دانلود تحقیق پدیده زیبا ولی خطرناک آذرخش یا برق

پدیده زیبا ولی خطرناک آذرخش یا برق ، تخلیه الکتریکی در جو زمین است.

همه شما تا به حال غرش آسمان (رعد و برق) و نیز تلاطم ابرها و ایجاد نورهای درخشان لحظه‌ای در آسمان را دیده‌اید.

و سؤالات زیادی که ...

.

این صدا چه بود؟

این نور چگونه تولید می‌شود؟

چگونه از نور آذرخش استفاده کنیم؟

برق آسمان چه فواید و مضراتی دارد؟

و هزاران سؤال از این قبیل تاریخچه تشابه بین آذرخش و جرقه الکتریکی در همان اوایل قرن هجدهم مورد توجه قرار گرفت.

تصور می‌شد که ابری طوفانی بار الکتریکی زیادی حمل می‌کنند، و آذرخش جرقه غول آسایی است که فقط از نظر اندازه با جرقه بین الکترودهای ماشین ویمچورست متفاوت است.

این مطلب را مثلاً لومونوسوف (M.

V.

Lomonosov) فیزیکدان و شیمیدان روسی که الکتریسته جو را همراه با مسائل علمی دیگر مطالعه کرد، خاطر نشان نمود.

این مطلب با آزمایشهایی که لومونوسوف در سالهای 1752 و 1753 و فرانکلین (B.

Franklin) پژوهشگر آمریکایی بطور مستقل انجام دادند، تأیید شده است.

ماشین تندر لومونوسوف لومونوسوف یک ماشین تندر ساخت.

خازنی که در آزمایشگاه او نصب شده بود و با سیمی که انتهایش از اتاق خارج و بر تیرک بلند بالا برده شده بود، با الکتریسته جو باردار می شد.

در مدت طوفانهای تندری ، با لمس کردن خازن می شد جرقه را از آن خارج کرد.

آزمایش فرانکلین فرانکلین در مواقع طوفان تندری بادبادکی را با یک میله آهنی به هوا فرستاد.

انتهای پایین ریسمانی که به بادبادک متصل بود به کلید دری بسته می‌شد.

وقتی که ریسمان مرطوب و به رسانای الکتریکی تبدیل می‌شد، فرانکلین می‌توانست جرقه‌ها را از کلید بگیرد، بطری لید را پرکند.

و سایر آزمایشهایی را که معمولاً با ماشین ویمچورست صورت می‌پذیرفت، انجام دهد.

باید خاطرنشان کرد که چنین آزمایشاتی بسیار خطرناکند زیرا آذرخش ممکن است به بادبادک بخورد و آن وقت بار زیادی از بدن آزمایشگر به زمین برسد (برق گرفتگی شدید).

در تاریخ فیزیک چنین موارد دردناکی وجود دارند.

مثلاً در سال 1753ریچمن (G.

Richman) که با لومونوسوف کار می‌کرد در سن پترزبورک توسط آذرخش کشته شد.

البته با این آزمایشات نشان دادند که ابرهای طوفانی واقعا بار الکتریکی دارند.

چگونگی شکل گیری آذرخش قسمتهای مختلف ابر بارهایی با علامتهای مختلف حمل می‌کنند.

در بیشترین موارد پایین ابر (که به زمین است) دارای بار منفی است.

در حالیکه قسمت بالا بطور مثبت باردار است.

بنابراین اگر دو ابر چنان بهم نزدیک شوند که قسمتهایی که بار غیر همنام دارند، به طرف یکدیگر باشند، ممکن است بین آنها جرقه آسمانی (آذرخش) بوجود آید.

همچنین تخلیه آذرخش ممکن است به طریقه دیگری نیز صورت گیرد، ابر طوفانی با حرکت در بالای زمین بار زیادی بر سطح زمین القا می‌کند و ابر سطح زمین بصورت صفحات خازنی بزرگی در می‌آیند.

اختلاف پتاسیل الکتریکی بین ابر و زمین به مقادیر عظیم صدها میلیون ولت می رسد و میدان الکتریکی شدیدی در هوا به وجود می‌آید.

اگر شدت این میدان به قدر کافی زیاد باشد، ممکن است جرقه زنی روی دهد یعنی آذرخش به زمین بربخورد.

گاهی آذرخشها به زمین می‌خورند یا باعث آتش سوزی می‌شوند.

پارامترهای مشخص کننده آذرخش بنا بر مشاهدات دراز مدت تخلیه الکتریکی آذرخش با عوامل زیر مشخص می‌شود.

ولتاژ بین ابر و زمین که حدودا 108 ولت است.

جریان در آذرخش که حدودا 105 آمپر است.

مدت آذرخش که حدودا 6-10 ثانیه است.

قطر کانال تابان آذرخش که حدودا 10 تا 20 سانتیمتر است.

تندر آذرخش تندر که بعد از آذرخش شنیده می‌شود، دارای همان منشأ ترق ترقی است که در مدت جرقه در آزمایشگاه بوجود می‌آید.

یعنی هوای درون کانال تابان آذرخش به شدت گرم و منبسط می شود و موجهای صوتی ایجاد می‌کند.

در نتیجه بازتاب از ابرها ، کوه ها و غیره پژواک غرشهای تندر را اغلب می‌توان شنید.

فواید و برکات رعد و برق آبیاری برقها معمولا حرارت فوق العاده زیاد گاه در حدود 15 هزار درجه سانتیگراد تولید می‌کنند و این حرارت کافی است که مقدار زیادی از هوای اطراف را بسوزاند و در نتیجه فشار هوا فورا کم شود و می‌دانیم در فشار کم ، ابرها می‌بارند و به همین دلیل غالبا بعد از جهش برق رگبارهایی شروع می‌شود و دانه‌های درشت باران فرو می ریزند.

از اینرو برق در واقع یکی از وظایفش آبیاری است.

سمپاشی هنگامی که برق با آن حرارتش آشکار می‌شود، قطرات باران با مقداری اکسیژن اضافی ترکیب می‌شوند و آب سنگین یعنی آب اکسیژنه ایجاد می‌کنند و هنگام بارش تخم آفت و بیماریهای گیاهی را از میان می‌برد و در واقع عمل سمپاشی انجام می‌دهد.

هر سال که رعد و رق کم باشد آفات گیاهی بیشتر است!

تغذیه و کود رسانی قطرات باران بر اثر برق و حرارت شدید ، ترکیب اسید کربنی پیدا می‌کنند و به هنگام پاشیده شدن بر زمین و ترکیب با آن یک نوع کود مؤثر گیاهی می‌سازند و گیاهان از این طریق تغذیه می‌شوند.

بعضی از دانشمندان گفته‌اند مقدار کودی که در یک سال از مجموع برقهای آسمان در کره زمین بوجود می‌آید دهها میلیون تن است، که رقم فوق العاده بالایی می‌باشد.

برقگیر با بررسیهای مختلفی معلوم شده است که در جو زمین حدود1800 طوفان تندری همزمان روی می دهند و این طوفانهای تندری حدود100 درخش آذرخش در ثانیه تولید می کنند.

اگر چه احتمال اینکه شخصی دچار آذرخش شود در حد قابل اغماض کم است با این وجود آذرخش بسیار زیانبار است.

کافی است بدانیم که حدود نیمی از جرقه زنیها در خطوط انتقال بزرگ مقیاس امروزی از آذرخش ناشی می شود.

بنابر این محافظت در مقابل آذرخش مسئله مهمی است.

کارهای لومونوسوف و فرانکلین لومونوسوف و فرانکلین نه فقط منشأ الکتریکی آذرخش را توضیح دادند، بلکه ساخت برقگیر (رسانای آذرخش) برای حفاظت ساختمانها از اصابت آذرخش را به انجام رسانیدند.

مشخصات برقگیر سیمی بلند و نوک تیز است که در بالاترین نقطه ساختمان مورد حفاظت نصب می‌شود ته سیم کاملاً به زمین متصل می‌شود.

برای این منظور معمولا سیم به یک صفحه فلزی لحیم شده و درون زمین تا سطح آب زیر زمینی فرو برده می‌شود.

در عین طوفان تندری بارهای زیادی در سطح زمین القا می‌شوند و میدان الکتریکی شدیدی در سطح زمین بوجود می‌آید.

شدت میدان بخصوص در نزدیک اجسام نوک تیز زیاد است و به این دلیل در نزدیکی نوک برقگیر تخلیه خرمنی ظاهر می‌شود.

در نتیجه بارهای القا شده نمی‌توانند روی ساختمان جمع شوند و آذرخشی ایجاد نمی‌شود.

با وجود این اگر آذرخشی بوجود آید که چنین مواردی کاملا نادر است، به برقگیر می‌خورد و بارها بدون خسارت به زمین می‌روند.

سیمی بلند و نوک تیز است که در بالاترین نقطه ساختمان مورد حفاظت نصب می‌شود ته سیم کاملاً به زمین متصل می‌شود.

آتش سنت المو در بعضی موارد تخلیه الکتریکی ابر برقگیر چنان شدید است که تابانی ناشی از آن به وضوح در نوک آن برقگیر دیده می‌شود.

گاهی این تابانی در نزدیکی سایر اجسام نوک تیز مثل بالای دکلهای کشتی ، نوکهای تیز درختها و غیره دیده می‌شود.

با این پدیده از قرنها قبل تحت عنوان آتش سنت المو آشنا بودند و ملوانانی که درک درستی از منشأ واقعی از آن نداشتند دچار وحشت و اوهام می‌شدند.

لازم به یاد آوری است که برقگیری وقتی کارش را انجام می‌دهد، که اتصال آن با زمین کامل باشد.

در غیر این صورت بارهای القایی نمی‌توانند از سطح زمین و ساختمانها به هوا وارد شوند.

با بهره گیری از این مکانیزم توصیه شده است که موقع طوفان تندری آنتن گیرنده رادیو باید به زمین وصل باشد.

مقاومت الکتریکی یک مقاومت ایده‌ال عنصری است با یک مقاومت الکتریکی که صرفنظر از ولتاژ اعمالی به دو سرش یا جریان الکتریکی عبوری از آن ، ثابت می‌ماند.

اما بدلیل اینکه مقاومتهای جهان واقعی نمی‌توانند این شرایط ایده‌ال را برآورده سازند، آنها را بگونه‌ای طراحی می‌کنند که در برابر تغییرات دما و دیگر عوامل محیطی ، نوسانات کمی در مقاومت الکتریکی شان ایجاد شود.

مقاومتها ممکن است که ثابت یا متغییر باشند.

مقاومتهای متغیر پتانسیومتر یا رئوستا نیز خوانده می‌شوند و این اجازه را می‌دهند که مقاومت وسیله توسط تنظیم یک میله یا لغزش یک ابزار کنترلی ، تغییر کند.

برخی از مقاومتها بلند و نازک هستند و ماده مقاوم حقیقی در وسط آنها قرار دارد و یک پایه هادی در هر انتهای آن نصب شده است.

به این مقاومت بسته محوری گفته می‌شود.

تصویر سمت راست یک ردیف از مقاومتهایی را نشان می‌دهد که عموما در یک بسته بندی قرار داده می‌شوند.

مقاومتهای استفاده شده در کامپیوترها و دیگر وسایل ، نوعا خیلی کوچکتراند و اغلب در بسته‌های با پایه سطحی (فن آوری پایه سطحی) بدون سیمهای رابط بکار می‌روند.

مقاومتهای با توان بالاتر را در بسته‌های محکمتری قرار می‌دهند و بگونه‌ای طراحی شده‌اند که گرما را بطور موثری از بین ببرند، اما تمامی آنها دارای همان ساختار قبلی مقاومتها هستند.

مقاومتها به عنوان بخشی از شبکه‌های الکتریکی بکار می‌روند و در علم میکرو الکترونیک و ابزارهای نیمه هادی شرکت دارند.

اندازه گیری دقیق یک مقاومت بصورت نسبت ولتاژ به جریان است و واحد آن در دستگاه SI، اهم است.

یک عنصر دارای مقاومت 1 اهم است اگر یک ولتاژ 1 ولتی دو سر عنصر منجر به یک جریان 1 آمپر شود که معادل جریان یک کولمب بار الکتریکی (تقریبا 6.242506 X 10 18 الکترون) در ثانیه در جهت مخالف است.

یک جسم فیزیکی نوعی مقاومت است.

اکثر فلزات، مواد هادی هستند و در برابر جریان الکتریسته مقاومت کمی دارند.

بدن انسان ، یک تکه پلاستیک ، یا حتی یک خلا دارای مقاومتهایی هستند که قابل اندازه گیری است.

موادی که دارای مقاومتهای بسیار بالایی هستند عایق نامیده می‌شوند.

رابطه بین ولتاژ ، جریان و مقاومت در یک جسم توسط یک معادله ساده که از قانون اهم گرفته شده و اغلب با آن اشتباه می‌شود، بیان می‌شود: V = IR که در آن V ولتاژ دو سر مقاومت بر حسب ولت ، I جریان عبور کننده از مقاومت بر حسب آمپر و R مقدار مقاومت بر حسب اهم است.

اگر V و I دارای یک رابطه خطی باشند که به مفهوم ثابت بودن R در یک محدوده است، آنگاه این ماده در آن محدوده اهمی خوانده می‌شود.

یک مقاومت ایده آل دارای مقاومت ثابت در تمامی فرکانسها و مقادیر ولتاژ و جریان است.

مواد ابر رسانا در دماهای بسیار پایین دارای مقاومت صفر هستند.

عایقها ( نظیر آزمایشهای مربوط به هوا ، الماس ، یا مواد غیر هادی) ممکن است دارای مقاومتهایی بسیار بالا (اما نه بینهایت) باشند.

لکن تحت ولتاژهای به میزان کافی زیاد، دچار شکست می شوند و جریان بزرگی را از خود عبور می‌دهند.

مقاومت یک عنصر را می‌توان از مشخصه‌های فیزیکی آن محاسبه کرد.

مقاومت با طول عنصر و مقاومت ویژه (یک خاصیت فیزیکی ماده) آن بطور مستقیم متناسب است و با سطح مقطع آن رابطه عکس دارد.

معادله محاسبه مقاومت یک بخش ماده مانند زیر است: R = rL/A که در آن r مقاومت ویژه ماده ، L طول و A مساحت سطح مقطع است.

این معادله را می‌توان برای موادی که از نظر شکل پیچیده‌ترند، بصورت انتگرالی نیز نوشت.

اما این فرمول ساده برای سیمهای استوانه‌ای و اغلب هادیهای عمومی قابل استفاده است.

این مقدار می‌تواند در فرکانسهای بالا به علت اثر پوستی ، که سطح مقطع در دسترس را کاهش می‌دهد، تغییر کند.

مقاومتهای استاندارد را در مقادیری از چند میلی اهم تا حدود یک گیگا اهم به فروش می‌رسانند.

تنها محدوده مشخصی از مقادیر که مقادیر ترجیح داده شده نام دارند در دسترس هستند.

در عمل ، اجزای گسسته فروخته شده به عنوان مقاومت ، یک مقاومت کامل آنگونه که در بالا تعریف شد، نیستند.

مقاومتها معمولا توسط خطایشان (حداکثر تغییرات مورد انتظار نسبت به مقاومت مشخص شده) بیان می‌شوند.

در یک مقاومت با رنگ کد گذاری شده باند منتهی الیه سمت راست.

اگر به رنگ نقره‌ای باشد خطای 10 درصد ، اگر به رنگ طلایی باشد خطای 5 درصد ، اگر به رنگ قرمز باشد خطای 2 درصد و اگر به رنگ قهوه‌ای باشد خطای 1 درصد را نشان می‌دهد.

مقاومتهای با خطای کمتر هم وجود دارند که مقاومتهای دقیق خوانده می‌شوند.

یک مقاومت دارای حداکثر ولتاژ و جریانی است که فراتر از آنها ، مقاومت ممکن است تغییر کند (در بعضی موارد به شدت) یا از نظر فیزیکی از بین برود (برای مثال بسوزد).

اگر چه که برخی از مقاومتها دارای ولتاژ و جریان نامی‌اند، اغلب آنها توسط یک توان فیزیکی حداکثر که توسط اندازه فیزیکی تعیین می‌شود، ارزیابی می‌شوند.

عموما توان نامی برای مقاومتهای کامپوزیت کربن و مقاومتهای ورقه فلزی 1.8 وات ، 1.4 وات و 1.2 وات است.

مقاومتهای ورق فلزی نسبت به مقاومتهای کربنی در برابر تغییرات دما و گذر زمان پایدارترند.

مقاومتهای بزرگتر قادرند که گرمای بیشتری را بدلیل سطح وسیعترشان از بین ببرند.

مقاومتهای سیم پیچی شده و پر شده با شن هنگامی بکار می‌روند که توان نامی بالاتری مانند 20 وات مورد نیاز باشد.

بعلاوه تمامی مقاومتهای حقیقی کمی خواص سلفی و خازنی از خود نشان می‌دهند که رفتار دینامیکی مقاومت ، ناشی از معادله ایده آل آن را تغییر می‌دهد.

هر کدام از مقاومتهای یک ساختار مداری سری و موازی دارای اختلاف پتانسیل (ولتاژ) یکسان هستند.

برای محاسبه مقاومت معادل کل آنها: Req-1 = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn خاصیت موازی بودن را می‌توان برای ساده سازی معادله ، با دو خط موازی (مانند هندسه) در معادلات نمایش داد.

برای دو مقاومت موازی داریم: (Req = R1R2/(R1 + R2 جریان هر مقاومت در مدارهای سری و موازی ثابت است، اما ولتاژ در طول هر مقاومت ممکن است متفاوت باشد.

مجموع اختلاف پتانسیلها (ولتاژ) برابر ولتاژ کلی است.

برای محاسبه مقاومت کلی آنها: R = R1 + R2 + … + Rn یک شبکه مقاومتی که ترکیبی از مدارهای سری و موازی است را می‌توان به اجزا کوچکتری تجزیه کرد که یکسان یا غیر یکسانند.

برای مثال: Req = R1R2/(R1 + R2) + R3 مقاومتهای متغیر مقاومت متغیر مقاومتی است که مقدارش می‌تواند توسط یک حرکت مکانیکی تعیین شود، برای مثال توسط دست تنظیم شود.

مقاومتهای متغیر می‌توانند از نوع ارزان و تک دور یا از نوع چند دور با یک عنصر مارپیچی باشند.

برخی از آنها حتی دارای نمایشگر مکانیکی تعداد دور نیز هستند.

بطور سنتی مقاومتهای متغیر نامطمئن بوده‌اند، چرا که سیم یا فلز خورده یا فرسوده می‌شوند.

(یک روش دیگر کنترل که در واقع یک مقاومت نیست اما شبیه آن عمل می‌کند، شامل یک سیستم سنسور فتو الکتریک است که چگالی نوری یک ورقه را اندازه می‌گیرد.

بدلیل اینکه سنسور ورقه را لمس نمی‌کند، پوسیدگی رخ نمی‌دهد .)یک پتانسیومتر نوعی از مقاومتهای متغییر است که بسیار عام است.

یکی از استفاده‌های عمومی آن به عنوان کنترل صدا در تقویت کننده‌های صوتی است.

یک واریستور اکسید فلزی ، یا MOV نوع بخصوصی از مقاومت است که دارای دو مقدار مقاومت بسیارمتفاوت است، یک مقاومت بسیار بالا در ولتاژ پایین (زیر ولتاژ راه انداز) و یک مقاومت بسیار کم در ولتاژ بالا (بالاتر از ولتاژ راه انداز).

این نوع از مقاومت معمولا برای حفاظت اتصال کوتاه در برقگیر تیر برق خیابانها یا به عنوان یک اسنابر استفاده می‌‌‌شود.

یک مقاومت با ضریب دمایی مثبت/PTC یک مقاومت وابسته به دما است که دارای یک ضریب دمایی مثبت است.

وقتی که دما افزایش می‌یابد، مقاومت هم زیاد می‌شود.

PTC ها اغلب در تلویزیونها بصورت سری با سیم پیچ دمغناطیس کننده یافت می‌شوند که یک جرقه جریان کوتاه را از طریق سیم پیچ در هنگام روشن کردن تلویزیون ایجاد می‌کند.

یک نسخه تخصصی یک PTC چند سوییچ است که مانند یک فیوز خود تعمیر عمل می‌کند.

یک مقاومت با ضریب دمایی منفی/NTC نیز یک مقاومت وابسته به دماست، اما دارای یک ضریب دمایی منفی است.

وقتی که دما افزایش می‌یابد مقاومت NTC کاهش می‌یابد.

NTC ها عموما در آشکار سازهای دمای ساده و در ابزارهای اندازه گیری بکار می‌روند.

یک مقاومت ایده‌ال عنصری است با یک مقاومت الکتریکی که صرفنظر از ولتاژ اعمالی به دو سرش یا جریان الکتریکی عبوری از آن ، ثابت می‌ماند.

تشخیص مقدار مقاومت با استفاده از نوارهای رنگی مقاومتهای توان کم دارای ابعاد کوچک هستند، به همین دلیل مقدار مقاومت و تولرانس را بوسیله نوارهای رنگی مشخص می‌کنند که خود این روش به دو شکل صورت می‌گیرد: روش چهار نواری روش پنج نواری روش اول برای مقاومتهای با تولرانس 2% به بالا استفاده می‌شود و روش دوم برای مقاومتهای دقیق و خیلی دقیق تولرانس کمتر از 2%) استفاده می‌شود.

در اینجا به روش اول که معمولتر است می‌پردازیم.

به جدول زیر توجه نمائید.

هر کدام از این رنگها معرف یک عدد هستند: دو رنگ دیگر هم روی مقاومتها به چشم می‌خورد: طلایی و نقره‌ای ، که روی یک مقاومت یا فقط طلایی وجود دارد یا نقره‌ای.

اگر یک سر مقاومت به رنگ طلایی یا نقره‌ای بود ، ما از طرف دیگر مقاومت ، شروع به خواندن رنگها می‌کنیم.

و عدد متناظر با رنگ اول را یادداشت می‌کنیم.

سپس عدد متناظر با رنگ دوم را کنار عدد اول می‌نویسیم.

سپس به رنگ سوم دقت می‌کنیم.

عدد معادل آنرا یافته و به تعداد آن عدد ، صفر می‌گذاریم جلوی دو عدد قبلی( در واقع رنگ سوم معرف ضریب است ).

عدد بدست آمده ، مقدار مقاومت برحسب اهم است.

که آنرا می‌توان به کیلواهم نیز تبدیل کرد.

ساخت هر مقاومت با خطا همراه است.

یعنی ممکن است 5% یا 10% یا 20%خطا داشته باشیم .

اگر یک طرف مقاومت به رنگ طلایی بود ، نشان دهنده مقاومتی با خطا یا تولرانس 5 % است و اگر نقره‌ای بود نمایانگر مقاومتی با خطای 10% است.اما اگر مقاومتی فاقد نوار چهارم بود، بی رنگ محسوب شده و تولرانس آن را 20 %در نظر می‌گیریم.

به مثال زیر توجه نمایید: از سمت چپ شروع به خواندن می‌کنیم.

رنگ زرد معادل عدد 4 ، رنگ بنفش معادل عدد 7 ، رنگ قرمز معادل عدد 2 ، و رنگ طلایی معادل تولرانس ٪5 می‌باشد.

پس مقدار مقاومت بدون در نظر گرفتن تولرانس ، مساوی 4700 اهم ، یا 4.7 کیلو اهم است و برای محاسبه خطا عدد4700 را ضربدر 5 و تقسیم بر 100 می‌کنیم، که بدست می‌آید: 235 4935 = 235 + 4700 4465 = 235 - 4700 مقدار واقعی مقاومت چیزی بین 4465 اهم تا 4935 اهم می‌باشد.