سرانجام قانون حذف كنكور

^{قانون حذف كنكور كه پس از حدود چهار ماه از تصويب در مجلس توسط دولت در 21 اسفند ابلاغ شد، تصريح مي كند كنكور بايد تا سال 1390 حذف و سوابق تحصيل جايگزين آن شود. آخرين وضعيت اجراي اين قانون در گفتگوي مهر با وزراي علوم و آموزش و پرورش تشريح شده است.}

^{زاهدي:
وزارت آموزش و پرورش بايد هرچه سريعتر نسبت به برگزاري
آزمونهاي هماهنگ و استاندارد اقدام كند}

^{دكتر محمد مهدي زاهدي وزيرعلوم در مورد اجراي قانون حذف كنكور به خبرنگار مهر گفت: اجراي قانون حذف كنكور وابسته به تلاش وزارت آموزش و پرورش براي برگزاري آزمونهاي هماهنگ در دوره دبيرستان و پيش دانشگاهي است.}

^{وزير علوم افزود: با توجه به اينكه در قانون حذف كنكور، سوابق تحصيلي داوطلبان مورد بررسي قرار مي گيرد وزارت آموزش و پرورش بايد هرچه سريعتر نسبت به برگزاري آزمون هاي هماهنگ اقدام كند اما تاكنون اين امر با سرعت صورت نگرفته است.}

^{وي اضافه كرد: با توجه به آمادگي وزارت علوم براي اجراي قانون حذف كنكور اميدواريم وزارت آموزش و پرورش نيز هرچه سريعتر به برگزاري آزمون هاي هماهنگ اقدام كند.}

^{زاهدي اضافه كرد: نمرات آزمونهاي استاندارد ملي بايد جايگزين نمرات كنكور شود. به موازات اينكه آموزش و پرورش بتواند اين امتحانات را برگزار كند سهم نمره اين امتحانات در كنكور افزايش مي يابد و كنكور به تدريج حذف مي شود.}

^{وزير علوم با بيان اينكه سال گذشته نمرات اين آزمونهاي استاندارد اعمال شده است، خاطرنشان كرد: امسال نيز اعمال مي شود اما مهم اين است كه بايد به سمت تاثير 100 درصدي سوابق تحصيلي حركت كنيم لذا بايد دامنه اين امتحانات استاندارد ملي گسترش پيدا كند. در سال جاري سوابق تحصيلي 15 درصد اعمال مي شود.
علي احمدي :
برنامه لازم براي امسال را پياده كرده ايم و براي برگزاري آزمونهاي استاندارد
در سال 88 نيز برنامه ريزي كرده ايم}

^{وزير آموزش و پرورش نيز در گفتگو با مهر گفت: آموزش و پروش طبق برنامه مصوبه مجلس خود را براي حذف كنكور آماده مي كند.}

^{دكتر عليرضا علي احمدي در گفتگو با مهر در مورد آمادگي وزارت آموزش و پرورش براي اجراي قانون حذف كنكور در سال 90 افزود: در حال حاضر بخشي از امتحانات در مدارس به صورت سراسري برگزار مي شود كه نمره آن نيز15 درصد در كارنامه كنكور 87 محاسبه مي شود.}

^{وي اظهار داشت: آموزش و پرورش به مرور و تا سال 1390 براي ساير پايه هاي تحصيلي نيز كه در قانون مشخص شده است، تكليفي را كه بر عهده دارد انجام مي دهد.}

^{وزير آموزش و پرورش در خصوص اظهاراتي كه درباره عدم توانايي آموزش و پرورش در برگزاري امتحانات سراسري دبيرستان شنيده مي شود گفت: آموزش و پرورش براي امسال توانسته است با برگزاري امتحانات سراسري، درصدي كه مقرر شده بود در قبولي كنكور داوطلبان تأثيرگذار باشد را محقق كند و زمان اجراي مقررات براي ساير پايه هاي تحصيلي نيز هنوز فرا نرسيده است.}

^{وي درباره برنامه هاي آموزش و پرورش براي برگزاري آزمونهاي يكسان و سراسري سال آينده گفت: براي سال 88 نيز برنامه هايي را داريم كه مطابق با اين برنامه ها حركت خواهيم كرد. هم نوع پايه تحصيلي كه بايد آزمون به صورت سراسري برگزار شود و هم مواد درسي آن نيز مشخص شده است.}  

^{علي احمدي اضافه كرد: بانك سئوالات اين آزمونها را تجهيز خواهيم كرد و مركز سنجش آموزش و پروش را نيز كه براي برگزاري آزمونهاي سراسري تشكيل داده ايم تقويت مي كنيم.}

نگاه اجمالی بر (تعاریف و مفاهیم) ترمودینامیک:

 

ترمو در لغت به معنای دما و دینامیک به معنای متحرک و پر جنب و جوش است. در نتیجه اصطلاح ترمودینامیک در معنای تحت اللفظی به شاخه ای از فیزیک در زمینه پدیده های مکانیکی تولید شده به  وسیله گرما مربوط می شود یا یه عبارت دقیق تر بیانگر رابطه کار و گرما و شیوه تبدیل آنها به یکدیگر است.

اصطلاح ترمودینامیک از ابداعات « لردکلوین» است و هدفش از این نامگذاری آن بود تا ماهیت دینامیکی گرما را برجسته ساخته و آنرا در تقابل با تصورات پیشین قرار دهد که گرما را نوعی سیال تصور می کرد.

با توجه به این تعریف از ترمودینامیک اکنون چندان جای تعجب نخواهد بود که دانشجوی جوان با آشنایی کم از علم و فیزیک از ارتباط ترمودینامیک با تغییرهای شیمیایی یا سیستم- هاي زیست شناختی و زمین شناختی شگفت زده شود. ترمودینامیک از چند جنبه با بسیاری از شاخه های دیگر فیزیک تفاوت عمده دارد. از مهمترین تفاوت ها می توان به این اشاره کرد که شاخه های دیگر فیزیک از جمله مکانیک ، الکترومغناطیس یا نسبیت هر کدام توسط یک نفر پایه گذاری شده اند اما در مورد ترمودینامیک چنین نیست در ترمودینامیک نمی توان فرد واحدی را به عنوان پایه گذار معرفی کرد.

مبانی ترمودینامیک برخاسته از نظریه های افرادی همچون «کارنو ، مایر ،ژول ، هلمهولتز ، رانکین ، کلوین و کلازیوس» است . که هر کدام گام موثری برای تکوین قانون های بزرگ ترمودینامیک برداشته اند

اولین هدف ترمودینامیک تبیین معیاری برای تعین خود بدون یک تحول فیزیکی یا فرایند شیمیایی است که می توان برای پاسخ از قانون اول و دوم ترمودیناک استفاده کرد.

دومین هدفت تعیین میزان پیشرفت یک فرایند پیش از رسیدن به تعادل است.

هر چند هدف اولیه ترمودینامیک شیمیایی تحلیل خود به خودی بودن و تعادل است ولی می توان از این روشها برای حل بسیاری از مسایل دیگر هم استفاده کرد. برای مثال بررسی تعادل های فازی در سیستم های ایده آل و ناایده آل برای استفاده در روش های استخراج، تقطیر، تبلور، به کارگیری در عملیات متالوژیکی و اطلاع ازگونه های مختلف که در سیستم های زمین شناختی پیدا می شوند از اهمیت بسیاری برخوردار است

یکی از مهمترین مزیت های ترمودینامیک کلاسیک استقلال آن از نظریه ملکولی است . به عبارت دیگر برای استفاده از روابط ترمودینامیکی نیازی به درک ساختار اتمی و  ملکولی ماده نداریم یا با تغییر درک ها از ساختار ملکولی ماده نیازی به تغییرات روابط نیست . اما با استفاده از ترمودینامیک کلاسیک نمی توان اطلاعاتی در مقیاس ملکولی یا ساختار ملکول ها بدست آورد.

 

 دیدگاه میکروسکوپی ترمودینامیک کلاسیک:

 

 
قوانینی که کمیتهای ماکروسکوپیک دخیل در فرایندهای شامل گرما( مانند فشار، حجم، دما، انرژی داخلی و آنتروپی) را به هم مربوط می کنند. اساس علم ترمودینامیک را تشکیل می دهند. بیشتر کمیتهای ماکروسکوپیک (مثلا فشار،  حجم و دما) مستقیماً به ادراک  حسی ما مربوط می شوند. اگر بتوانیم کمیتهای ماکروسکوپیک را بر حسب کمیتهای میکروسکوپیک تعریف کنیم، قادر خواهیم بود قوانین ترمودینامیک را بطور کمی به زبان مکانیک آماری بیان کنیم.

چنانچه که گفته شد، اگر بتوانیم کمیتهای ماکروسکوپیکی را بر حسب کمیتهای میکروسکوپیک تعریف کنیم، می توانیم ترمودینامیک را به صورت ریاضی و فرمول بندی به زبان مکانیک آماری بیان کنیم. در واقع، انجا
 

 

 
م چنین کاری گفته آر. سی . تولمان را تایید می کند که «توضیح علم ترمودینامیک به کمک علم انتزاعی تر مکانیک آماری، يکی از بزرگترین دستاوردهای فیزیک است» علاوه بر این بنیادی بودن نکات مکانیک آماری به ما امکان می دهد که اصول عادی ترمودینامیک را تاحد قابل توجهی تکمیل کنیم.

4. 22  لیتر گاز تک اتمی را در دمای 273 کلوین در نظر بگیرد . این گاز یک مول اتم گازی شکل داشته و دارای  6.022×1023 اتم  است. برای مشخص کردن حالت این گاز از دیدگاه میکروسکوپی، باید مقادیر 3 متغیر مختصاتی لحاظ شود. حتی با استفاده از کامپیوتر نیز انجام چنین محاسباتی وقت گیر است. بنابراین این دیدگاه در ترمودینامیک کلاسیک کاربرد چندانی نداشته و بجای آن از ترمودینامیک آماری که بر پایه مکانیک آماری استوار است، استفاده می شود برخی از کتاب ها از دیدگاه را جزو ترمودینامیک آماری به حساب می آورند.

 

 ویرایش دیدگاه ماکروسکوپی ترمودینامیک:

در این دیدگاه اثرات کلی یا متوسط ذرات در نظر گرفته شده و برروی آنها بحث میشود. مثلاً فشار معیاری از سرعت متوسط ذرات گاز است.

توصیف میکروسکوپیکی:

 

توصیف مشخصات کلی یک سیستم به کمک تعدادی از ویژگیهای قابل اندازه گیری آن( مانند فشار، حجم، دما، انرژی داخلی، آنتروپی، چگالی و ...) که کم و بیش مستقیما با حواس ما قابل درک هستند، یک توصیف ماکروسکوپیکی است .این توصیفها نقطه شروع تمام بررسی هادر تمام شاخه های فیزیک هستند . مثلاَ در بررسی مکانیک یک جسم صلب، دیدگاه ماکروسکوپی را اتخاذ می کنیم.

 

مختصات مکانیکی:

 

 
برای بررسی مکانیک یک سیستم صلب از دیدگاه ماکروسکوپیکی استفاده می کنیم، زیرا فقط جنبه های خارجی جسم صلب را در نظر می گیریم. مکان مرکز جرم نسبت به محورهای مختصات در یک زمان مشخص می شود. مکان و زمان و ترکیبی از آن دو مانندسرعت بعضی از کمیتهای ماکروسکوپیکی متداول در مکانیک را تشکیل می دهند و به مختصات مکانیکی مشهورند.

 

کاربرد مختصات مکانیک:

 

مختصات مکانیکی برای تعیین انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی جسم صلب نسبت به محورهای مختصات استفاده می شود، یعنی انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل جسم به صورت یک کمیت کلی بکار می آیند. این دو نوع، انرژی خارجی یا مکانیکی جسم صلب را تشکیل می دهند. هدف مکانیک ، تعیین روابط بین مختصات مکان و زمان است که با قوانین نیوتن سازگار باشند.

 

مختصات ترمودینامیکی:

 

در ترمودینامیک توجه ما به داخل سیستم معطوف می شود. دیدگاه ماکروسکوپیکی را اختیار می کنیم و بر آن دسته از کمیت های ماکروسکوپیکی تاکید می کنیم که رابطه ای با حالت داخلی سیستم داشته باشند.

39
 
کمیت های ماکروسکوپیکی که به حالت داخلی سیستم مربوط هستند، به عهده آزمایش است . آن کمیت های ماکروسکوپیکی که به حالت داخلی سیستم مربوط هستند، مختصات ترمودینامیکی خوانده می شوند.

 

کاربرد مختصات ترمودینامیکی:

 

مختصات ترمودینامیک برای تعیین انرژی داخلی سیستم بکار می آیند. هدف ترمودینامیک پیدا کردن روابط کل بین این مختصات ترمودینامیکی است که با قوانین بنیادی ترمودینامیک سازگار باشند.

 

 

سیستم ترمودینامیکی وانواع آن:

 

سیستیمي که بتوان بر حسب مختصات ترمودینامیکی توصیف کرد، سیستم ترمودینامیکی می خوانند.

در مهندسی،سیستمهای مهم ترمودینامیکی عبارتند از : یک گاز، مانند هوا؛ یک بخار، مانند آب؛ یک مخلوط، مانند بنزین و هوا و یک بخار در تماس با مایع خود، مانند آمونیاک مایع و آمونیاک تبخیر شده .

ترمودینامیک شیمیایی علاوه بر این سیستمها با جامدات، فیلم های سطحی و پیلهای الکتریکی سر و کار دارد . ترمودینامیک فیزیکی علاوه بر سیستم های بالا شامل سیستم هایی نظیر سیستم تحت کشش، خازن الکتریکی، ترموکوپل و مواد مغناطیس نیز می شود .

 

نظریه سی. پی. اچ. و قوانین ترمودینامیک:

 

در اینجا قوانین ترمودینامیک را از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. بررسی می کنیم. در نظریه سی. پی. اچ قوانین ترمودینامیک و انتروپی با توجه به دستاوردهای فیزیک مدرن بطریقی بیان می شود که قانون بعدی مکمل قانون قبلی باشد:

·         قانون اول ترمودینامیک (دیدگاه کلاسیک)

 
تغییرات انرژی درونی برابر مجموع کار انجام شده بر روی سیستم و گرمای داده شده به آن می باشد. به عبارت دیگر اگر تغییرات انرژی درونی را با  Δu ، کار انجام شده بر روی سیستم را با W و گرمای داده شده به آن را با Q  نشان دهیم، خواهیم داشت:

Q+W=Δu

و یا: اگر سیستمی فقط به طریقه بی‌دررو از یک حالت اولیه به یک حالت نهایی برده شود، کار انجام شده برای تمام مسیرهای بی‌دررو که این دو حالت را به یکدیگر مربوط مي کنند، یکسان است.

قانون اول ترمودینامیک از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.

هر سیستمی روی خودش کار منفی انجام می دهد که مقدار آن برابر است با تابش ذاتی سیستم. برای ثابت ماندن انرژی درونی یک سیستم باید به سیستم انرژی داده شود، مقدار انرژی لازم برای ثابت نگاه داشتن انرژی درونی سیستم برابر است با کار منفی که سیستم روی خودش انجام می دهد. به عبارت دیگر اگر سیستم با توان p روی خودش کار انجام دهد، یعنی با توان P تابش کند، برای ثابت نگاه داشتن انرژی درونی سیستم باید به همین میزان به سیستم انرژی داده شود.

 

·         قانون دوم ترمودینامیک (دیدگاه کلاسیک)

صورت اول، بیان کلوین: فرآیندی که تنها نتیجه آن تبدیل کامل گرما به کار باشد، به هیچ وجه ممکن نیست.

صورت دوم، بیان کلازیوس: انتقال گرما از یک جسم سرد به یک جسم گرمتر، بدون انجام کار، ممکن نیست.

ویا: هیچ فرآیندی که تنها نتیجه آن جذب گرما از یک منبع و تبدیل گرما به کار باشد، امکان پذیر نیست. به بیان دیگر می‌توان گفت که امکان ندارد که تنها اثر یک ماشین چرخه‌ای آن باشد که بطور مداوم آزمایشهای مربوط به گرما را از جسمی به جسم دیگر با دمای بالا منتقل کند.

قانون دوم ترمودینامیک از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.

هر فرایندی که انرژی را به کار تبدیل می کند، دارای توان منفی p است که برابر است با کاری که فرایند روی خودش انجام می دهد که موجب تابش می شود. بنابراین هیچ ماشین آرمانی که بتواند همه ی انرژی دریافتی را به کار تبدیل کند وجود ندارد. به عبارت دیگر، اگر به یک فرایند که انرژی را به کار تبدیل می کند باتوان p1 انرژی داده شود، بازدهی فرایند برابر p2 خواهد بود که از رابطه ی زیر به دست می آید:

p2= p1- p

از آنجاییکه هر سیستمی با توان p>0 روی خودش کار منفی انجام می دهد، بنابراین همواره  p2< p1

·         قانون سوم ترمودینامیک (دیدگاه کلاسیک)
این قانون بیان می‌کند که ممکن نیست از طریق یک سلسله فرآیند متناهی به صفر مطلق دست یافت. به عبارتی رسیدن به صفر مطلق محال است. البته به نزدیکیهای صفر مطلق می‌شود رسید، اما خود صفر مطلق قابل دسترس نمی‌باشد.

قانون سوم ترمودینامیک از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.

هر سیستمی با توان p روی خودش کار منفی انجام می دهد، طی هیچ فرایند فیزیکی وجو ندارد که بتوان p یک سیستم را صفر کرد.

 

انتروپی (دیدگاه کلاسیک)

 

انتروپی پخش شدن خود به خودی انرژی را نشان میدهد،در يک دمای خاص،چه مقدار انرژی در يک فرآيند پخش می شود يا با چه وسعتی پخش می شود. بعبارت دیگر انتروپی (S) کمیتی ترمودینامیکی است که اندازه‌ای برای درجه ی بی‌نظمی در هر سیستم است. هر چه درجه ی بی‌نظمی بالاتر باشد، انتروپی بیشتر است.

 

انتروپی از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ.

 

انتروپی یک سیستم برابر است با کار منفی که سیستم روی خودش انجام می دهد و موجب تابش انرژی با توان p می گردد. هرچه توان سیستم در تابش بیشتر باشد، انتروپی آن نیز بیشتر است. بنابراین اگر انتروپی سیستم را با S نشان دهیم، خواهیم داشت:

 

به طور ساده و مختصر:

 

قانون اول ترمودینامیک از دیگاه نظریه CPH

هر سیستمی روی خودش کار منفی انجام می دهد که مقدار آن برابر است با تابش ذاتی سیستم. برای ثابت ماندن انرژی درونی سیستم باید به آن انرژی داده شود. که این مقدار انرژی برابر کار منفی ای است که سیستم روی خودش انجام می دهد.

قانون دوم ترمودینامیک از دیدگاه نظریه سی .پی .اچ :

هر فرایندی که انرژی را به کار تبدیل کند دارای توان منفی P است بنابراین هیچ ماشین آرمانی که بتواند تمام انرژي دریافتی را به کار تبدیل کند وجود ندارد.

به سیستم با توان P1 انرژی داده می شود  P2=P1-P = بازدهی فرایند

قانون سوم ترمودینامیک از دیدگاه CPH

 
هیچ فرایند فیزیکی وجود ندارد که بتواند P  یک سیستم را صفر کند.

هر سیستم با توانP  بر روی خودش کار منفی انجام می دهد.

 چرخه ی کارنو از دیدگاه سی. پی. اچ.

هنگامیکه چرخه ی کارنو مطرح شد، نه تنها جرم و انرژی دو کمیت مختلف بودند، حتی قانون بقای انرژی نیز عمومیت نیافته 9
 
بود. در حالیکه در فیزیک مدرن علاوه بر آنکه گرما نوعی انرژی محسوب می شود، انرژی نیز با ماده هم ارز است و هر ذره/جسمی را می توان با مقدار جرم یا محتوای انرژی آن  مشخص کرد. لذا با تکیه بر اصول چرخه ی کارنو و فیزیک مدرن چرخه ی انرژی از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. مورد بررسی قرار می گیرد. در اینجا چرخه به صورت گرما - کار - سرما نیست، بلکه به صورت کلی انرژی ورودی - ابزار - انرژی خروجی است. در چرخه کارنو، که در مقاله "تفکرات درباره ی قدرت حرکتی آتش " مورد بررسی قرار گرفت، تنها تبدیل انرژی گرمایی به کار مکانیکی مورد توجه بود. که به دلیل شرایط تاریخی و نیاز آن زمان به استفاده از ماشین بخار مطرح شد. آن زمان بحثی در مورد انرژی الکتریکی و یا تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی نبود. در قرن نوزدهم دغدغه اصلی تکنولوژی بازدهی ماشین های حرارتی بود که گرما را بکار مکانیکی تبدیل می کردند، در حالیکه امروزه بطور کلی تبدیل نوعی انرژی به نوعی دیگر و حتی انتقال انرژی از نقطه ای به نقطه دیگر مورد نظر است (مانند الکتریسیته). بنابراین در اینجا یک سیستم داریم که مقدار انرژی E1 وارد آن می شود، ابزار A انرژی ورودی را به نوع دیگری از انرژی تبدیل یا به نقطه ای دیگر منتقل می کند و انرژی خروجی برابر E2  می شود. با استفاده از اصل سی. پی. اچ. ثابت می شود، مستقل از نوع ابزار و اینکه انرژی ورودی و خروجی چه نوع انرژی باشند (حتی از یکنوع)، در هر محیط واقعی همواره E20 از سیستم به محیط منتقل می شود.

 بر گرفته از مجله نفتا-انجمن علمی گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان-سال دهم-شماره ۱۴

 

انفجار هسته ای

ساختار انفجاری هسته ای :

در انفجار هسته ای حرارت و فشار حاصل به اندازه ای است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضای مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده ای از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكیل گوی آتشین كه در حدود چند میلیون درجه حرارت است می دهد این گوی آتشین بلافاصله انبساط كرده و به لایه های بالای جو صعود می كند.انبساط سریع گوی آتشین فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاری بسیار شدیدی و یا موج ضربه فوق العاده ای در زمین یا آب یا در زیر زمین ایجاد می كند كه اثر تخریبی انفجار، مربوط به آنهاست .

 

 

● مشخصات انفجاری هسته ای

- در نزدیكی انفجار سرعت موج از یك كیلومتر درثانیه یعنی هزارها كیلومتر در ساعت بیشتر است .

- قسمت عمده ای از انرژی انفجار بصورت حرارت و نور آزاد می شود كه در منطقه وسیعی ایجاد آتش سوزی نموده و حتی در فاصله های دورتر سبب سوختگی در پوست بدن موجودات زنده ای كه در معرض آنها قرارگرفته باشند می گردد .

- مقدار زیاری اشعه نامرئی هسته ای به نام تشعشع هسته ای اولیه بوجود می آید كه قدرت نفوذی فوق العاده ای داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بیولوژیكی تشعشعات هسته ای وخیم یا كشنده در موجودات زنده بوجود می آورند .

- مواد حاصل از انفجار های هسته ای به شدت رادیو اكتیو بوده ومنطقه وسیعی را بطوری آلوده می سازد كه بر حسب نزدیكی یا دوری از مركز انفجار تامدتی غیر قابل سكونت خواهند بود مانند هیروشیمای ژاپن .

- در انفجارهای معمولی درجه حرارت در مركز انفجار به حدود ۵۰۰۰ درجه سانتیگراد درمورد انفجارهای هسته ای به ده ها میلیون درجه می رسد .

● حوزه انفجارهسته ای

قطر كره آتشین از بمب هسته ای یك مگاتنی در یك هزارم ثانیه به حدود ۱۵۰ متر رسیده ودر هر ثانیه به حداكثر اندازه خود كه حدود ۲۰۰۰ متر است می رسد و پس از یك دقیقه نسبتا سرد شده و روشنایی خود را از دست می دهد این زمانی است كه انفجار ۷ كیلومتر صعود كرده است. برای تصور میزان درخشندگی آن كافیست اشاره كنیم كه :

- از فاصله یكصد كیلومتری از نور خورشید در وسط روز درخشنده تر است .

- در پاره ای از آزمایش ها كه در طبقات بالای جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله ۱۰۰۰ كیلومتری محسوم بوده است كه تحت بعضی شرایط این نور می تواند موجب كوری موقتی یا سوختگی دائمی شبكیه چشم شود .

 
- در موقع آزمایشات هسته ای در معرض بودن تصادفی اشخاص موجب سوختگی شبكیه چشم درمسافت ۱۰ مایلی در سلاح ۲۰ كیلو تنی شده است .

- گوی آتشین همانطور كه به سرعت بزرگ شده و صعود می كند تغییر شكل داده و پهن تر می شود ضمناً هوا و خاك و عناصر دیگر را از پایین به داخل خود می مكد و به همین ترتیب دنباله ای از غبار تشكیل می شود كه گوی آتشین را به زمین وصل می كند؛كره آتشین بتدریج سرد شده و بصورت ابری متلاطم در می آید كه ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفید می شود در این حال با دنباله خود شكل قارچی به خود می گیرد .

● ساختار انفجاری هسته ای

در انفجار هسته ای حرارت و فشار حاصل به اندازه ای است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضای مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده ای از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكیل گوی آتشین كه در حدود چند میلیون درجه حرارت است می دهد این گوی آتشین بلافاصله انبساط كرده و به لایه های بالای جو صعود می كند.انبساط سریع گوی آتشین فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاری بسیار شدیدی و یا موج ضربه فوق العاده ای در زمین یا آب یا در زیر زمین ایجاد می كند كه اثر تخریبی انفجار مربوط به آنها ست .

 

● مشخصات انفجاری هسته ای

- در نزدیكی انفجار سرعت موج از یك كیلومتر درثانیه یعنی هزارها كیلومتر در ساعت بیشتر است .

- قسمت عمده ای از انرژی انفجار بصورت حرارت و نور آزاد می شود كه در منطقه وسیعی ایجاد آتش سوزی نموده و حتی در فاصله های دورتر سبب سوختگی در پوست بدن موجودات زنده ای كه در معرض آنها قرارگرفته باشند می گردد .

- مقدار زیاری اشعه نامرئی هسته ای به نام تشعشع هسته ای اولیه بوجود می آید كه قدرت نفوذی فوق العاده ای داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بیولوژیكی تشعشعات هسته ای وخیم یا كشنده در موجودات زنده بوجود می آورند .

- مواد حاصل از انفجار های هسته ای به شدت رادیو اكتیو بوده ومنطقه وسیعی را بطوری الوده می سازد كه بر حسب نزدیكی یا دوری از مركز انفجار تامدتی غیر قابل سكونت خواهند بود مانند هیروشیمای ژاپن .

- در انفجارهای معمولی درجه حرارت در مركز انفجار به حدود ۵۰۰۰ درجه سانتیگراد درمورد انفجارهای هسته ای به ده ها میلیون درجه می رسد .

‌● تخریب بعد از انفجار هسته ای

- چنانچه انفجار در سطح زمین یا نزدیكی آن اتفاق بیافتد مقدار زیادی خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوی آتشین بالا می روند یك صدم انرژی سلاح مگاتنی درتر كش سطحی كافی است كه ۴۰۰۰ تن خاك و شن و سنگ را بخار نماید این مواد كه بدین ترتیب به داخل گوی آتشین كشیده شده با مواد رادیو اكتیو مخلوط می شوند و ابر اتمی قارچ شكل انفجارات اتمی را شكل می دهند؛ ذرات این باد بتدریج به زمین بازگشته و یا در اثر برف و باران به زمین ریخته خواهد شد؛ این عمل ریزش اتمی نامیده شده و منبع تشعشعات باقیه خواهند بود.

 

- در انفجارهای زیر آبی مقدار زیادی آب بخار خواهد شد. یك صدم انرژی سلاح یك مگاتنی كافیست كه ۲۰۰۰۰ تن آب را بخار كند .

- انفجار زیر زمینی اتمی ایجاد تكانهایی مانند زمین لرزه می نماید در اثر این لرزش و جابه جاشدن قسمتی از سطح زمین خرابی بوجود می آید اما انرژی یك زلزله قوی با انرژی یك میلیون بمب اتمی برابر است!

● تقسیم بندی انرژی انفجار سلاح اتمی

مجموع انرژی حاصله كه به نام قدرت بمب نامیده می شود به سه اثر اولیه تقسیم می شود . گرچه تقسیم بندی انرژی تا اندازه ای به نوع سلاح و سوختنش وشرايط انفجار بستگی دارد ولی بطور كلی بصورت زیر تقسیم بندی می شود .

- ۵۰% انرژی توسط موج انفجاری یا موج ضربه حمل می شود .

- ۳۵% انرژی را تشعشع حرارتی و امواج نورانی در خود دارند

 
 
- ۱۵% انرژی را تشعشع هسته ای ( ۵% تشعشع ابتدایی ۱۰% تشعشع باقیه ) دارد.

منبع : مجله علمی تخصصی نفتا - گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان-سال دهم -شماره ۱۴

نوشته شده توسط محمد | لینک ثابت | موضوع: تازه ها یک نظر  
کاربرد نانو کاتالیست ها در هیدروکراکینگ فرایند های پالایش نفت
دوشنبه یکم بهمن 1386 ساعت 18:37
مقدمه

پالایش نفت با تقطیر جزء به جزء نفت خام به گروه های هیدروکربنی شروع شده و خواص محصولات مستقیماً متناسب با نحوه انجام فرایند تبدیل نفت می باشد.

فرآیند ها و عملیات پالایش نفت به پنج بخش اصلی تقسیم می شود:

الف) تفکیک (تقطیر) ب) فرآیندهای تبدیلی که اندازه و ساختار مولکولی هیدروکربن ها را تغییر می دهند این فرآیندها شامل : ب – 1) تجزیه (تقسیم) ب -2)همسان سازی (ترکیب) ب - 3) جایگزینی (نوآرایی ) می باشند.

ج)فرایندهای عمل آوری د) تنظیم و اختلاط

فرآیند تجزیه که از زیرشاخه های فرایندهای تبدیلی محسوب می شود، شامل هیدروکراکینگ ، شکست کاتالیستی و شکست گرمایی است.

هيدروكراكينگ:

هيدروكراكينگ يك فرآيند دو مرحله اي شامل كراكينگ كاتاليستي و هيدروژناسيون مي باشد كه در طي اين مراحل خوراك ورودي ، در حضور هيدروژن به محصولات با ارزش افزوده بيشتر،شكسته مي شود. اين فرايند در فشار و دماي بالا و با حضور كاتاليست و هيدروژن انجام مي شود.

هيدروكراكينگ براي خوراك هايي مورد استفاده واقع مي شود كه فرايندهاي كراكينگ كاتاليستي يا تبديل كاتاليستي در مورد آنها به سختي انجام مي گيرد،مانند نفت خامي كه غني از آروماتيك هاي پلي سيكليك بوده يا حاوي غلظت هاي بالاي تركيبات گوگرد و نيتروژن ، كه مسموم كننده كاتاليست ها هستند ،می با شد .

كاربرد فناوري نانو در هيدروکراكينگ:

در فرايند هيدروكراكينگ از كاتاليست هاي آلومينا، زئوليت هاوپلاتين استفاده مي شود و در كاتاليست هاي مربوطه اگر از نانو مواد كاتاليستي استفاده شود نتيجه بهتري حاصل مي شود.

انواع جديدي از كاتاليست هاي هيدروكراكينگ با استفاده از فلزات فعال پلاتين ، نيكل ، موليبدن و كبالت مي توانند توليد شوند كه در اين زمينه مي توان به اختراع كاتاليست پلاتين- نيكل – موليبدن روي پايه زئوليتي اشاره كرد .

آقاي فوكوباما و همكاران نيز از نانوكاتاليست ها براي هيدروكراكينگ نفتهاي سنگين و تصحيح فرايند روش هيدروكراكينگ نفت هاي سنگين استفاده كرده اند.

همچنين آقاي ماستون و دين كاتاليست هاي آهن نانوفاز جديدي را براي كاربردهاي هيدروكراكينگ توسعه داده اند، در اين كاتاليست ها پيوند كربن- كربن توسط اكسيدهاي آهن هيدراته نانوكريستالي، شكسته مي شوند و در طي آزمايشاتي كه همراه با مدل پيشنهادي انجام مي شود، فعاليت و انتخاب كنندگي بالايي از خود نشان مي دهد .

 

كاربرد مواد نانومتخلخل در پليمريزاسيون و ايزومريزاسيون فرايندهاي پالايش نفت:

- پليمريزاسيون

پليمريزاسيون در صنايع پتروشيمي ، فرايند تبديل گازهاي اولفين سبك، شامل اتيلن، پروتيلن به هيدروكربن هاي با وزن مولكولي بيشتر و عدد اوكتان بالاتر مي باشد كه به عنوان مخلوطهاي سوختي مرغوب استفاده مي شود. در طي اين فرايند 2 يا بيشتر مولكول هاي اولفين يكسان، پليمريزاسيون مي تواند بطور گرمايي يا در حضور كاتاليست در دماي پايين تر اتفاق بيفتد

- ايزومريزاسيون

 
در ايزومريزاسيون بوتان نرمال، پنتان نرمال و هگزان نرمال، به ايزوپارافين هاي مربوطه با عدد اوكتان بالاتر تبديل مي شود. پارافين هاي با زنجيره مستقيم، به زنجيره هاي شاخه دار با همان تعداد اتم ولي با ساختار هندسي متفاوت تبديل مي شوند.

محصولات ايزو بوتان اين واحد آلكيلاسيون بوده و ايزوپنتان و ايزوهگزان براي مخلوط گازوئيل بكار مي رود.

كاربردهاي فناوري نانو در پليمريزاسيون و ايزومريزاسيون:

- پليمريزاسيون

به علت اينكه پليمر  شدن در اين جا به معني واقعي كلمه اتفاق نمي افتد بلكه واكنش تا تشكيل دي مرها و تري مرها خاتمه مي يابد لذا بايد طراحي فضاي واكنش به گونه اي صورت گيرد كه با تشكيل دي مرها واكنش ادامه نيابد لذا مي توان از مواد نانومتخلخلي استفاده كرد كه ابعاد كانال هاي آن براي تحقق اين امر مناسب باشند. اين مواد نانوتخلخل را مي توان نانوراكتور ناميد. در اين زمينه به كار سانو و اومي اشاره كرد كه از سيليكا مزوپروس به عنوان نانو راكتور براي پليمريزاسيون اولفين ها استفاده كرده اند.

در اين روش ماده متخلخل MCM-41 حاوي فلز توسط روش post-synthesis با تركيبات ارگانومتاليك يا آلكوكسيد آماده شده و به عنوان نانوراكتور براي فرايند پليمريزاسيون اولفين بكار رفت . در حقيقت MCM-41 حاوي فلز به عنوان كوكاتاليست غيرهمگن به كار مي رود.

- ايزومريزاسيون:

به دليل اينكه كانال هاي مواد متخلخل مكان مناسبي براي انجام واكنش هاي شيميايي مي با شد مي توان از نانو مواد متخلخل براي اين منظور استفاده كرد. اين كار در واكنش مشابه پتروشيمي مورد بررسي قرار گرفته است . به عنوان مثال بائر و همكاران، زئوليت هاي نانوساختار- HIZSM5 را در ايزومريزاسيون زايلن بررسي كرده اند.

هيدروژن در جداكننده هاي با فشار عملياتي بالا(Separator) جدا شده و كلريد هيدروژن در ستون جداساز(stripper) حذف مي شود. محصول بدست آمده مخلوط بوتان مي باشد که وارد تفكيك كننده (Fractionator) شده ، بوتان از ايزوبوتان جدا مي شود . در كليه موارد بالا مي توان از نانو مواد متخلخل كربني براي جداسازي گازها استفاده كرد.

در فرايند ايزومريزاسيون مي توان به كار بردن متنوعي از مواد نانو ساختار اشاره كرد همچنان كه در طي تحقيقات براي پيدا كردن نانو مواد مناسب براي فرايند ايزومريزاسيون آنتونلي و همكاران از ميكروقفس هاي توخالي زير كونيا با استفاده از پايه هاي مالسيلي كروي استفاده كرده اند .

كاربرد مواد نانو متخلخل در فرايند رفورمينگ پالايش نفت:

2-4-1) رفورمينگ كاتاليزوري

رفورمينگ كاتاليزوري يك فرايند مهم مورد استفاده براي تبديل نفت هاي با اوكتان پايين در مخلوط هاي گازوئيل با عدد اوكتان بالا مي باشد. در طي انجام فرايند رفورمينگ تمام انواع واكنش ها مثل كراكينگ ، پليمريزاسيون ، هيدروژن زدايي ، ايزومريزاسيون به طور همزمان اتفاق مي افتد. بسته به خواص خوراك نفت (مقدار پارافين، اولفين، نفتالين ، مواد آروماتيكي در نفت خام) و كاتاليست مورد استفاده مي توان رفورميت با غلظت بسيار بالاي تولوئن، بنزين ، زايلن و ساير آروماتيك هاي مفيد در مخلوط محصول توليد كرد.هيدروژن به عنوان يك محصول فرعي از رفورميت ها جدا شده و دوباره به چرخه توليد باز مي گردد.

كاربردهاي نانوتكنولوژي:

در قسمتي از فرايند بايد گاز هيدروژن را از مخلوط گازهاي ديگر جدا كرد كه براي اين منظور مي توان از نانو مواد متخلخل كربني استفاده كرد.

مي توان از نانو مواد متخلخل در رفورمينگ كاتاليستي پالايش استفاده كرد . مثلاً در رفورمينگ پتروشيمي ژيمنين و همكاران بررسي NMR واكنش متانول به هيدروكربنها(MTH) با استفاده از زئوليتهاي ميكروساختار و نانوساختار HZSM-5 را انجام داده اند .

تشكيل انواع آلكوكسي سطحي روي HZSM- 5 نانو ابعاد و ميكرو ابعاد پس از پرتودهي به متان و متعاقب آن تبديل به اولفيتها توسط روش solid state NMR In situ بررسي شده است . در مقايسه با HZSM-5 ميكرو ابعاد ، زئوليت نانو ابعاد تمايل بيشتري براي به دام انداختن گونه هاي مولكولي متانول دارد. همچنين مشخص شد كه حضور مواردي كه Carbon pool ناميده مي شوند، نه تنها در تبديل متانول به اولفين ها موثر است بلكه موادي پلميري كه به طور ناخواسته توليد مي شوند را به صورت كك روي سطح در مي آورد. در زئوليت نانو ساختار تشكيل رسوب هاي كربن دار روي سطح به سختي صورت مي پذيرد.

 

كاربرد نانوكاتاليست ها در كراكينگ كاتاليستي فرايندهاي پالايش نفت:

فرايند كراكينگ كاتاليستي:

18
 
كاتاليست هاي مورد استفاده در واحدهاي كراكينگ،  عموماً مواد جامد مانند زئوليت ها، هيدروسيليكات آلومينيوم ، بوكسيت و سيليكا- آلومينا مي باشد لذا مي توان از ساختارهاي نانوكاتاليست هاي فوق الذكر استفاده كرد . علاوه بر آن به دليل اينكه از فلزات فعال پلاتين(Pt) و رنيوم(Re) روي پايه هاي آلومينا و زئوليت نيز استفاده مي شود، مي توان به نانو ذرات Pt,Re كاتاليستي اشاره كرد.از ديگر كاتاليست هاي مورد استفاده مخلوط سيليكا – آلومينا يا سيليكا – مگنزيا( اكسيد منيزيم) مي باشد كه نانوكاتاليست هاي سيليكا و مگنزيا ساخته شده اند.كراكينگ كاتاليستي هيدروكربن هاي پيچيده را به منظور افزايش قيمت و با افزايش مقدار هيدروكربن هاي سبك تر،به هیدروکربن های کوچکتر مي شكند. در اين فرايند، كاتاليست ها از بخش هاي اصلي هستند كه بدون استفاده از آنها فرايند با صرفه اقتصادي همراه نيست.سه نوع فرايند كراكينگ كاتاليستي داريم:

كراكينگ كاتاليستي مايع (fcc)

كراكينگ كاتاليستي بستر متحرك

كراكينگ كاتاليستي تروموفور

در طي تكامل صنعتي كراكينگ كاتاليستي انواع مختلفي از كاتاليست ها مورد  استفاده قرار گرفته است . كاتاليست هاي مورد استفاده در واحدهاي كراكينگ، عموماً مواد  جامد مانند زئوليت ها، هيدروسيليكات آلومينيوم، بنتونيت، بوكسيت و سيليكا – آلومينا به شكل پودر، پلت ، اكسترود و ... مي با شد .

نقل از مجله علمی تخصصی نفتا-شماره ۱۴

 

تکنولوژی پیل سوختی

 

پیلهای سوختی از یک واکنش الکتروشیميایی ساده که درآن از ترکیب اکسیژن و هیدروژن آب تشکیل میشود تولید انرژی الکتریکی می‌کنند انواع مختلف و متعدد  پیل سوختی وجود دارد اما همه آنها بر اساس یک طراحی اصلی تشکیل شده از دو الکترود یک آند منفی و یک کاتد مثبت بنا نهاده شده‌اند. این دو الکترود بوسیله یک الکترولیت جامد و یا مایع که ذرات باردار الکتریکی را جابجا می‌کند از هم جدا شده‌اند. معمولاً از یک کاتالیزور مانند پلاتین جهت افزایش سرعت واکنش الکترونها استفاده می‌شود. پیلهای سوختی بر اساس طبیعت الکترولیت مورد استفاده در آنها تقسیم بندی می‌شوند .هر یک از آنها مواد و سوخت خاص مناسب با کاربردهای مختلف نیاز دارند.

 

 

پیلهای سوختی با غشاء تبادل پروتون:

Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC)              

این تکنولوژی در دهه 1950 بوسیله شرکت جنرال الکتریک ابداع شد و بوسیله سازمان ناسا جهت تولید انرژی برای پروژه فضائی Gemini استفاده شد. در حال حاضر این نوع پیل سوختی است که اکثراً در شرکتهای اتومبیل سازی بعنوان جایگزین در موتورهای درونسوز بکار برده می‌شود.پیلهای سوختی با غشاء تبادل پروتون بنام غشاء الکترولیت پلیمری، الکترولیت پلیمری جامد، پیلهای سوختی الکترولیت پلیمری نیز شناخته شده‌اند.

 در پیل سوختی PEM الکترولیت از یک غشاء نازک پلیمری (مانند پلی پرفلور و سولفوریک اسید) نافیون (Nafim TM ) که نفوذپذیر در پروتونهاست، اما هادی الکتریسیته نمی‌باشد و الکترودها از کاربن درست شده‌اند .هیدروژن در درون پیل سوختی به روی آند جاری شده و به پروتونها و الکترونها تقسیم می‌شود. یونهای هیدروژن از طریق الکترولیت به کاتود نفوذ می‌کنند، درحالیکه الکترونها از طریق یک مدار خارجی جریان کرده و تولید انرژی می‌نمایند. اکسیژن به صورت هوا به کاتد ارسال شده و با الکترونها و یونهای هیدروژن ترکیب گردیده و

 

 

 

 

 

 

 

 

تولید آب می‌کند.این واکنشهای روی الکترودها مطابق زیر می‌باشند.

 

2H2 ===> 4H + 4e: آند

 

 

O2+4H ===> 2H2O 

 

                 :کاتد

           انرژي  2H2 +O2 ===> 2H2O +: نتیجه

پیلهای PEM در دمای حدود 80 سانتیگراد کار می‌کنند. در این دمای پایین واکنشهای الکتروشیمیائی معمولاً خیلی کند صورت می‌گیرد بنابراین از یک لایه نازک پلاتین روی هر یک از الکترودها بعنوان کاتالیزور استفاده می‌شود.

این دستگاه الکترولیت/ الکترود بنام مجموعه الکترود غشاء (MEA ) خوانده شده و بین دو صفحه ي جریان، میدان ساندویج گردیده تا یک پیل سوختی را بوجود آورد. این دو صفحه شامل شیارهايی جهت کانال هدایت سوخت به الکترودها  و همچنین هدایت الکترونها به خارج از مجموعه MEA می‌باشد. هر پیل  حدود 7/0ولت برق تولید مي کند.براي  تولید ولتاژ های بالاتر تعدادی از این پیلها بطور سری بهم وصل گردیده و تشکیل   ساختاری بنام مجموعه‌ پیل سوختی می دهند.پیلهای سوختی PEM دارای  یک سری مزایا هستندکه باعث شده از آنها در اتومبیل و کاربردهای کوچک خانگی مانند جایگزین باطریهای قابل شارژ استفاده شود. پیلها در دمای نسبتاً  پایین  کار می کنند و لذا باعث استارت سریع  از حالت سرد بوده و به دلیل داشتن دانسیته بالای انرژی داراي قابلیت ساخت با حجم کم و فشرده می باشند .بعلاوه پیلهای  PEM با راندمان بالا حدود (40-50) درصد حداکثر ولتاژ  تعریف شده  در تئوری  کار می‌کنند و میتوانند خروجی خود را بسرعت تغییر داده تا با تغییر در انرژی مورد نیاز سازگاری داشته باشند.

در حال حاضر دستگاههايی با نمایش قدرت تولید 50 کیلو وات  مورد بهره‌برداری و عملیات قراردارد و دستگاههایی با قدرت تا 250 کیلو وات درحال توسعه است. بهرحال هنوز یک سری محدودیتها وجود دارد که باید قبل از اینکه این تکنولوژی  گسترده تر شود بر انها غلبه کرد. مشکل اصلی قیمت بالا، مثل  گرانی جنس غشاء وکاتالیزورمی باشد. اما نتیجه پژوهشها و طرحهای توسعه‌ای دردست اقدام بتدریج از قیمتکاسته و همچنین به هنگام تولید اندوده درمقیاس بالا جهشی بزرگ در کاهش قیمت و اقتصادی شدن آن خواهد نمود. مانع دیگر بر سر راه پیلهای PEM نیاز آنها به هیدروژن خاص جهت کارکردن   میباشد. زیرا آنها خیلی حساس به مسمومیت با منواکسید‌کربن وناخالص های دیگر هستند و این عمدتا بدلیل دمای پایین   عملیاتی پيل ضرورت استفاده ازکاتالیزورحساس در پیل را موجب  میشود.بهر‌حال کارهايی در دست اقدام است تا یک سیستم کاتالیزور توام با غشاء با قدرت مانور بهتر تولید گردد که قادر به کارکرد با دمای عملیاتی  بالاتر باشد.

 

پیلهای سوختی  بازی :Alkaline Fuel Cell(AFC)

پیلهای سوختی بازی یکی از توسعه یافته ترین تکنولوژیها هستند و برای تهیه انرژی وآب آشامیدنی در ماموریت ها ی فضائی از جمله سفینه فضائی شاتل ایلات متحده آمریکا بکار برده شده اند.  واکنش الکترو‌شیمیائی در آن قدری متفاوت است، بدین صورت که یونهای هیدرواکسیل (OH ) از کاتدبه طرف آند حرکت میکنند؛ تا در اثر واکنش با هیدروژن تشکیل آب و الکترون  بدهند.این الکترونها جهت اعمال انرژی به مدار خارجی بکار ميروند، سپس دوباره به کاتد برگشته و در واکنش با اکسیژن و آب  تولید مقادیر بیشتری  از یونهای هیدرواکسیل (OH) مینمایند.

                          2H2 + 4OH ===> 4H2O + 4e: آند

 O2 + 2H2O + 4e ===> 4OH                   :کاتد

پیلهای بازی در همان دمای عملیاتی مشابه پیلهای PEM

( حدود 80 سانتیگراد )کار می‌کنندو لذا سریع استارت هستند. اما دانسیته انرژی آنها حدود ده برابر کمتر PEM میباشد و بنابراین برای استفاده درموتور اتومبیل بسیار پرحجم اند.آنها بهر حال ارزان ترین نوع پیل سوختی هستند و بدین جهت میتوانند برای دستگاههای تولید برق کوچک و ثابت بکار برده شوند. پیلهای بازی مشابه پیلهای PEM شدیداً به منواکسیدکربن و ناخالصیهای دیگرکه موجب مسمومیت کاتالیزور میشوند حساس هستند.بعلاوه منابع تغذیه آنها باید عاری از دی اکسید کربن باشند، زیرا واکنش دی اکسیدکربن با الکترولیت هیدروکسید  پتاسیم تشکیل کربنات پتاسیم میدهدکه باعث محدودیت در راندمان پیل می‌گردد.

 

پیل سوختی اسید فسفریک

  Phosphoric Acid Fuel Cell(PAFC)

 
 پیل سوختی اسید فسفریک در حال حاضر پیشرفته‌ترین پیل سوختی تجاری است همانگونه که از نام آن استنباط می‌گردد در این پیلها از اسید فسفریک مایع بعنوان  الکترولیت استفاده می‌شود معمولاً در یک قالب سیلیکون کارباید جا داده میشود. پیلهای سوختی اسید فسفریک در دمای کمی بالاتر از پیلهای PEM و بازی کار می‌کنند.(حدود 150 الی 200 درجه سلسیوس). با وجود این جهت ارتقاء واکنش ، نیاز به کاتالیزور پلاتین روی الکترودها دارند. واکنش آند وکاتد مشابه PEMمیباشد.ولی به علت دمای عملیاتی بالاتر، سرعت واکنش  آن بيشتر است . اين افزايش دما موجب انعطاف پذيري بيشتر در مقابل ناخالصي ها مي گردد. پيلهاي اسيد فسفريک با يکي دو درصد منواکسيدکربن و مقدار کمي (چند جزء در مليون ppm) گوگرد موجود در جريان واکنش هنوز عملکرد درستی دارند. راندمان پیلهای اسید فسفریک کمتر از سیستمهای دیگر است. حدود چهل درصد و همچنین زمان بیشتری جهت گرم شدن نسبت به پیلهای PEM صرف می کنند علیرغم آن موانع و کاستيها یک سری مزایا در این تکنولوژی از قبیل سادگی ساخت، ثبات و تبخیر پذیری کمتر الکترولیت وجود دارد. پیلهای اسید فسفریک برای تامین انرژی الکتریکی در اتوبوسها بکار برده شده‌اند و تعدادی از آنها در سرویس عملیاتی میباشند، اما اینکه زمانی در اتومبیلهای شخصی بکار روند غیر متحمل است. پژوهش قابل ملاحظه‌ای در طول 20 سال نتیجه داده است که پیلهای اسید فسفریک کاربرد موفقیت آمیزی در دستگاههای غیر سیار داشته‌اند. در حال حاضر تعداد زیادی از این دستگاهها با قدرت خروجی بین 2/0 تا 20 مگا وات در سراسر دنیا جهت تهیه انرژی برق در بیمارستانها، مدارس و نیروگاههای کوچک نصب شده‌اند و در سرویس عملیاتی قراردارند.

 

پیلهای سوختی کربنات ذوب شده  :

) Molten Carbonate Fuel Cells(MCFC         

نحوه کار پیلهای سوختی کربنات ذوب شده نسبت به پیلهای دیگر تا کنون بحث شده کاملاً متفاوت است. در این پیلها از نمک کربنات لیتیوم پتاسیم ذوب شده و یا لیتیوم سدیم ذوب شده بعنوان الکترولیت استفاده میگردد. وقتی که نمک تا دمای 650 درجه سانتیگراد گرم شود، نمک ذوب شده و یونهای کربنات تولید می‌کند که از کاتد به آند جریان کرده و در آنجا با هیدروژن ترکیب شده و تولید آب و دی اکسیدکربن و الکترون می‌نماید. الکترونها از طریق یک مدار خارجی دوباره به کاتد برگشته و در سر راه خود تولید انرژی می کنند.

                          CO3 + H2 ===> H2O +CO2 + 2e: آند

 CO2 +1/2 O2 + 2e ===> CO3                   :کاتد

 
دمای بالائی که این پیلها در آن کار می کنند به این معناست که آنها قادرند بطور داخلی تشکیل هیدروکر مانند گاز طبیعی و نفت جهت تولید هیدروژن در درون ساختار پیل بدهند. در چنین دمای بالائی هیچگونه مشکل مسمومیت منواکسید وجود ندارد، گرچه مشکل گوگرد سر جای خود باقی است و بجای کاتالیزور پلاتین گران قیمت میتوان از نوع نیکل ارزانتر استفاده نمود. حرارت اضافی ایجاد شده میتواند در سیکل ترکیبی نیروگاها بکار رود. راندمان این نوع پیلها تا حدود  60 درصد است و در صورتی از گرمای تلف شده استفاده گردد میتواند تا 80 درصد افزایش یابد. دمای بالای کارکرد، بهر حال پاره‌ ای مشکلات را بوجود مي آورد. زمان قابل ملاحظه‌ای طول می‌کشد تا پیل به دمای عملیاتی برسد و این باعث میشود که پیل برای کاربردهای حمل و نقل نامناسب باشد و دمای بالا و طبیعت خورنده الکترولیت احتمالاً به این معناست که پیل برای تولید برق خانگی غیر ایمن است .راندمان بالای تولید انرژی پیل باعث جذابیت آن در استفاده در فرآیندهای صنعتی در مقیاس بالا و در توربین های تولید برق باشد. در حال حاظر پیل سوختی کربنات ذوب شده با ظرفیتهای تا 2 مگا وات به نمایش گذارده شده ولی ظرفیتهای 50 الی 100 مگا وات در دست طراحی است.

 

پیلهای سوختی اکسید جامد

   (Solid oxide Fuel cells (SOFC

پیلهای سوختی اکسید جامد در دمای حتی بالاتر از پیلهای کربنات ذوب شده کار می کنند. آنها از الکترولیت سرامیک بخار مانند اکسید زیر کونیوم تثبیت شده در اکسید yttrium بجای الکترولیت مایع استفاده مینمایند و در دمای بین 800 الی 1000 سانتگراد کار می کنند. در این پیلها انرژی از مهاجرت آنیونهای اکسیژن از طرف کاتد به آند جهت اکسیداسیون گاز سوخت، که بطور نمونه مخلوطی از هیدروژن و منواکسید‌کربن میباشد تولید می‌گردد. الکترونهای ایجاد شده در آند بوسیله یک مدار خارجی دوباره به کاتد در جائی که اکسیژن ورودی را کاهش می دهد برگشته و بنابراین سیکل واکنش را تکیمل می کند.

                          H2 + O ===> H2O + 2e: آند

    CO + O ===> CO2 +2e                                                

           O2 +4e ===> 2O:کاتد

همانند پیلهای سوختی ذوب شده در این پیلها نیز دمای عملیاتی بالا به معنای مقاومت در برابر مسمومیت منواکسیدکربن میباشد زیرا همانگونه که در بالا مشاهده میشود منواکسیدکربن سریعاً به دی اکسید کربن تبدیل میگردد. این خود باعث عدم نیاز به استفاده از رفرمینگ خارجی جهت استخراج هیدروژن از ماده سوختی میباشد و این نوع پیلها میتوانند دوباره از نفت و یا گاز طبیعی استفاده کنند.پیلهای سوختی اکسید جامد همچنین بالاترین انعطاف را در برابر آلودگی با گوگرد نسبت به سایر تکنولوژیهای بحث شده و تا کنون از خود نشان میدهند. این پیلها بعلت استفاده از الکترولیت جامد نسبت به پیلهای سوختی کربنات ذوب شده پایدارترند اما مواد ساختمانی آنها به جهت نیاز به مقاومت در برابر دمای عملیاتی بالا گرانتر است.این پیلها میتوانند به راندمان حدود 60 درصد برسند و انتظار میرود که برای تولید برق و حرارت در صنعت و برای تهیه نیروی کمکی در اتومبیل بکار برده شوند.

 

 

پیلهای سوختی متانول مستقیم 

(Direct Methanol Fuel Cells(DMFC

پیلهای سوختی متانول مستقیم تبدیلی از پیل سوختی با غشاء پروتون است که به طور مستقیم و بدون استفاده از رفرمینگ قبلی از متانول استفاده می‌کند. متانول به اکسیدکربن و هیدروژن در آند تبدیل میشود. پس از آن مشابه پیل سوختی PEM استاندارد هیدورژن جهت واکنش با اکسیژن بکار میرود.

               CO2 + 6H + 6e   CH3OH+H2O ===>:  واکنش آند

 3/2 O2 + 6H +6e ===>3 H2O: واکنش کاتد

 CH3OH +3/2 O2 ===> CO2 + 2H2O : واکنش  پیل

انتظار میرود که این پیلها در دمای حدود 120 درجه سانتیگراد قدری بالاتر  از دمای عملیاتی پیل استاندارد PEM کار کنند و راندمان حدود چهل درصد داشته باشند. یکی از عیوب پیل متانول مستقیم دمای عملیاتی پایین و در نتیجه تبدیل متانول به هیدورژن و دی اکسید کربن است که نیاز به استفاده از مقادیر بیشتر کاتالیزور پلاتین نسبت به پیل استاندارد PEM دارد. بهر‌حال این افزایش هزینه نسبت به استفاده راحت از پیل سوختی مایع و عدم استفاده از کاتالیزور می چربد. تکنولوژی در پیش روی پیل سوختی متانول مستقیم هنوز در مراحل اولیه توسعه خود میباشد؛ ولی بهرحال کاربرد آن دز گوشیهای تلفن همراه و رایانه‌های کیفی (LABTOP ) با موفقیت نشان داده شده و توانائی و کارآئی و هدف نهائی استفاده از آن در سالهای آتی بروز داده خواهد شد.

 

 

پیلهای سوختی  اصلاح شده :  Regenerative Fuel Cells 

این پیل سوختی اصلاح شده نسبتاً تازه است؛ اما توسط گروههایی در نقاط مختلف دنیا در دست مطالعه و پژوهش میباشد. تکنولوژی آن بر پایه همان پیلهای سوختی متفاوت است که در آن هیدروژن و اکسیژن جهت تولید انرژی، برق، گرما و آب بکار برده میشود.تفاوت در این است که پیل سوختی اصلاح شده واکنش معکوس را نیز انجام می‌دهد؛ یعنی الکترولیز می‌کند. آب تولید شده در پیل سوختی به الکترولیز کننده‌ای که با باطری خورشیدی کار می‌کند تقریباً و در آنجا به اجزاء تشکیل دهنده آن یعنی هیدروژن و اکسیژن تفکیک و سپس مجدّداً به پیل سوختی تغذیه می‌گردد. به این طریق یک سیستم بسته تشکیل شده که نیاز به تولید هیدروژن خارجی ندارد، توسعه یک سیستم تجاری آن بعید به نظر میرسد و مواردی مانند هزینه تمام شده آن که بیش از متعارف است و همچنین راههای مطمئن آماده سازی و استفاده از نیروی برق خورشیدی باید مورد بررسی دقیقتر قرار گیرد.   

 

منبع : مجله علمی تخصصی نفتا-شماره ۱۴

 

كشف جديد : بار منفي يك چهارم يك الكترون است

گروهي از دانشمندان موفق شدند براي اولين بار نشان دهند كه يك بار منفي دقيقا يك چهارم تك الكترون است. به گزارش خبرگزاري مهر، جريان الكتريسيته از حمل الكترونها ايجاد مي شود. تا مدتها به نظر مي رسيد كه بار منفي كه روي الكترون وجود دارد برابر با يك واحد از اين شبه ذره است اما تحقيقاتي كه بعدها دانشمندان انجام دادند نشان مي داد كه يك بار منفي معادل يك سوم، يك پنجم و يا يك ششم يك واحد الكترون است. اكنون گروهي از پژوهشگران كه نتايج يافته هاي خود را در مجله "نيچر" منتشر كرده اند با استفاده از تكنيكهاي جديد براي اولين بار مشاهده كردند كه يك بار منفي دقيقا 25 درصد (يك چهارم) يك تك الكترون است. به خصوص اين دانشمندان نشان دادند كه شبه ذرات بارمنفي زماني كه الكترونها در يك سيستم دوبعدي قرار مي گيرند، تشكيل مي شوند و به اين ترتيب نيروي بسيار پرقدرتي ميان آنها برقرار مي شود. در حقيقت زماني كه يك جريان الكترون در يك سطح دوبعدي يك نيمه رسانا گسترده مي شود، يك ميدان مغناطيسي عمود بر اين سطح ايجاد مي شود. جريان بار منفي كه در اين ساختار دوبعدي حركت مي كند دقيقا برابر با يك چهارم يك الكترون است.

كشف جديد : بار منفي يك چهارم يك الكترون است

گروهي از دانشمندان موفق شدند براي اولين بار نشان دهند كه يك بار منفي دقيقا يك چهارم تك الكترون است. به گزارش خبرگزاري مهر، جريان الكتريسيته از حمل الكترونها ايجاد مي شود. تا مدتها به نظر مي رسيد كه بار منفي كه روي الكترون وجود دارد برابر با يك واحد از اين شبه ذره است اما تحقيقاتي كه بعدها دانشمندان انجام دادند نشان مي داد كه يك بار منفي معادل يك سوم، يك پنجم و يا يك ششم يك واحد الكترون است. اكنون گروهي از پژوهشگران كه نتايج يافته هاي خود را در مجله "نيچر" منتشر كرده اند با استفاده از تكنيكهاي جديد براي اولين بار مشاهده كردند كه يك بار منفي دقيقا 25 درصد (يك چهارم) يك تك الكترون است. به خصوص اين دانشمندان نشان دادند كه شبه ذرات بارمنفي زماني كه الكترونها در يك سيستم دوبعدي قرار مي گيرند، تشكيل مي شوند و به اين ترتيب نيروي بسيار پرقدرتي ميان آنها برقرار مي شود. در حقيقت زماني كه يك جريان الكترون در يك سطح دوبعدي يك نيمه رسانا گسترده مي شود، يك ميدان مغناطيسي عمود بر اين سطح ايجاد مي شود. جريان بار منفي كه در اين ساختار دوبعدي حركت مي كند دقيقا برابر با يك چهارم يك الكترون است.