ترانسفورمرهای قدرت در پست.pdf
506 KB
ترانسفورمرهای قدرت در پست @electroscience
✅قطارهای مَگلِو:
قطارهای مَگلِو یا ماگلو (Maglev) گونهای از قطارها هستند که بطور شناور در هوا در فاصله کمی از ریل قرار دارند و بدون دریافت مقاومت زیادی از محیط میتوانند با سرعتهای بسیار زیاد به پیش بروند. این قطارها برای حرکت خود از نیروی الکترومغناطیسی بهره میگیرند و بطور نظری مگلوها میتوانند به سرعتهایی قابل مقایسه با سرعت توربوپراپ و هواپیمای جت (۵۰۰ تا ۵۸۰۰ کیلومتر در ساعت) دست بیابند.
نام مگلو از همآمیزی دو واژه انگلیسی(Magnetic : مغناطیسی) و (levitation: شناوری) درست شدهاست که اشاره به شناوری و معلق بودن این قطارها با استفاده از خاصیت مغناطیسی دارد.
اولین طرح قطار مغناطیسی را رابرت گدار در نوامبر سال۱۹۰۹ مطرح کرد. او پیشنهاد کرد بین شهر بوستون و نیویورک تونلی ایجاد شود که در آن قطارهای معلق در یک خلاء جزئی با نیروی مغناطیسی به حرکت در آیند. چند سال بعد در سال ۱۹۱۲ یک مهندس فرانسوی به نام امیل باشه یک طرحی را پیشنهاد کرد که شباهت زیادی به وسیله مغناطیسی فعلی داشت. وسیله آزمایشی ۱۵ کیلوگرمی او در اثر وجود آهنرباهای برقی تغذیه شده با جریان متناوب از زمین بلند شده و به حرکت درمیآمد، ولی در اثر برخورد با دیوار آزمایشگاه از بین رفت. نخستین خط بازرگانی مگلو در شانگهای چین به راستای ۳۰۰ کیلومتر بوسیله شرکت آلمانی ساخته شدهاست. این راه آهن فرودگاه شانگهای را به مرکز این شهر پیوند دادهاست.
در ۲۲ سپتامبر ۲۰۰۶ یک مگلو در مسیر آزمایشی امسلاند در آلمان با یک واگن خدماتی برخورد کرد. بیش از بیست نفر در این حادثه کشته شدند. به گفته مقامات علت حادثه خطای انسانی بوده و ناشی از فناوری مگلو نیست.
در مگلو تماس با ریل وجود ندارد و قطارها به جای غلتیدن چرخها برای ریل با نیروی مغناطیسی در هوا شناور شده بود و به جلو رانده میشوند. در فناوری مگلو نیروی مغناطیسی قطار را از زمین بلند کرده و با استفاده از موتور خطی و نه دوار رانده و در یک مسیر مشخص هدایت میکند. این قطارها نصف انرژی هواپیما را مصرف کرده و با همان سرعت نیز حرکت میکنند.
این سیستم نیز مانند هر سیستم دیگر دارای مزایا و معایبی است که برخی از مزایای آن نسبت به سیستمهای ریلی عبارتند از: شتاب حرکت بیشتر، امکان افزایش فراز تا ۱۰ درصد و پایین بودن اصطکاک و برخی معایب این سیستم نیز عبارتند از: سابقه پایین عملیاتی و لذا نابالغ بودن تکنولوژی، وابستگی به یک کشور، حساسیت به زلزله بویژه در نوع آلمانی، نداشتن سابقه مسافت طولانی، هزینه ۴۰ تا ۶۰ میلیون دلار بر کیلومتر و ایمنی پایین همچنین فناوری مگلو مشترکات بسیار کمی با ترابری ریلی سنتی دارد و با خطوط ریلی معمولی سازگاری و تطابق ندارد. قطار مگلو در سرعتهای بالا سروصدای آزاردهندهای دارد و میدان قوی مغناطیسی پیرامون مسیر قطار نیر تشعشعاتی دارد.
قطار مگلو شانگهای در سال ۲۰۰۴ در مسافت ۳۰٫۵ کیلومتر از فرودگاه پودونگ تا شهر شانگهای افتتاح شد. سرعت حداکثر ۴۳۱ و زمان سیر ۷ دقیقه و قیمت بلیط آن ۷ دلار است و برای مسافرین پرواز حدود ۶ دلار و رفت و برگشت ۱۱ دلار. عملیات ساخت این پروژه در سال ۲۰۰۱ آغاز و هزینه ساخت این سیستم ۱٫۳۳۳ میلیارد دلار گردید. تشعشع ناشی از میدان قوی مغناطیسی مسیر قطار باعث شدهاست تا مسئولان خط مگلو شانگهای ناچار به خرید و تملک اراضی اطراف خط به منظور ایجاد یک ناحیه خالی از سکنه بین مسیر مگلو و نواحی مسکونی شوند.
قطار TRANSRAPID5 اولین قطار مگلو با محرک طولی مغناطیسی بود که توانست مجوز، جهت حمل و نقل مسافر را بدست آورد. در سال ۱۹۷۹ در اولین نمایشگاه بینالمللی حمل و نقل در هامبورگ، خطی از این نوع به طول ۹۰۸ متر به نمایش درآمد. استقبال بازدید کنندگان از این خط به قدری زیاد بود که نمایش آنرا به مدت ۳ ماه پس از اتمام نمایشگاه تمدید کردند و دراین مدت بیش از ۵۰۰۰۰ مسافر توسط آن جابهجا شد. این خط مجدداً در سال ۱۹۸۰ در شهر Kassel (شهری در آلمان) مورد استفاده قرار گرفت.
قراردادی میان ایران و آلمان برای اجرای پروژه خط مگلو تهران-مشهد با نام «قطار سریعالسیر تهران - مشهد» منعقد شدهاست. طول اجرای طرح ۸۶۰ کیلومتر بود و مقرر بود که در زمان دو ساعت تعداد ۱۱۷۲ نفر مسافر را با ۱۰ واگن کشنده از تهران به مشهد منتقل کند. پس از گذشت مدتی، این طرح به علت هزینه زیاد، از سوی کارشناسان وزارت راه و ترابری نامناسب تشخیص داده شده و بدین شکل این طرح از سوی هیئت دولت لغو شد.
منبع: wiki
@electroscience
قطارهای مَگلِو یا ماگلو (Maglev) گونهای از قطارها هستند که بطور شناور در هوا در فاصله کمی از ریل قرار دارند و بدون دریافت مقاومت زیادی از محیط میتوانند با سرعتهای بسیار زیاد به پیش بروند. این قطارها برای حرکت خود از نیروی الکترومغناطیسی بهره میگیرند و بطور نظری مگلوها میتوانند به سرعتهایی قابل مقایسه با سرعت توربوپراپ و هواپیمای جت (۵۰۰ تا ۵۸۰۰ کیلومتر در ساعت) دست بیابند.
نام مگلو از همآمیزی دو واژه انگلیسی(Magnetic : مغناطیسی) و (levitation: شناوری) درست شدهاست که اشاره به شناوری و معلق بودن این قطارها با استفاده از خاصیت مغناطیسی دارد.
اولین طرح قطار مغناطیسی را رابرت گدار در نوامبر سال۱۹۰۹ مطرح کرد. او پیشنهاد کرد بین شهر بوستون و نیویورک تونلی ایجاد شود که در آن قطارهای معلق در یک خلاء جزئی با نیروی مغناطیسی به حرکت در آیند. چند سال بعد در سال ۱۹۱۲ یک مهندس فرانسوی به نام امیل باشه یک طرحی را پیشنهاد کرد که شباهت زیادی به وسیله مغناطیسی فعلی داشت. وسیله آزمایشی ۱۵ کیلوگرمی او در اثر وجود آهنرباهای برقی تغذیه شده با جریان متناوب از زمین بلند شده و به حرکت درمیآمد، ولی در اثر برخورد با دیوار آزمایشگاه از بین رفت. نخستین خط بازرگانی مگلو در شانگهای چین به راستای ۳۰۰ کیلومتر بوسیله شرکت آلمانی ساخته شدهاست. این راه آهن فرودگاه شانگهای را به مرکز این شهر پیوند دادهاست.
در ۲۲ سپتامبر ۲۰۰۶ یک مگلو در مسیر آزمایشی امسلاند در آلمان با یک واگن خدماتی برخورد کرد. بیش از بیست نفر در این حادثه کشته شدند. به گفته مقامات علت حادثه خطای انسانی بوده و ناشی از فناوری مگلو نیست.
در مگلو تماس با ریل وجود ندارد و قطارها به جای غلتیدن چرخها برای ریل با نیروی مغناطیسی در هوا شناور شده بود و به جلو رانده میشوند. در فناوری مگلو نیروی مغناطیسی قطار را از زمین بلند کرده و با استفاده از موتور خطی و نه دوار رانده و در یک مسیر مشخص هدایت میکند. این قطارها نصف انرژی هواپیما را مصرف کرده و با همان سرعت نیز حرکت میکنند.
این سیستم نیز مانند هر سیستم دیگر دارای مزایا و معایبی است که برخی از مزایای آن نسبت به سیستمهای ریلی عبارتند از: شتاب حرکت بیشتر، امکان افزایش فراز تا ۱۰ درصد و پایین بودن اصطکاک و برخی معایب این سیستم نیز عبارتند از: سابقه پایین عملیاتی و لذا نابالغ بودن تکنولوژی، وابستگی به یک کشور، حساسیت به زلزله بویژه در نوع آلمانی، نداشتن سابقه مسافت طولانی، هزینه ۴۰ تا ۶۰ میلیون دلار بر کیلومتر و ایمنی پایین همچنین فناوری مگلو مشترکات بسیار کمی با ترابری ریلی سنتی دارد و با خطوط ریلی معمولی سازگاری و تطابق ندارد. قطار مگلو در سرعتهای بالا سروصدای آزاردهندهای دارد و میدان قوی مغناطیسی پیرامون مسیر قطار نیر تشعشعاتی دارد.
قطار مگلو شانگهای در سال ۲۰۰۴ در مسافت ۳۰٫۵ کیلومتر از فرودگاه پودونگ تا شهر شانگهای افتتاح شد. سرعت حداکثر ۴۳۱ و زمان سیر ۷ دقیقه و قیمت بلیط آن ۷ دلار است و برای مسافرین پرواز حدود ۶ دلار و رفت و برگشت ۱۱ دلار. عملیات ساخت این پروژه در سال ۲۰۰۱ آغاز و هزینه ساخت این سیستم ۱٫۳۳۳ میلیارد دلار گردید. تشعشع ناشی از میدان قوی مغناطیسی مسیر قطار باعث شدهاست تا مسئولان خط مگلو شانگهای ناچار به خرید و تملک اراضی اطراف خط به منظور ایجاد یک ناحیه خالی از سکنه بین مسیر مگلو و نواحی مسکونی شوند.
قطار TRANSRAPID5 اولین قطار مگلو با محرک طولی مغناطیسی بود که توانست مجوز، جهت حمل و نقل مسافر را بدست آورد. در سال ۱۹۷۹ در اولین نمایشگاه بینالمللی حمل و نقل در هامبورگ، خطی از این نوع به طول ۹۰۸ متر به نمایش درآمد. استقبال بازدید کنندگان از این خط به قدری زیاد بود که نمایش آنرا به مدت ۳ ماه پس از اتمام نمایشگاه تمدید کردند و دراین مدت بیش از ۵۰۰۰۰ مسافر توسط آن جابهجا شد. این خط مجدداً در سال ۱۹۸۰ در شهر Kassel (شهری در آلمان) مورد استفاده قرار گرفت.
قراردادی میان ایران و آلمان برای اجرای پروژه خط مگلو تهران-مشهد با نام «قطار سریعالسیر تهران - مشهد» منعقد شدهاست. طول اجرای طرح ۸۶۰ کیلومتر بود و مقرر بود که در زمان دو ساعت تعداد ۱۱۷۲ نفر مسافر را با ۱۰ واگن کشنده از تهران به مشهد منتقل کند. پس از گذشت مدتی، این طرح به علت هزینه زیاد، از سوی کارشناسان وزارت راه و ترابری نامناسب تشخیص داده شده و بدین شکل این طرح از سوی هیئت دولت لغو شد.
منبع: wiki
@electroscience
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
سالروز آزادسازی خرمشهر، روز سرافرازی و عزت ایران مبارک باد... @electroscience
✅ذخیره اطلاعات بر روی نانومگنتها:
تصور کنید اگر بتوان هر بیت از اطلاعات را در یک اتم یا یک مولکول کوچک ذخیره کرد، در این صورت میتوان حجم گستردهای از اطلاعات را در فضای بسیار کوچکی ذخیره کرد. این نظریه، موضوع یکی از پژوهشهای مربوط به توسعه یک روش جدید برای ذخیره اطلاعات به صورت مغناطیسی در اتم است.
همانطور که مغناطش یک اتم تنها می تواند در یکی از دو جهت باشد، به لحاظ نظری ما می توانیم اتم را به صورت منطقی '1' یا '0' جهتدهی کنیم و بنابراین اطلاعات باینری ما به صورت جهت در اتم به صورت مغناطیسی ذخیره میشود. اما در برنامه های عملی، ممکن است به دلیل برخی از موانع مشکلاتی ایجاد شود. در ابتدا ما باید یک مولکول که اطلاعات مغناطیسی را به طور دائم (نه موقت) ذخیره کند را پیدا کنیم. اما یافتن چنین ملکولهایی و قرار دادن آنها در یک سطح ثابت برای ایجاد یک منبع اطلاعات دشوار است.
کریستف کوپرت، استاد آزمایشگاه شیمی معدنی دانشگاه ETH زوریخ، با تیمی بین المللی از محققان در حال توسعه یک روش برای حل این مشکلات است. آنها یک مولکول را که شامل یک اتم دیسپروزیم در مرکز آن است و توسط یک قاب مولکول احاطه شده است را توسعه دادهاند که به عنوان وسیله حمل و نقل ملکولی استفاده میشود. این مولکول در سطح نانوذرات سیلیکا وجود دارد و ذوب میشود و توسط بازپخت در دمای 400 درجه سانتیگراد ایجاد میشود. دانشمندان نشان داد که این اتمها میتوانند مغناطیسی شوند و می توانند اطلاعات مغناطیسی خود را حفظ کنند.
روند مغناطش این ملکولها در حال حاضر تنها در حدود دمای منهای 270 درجه سانتیگراد کار می کند و می تواند تا یک و نیم دقیقه خاصیت مغناطیسی خود را حفظ کند. دانشمندان به دنبال روش هایی هستند تا در دماهای بالاتر مغناطش صورت پذیرد و برای مدت زمان طولانی تری خاصیت خود را حفظ کند.
برای این پروژه تحقیقاتی، دانشمندان ETH با محققانی از دانشگاههای لیون و رن، کالج فرانسه در پاریس، مرکز تحقیقات پل شرر در سوئیس و آزمایشگاه ملی برکلی در ایالات متحده آمریکا همکاری کردهاند.
مقاله کامل این تحقیق علمی در ادامه پست قرار داده شده است.
@electroscience
تصور کنید اگر بتوان هر بیت از اطلاعات را در یک اتم یا یک مولکول کوچک ذخیره کرد، در این صورت میتوان حجم گستردهای از اطلاعات را در فضای بسیار کوچکی ذخیره کرد. این نظریه، موضوع یکی از پژوهشهای مربوط به توسعه یک روش جدید برای ذخیره اطلاعات به صورت مغناطیسی در اتم است.
همانطور که مغناطش یک اتم تنها می تواند در یکی از دو جهت باشد، به لحاظ نظری ما می توانیم اتم را به صورت منطقی '1' یا '0' جهتدهی کنیم و بنابراین اطلاعات باینری ما به صورت جهت در اتم به صورت مغناطیسی ذخیره میشود. اما در برنامه های عملی، ممکن است به دلیل برخی از موانع مشکلاتی ایجاد شود. در ابتدا ما باید یک مولکول که اطلاعات مغناطیسی را به طور دائم (نه موقت) ذخیره کند را پیدا کنیم. اما یافتن چنین ملکولهایی و قرار دادن آنها در یک سطح ثابت برای ایجاد یک منبع اطلاعات دشوار است.
کریستف کوپرت، استاد آزمایشگاه شیمی معدنی دانشگاه ETH زوریخ، با تیمی بین المللی از محققان در حال توسعه یک روش برای حل این مشکلات است. آنها یک مولکول را که شامل یک اتم دیسپروزیم در مرکز آن است و توسط یک قاب مولکول احاطه شده است را توسعه دادهاند که به عنوان وسیله حمل و نقل ملکولی استفاده میشود. این مولکول در سطح نانوذرات سیلیکا وجود دارد و ذوب میشود و توسط بازپخت در دمای 400 درجه سانتیگراد ایجاد میشود. دانشمندان نشان داد که این اتمها میتوانند مغناطیسی شوند و می توانند اطلاعات مغناطیسی خود را حفظ کنند.
روند مغناطش این ملکولها در حال حاضر تنها در حدود دمای منهای 270 درجه سانتیگراد کار می کند و می تواند تا یک و نیم دقیقه خاصیت مغناطیسی خود را حفظ کند. دانشمندان به دنبال روش هایی هستند تا در دماهای بالاتر مغناطش صورت پذیرد و برای مدت زمان طولانی تری خاصیت خود را حفظ کند.
برای این پروژه تحقیقاتی، دانشمندان ETH با محققانی از دانشگاههای لیون و رن، کالج فرانسه در پاریس، مرکز تحقیقات پل شرر در سوئیس و آزمایشگاه ملی برکلی در ایالات متحده آمریکا همکاری کردهاند.
مقاله کامل این تحقیق علمی در ادامه پست قرار داده شده است.
@electroscience
✅پرتاب کنندههای الکترومغناطیسی:
پرتاب کنندههای الکترومغناطیسی دارای قابلیت پرتاب اجسام با استفاده از نیروی الکترومغناطیسی هستند و در کاربردهای نظامی از آن برای پرتاب گلوله و توپ بهره میبرند. چنانکه میدانیم در پرتابکنندههای متعارف، براثر انفجار باروت و آزاد شدنِ حجم قابل توجهی از گاز ناشی از انفجار، فشار قابل ملاحظهای ایجاد میگردد. گرچه این سیستمِ انفجاریِ پرتاب، سرعتهای خروجیِ قابلِ قبولی برای پرتابه حاصل میکند اما دارای معایبی نیز میباشد که عمدتاً عبارتند از صدا، آتش (یا نور)، و دود ناشی از انفجار باروت که از عواملِ عمدهی لودهندهی محلِ شلیک میباشند، و نیز خطرات ناشی از انفجار ناخواستهی خرج (یا باروتِ) لازم برای شلیک که باید همواره توسط نفر یا واحدِ شلیککننده حمل شود. ازاینرو همواره سعی بر این بوده است که سیستم جایگزینی یافت شود که حتیالامکان عاری از معایب سیستم انفجاری بوده و حتی بهعلاوه سرعتهای بیشتری را برای پرتابه حاصل نماید. از آنجا که نیروهای الکترومغناطیسی، نیروهای نسبتاً قدرتمند و قابلِ کنترلی میباشند عموماً سیستمِ جایگزینِ فوقالذکر، در طراحیهای مختلف جهتِ استفاده از این نیروها برای پیشرانشِ پرتابه جستجو شده است. توضیح اینکه براثر حرکت نسبیِ قطبهای مختلف مغناطیسی و الکتریکی در مجاورتِ یکدیگر، برآنها نیروهایی اِعمال میشود که بزرگی و جهت آنها به شدت میادین مغناطیسی و الکتریکی و فاصلهی بین قطبها و نیز سرعتِ جابجاییِ آنها نسبت به یکدیگر بستگی دارد. از این نیروی بزرگِ قابل کنترل بهعنوانِ نیروی پیشرانِ پرتابه باشند تا علاوه بر حذف معایبِ فوقالذکرِ سیستم انفجاری، احتمالاً سرعتهای بیشتری برای پرتابه نیز بهدست آید. در همین راستا تاکنون عمدتاً دو سیستمٍ پرتابهی الکترومغناطیسی در حد آزمایشی و نیمهصنعتی ساخته شده است که عبارتند از کویلگان و رِیلگان که در مورد آنها بهاختصار در اینجا توضیح داده خواهد شد. دراین دو سیستم، بهطورِ مستقیم (در کویلگان) و غیرمستقیم (در رِیلگان) از شتابگرفتنِ دوقطبیهای مغناطیسیِ بزرگ (در کویلگان) و کوچک (در ریلگان) در شیب میدان مغناطیسی یک سیملولهی حاملِ جریان، برای پرتابِ پرتابه استفاده میشود. این سیستمها، باتوجه به معایبی از آنها که تاکنون مرتفع نشده است، هنوز بهطورِ کامل گسترش نیافته و جایگزینِ سیستمهای مرسوم نشدهاند هرچند (بهویژه سیستمِ کویلگان) فافقِ عیوب سیستمهای انفجاری مرسوم و حتی (بهویژه سیستم ریلگان) موجدِ سرعتهای خیلی بیشتر برای پرتابه میباشند.
در یک تفنگ کویلی از یک یا تعداد بیشتری کویل الکترومغناطیسی برای شتاب دادن به پرتابهی مغناطیسی استفاده میشود. کویلها در امتداد لولهی تفنگ قرار داده میشوند و بهترتیب روشن میشوند بهگونهای که از اینکه پرتابه بهسرعت در امتداد لولهی تفنگ تحت تأثیر نیروهای مغناطیسی شتاب گیرد اطمینان حاصل شود. در واقع تفنگ کویلی، سیملولهای است که به هنگام عبور جریان از آن میدان مغناطیسیای ایجاد میکند که پرتابهی فرومغناطیس را به درون خود میکشد. جریان عبور داده شده بزرگ و لحظهای است. وقتی پرتابه به نزدیکی مرکز کویل میرسد این جریان قطع شده و در کویل بعدی برقرار میشود. با تکرار این عمل پرتابه در مراحل متوالی به طور تصاعدی شتاب میگیرد. جریان از یک منبع جریان قابل تخلیه شدنِ سریع که نوعاً یک باتری یا یک مجموعه خازن ظرفیت بالای ولتاژ بالا میباشد تأمین میشود. از یک دیود برای محافظت از خازنهای حساس به جهتگیری (مثل الکترولیتیکها) استفاده میشود تا در برابر صدمهی ناشی از جهتگیری معکوس جریان پس از انجام عمل تخلیه از آنها محافظت شود. یک مانع اساسی در طراحی تفنگ کویلی تنظیم زمان برقراری جریان در کویلهاست. چند گزینهی اصلی وجود دارد. سادهترین (و احتمالاً کماثرترین) آن گاف جرقه (spark gap) است که هنگامی که ولتاژ به یک حد آستانهی معین برسد انرژی ذخیره شده را در کویل آزاد میکند. گزینهی بهتر، استفاده از سویچهای حالت جامد است که شامل IGBTها (که میتوانند در بین پالس خاموش شوند) و SCRها (که همهی انرژیِ ذخیره شده را قبل از خاموش شدن آزاد میکنند) میشود.
پرتاب کنندههای الکترومغناطیسی دارای قابلیت پرتاب اجسام با استفاده از نیروی الکترومغناطیسی هستند و در کاربردهای نظامی از آن برای پرتاب گلوله و توپ بهره میبرند. چنانکه میدانیم در پرتابکنندههای متعارف، براثر انفجار باروت و آزاد شدنِ حجم قابل توجهی از گاز ناشی از انفجار، فشار قابل ملاحظهای ایجاد میگردد. گرچه این سیستمِ انفجاریِ پرتاب، سرعتهای خروجیِ قابلِ قبولی برای پرتابه حاصل میکند اما دارای معایبی نیز میباشد که عمدتاً عبارتند از صدا، آتش (یا نور)، و دود ناشی از انفجار باروت که از عواملِ عمدهی لودهندهی محلِ شلیک میباشند، و نیز خطرات ناشی از انفجار ناخواستهی خرج (یا باروتِ) لازم برای شلیک که باید همواره توسط نفر یا واحدِ شلیککننده حمل شود. ازاینرو همواره سعی بر این بوده است که سیستم جایگزینی یافت شود که حتیالامکان عاری از معایب سیستم انفجاری بوده و حتی بهعلاوه سرعتهای بیشتری را برای پرتابه حاصل نماید. از آنجا که نیروهای الکترومغناطیسی، نیروهای نسبتاً قدرتمند و قابلِ کنترلی میباشند عموماً سیستمِ جایگزینِ فوقالذکر، در طراحیهای مختلف جهتِ استفاده از این نیروها برای پیشرانشِ پرتابه جستجو شده است. توضیح اینکه براثر حرکت نسبیِ قطبهای مختلف مغناطیسی و الکتریکی در مجاورتِ یکدیگر، برآنها نیروهایی اِعمال میشود که بزرگی و جهت آنها به شدت میادین مغناطیسی و الکتریکی و فاصلهی بین قطبها و نیز سرعتِ جابجاییِ آنها نسبت به یکدیگر بستگی دارد. از این نیروی بزرگِ قابل کنترل بهعنوانِ نیروی پیشرانِ پرتابه باشند تا علاوه بر حذف معایبِ فوقالذکرِ سیستم انفجاری، احتمالاً سرعتهای بیشتری برای پرتابه نیز بهدست آید. در همین راستا تاکنون عمدتاً دو سیستمٍ پرتابهی الکترومغناطیسی در حد آزمایشی و نیمهصنعتی ساخته شده است که عبارتند از کویلگان و رِیلگان که در مورد آنها بهاختصار در اینجا توضیح داده خواهد شد. دراین دو سیستم، بهطورِ مستقیم (در کویلگان) و غیرمستقیم (در رِیلگان) از شتابگرفتنِ دوقطبیهای مغناطیسیِ بزرگ (در کویلگان) و کوچک (در ریلگان) در شیب میدان مغناطیسی یک سیملولهی حاملِ جریان، برای پرتابِ پرتابه استفاده میشود. این سیستمها، باتوجه به معایبی از آنها که تاکنون مرتفع نشده است، هنوز بهطورِ کامل گسترش نیافته و جایگزینِ سیستمهای مرسوم نشدهاند هرچند (بهویژه سیستمِ کویلگان) فافقِ عیوب سیستمهای انفجاری مرسوم و حتی (بهویژه سیستم ریلگان) موجدِ سرعتهای خیلی بیشتر برای پرتابه میباشند.
در یک تفنگ کویلی از یک یا تعداد بیشتری کویل الکترومغناطیسی برای شتاب دادن به پرتابهی مغناطیسی استفاده میشود. کویلها در امتداد لولهی تفنگ قرار داده میشوند و بهترتیب روشن میشوند بهگونهای که از اینکه پرتابه بهسرعت در امتداد لولهی تفنگ تحت تأثیر نیروهای مغناطیسی شتاب گیرد اطمینان حاصل شود. در واقع تفنگ کویلی، سیملولهای است که به هنگام عبور جریان از آن میدان مغناطیسیای ایجاد میکند که پرتابهی فرومغناطیس را به درون خود میکشد. جریان عبور داده شده بزرگ و لحظهای است. وقتی پرتابه به نزدیکی مرکز کویل میرسد این جریان قطع شده و در کویل بعدی برقرار میشود. با تکرار این عمل پرتابه در مراحل متوالی به طور تصاعدی شتاب میگیرد. جریان از یک منبع جریان قابل تخلیه شدنِ سریع که نوعاً یک باتری یا یک مجموعه خازن ظرفیت بالای ولتاژ بالا میباشد تأمین میشود. از یک دیود برای محافظت از خازنهای حساس به جهتگیری (مثل الکترولیتیکها) استفاده میشود تا در برابر صدمهی ناشی از جهتگیری معکوس جریان پس از انجام عمل تخلیه از آنها محافظت شود. یک مانع اساسی در طراحی تفنگ کویلی تنظیم زمان برقراری جریان در کویلهاست. چند گزینهی اصلی وجود دارد. سادهترین (و احتمالاً کماثرترین) آن گاف جرقه (spark gap) است که هنگامی که ولتاژ به یک حد آستانهی معین برسد انرژی ذخیره شده را در کویل آزاد میکند. گزینهی بهتر، استفاده از سویچهای حالت جامد است که شامل IGBTها (که میتوانند در بین پالس خاموش شوند) و SCRها (که همهی انرژیِ ذخیره شده را قبل از خاموش شدن آزاد میکنند) میشود.
✅تفنگ رِیلی:
یک تفنگ ریلی تفنگی کاملاً الکتریکی است که به پرتابهای رسانا در امتداد یک جفت ریل فلزی شتاب میدهد. در تفنگ ریلی از دو تماس الکتریکی لغزشی یا غلطشی که اجازهی عبور جریان الکتریکی بزرگی از پرتابه را میدهد استفاده میشود. این جریان در تعاملی متقابل با میدان منغناطیسی قویِ ایجاد شده بوسیله ی ریلهای حاملِ جریان، به پرتابه شتاب میدهد. آمریکا تفنگ ریلی ای را آزمایش کرده است که به پرتابهای 5ر3 کیلوگرمی سرعتی تا هفت برابر سرعت صوت میدهد. یک تفنگ رِیلی از دو رِیل فلزی موازیِ متصل به یک منبع تغذیهی الکتریکی تشکیل شده است. هنگامی که یک پرتابهی رسانا به میان دو ریل هدایت میشود مدار بسته میشود. الکترونها با شروع حرکت از پایانه ی منفی منبع تغذیه در طول ریل منفی از بین پرتابه در طول ریل مثبت به پایانه ی مثبت منبع تغذیه بازمیگردند. این جریان باعث میشود که تفنگ ریلی شبیه یک آهنربای الکتریکی میدان مغناطیسی پرقدرتی را در ناحیهی بین ریلها ایجاد کند. میدان مغناطیسی برطبق قانون دست راست، اطراف هر رسانایی در مدار به وجود میآید. چون جهت جریان در دو ریل مخالف یکدیگر است میدان مغناطیسی خالص بین ریلها (B) عمود بر سطح بین ریلهاست. چون جریان عبوری از پرتابه (I) در واقع عمود بر این میدان مغناطیسی است یک نیروی لورنتس بر پرتابه وارد میشود که به آن در امتداد ریلها شتاب میدهد.
@electroscience
یک تفنگ ریلی تفنگی کاملاً الکتریکی است که به پرتابهای رسانا در امتداد یک جفت ریل فلزی شتاب میدهد. در تفنگ ریلی از دو تماس الکتریکی لغزشی یا غلطشی که اجازهی عبور جریان الکتریکی بزرگی از پرتابه را میدهد استفاده میشود. این جریان در تعاملی متقابل با میدان منغناطیسی قویِ ایجاد شده بوسیله ی ریلهای حاملِ جریان، به پرتابه شتاب میدهد. آمریکا تفنگ ریلی ای را آزمایش کرده است که به پرتابهای 5ر3 کیلوگرمی سرعتی تا هفت برابر سرعت صوت میدهد. یک تفنگ رِیلی از دو رِیل فلزی موازیِ متصل به یک منبع تغذیهی الکتریکی تشکیل شده است. هنگامی که یک پرتابهی رسانا به میان دو ریل هدایت میشود مدار بسته میشود. الکترونها با شروع حرکت از پایانه ی منفی منبع تغذیه در طول ریل منفی از بین پرتابه در طول ریل مثبت به پایانه ی مثبت منبع تغذیه بازمیگردند. این جریان باعث میشود که تفنگ ریلی شبیه یک آهنربای الکتریکی میدان مغناطیسی پرقدرتی را در ناحیهی بین ریلها ایجاد کند. میدان مغناطیسی برطبق قانون دست راست، اطراف هر رسانایی در مدار به وجود میآید. چون جهت جریان در دو ریل مخالف یکدیگر است میدان مغناطیسی خالص بین ریلها (B) عمود بر سطح بین ریلهاست. چون جریان عبوری از پرتابه (I) در واقع عمود بر این میدان مغناطیسی است یک نیروی لورنتس بر پرتابه وارد میشود که به آن در امتداد ریلها شتاب میدهد.
@electroscience
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
نحوه عملکرد تفنگ کویلی @electroscience
✅باتری های جدید با چگالی انرژی 3 و 15 برابر:
با رشد سریع دستگاه های مبتنی بر باتری، سیستم های ذخیره انرژی کارآمد، بیشتر و بیشتر می شوند. البته، بسیاری از تحقیقات در سراسر جهان در حال کار بر روی فن آوری های جدید باتری میباشند. دو تکنولوژی سلولی جدید در حال انجام هستند تا چگالی انرژی 3 و 15 برابر سلولهای لیتیوم معمولی را ارائه دهند.
اولین گروه از دانشمندان متعلق به دانشگاه Rice هستند که مشکلات دندریتی (dendrite) باتری های لیتیوم یونی تجاری را با سه برابر کردن ظرفیت قابل شارژ باتری لیتیومی حل می کنند. دندریت ها لکه هایی از لیتیوم هستند که درون باتری ها رشد می کنند و می توانند باعث آتش سوزی هایی مانند تلفنهای همراه سامسونگ گلکسی نوت 7 شوند. این موضوع مهمی برای باتری های لیتیوم نسل بعدی هستند. جیمز تور، رهبر تیم تحقیقاتی میگوید: "باتری های لیتیوم یون، بدون شک، جهان را تغییر داده اند، اما آنها آنقدر خوب هستند که میتوان به باتریهای بهتری دست یافت، باتری تلفن همراه شما تا زمانی که فن آوریهای جدید می آیند، پیشرفت میکند.
ایده اصلی تحقیق این است که پوششی از گرانیت هیبرید با رسانایی زیاد و نانولوله های کربنی با لیتیوم را بسازند. این نانولوله های کربنی چگالی کم و سطحی دارای فضاهایی برای ذرات لیتیوم هستند تا به منظور شارژ و دشارژ باتری، داخل و خارج شوند. یک نمونه از این باتری با ظرفیت 3.351 آمپرساعت بر گرم (Ah/g) توانست 80 درصد ظرفیت اصلی را پس از 500 بار عمل شارژ و دشارژ نگه دارد و این به معنی افزایش عمر چشمگیر این باتری هاست.
در ژاپن و در NIMS (موسسه ملی علوم مواد)، تحقیقات دیگری در حال ساختن یک باتری لیتیوم-هوا است که دارای بیشترین تراکم انرژی از لحاظ نظری است زیرا از اکسیژن موجود در هوا استفاده می کند. ظرفیت آن 15 برابر باتری های معمولی لیتیوم می رسد. مواد الکترود به لطف نانولوله های کربنی، دارای سطح بزرگی هستند. محققان ظرفیت 30 میلی آمپر ساعت / سانتی متر مربع را در آزمایشگاه، به دست آوردند، که اگر در محصول تجاری استفاده شود، شگفت انگیز خواهد بود. کار برای تولید نمونه های عملی با تراکم انرژی بالا و سیستم هایی برای فیلتر کردن ناخالصی های هوا، در حال انجام است.
@electroscience
با رشد سریع دستگاه های مبتنی بر باتری، سیستم های ذخیره انرژی کارآمد، بیشتر و بیشتر می شوند. البته، بسیاری از تحقیقات در سراسر جهان در حال کار بر روی فن آوری های جدید باتری میباشند. دو تکنولوژی سلولی جدید در حال انجام هستند تا چگالی انرژی 3 و 15 برابر سلولهای لیتیوم معمولی را ارائه دهند.
اولین گروه از دانشمندان متعلق به دانشگاه Rice هستند که مشکلات دندریتی (dendrite) باتری های لیتیوم یونی تجاری را با سه برابر کردن ظرفیت قابل شارژ باتری لیتیومی حل می کنند. دندریت ها لکه هایی از لیتیوم هستند که درون باتری ها رشد می کنند و می توانند باعث آتش سوزی هایی مانند تلفنهای همراه سامسونگ گلکسی نوت 7 شوند. این موضوع مهمی برای باتری های لیتیوم نسل بعدی هستند. جیمز تور، رهبر تیم تحقیقاتی میگوید: "باتری های لیتیوم یون، بدون شک، جهان را تغییر داده اند، اما آنها آنقدر خوب هستند که میتوان به باتریهای بهتری دست یافت، باتری تلفن همراه شما تا زمانی که فن آوریهای جدید می آیند، پیشرفت میکند.
ایده اصلی تحقیق این است که پوششی از گرانیت هیبرید با رسانایی زیاد و نانولوله های کربنی با لیتیوم را بسازند. این نانولوله های کربنی چگالی کم و سطحی دارای فضاهایی برای ذرات لیتیوم هستند تا به منظور شارژ و دشارژ باتری، داخل و خارج شوند. یک نمونه از این باتری با ظرفیت 3.351 آمپرساعت بر گرم (Ah/g) توانست 80 درصد ظرفیت اصلی را پس از 500 بار عمل شارژ و دشارژ نگه دارد و این به معنی افزایش عمر چشمگیر این باتری هاست.
در ژاپن و در NIMS (موسسه ملی علوم مواد)، تحقیقات دیگری در حال ساختن یک باتری لیتیوم-هوا است که دارای بیشترین تراکم انرژی از لحاظ نظری است زیرا از اکسیژن موجود در هوا استفاده می کند. ظرفیت آن 15 برابر باتری های معمولی لیتیوم می رسد. مواد الکترود به لطف نانولوله های کربنی، دارای سطح بزرگی هستند. محققان ظرفیت 30 میلی آمپر ساعت / سانتی متر مربع را در آزمایشگاه، به دست آوردند، که اگر در محصول تجاری استفاده شود، شگفت انگیز خواهد بود. کار برای تولید نمونه های عملی با تراکم انرژی بالا و سیستم هایی برای فیلتر کردن ناخالصی های هوا، در حال انجام است.
@electroscience