تاریخچه الکتریسیته | |
|
داستان الکتریسیته 2500 سال پیش در نزدیکی ساحل غربی سرزمینی که ترکیه امروزی نامیده میشود آغاز شد در آن سرزمین شهری بنام ماگنزیا که مردم آن به زبان یونانی حرف میزدند وجود داشت. روزی چوبدستی پسرک چوپانی به سنگی خورد و به آن چسبید. پسرک از خود پرسید: آیا روی سنگ چیز چسبناکی وجود دارد. تالس اسم این سنگ را ماگنیگ نامید. تالس به آزمایش دیگری نیز پرداخت. او جسم شیشه مانندی به رنگ طلایی را نیز آزمایش کردکه ما آن را کهربا مینامیم و در زبان یونانی الکترون نامیده میشود. کهربا آهن را نمیربود ولی وقتی با دست مالشدار میشد چیزهای سبک مانند تکههای کرک، نخ، پر و تراشههای کوچک چوب را میربود. |
کهربا ویلیام گیلبرت پزشک و فیزیکدان انگلیسی که پژوهشهایی درباره مغناطیس کرده بود را به این فکر فرو برد که آیا سنگهای قیمتی هم وقتی مالشدار میشوند همان خاصیت را میبایند او بعد از آزمایش با الماس، یاقوت کبود و000 همه خبرهایی را که بعد از مالش خاصیت ربایش پیدا میکنند را الکتریک نامید گریکه نیز مقداری گوگرد گداخته را درون شیشهای قرار داد. بعد یک میله چوبی در داخل آن قرار داد، آنگاه گوی گوگردی را روی پایه چوبی که با یک دست میچرخانید و دست دیگرش را روی آن میگذاشت بحرکت در آورد تا به کمک مالش الکتریسیته در گوی پر شود.
| |
در حدود سال 1650 میلادی پژوهشگر انگلیسی بنام والترچارلتون این نیروی جاذبه را الکتریسیته نامید. اتوفون گریکه کهربا را با تمام شدتی که میتوانست با پارچه مالش داد، آنگاه وقتی به کهربا دست زد صدای شکسته شدن به گوش میرسید. |
|
بعد از او استون گری از خود شیشه گوگرد استفاده کرد و آنرا به عنوان الکتریک استفاده کرد. در سال 1731 میلادی گری با چند تکه فلز و چند تکه صمغ که مایع چسبناکی است و مادهای شبیه کهربا و نارساناست استفاده کرد.
| |
| |
فرانسوا دوفه در سال 1734 دو نوع الکتریسیته شیشهای و رزین را مصرف نمود تا سال 1750 ماشینهای الکتریکی بسیار نیرومندتری وارد بازار کار شد در سال 1746 میلادی پیترفان استاد فیزیک لیدن کشف تصادفی و تقریبی کشندهای را در یک نام که با این جمله آغاز میشد گزارش داد. |
|
پیتر فان ظاهرا سعی کرد الکتریسیته را داخل یک بطری بدام اندازد او یک سیم برنجی را که از یک لوله تفنگ باردار به داخل یک بطری پر از آب برده میشد آماده ساخت در هنگامی که شاگرد او سیم برنجی را با دست خود لمس میکرد شوک بسیار شدیدی به او دست میداد. | |
پیتر فان نادانسته کشف کرد که بار را میتوان در یک جسم جامد که به طور مناسبی ساخته شده است ذخیره کرد امروز اسبابهای مانند بطری لیدن را که توانایی ذخیره کردن بار الکتریکی دارند خازن مینامند. |
|
بطری لیدن توجه فرانکلین را بخود معطوف نمود.آنگاه فکر فرانکلین با توجه به توجیه بارهای مثبت و منفی به یک اندیشه درست هدایت شد: بارهای الکتریکی نه خلق میشوند و نه از بین میروند.
| |
|
اجسام بر اثر آرایش بارهای الکتریکی که قبلا در آنها موجود است بار مثبت یا منفی پیدا میکنند. این اصل، اصل پایستگی بار نامیده میشود. در سال 1800 میلادی ولتا راه بهتری برای تولید جریانهای الکتریکی پیدا کرد. او در انجمن سلطنتی انگلستان گزارش داد: آری، دستگاهی که من از آن حرف میزنم بیشک شما را متحیر خواهد ساخت. |
او صفحات نقره را با صفحات روی با یک ترتیب که تعدادی رسانای خوب با جنسهای متفاوت بودند و بین لایههای آن آب یا آب نمک قرار داشت بر روی هم چید. ولت نشان داد که یک سر این مجموعه با پایانه بار مثبت و سر دیگر بار منفی است سپس سیمهای مدار خود را به قرصهای اول و آخر دستگاه خود که آن را باطری مینامید متصل کرد از سیمها الکتریسیتهای بدست میآمد که همان آثار الکتریسیته حاصل از مالش دادن کهربا یا تخلیه بطری لیدن بود |
|
اینک بعد از دهها سال نه تنها باطریهای شیمیایی و حتی اتمی وارد بازار کارشده است بلکه الکتریسیته چاره ساز لحظههای زندگی انسان وصنعت امروزی است.
| |
اندیشدن و عمل کردن تا مرز بی نهایتها
| |
خلقت رایانههای غول پیکر تا میکرواینچ و صنعت هواپیماسازی حمل و نقل و حرکت ماهوارهها، شاتلها، ترنها و میلونها دستگاهای صوتی و تصویری، حتی صنعت نوین علوم پزشکی از دستگاههای سیتیاسکن ام آر آی ونیروگاهها و 000 فقط پنداریست کوچک از آنچه که هست و باید باشد و شاید خواهد بود.
|
(تاریخچه گرما) | |
یونانیان باستان بر این باور بودهاند که جهان از چهار عنصر آب، خاک، هوا و آتش ساخته شده است. بنابراین آنها گرما را یکی از عناصر چهارگانة جهان میدانستند. این نظریه سپس در اروپا مورد قبول دانشمندان و حمایت کلیسا قرار گرفت.
| |
برای نخستین بار مطالعات مربوط به پدیده حرارت توسط مرد غارنشین ما قبل تاریخ صورت گرفت آنهم بعد از یادگیری افروختن اتش برای گرم شدن، |
|
|
در هنگامی که آفتاب گرمای کافی برایش فراهم نمیساخت. همکار نزدیکش، زن غارنشین ما قبل تاریخ، کشف مهم دیگری نیز کرد که خوراکیهای گوناگونی که مدتی بر روی شعله آتش یا در آب جوش نگاه داشته میشوند، خوشمزهتر و برای هضم آمادهترند. |
مفاهیم داغ و سرد برای انسان ذاتی است دمای محیط مجاور را میلیونها عصبی که به سطح پوست میرسند به مغز خبر میدهند. اما پاسخ فیزیولوژیکی به دما اغلب گمراه کننده است و کسی که چشمش بسته است ممکن است نتواند بگوید که آیا دستش به وسیله یک اتوی بسیار داغ سوخته یا به وسیله یک یخ خشک یخ کرده است. در هر دو حالت احساسی خاص پدید آمده است زیرا هر دو عیناً پاسخ فیزیولوژیکی به آسیبی هستند که به نسج رسیده است.
|
|
دماسنجها: | |
نخستین وسیله واقعی علمی را برای اندازهگیری (درجه حرارت) در سال 1592 گالیله اختراع کرد وی برای این منظور یک بطری شیشهای گردن باریک انتخاب کرده بود. بطری با آب رنگین تا نیمه پر شده و وارونه در یک ظرف محتوی آب رنگینی قرار گرفته بود. با تغییر دما هوای محتوی بطری منبسط یا منقبض میشد و ستون آب در گردن بطری بالا یا پایین میرفت. وسیله گالیله مقیاسی واقعی برای سنجش دما نبود به طوری که وسیله وی بیشتر جنبه دما نما داشت. تا جنبه دماسنج در سال 1631ری تغییراتی را در دمانگار گالیله پیشنهاد کرد. پیشنهاد وی همان بطری وارونه گالیله بود که در آن فقط سرد و گرم شدن از روی انقباض و انبساط آب ثبت میشد.
| |
| |
در سال 1635 دوک فردینالند توسکانی، که به علوم علاقهمند بود دماسنجی ساخت که در آن از الکل (که در دمایی خیلی پایینتر از دمای آب یخ میبندد.) استفاده کرد. و سر لوله را چنان محکم بست که الکل نتواند تبخیر شود.سرانجام در سال 1640 دانشمندان آکادمی لینچی در ایتالیا نمونهای از دماسنجهای جدیدی را ساختند که در آن جیوه به کار برده و هوا را دست کم تا حدودی از قسمت بالای لوله بسته خارج کرده بودند. توجه به این نکته جالب است که در حدود نیم قرن طول کشید تا دماسنج کاملاً تکامل یافت. |
|
|
به دنبال کشف دماسنج گابریل دانیل فارنهایت دانشمند هلندی در قرن هفدهم نوعی دماسنج گازی و الکلی ساخت که با دقت اندازهگیری بیشتری میتواند دمای هوا را اندازهگیری کند. او به سال 1714 میلادی دماسنج جیوهای را طراحی و با ضریب دقت بالایی با شیوهای خاص درجهبندی نمود. فارنهایت نتایج تحقیقات خود را در سال 1724 میلادی منتشر ساخت. |
آندرس سیلیسیوس دانشمند سوئدی به سال 1723 دماسنج جیوهای را به صد قسمت مساوی تقسیمبندی نمود. اندازهگیری دمای هوا به روش سانتیگراد، (سیلیسیوس) به نام پرافتخار ایشان ثبت شده است.
| |
ژول دانشمند انگلیسی با اعتقاد به این که گرما نوعی انرژی است آزمایشهای فراوانی در این راستا به انجام رسانید. او با اندازهگیری اختلاف دمای آب در بالا و پایین یک آبشار صد و ده متری روی تبدیل انرژی پتانسیل آب به گرما بررسیهای فراوانی به انجام رسانید. پس از انجام این بررسیها او به این نتیجه رسید که مقدار انرژی در جهان ثابت است فقط میتواند از صورتی به صورت دیگر تبدیل شود. پس اجسام میتوانند در حالت تعادل گرمایی وجود داشته باشند. ژول در سال 1843 اظهار داشت که هرگاه مقدار معینی از انرژی مکانیکی به نظر ناپدید آید، همراه آن مقدار معینی گرما ظاهر شده است و این دلالت بر پایستگی چیزی دارد که امروزه آن را انرژی مینامیم. ژول میگوید که او خشنود است از اینکه عوامل بزرگ طبیعت به فرمان خالق فناناپذیر هستند و اینکه هرگاه (انرژی) مکانیکی صرف شود هم ارز گرمایی دقیقی از آن به دست میآید.
| |
این گفته را ژول با کار خود در آزمایشگاه به دست آورده بود او اساساً مرد عمل بود و وقتی اندک برای تفکرات فلسفی درباره یافتههای خود داشت. در حالی که دیگران بر مبنای استدلالهای ذهنی به همان نتیجه رسیده بودند که مقدار کل انرژی در جهان ثابت است.
اینک پس از سالها گذر از نظریات ارزشمند دانشمندان انسان توانسته است با بکارگیری روابط و قوانین انرژی گرمایی را بیشتر شناخته و در نیروگاههای تولید برق، کارخانههای فولاد سازی، نیروگاههای هستهای، موتور هواپیمای غول پیکر و هزاران هزاران پدیده او را مهار ساخته و بکار گیرد.
|
دماسنج گازی
ترموشیمی انجام یک واکنش شیمیایی با تغییر انرژی همراه میباشد. واکنشی که هنگام سوختن گاز طبیعی و هوا صورت میگیرد، گرمای لازم برای پختن غذا روی اجاق گاز یا جوشیدن آب را فراهم میکند. در مقابل تشکیل گلوکز در فرایند فتوسنتز نیاز به جذب انرژی نورانی خورشید دارد. |
||
!دید کلی
انجام یک واکنش شیمیایی با تغییر انرژی همراه میباشد. واکنشی که هنگام سوختن گاز طبیعی و هوا صورت میگیرد، گرمای لازم برای پختن غذا روی اجاق گاز یا جوشیدن آب را فراهم میکند. در مقابل تشکیل گلوکز در فرایند فتوسنتز نیاز به جذب انرژی نورانی خورشید دارد. اکثر واکنشهای شیمیایی گرما تولید میکنند. در واکنشهای گرماده ، گرما از مخلوط واکنش به محیط اطراف جریان مییابد و اثر این جریان ، افزایش دمای محیط میباشد.
واکنشهایی که از محیط اطراف گرما جذب میکنند (گرماگیر) زیاد معمول نیستند. در این موارد میتوان به ذوب شدن یخ اشاره کرد که در این واکنشها جهت جریان گرما ، از اطراف به مخلوط واکنش است. وقتی تکه یخی در لیوان آب داغی ذوب میشود، دمای آب را پایین میآورد.
اگر انجام گرفتن واکنشی در یک سیستم ایزوله با افزایش دما همراه باشد، برای باز گردانیدن آن سیستم به دمای آغازین بایستی اجازه دهیم تا گرما به محیط اطراف منتقل گردد. چنین واکنشی را گرمازا مینامیم و گرما ( q ) برای آن منفی میباشد. اگر انجام گرفتن یک واکنش در سیتمی ایزوله با کاهش دما همراه باشد، باز گرداندن سیستم به دمای آغازین مستلزم وارد شدن گرما به سیستم است. این واکنشها گرماگیر نام دارند و گرما برای آنها مقدار مثبتی است.
جریان گرمایی تمام واکنشهایی که مستقیما در فشار ثابت انجام میشوند دقیقا با اختلاف بین آنتالپی محصولات و مواد اولیه آنها برابر است.
واکنش H? = مواد اولیه H - محصولات Qp = H
که در این رابطه Qp جریان گرمایی واکنش در فشار ثابت و H محتوای گرمایی یا آنتالپی میباشد. البته برای درک رابطه بین تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی ، از قانون اول ترمودینامیک استفاده میشود و دانستن نوع تغییر شیمیایی و اندازه آن ضروری میباشد. حالتهای استاندارد در ترمودینامیک شیمیایی به صورت زیر تعریف می شوند.
• حالت استاندارد یک جسم گازی خالص در دمای معین ، همان گاز ایده آل در فشار bar 1 است.
گرمای تشکیل
از آنجا که آنتالپیهای مطلق ناشناختهاند، به جای آنها از آنتالپی نسبت به یک حالت مرجع استفاده میشود که این حالت مرجع گرمای تشکیل یا آنتالپی تشکیل میباشد. آنتالپی مولی تشکیل یک ترکیب ( Hf? ) برابر است با تغییر H? آن در هنگام تشکیل یک مول از این ترکیب ، از عناصرش در حالت پایدار در دمای 25 درجه و فشار atm 1. آنتالپی تشکیل یک عنصر در حالت استاندارد خود ، درهر دمایی صفر است. میتوان H? هر واکنش را با گرمای تشکیل ترکیبات شرکت کننده ارتباط داد. H? هر واکنش برابراست با اختلاف مجموع گرماهای تشکیل محصولات و مجموع گرماهای تشکیل مواد اولیه. آنتالپیهای تشکیل مواد را میتوان از روشهای زیر بدست آورد.
1. روش گرما سنجی برای واکنشهای ذوب ، تصعید ، تبخیر ، انتقال و ... .
|