصول یکسانی کار می کنند. پره های آسیاب )توربین بادی( پیچش خاصی دارند که وقتی باد به آنها برخورد می کند آسیاب یا توربین را می چرخاند در این عمل سرعت باد کند می شود. و انرژی باد باعث چرخش توربین می گردد.

امروزه از انرژی باد بیشتر برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود . چرخش توربین باد باعث چرخش قسمت چرخندهٔ (روتور) مولد برق می شود و بدین ترتیب انرژی الکتریکی تولید می گردد.

براساس پیش بینی های صورت گرفته توسط انجمن جهانی انرژی باد، این انرژی تا سال 2020 قادر به تأمین دست کم ١2 % از برق مصرفی جهان خواهد بود. همچنین ظرفیت نصب شده جهانی در این سال به حداقل ١500 گیگاوات خواهد رسید. به طور کلی با استفاده از انرژی باد به عنوان یک منبع انرژی در درازمدت می توان دوبرابر مصرف انرژی الکتریکی فعلی جهان را تأمین کرد.

از مزایای بهره برداری از انرژی باد می توان به موارد زیر اشاره کرد :

١ عدم نیاز توربین های بادی به سوخت، که در نتیجه از میزان مصرف سوخت های فسیلی
می کاهد.
2 رایگان بودن انرژی باد

3 کمتر بودن نسبی قیمت انرژی حاصل از باد نسبت به انرژی های فسیلی
4 عدم نیاز به آب
5 کم بودن آلودگی زیست محیطی آن نسبت به سوخت های فسیلی

3- انرژى امواج دریا: افت و خیز امواج دریا را مى توان به کمک نوعى مبدل به انرژى لازم براى به کار انداختن مولدهاى برق تبدیل کرد. هرچند این کار مشکل است و تولید الکتریسیته در مقیاس بزرگ با این روش تا آینده اى نزدیک عملى نخواهد بود، ولى اکنون دستگاه هاى کوچکى از این نوع در تأمین انرژى لازم براى مردمانى به کار می رود که در جزیره ها زندگى مى کنند. در شکل زیر طرحى از چگونگى مهار انرژى امواج دریا را مشاهده می کنید .

4- انرژى برق آبی (هیدروالکتریک) : در مناطقی که بارش سالانهٔ آنها زیاد است و یا رودخانه های پرآبی دارند با ساخت سد و احداث دریاچه های مصنوعی آب را ذخیره می کنند تا هم مصرف آب در طول سال مدیریت شود و هم انرژی الکتریکی تولید شود . آب از دریچه های روی دیوارهٔ سد خارج می شود و در مسیر کانالی حرکت می کند که به همین منظور ساخته شده است.

با پایین آمدن آب از کانال انرژی پتانسیل گرانشی آن به انرژی جنبشی تبدیل می شود. در پایین کانال آب با برخورد به پره های توربین آنها را می چرخاند. چرخش توربین باعث چرخیدن قسمت چرخندهٔ مولد جریان برق (روتور) و تولید انرژی الکتریکی می شود .
نیروگاه های برق آبی از منبع انرژی ای استفاده می کنند که در صورت مصرف نشدن هدر می رود.
علاوه بر آن موجب آلودگی محیط زیست هم نمی شوند.
امروزه حدود 20 درصد از انرژی الکتریکی تولید شده در جهان برق آبی است. این سهم در ایران حدود ١0 درصد است.

5-  انرژى زمین گرمایى: انرژى زمین گرمایى به گرماى موجود در زیر سطح کرهٔ زمین گفته مى شود. مقدار این انرژى به مراتب بیشتر از مصرف فعلى انرژى در جهان است، ولى تولید آن، به جز در نواحى اى که به عنوان محل آتش فشان یا زلزله شناخته مى شوند، بسیار کم است.
براى استفاده از انرژى زمین گرمایى ، آب سرد را از طریق مجرایى به طرف صخره هاى داغ، در عمق زمین مى فرستند و آن را از طریق مجرایى دیگر به صورت آب گرم و یا بخار خارج مى کنند. از این آب گرم و یا بخار مى توان براى گرم کردن خانه ها و به کارانداختن یک توربین
بخار مولد برق استفاده کرد. انرژى زمین گرمایى درصورتى تجدید پذیر محسوب مى شود که انرژى برداشت شده بیش از انرژى اى که از طریق مرکز زمین(این انرژى، براثر واکنش هاى هسته اى به صورت پیوسته تولید مى شود) جایگزین مى شود نباشد و همچنین مقدار آب تزریق شده و آب خارج شده برابر باشد.

ج( زیست توده )بیومَس(: زیست توده همهٔ اجزای قابل تجزیهٔ زیستی از محصولات و زایدات کشاورزی، صنایع جنگلی و سایر صنایع مرتبط، فاضلاب ها و زباله های شهری و صنعتی است. تفالهٔ دانه های روغنی و کاه، ضایعات کشاورزی مانند نیشکر و چغندر، فضولات حیوانی، فاضلاب ها و زباله های شهری، پسماندهای صنایع غذایی،چوبی و جنگلی و … از جمله منابع زیست توده هستند.

انرژی زیست توده، بعد از انرژی خورشیدی بالاترین پتانسیل انرژی را دارد و در حال حاضر بالاترین سهم مصرف را در میان انرژی های تجدیدپذیر به خود اختصاص داده است. منابع انرژی حاصل از زیست توده می تواند مانند برق و یا حامل های انرژی چون سوخت های گازی و مایع نیاز بخش های مختلف جامعهٔ بشری را تأمین کند. منابع زیست توده حاوی ترکیبات آلی با مولکول های درشت زنجیرند. این مولکول ها در طی فرایندهای هضم )مدفون در زمین، داخل مخازن مخصوص و یا رها شده در طبیعت( شکسته و به مولکول های ساده تبدیل می شوند. محصول نهایی این فرایند،
گازی قابل اشتعال به نام بیوگاز است. این گاز شامل دوجزء عمدهٔ متان و دی اکسیدکربن است. این مخلوط گازی با ارزش حرارتی 40 تا ٧0 درصد ارزش حرارتی گاز طبیعی، می تواند به شکل های مختلف مورد استفاده قرار گیرد .

گفته می شود محمدبن حسین عاملی معروف به شیخ بهایی جزء نخستین کسانی بوده که از بیوگاز حاصل از زیست توده (فاضلاب حمام) استفاده کرده و آن را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است.
امروزه سوخت های زیستی مایع مانند بیواتانول، بیومتانول و بیودیزل در کشورهای زیادی مورد توجه و استفاده قرار گرفته اند. در کشور برزیل بخش زیادی از مصارف بنزین و گازوئیل با این سوخت های جدید جایگزین شده است و در برخی از کشورها از این سوخت به عنوان ماده افزودنی
به بنزین به عنوان جایگزین سرب برای بهسوزی و … استفاده می شود.

چ( هیدروژن:امکان دسترسی به انرژی های نو و تجدیدپذیر در هر زمان و مکانی وجود ندارد. می توان با استفاده از منابع انرژی نو و همین طور با استفاده از منابع انرژی فسیلی، هیدروژن تولید کرد. یکی از راه های تولید هیدروژن الکترولیز آب به وسیلهٔ جریان الکتریکی است. هیدروژن
از فراوان ترین عناصر موجود در سطح زمین است. هیدروژن تولید شده را به شکل های مختلفی مثل گاز یا مایع ذخیره و به محل مصرف منتقل می کنند. به این ترتیب هیدروژن به عنوان یک واسطه عمل می کند که انرژی را از منابع انرژی نو یا منابع انرژی فسیلی می گیرد و به محل مصرف می رساند. در محل مصرف، می توان هیدروژن را به عنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی سوزاند، یا از آن در پیل های سوختی استفاده کرد. پیل سوختی هیدروژن و اکسیژن را مصرف و با یک واکنش شیمیایی الکتریسیته تولید می کند . پیل های سوختی و موتورهای احتراقی که هیدروژن مصرف می کنند آلاینده های شیمیایی و آلودگی زیست محیطی ندارند، بنابراین هیدروژن را یک حامل انرژی پاک می نامند. در چنین پیل های سوختی برخلاف باموها مادامی که به آنها سوخت رسانده شوند از کار نمی افتند و نیاز به شارژ مجدد ندارند.

در این پیل سوختی، اتم های هیدروژن به یون های هیدروژن
و الکترون شکسته می شوند. یون های هیدروژن به غشاء نفوذ کرده و به
سمت کاتد می روند، اما الکترون ها نمی توانند از غشاء عبور کنند و مجبور
به طی مدار خارجی می شوند که همین باعث تولید جریان الکتریکی می شود.

 8 بهینه سازی مصرف انرژی
مصرف روز افزون و بى رویهٔ انرژى، به خصوص سوخت هاى فسیلى، مسایل و مشکلات فراوانى را براى انسان و محیط زیست کرهٔ زمین به وجود آورده است. لازم است این مشکلات را بشناسیم و روش هاى برطرف کردن آن مسایل و بهترین راه مصرف انرژى را بیابیم تا زندگى انسان دوام یابد و توسعهٔ پایدار صورت گیرد. هر گونه مصرف انرژى در نهایت صرف گرم کردن محیط مى شود. به عنوان مثال یک خودرو در حال حرکت را در نظر بگیرید. خودرو در اثر احتراق بنزین انرژى جنبشى کسب مى کند. در اثر احتراق موتور گرم مى شود. براى خنک کردن موتور از آبى استفاده مى شود که به دور آن مى گردد. آب نیز در رادیاتور به وسیلهٔ جریان هوا خنک مى شود و درنتیجه هوا را گرم مى کند. انرژى جنبشى نیز در اثر اصطکاک با سطح جاده و ترمز کردن به انرژى درونى تبدیل مى شود و صرف گرم کردن محیط مى شود. بنابراین در یک سفر که از یک محل به محل دیگرى مى رویم، بیشتر انرژى شیمیایى بنزین به روش های مختلف صرف گرم کردن محیط مى شود. به عنوان یک مثال دیگر، مى توان نیروگاهى را در نظر گرفت که با نوعی سوخت فسیلى کار مى کند. مقدارى از انرژى شیمیایى سوخت در این نیروگاه به انرژى الکتریکى تبدیل مى شود و بقیه به روشی که
گفته شد، صرف گرم کردن محیط مى شود. انرژى الکتریکى از طریق شبکهٔ سراسرى برق به خانه ها منتقل و در آنجا براى مقاصد گوناگون به کار گرفته مى شود. بخشى از این انرژى صرف روشنایى منزل مى شود. انرژى نورانى توسط دیوارها و وسیله هاى موجود در اتاق جذب و باعث گرم تر شدن فضاى اتاق مى شود. بخشی دیگر، صرف راه اندازى وسیله هاى برقى مى شود که در نهایت آنها نیز محیط را گرم می کنند. به این ترتیب می بینیم که در زنجیرهٔ تبدیل منابع انرژی همواره در انتها به نوعی از انرژی می رسیم ، که در عمل غیرقابل استفاده و موجب گرم شدن محیط است.

باید دانست که، با توجه به توسعهٔ اقتصادى کشورها، مصرف انرژى در حال افزایش است و برآورد شده است که در هر 10 سال مصرف انرژى دو برابر مى شود. اما چون بیشتر انرژى ها از سوخت هاى فسیلى تأمین مى شود که منابع محدودى دارند )پیش بینى مى شود که ذخیره هاى نفت خام تا چند دههٔ دیگر پایان مى یابد( مصرف سوخت هاى فسیلى انواع آلودگى ها را ب ه همراه مى آورد که به شدت براى شهروندان زیان آور
است و باعث تشدید بعضى بیمارى ها مى شود. صرفه جویى و استفادهٔ بهینه از منابع انرژى ضرورى است. با استفا دهٔ بیشتر از وسیله هاى نقلیهٔ عمومى، به جاى استفاده از وسایل شخصى، مى توان در جهت کاهش مصرف سوخت و کاهش آلودگى هوا گام برداشت. همچنین با عایق بندى بهتر ساختمان ها مى توان مصرف انرژى براى گرم و یا سرد کردن ساختمان ها را کاهش داد که در این باره در مطالب بعدی وبسایت فیزیک برای زندگی صحبت خواهیم کرد. مورد صرفه جویى در مصرف انرژى الکتریکى را نیز مورد بحث قرار مى دهیم.

با ما همراه باشید ... / فیزیک برای زندگی

ابر سیلیسیم

سیلیسیم یکی از فراوان ترین عنصر های موجود در پوسته ی زمین است که از آن در ساخت تراشه های رایانه ها و ابزار هایی مانند پیل های خورشیدی و CCD ها استفاده می کنند.

تراشه های سیلیسیمی که برای پردازش مدار های الکترونیکی و داده ها و حافظه ی رایانه ها به کار می روند ، از مجموعه ای از قطعه های الکترونیکی به نام ترانزیستور ساخته شده اند . ترانزیستور ها به عنوان کلید قطع و وصل جریان الکتریسیته کار می کنند . در اثر برقراری یا قطع جریان الکتریسیته ، پالس های الکتریکی در واحد پردازش الکترونیکی رایانه ، به صورت رمز دودویی ( دورقمی یا بر مبنای 2 ) نمایش داده می شوند که از اعداد صفر و یک ( 0،1 ) تشکیل شده اند .

ترانزیستور ها از سه بخش نیمه رسانای متفاوت تشکیل شده اند که به طور فشرده کنار هم قرار گرفته اند و امروز نوع NPN آن بیش تر رایج است . این نوع ترانزیستور از دو لایه نیمه رسانای نوع N تشکیل شده است که بین آن دو یک لایه نیمه رسانای نوع p قرار گرفته است . نیمه رسانای نوع N دارای کمی الکترون اضافی است در حالی که نیمه رسانای نوع p دارای تعدادی " حفره " است که از این راه الکترون های نیمه رسانای نوع N عبور می کنند.

کوچک کردن مدار ها

در دهه ی 1950 میلادی ، استفاده از ترانزیستور ها بسیار زیاد شد . ترانزیستور ها از لامپ های الکترونی ( لامپ های خلأ ) خیلی کوچک تر بودند و جانشین آن ها شدند . کوچکی اندازه ی ترانزیستور ها باعث شد تا رادیو های ترانزیستوری جیبی وارد بازار شود . در آغاز ترانزیستور ها را به صورت یک قطعه ی الکترونیکی مجزا در مدار های الکترونیکی به کار می بردند . اما در سال 1958 میلادی ، تمام اجزای مدار ها که شامل ترانزیستور ها و دیگر قطعه های الکترونیکی ( دیود ها ، مقاومت ها ، خازن ها ) بود ، در یک مجموعه ی یک پارچه به نام " مدار " جای گرفت . ساخت مدار های مجتمع ، اندازه ی دستگاه های الکترونیکی را باز هم کوچک تر کرد . امروزه یک مدار مجتمع شامل میلیون ها قطعه ی الکترونیکی است که روی یک لایه یا تراشه ی سیلیسیمی به نام ریز تراشه جای می گیرد . علت این نامگذاری این است که این مدار بسیار کوچک الکترونیکی را فقط زیر میکروسکوپ می توان دید . تراشه هایی که امروزه به نام ریزپردازنده می شناسیم ، می توانند همه ی مدار های موجود در یک رایانه را در یک رایانه را در خود جای دهند .

برای ساخت یک تراشه ی سیلیسیمی ، مراحل مختلفی انجام می شود . در اغاز کار ، به یک لایه ی نازک سیلیسیم خالص نیاز داریم . سپس مرحله به مرحله و در فرایند هایی به نام قلم نی ، حکاکی و تراشکاری ، انواع مواد نیمه رسانا ( از نوع N و P ) را روی ان می نشانند . برای این کار از مواد شیمیایی خاصی مانند فسفر و بور استفاده می کنند . از یک لایه ی سیلیسیم دایره ای شکل و با قطری نزدیک به ده سانتی متر ، می توان صد ها تراشه ساخت .

پیل های خورشیدی و تصویر های دیجیتالی

پیل های خورشیدی و دستگاه هایی که تصویر های دیجیتالی را نمایش می دهند ، به نور واکنش می دهند و هر دو با سیلیسیم کار می کنند . یک پیل خورشیدی از دولایه ی نیمه رسانای نوع N و P ساخته شده است که وقتی پرتو نور پس از گذشتن از لایه ی بالایی با محل اتصال بین این دولایه برخورد می کند ، جریان الکتریسیته تولید می شود . صفحه های خورشیدی از هزاران پیل خورشیدی تشکیل شده اند که نیروی برق فضاپیماها را فراهم می کنند .

نمایشگر تصویر های دیجیتالی که سی سی دی (CCD) نامیده می شود ، از آرایه ای ( طرح هایی ) از واحد های حساس به نور یا عنصر های تصویری ( پیکسل ) ساخته شده است . این آرایه ها طرح نوری را که به آن برخورد می کنند به صورت طرحی از بار الکتریکی ذخیره می کنند که می توان آن ها را خواند یا تصویر الکترونیکی شان را ذخیره کرد . از سی سی دی در دوربین های ویدیویی و دیجیتال استفاده می کنند .

پاسخ مسابقه فیزیک 1

سلام ، در وبسایت فیزیک برای زندگی هر چند مدت یک بار یک پرسش در پیرامون فیزیک پرسیده می شه ..... شما می تونید به پرسش مطرح شده پاسخ صحیح بدید و با وارد کردن آدرس رایانامه ی خود هدیه ی ویژه ی مارو دریافت کنید .... در اینجا ما پاسخ اولین مسابقه ی فیزیک وبسایت ( مسابقه ی فیزیک 1 ) رو برای شما قرار دادیم ...

پاسخ ) در سال 1986 میلادی ، ارنست روسکا برنده ی جایزه ی نوبل فیزیک سال برای اختراع میکروسکوپ الکترونی شد ...

 

اسامی شرکت کنندگان این مسابقه ) Hossein 071

اسامی برندگان ) متاسفانه این مسابقه برنده ای نداشت ! در مسابقات بعدی ما شرکت کنید - شاید شما برنده ی ما باشید !

مسابقه فیزیک 1

توجه : فرصت پاسخگویی به این پرسش ، پایان یافته است ؛ می توانید در مسابقات جدید ما شرکت کنید . . .

در این جا یک پرسش فیزیک یا یک پرسش درباره ی تاریخ فیزیک پرسیده می شه . شما می توانید با دادن پاسخ درست به این پرسش و وارد کردن ایمیل خود ( در بخش نظرات همین مطلب ) هدیه ای را از طرف ما دریافت کنید. این هدیه به شکل یک بسته به ایمیل شما ارسال خواهد شد...

پرسش )  چه کسی و در چه سالی برنده ی جایزه ی نوبل فیزیک ، به خاطر اختراع میکروسکوپ الکترونی شد؟

پاسخ خود را ( همراه با ایمیل برای دریافت هدیه ی ویژه ) در بخش نظرات همین مطلب وارد کنید...

پاسخ پرسش در مطالب بعدی داده خواهد شد.

با ما همراه باشید...

مقدمه

وبسایت فیزیک برای زندگی ، به جهت آموزش فیزیک  ( برای علاقه مندان در تمامی گروه های سنی )  توسط   موسسه ی آموزشی و فرهنگی محمد راه اندازی شده است.  این وبسایت برای کلیه ی علاقه مندان به فیزیک ، دانش آموزان و اساتید دانشگاه دارای مطالبی مفید و غنی شده می باشد که می تواند ضمن ارتقای سطح علمی شما ، برای زندگی بهتر به شما کمک کند. ما ، می کوشیم تا مطالب فیزیک را به روشی نوین آموزش دهیم و درک و فهم آن را ساده تر سازیم . وبسایت ما در تمامی زمینه های فیزیک فعالیت دارد و علاوه بر مطالب فیزیکی پیشرفت ها و اختراعات و دیگر اخبار دنیای فیزیک را هم معرفی خواهیم کرد. هر چند وقت یک بار هم پرسشی فیزیکی مطرح می شود که شما می توانید با پاسخ دادن به آن و وارد کردن رایانامه ی خود هدیه ی ویژه ای را از طرف ما دریافت کنید. از تمامی کسانی که قصد همکاری با ما را دارند دعوت می شود تا مطالب خود را به نشانی [e-mail] یا [e-mail] بفرستند و یا در بخش نظرات همین مطلب وارد کنند تا با نام خودشان انتشار یابد ، همچنین می توانید با مراجعه به صفحه ی همکاری با ما یکی از نویسندگان ما باشید . امید است با راه اندازی این وبسایت کمک بزرگی برای شما و تمام مردم ایران باشیم.

ارتباط مستقیم با مدیرییت : [e-mail]

ارتباط با گروه فیزیک : [e-mail]

منتظر نظرات خوب و سازنده و همچنین مطالب علمی شما هستیم

با ما همراه باشید ...

انرژی در فیزیک چیست؟

یکی از هدف های بنیادی فیزیک ، برسی چیزی است که همه درباره ی آن حرف می زنند : انرژی . این موضوع به روشنی دارای اهمیت است . در واقع تمدن ما بر اساس کسب انرژی و استفاده ی بهینه از آن بنا نهاده شده است.
برای مثال ، هر کسی می داند که لازمه ی هر نوع حرکتی انرژی است. پرواز بر فراز اقیانوس اطلس با هواپیما به انرژی نیاز دارد. بردن اجسام به طبقه ی بالای یک ساختمان یا به داخل یک ایستگاه فضایی در حال دوران به انرژی نیاز دارد. حتی پرتاب یک توپ بسکتبال هم به انرژی نیاز دارد. ما پول زیادی برای بدست آوردن و استفاده از انرژی می پردازیم. جنگ هایی بر سر منابع انرژی در گرفته اند . جنگ هایی به دلیل استفاده ی شدید و ناگهانی انرژی توسط یک طرف به پایان رسیده اند. هر کسی مثال های فراوانی از انرژی و کاربرد هایش می داند ، ولی به راستی اصطلاح انرژی به چه معناست ؟ در مطلب بعدی همین وبسایت به تعریف انرژی می پردازیم و آن را از بعد های مختلف برسی می کنیم.

اندازه گیری در فیزیک

اندازه گیری در فیزیک فیزیک چیست ؟

علوم و مهندسی مبتنی بر اندازه گیری ها و مقایسه هاست . بنا بر این ، درباره ی این که اجسام چگونه اندازه گیری یا مقایسه شوند به آزمایش هایی نیازمندیم ، تا یکاهایی را برایث آن اندازه گیری ها و مقایسه ها بر قرار کنیم . هدف ما در فیزیک ( و مهندسی ) طراحی و راهبری این آزمایش هاست . به عنوان مثال فیزیکدانان تلاش می کنند ساعت هایی با درستی زیاد را تکامل بخشند که هر زمان یا بازده زمانی را بتوان با دقت تعیین و مقایسه کرد . ممکمن است موجب تعجب شود که آیا چنین درستی به واقع مورد نیاز است و ارزش تلاش را دارد یا نه . برای مثال می توان بیان کرد که ، بدون ساعت های بسیار درست و دقیق ، سیستم مکان یابی جهانی که برای دریانوردی و هوانوردی جهانی حیاتی است بلا استفاده خواهد بود.

اندازه گیری اجسام

با یادگیری این که کمیت های فیزیکی چگونه اندازه گیری می شوند فیزیک را کشف کرده ایم . از میان این کمیت ها می توان یل ، زمان ، جرم ، دما ، فشار و جریان الکتریکی را نام برد. هر کمیت قیزیکی را با یکا های خود توسط مقایسه با یک استاندارد اندازه می گیریم . یکا نام یگانه ای است که به اندازه های کمیتی نسبت داده می شود ، برای مثال متر ( m )  را برای کمیت طول به کار می بریم . استاندارد به طور دقیق با 1 یکای آن کمیت متناظر است . به گونه ای که خواهید دید ،  استاندارد طول که به طور دقیق متناظر با 1 متر است عبارت است از : فاصله ی پیموده شده توسط نور در خلا در کسر معینی از یک ثانیه . یکا و استاندارد آن را به هر روشی که مایل باشیم می توانیم تعریف کنیم. ولی آنچه اهمیت دارد این است که این تعریف به صورتی انجام گیرد که دانشمندان جهان توافق داشته باشند که تعریف های ما هم معقول و هم عملی است. وقتی استانداردی - مثلاً برای طول - را در نظر گرفتیم ، باید روش هایی به کار ببریم که به کنمک آن ها بتوان هر طولی ، اعم از شعاع یک اتم هیدروژن ، فاصله ی میان خانه تا محل کار ، یا فاصله ی زمین تا لبه ی جهان قابل رویت  را بر حسب این استاندارد بیان کرد. خط کش ها ، که وسایلی برای برآورد استاندارد طول هستند ، روشی را برای اندازه گیری طول به کار می گیرند. با وجود این بسیاری از مقایسه های ما باید غیر مستقیم باشد. به عنوان مثال شما نمی توانید از یک خط کش برای اندازه گیری شعاع یک اتم ، یا فاصله ی زمین تا یک ستاره استفاده کنید.

کمیت های پایه : کمیت های فیزیکی آنقدر زیادند که سازمان دهی آن ها بسیار دشوار است . خوشبختانه همه ی آن ها مستقل نیستند  برای مثال سرعت عبارت است از : نسبت طول به زمان. بنابراین - با یک توافق نامه ی بین المللی - تعداد کمی از کمیت های فیزیکی مانند طول و زمان را انتخاب می کنیم و استاندارد هایی را به آن ها نسبت می دهبم. سپس کمیت های فیزیکی دیگری را بر حسب این کمیت های اصلی و استاندارد های آن ها ( به نام استاندارد های اصلی ) تعریف می کنیم. به عنوان مثال سرعت بر حسب کمیت های اصلی طول و زمان و استانداردهای اصلی آن ها تعریف می شود.

استاندارد های اصلی باید هم دسترس پذیر و هم تغییر ناپذیر باشند. اگر استاندارد طول را یه صورت فاصله ی میان نوک بینی تا نوک انگشت اشاره در وضعیت کشیده بودن دست تعریف کنیم ، یک استاندارد دسترس پذیر خواهیم داشت ، ولی از شخصی به شخصی دیگر متفاوت خواهد بود. نیاز به دقت در علوم  و مهندسی ما را در درجه ی اول به سمت تغییر ناپذیر بودن سوق می دهد. بنابراین ، تلاش زیادی برای نمونه سازی از استاندارد های اصلی انجام می گیرد تا برای آنانی که نیاز به آن ها دارند قابل دسترس باشند.