کاربرد فیزیک در زندگی روزمره | قسمت ۲

داستان دوستی‌ای که به واسطه‌اش دنیا را برق می‌گیرد / علمی برای تمام لحظه‌ها!

قوانین فیزیک لحظه به لحظه زندگی ما مثل روشن کردن یک لامپ ساده را در کنترل و مدیریت خود دارد به آگاهی از آن‌ها این علم را شیرین‌تر می‌کند.

کد خبر: ۸۶۱۷۰۶

سه‌شنبه - ۲۴ تير ۱۳۹۹ / July 14, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، از آنجایی که کاربرد علوم مختلف در زندگی روزمره یکی از سوالات پرتکرار و همیشگی محصلان در کلاس‌های درس است بر آن شدیم تا بخشی از کاربرد‌های علوم گوناگون را به تفکیک مطرح کنیم. این قسمت فیزیک و منابع برق !

یک باتری انرژی شیمیایی را به الکتریسته تبدیل کرده و یک سلول خورشیدی از انرژی خورشیدی برق تولید می‌کند؛ اما اگر بخواهید از انرژی مکانیکی الکتریسیته تولید کنید، نیازمند یک مولد هستید. این مولد‌ها می‌توانند بسیار کوچک باشند تا به یک چراغ قوه نیرو بدهند یا بسیار بزرگ که انرژی یک شهر را تامین کنند. تمام این کار‌ها بر پایه قوانین القای الکترومغناطیسی که در قرن ۱۹ توسط مخترع و فیزیکدانی به نام مایکل فارادی کشف شد، انجام می‌گیرد. امروزه، مولد‌های القایی که با انواع مختلفی از سوخت‌ها کار می‌کنند، منابع برقی بیشتر جمعیت دنیا را تامین می‌کنند.

منظور از القا چیست؟
آزمایش القای فارادی بی‌شک یکی از آزمایش‌های بسیار مهم و نسبتا ساده در فیزیک است. او یک سیم رسانا را بطور مدور پیچید، حلقه‌ای از سیم رسانا درست و یک سر آن را به یک جریان‌سنج متصل کرد. هنگامیکه او آهنربایی از میان حلقه عبور داد فهمید که حرکت آهنربا در سیم جریان ایجاد می‌کند. با توقف حرکت آهنربا، جریان نیز قطع می‌شد و هنگامی‌که جهت‌های آهنربا تغییر می‌کرد جهت جریان در سیم نیز برعکس می‌شد.

پس از آن او فرمول القای الکترومغناطیسی را بیان کرد که امروزه به نام قانون فارادی شناخته شده و قدرت جریان را به بزرگی تغییر میدان مغناطیسی یا همان شار مغناطیسی مرتبط می‌کند. قدرت جریان، تعداد حلقه‌های پیچیده شده و ویژگی‌های سیم رسانا بر محاسبات مولد‌های دنیای واقعی تاثیر خواهند داشت.

ژنراتور‌ها چگونه از القا استفاده می‌کنند؟
چه در داخل موتورخانه‌های خانگی، چه در ماشین یا یک نیروگاه هسته‌ای، مولد‌ها معمولا ویژگی‌های یکسانی دارند. آن‌ها شامل یک چرخنده با هسته توخالی هستند که به دور بخش ثابتی می‌چرخند. بخش ثابت (استاتور) معمولا یک آهنربای قوی است و سیم‌پیچ‌های حامل برق به دور چرخنده پیچیده شده‌اند. در بعضی از مولدها، سیم‌پیچ‌ها بدور استاتور بسته شده و چرخنده آهنرباست. این موضوع اهمیتی ندارد و در هر دو صورت الکتریسیته جریان می‌یابد.

چرخنده برای تولید جریان برق باید بچرخد و در این مرحله انرژی مکانیکی وارد می‌شود. مولد‌های بزرگ انواع سوخت‌ها و فرآیند‌های طبیعی را برای این انرژی مورد استفاده قرار می‌دهند. با هر چرخش چرخنده، جریان متوقف، معکوس و دوباره متوقف شده و سپس به جلو حرکت می‌کند. اینگونه از الکتریسیته را جریان متناوب می‌نامند و تعداد دفعات در ثانیه که چرخنده مسیر خود را تغییر می‌دهد ویژگی بسیار مهمی به شمار می‌آید.

انواع سوخت
چرخنده در بیشتر مولد‌ها به یک توربین متصل است و در بسیاری از کارخانه‌های تولیدی، توربین به اصطلاح steam-driven است. برای تبدیل آب به بخار انرژی نیاز است و این انرژی می‌تواند با سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ و گاز طبیعی، زیست توده و شکافت هسته‌ای تامین شود. همچنین انرژی می‌تواند از منابع طبیعی مانند انرژی زمین گرمایی (گرمای طبیعی که از عمق زمین نشات می‌گیرد) نیز تامین شود. مولد‌های برق آبی با نیروی آبشار کار می‌کنند.

اولین مولد برق آبی جهان که هم‌اکنون در آبشار نیاگارا قرار دارد، توسط نیکولا تسلا طراحی و توسط جورج وستینگ‌هاوس ساخته شده است. این مولد حدودا ۴.۹ میلیون کیلووات برق برای ۳.۸ میلیون خانه تولید می‌کند.