آذرخش

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 لحظه ای در آسمان را دیده اید. و سوالات زیادی که… این صدا چه بود؟ این نور چگونه تولید می شود؟ چگونه از نور آذرخش استفاده کنیم؟ برق آسمان چه فواید و مضراتی دارد؟ و هزاران سوال از این قبیل
● تاریخچه:
تشابه بین آذرخش و جرقه الکتریکی در همان اوایل قرن هجدهم مورد توجه قرار گرفت. تصور می شد که ابرهای طوفانی بار الکتریکی زیادی حمل می کنند، و آذرخش جرقه غول آسایی است که فقط ازنظر اندازه با جرقه بین الکترودهای ماشین ویمچورست متفاوت است. این مطلب را مثلاً لومونوسوف (M.V.Lomonosov) فیزیکدان و شیمی دان روسی که الکتریسته جو را همراه با مسائل علمی دیگر مطالعه کرد، خاطر نشان نمود. این مطلب با آزمایش هایی که لومونوسوف در سال های ۱۷۵۲ و ۱۷۵۳ و فرانکلین (B.Franklin) پژوهشگر آمریکایی به طور مستقل انجام دادند، تایید 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 بالابرده شده بود، با الکتریسته جو باردار می شد. در مدت طوفان های 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 می شد. وقتی که ریسمان مرطوب و به رسانای الکتریکی تبدیل می شد، فرانکلین می توانست جرقه ها را از کلید بگیرد، بطری لید را پرکند. و سایر آزمایش هایی را که معمولاً با ماشین ویمچورست صورت می پذیرفت، 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 ۱۷۵۳ریچمن (G.Richman) که با لومونوسوف کار می کرد در سن پترزبورک توسط آذرخش کشته شد. البته با این آزمایشات نشان دادند که ابرهای طوفانی واقعا بار الکتریکی دارند.
● چگونگی شکل گیری آذرخش:
قسمت های مختلف ابر بارهایی با علامت های مختلف حمل می کنند. در بیشترین موارد پایین ابر (که به زمین است) دارای بار منفی است. در حالیکه قسمت بالا به طور مثبت باردار است.
بنابراین اگر دو ابر چنان بهم نزدیک شوند که قسمت هایی 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 می کند و ابر سطح زمین بصورت صفحات خازنی بزرگی در می آیند. اختلاف پتاسیل الکتریکی بین ابر و زمین به مقادیر عظیم صدها میلیون ولت می رسد و میدان الکتریکی شدیدی در هوا به وجود می آید. اگر شدت این میدان به قدر کافی زیاد باشد، ممکن است جرقه زنی روی دهد یعنی آذرخش به زمین بربخورد. گاهی آذرخش ها به زمین می خورند یا باعث آتش سوزی می شوند. پارامتر های مشخص کننده آذرخش : بنا بر مشاهدات دراز مدت تخلیه جرقه ای آذرخش با عوامل زیر مشخص می شود. ولتاژ بین ابر و زمین که حدوداًُ ۱۰۸ ولت است. جریان در آذرخش که حدودا ۱۰۵ آمپر است.
مدت آذرخش که حدوداً ۶-۱۰ ثانیه است. قطر کانال تابان آذرخش که حدودا ۱۰ تا ۲۰ سانتیمتر است. تندر آذرخش: تندر که بعد از آذرخش شنیده می شود، دارای همان منشأ ترق ترقی است که در مدت جرقه در آزمایشگاه بوجود می آید. یعنی هوای درون کانال تابان آذرخش به شدت گرم و منبسط می شود و موج های صوتی ایجاد می کند. در نتیجه بازتاب از ابرها ، کوه ها و غیره پژواک غرش های تندر را اغلب می توان شنید. تولید برق استفاده از انرژی خورشیدی دید کلی نیروگاه هسته‌ای مانند هر مرکز مولد برق با هدف تولید برق ایجاد می‌شود. تولید برق کار مشکلی به نظر نمی‌رسد. هر یک از شما احتمالا تکمه فلاش عکاسی یا استارت یک اتومبیل را زده است. در هر دوی اینها از انرژی الکتریکی ذخیره شده در یک باطری در موقع لزوم استفاده می‌شود. ولی یک ایستگاه مولد برق را نمی‌توان از تعداد زیادی باطری متصل به هم تشکیل داد.
دو دلیل بسیار مهم وجود دارد که چرا این کار نمی‌تواند صورت پذیرد:
۱) اول اینکه باطریها مقدار انرژی الکتریکی محدودی دارند و نمی‌توانند بدون آنکه مرتب پر شوند مدت طولانی دوام داشته باشند، علاوه بر این برای پرکردن آنها نیاز به منبع انرژی الکتریکی دیگری است.
۲) دوم اینکه باطریها نمی‌توانند انرژی الکتریکی به مقدار زیاد در زمان کوتاهی تهیه کنند. اگر باطری نمی‌تواند منظور یک یک مرکز تولید برق را برآورده سازد پس چه چیز می‌تواند؟ راههای تولید برق مردم سالهای متمادی است حرکت مکانیکی را برای تولید برق مورد نیاز خود بکار می‌برند. می‌دانید اساس کار یک دستگاه مولد برق (ژنراتور) ، اعم از مولد جریان مستقیم یا متفاوت ، حرکت نسبی یک‌ هادی در میدان مغناطیسی است. ولی مولد یک عیب دارد آن این است که مانند باطری نمی‌تواند انرژی الکتریکی ذخیره کند، به عبارت دیگر برقی که مولد تولید می‌کند باید در حین تولید مصرف شود.
در همه مولد‌ها یک چیز مشترک است، همه آنها نیاز به منبع قدرت دارند تا استوانه حامل‌هادی‌ها را ، یا آهنربای مولد میدان مغناطیسی را بچرخاند یعنی حرکت مکانیکی سیم‌ها را در میدان مغناطیسی ثابت ( یا حرکت آهنربا را در مقابل سیم پیچ‌ها ثابت) تامین کند. منابع قدرت مورد استفاده انواع مختلف دارند. چهار نوع از آنها که اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از توربین آبی ، توربین بخار ، توربین گازی و موتور‌های درون سوز. توربین آبی در نیروگاه‌های هیدرولیک برای چرخاندن مولد برق (ژنراتور) از توربین آبی استفاده می‌شود. این طریقه تولید برق از لحاظ اقتصاد با صرفه است ولی محدودیت جغرافیایی محل از لحاظ سد سازی دارد. توربین گازی استفاده از توربین گازی برای به کار انداختن مولد‌های برق روز افزون است. اساس کار توربین‌های گازی مانند کار موتور‌های جت است.
سوخت می‌سوزد و گازهای حاصل از سوختن در توربین منبسط می‌شود. ساختن توربین‌های گازی کم خرج است ولی بهره برداری از آنها پرخرج می‌باشد، علاوه بر این ابعاد آنها محدود است. به همین جهت اغلب آنها را به عنوان واحد‌های اضافی برای تدارک الکتریسیته بیش از معمول ، بویژه هنگامی که مصارف اختصاصی مورد نیاز است ، بکار می‌روند. توربین بخار توربین بخار وسیله متداولتری برای تامین توان مکانیکی جهت چرخاندن القاء کن مولد برق از نیروگاه است.
تفاوت یک نیروگاه بخار با نیروگاههای دیگر در چگونگی تولید بخار است. هر روشی که بکار می‌رود باید مقدار زیادی گرما برای تولید بخار لازم جهت بکار انداختن توربین‌های بخار تهیه شود. در نیروگاههای با سوخت فسیلی این گرما از سوختن زغال سنگ ، نفت ، یا گاز طبیعی حاصل می‌شود. در نیروگاه هسته‌ای گرما از شکافت اتمهای سوخت اورانیوم به دست می‌آید. نیروگاه با سوخت فسیلی نیروگاههای با سوخت فسیلی مدرن پیچیده و پراجزایند، ولی در همه آنها شش مرحله زیر انجام می‌گیرد: تهیه سوخت و تزریق آن سوختن تولید بخار کارکردن توربین مولد چگالیدن بخار برگشت آب حاصل از چگالیدن بخار به دیگ مکانیسم مراحل نیروگاه با سوخت فسیلی در نیروگاه با سوخت فسیلی ، اول باید سوخت را آماده کرد.
مثلا اگر سوخت زغال سنگ است باید به صورت گرد درآید، چنانچه نفت است باید گرم شود ، سپس سوخت آماده شده ، به داخل کوره تزریق یا پاشیده شود. در کوره سوخت با هوا مخلوط شده می‌سوزد و گرمای حاصل از سوختن آن برای تولید بخار بکار می‌رود و چرخه تولید بخار آغاز می‌شود، بخار در توربین منبسط شده و آن را می‌چرخاند و چون محور توربین به محور مولد برق اتصال دارد القاء کن مولد نیز به چرخش در می‌آید و برق تولید می‌شود، بخار پس از خروج از توربین باید متراکم شده دوباره به صورت آب در آید بطوریکه بتوان آن را بوسیله تلمبه به دیگ برگردانده دوباره از آن استفاده کرد.
تبدیلات انرژی در مکانیسم کار نیروگاه با سوخت فسیلی در این شش مرحله که در نیروگاه با سوخت فسیلی جریان دارند، انرژی در مراحل پی‌درپی از یک صورت به صورت دیگر تبدیل می‌شود:‌ انرژی اولیه در سوخت ذخیره است، وقتی سوخت می‌سوزد مقداری از این انرژی به صورت گرما آزاد می‌شود. آب درون دیگ این انرژی گرمایی را جذب می‌کند و بخار می‌شود. بخار انرژی را به توربین انتقال می‌دهد، در توربین این انرژی به انرژی جنبشی چرخاننده توربین تبدیل می‌گردد که مستقیما به مولد برق انتقال یافته به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود و برق تولید می‌گردد.

منبع : سازمان آموزش و پرورش استان خراسان