پیل سوختی چیست؟

پیل سوختی یک سیستم الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی سوخت - عموما" هیدروژن (و یا متانول) و هوا را به طور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. این مولد انرژی دارای بازده بالایی است. بازده بالای این سیستم منتج از دوری جستن از چرخه کارنو است. در پیل سوختی هیدروژن در قسمت آند اکسید شده و به پروتون و الکترون تقسیم می‌شود. الکترون تولیدی جریان الکتریسیته را موجب می‌گردد. پروتون با عبور از غشاء تبادل یون به سمت کاتد رفته و در حضور کاتالیزور با اکسیژن هوا و الکترون بازگشتی از پیل به آب تبدیل می‌شود و بدینترتیب هیچ آلودگی به وجود نمی‌آید .  

اگر مایل به داشتن اطلاعات بیشتر در مورد پیل های سوختی هستید می توانید فایل word زیر را دانلود کرده و مطالعه کنید . 

پیل سوختی چیست؟

نوبل فیزیک 2009

سه فیزیکدان 9 اکتبر (14 مهر) به خاطر کارشان در زمینه نورشناسی رشته‌ای (fibre optics) و حسگری الکترونیکی نور که به ایجاد انقلابی در تکنولوژی اطلاعات یاری رساند،‌ جایزه نوبل فیزیک 2009 را دریافت کردند

به گزارش خبرگزاری فرانسه هیات داوران جایزه نوبل چارلز کائو، ویلارد بویل و جرج اسمیت را  به خاطر نقش‌شان در دگرگونی ارتباطات از تکنولوژی سیم-مسی و نامه‌های پستی به عصر اینترنت، ای‌میل و اس‌ام‌اس، به عنوان 'استادان نور' مورد تقدیر قرار داد.

بیانیه هیات داوران می‌گوید: 'جایزه امسال نوبل فیزیک برای دو دستاورد علمی اعطا می‌شود که به شکل دادن بنیادهای جوامع شبکه‌ای امروز یاری رسانده‌اند.'

بیانیه می‌افزاید: 'کار این دانشمندان به ایجاد بسیاری از ابداعات کاربردی در زندگی روزمره انجامیده و ابزارهای جدید برای اکتشاف علمی را فراهم کرده است.'

هیات داوران نوبل می‌گوید یکی از این دستاوردها، کابل فیبر نوری است که امکان انتقال داده‌‌‌‌ها را با سرعت نور امکان‌پذیر می‌کند و دیگری حسگر نوری دیجیتال است که همان 'چشم الکترونیکی' دوربین‌های دیجیتال است.

برندگان جایزه نوبل فیزیک 2009- از راست به ترتیب اسمیت - بویل - کائو

کائو، که ملیت انگلیسی و آمریکای دارد، و در هنگ‌کنگ زندگی می‌کند،‌ نیمی از جایزه نوبل امسال را به خاطر دستاورد راهگشایش در استفاده فیبرهای شیشه‌ای برای ارتباط نوری دریافت کرد.

هیات داوران نوبل می‌گوید: 'اگر قادر باشید تمام فیبرهای نوری موجود در جهان را باز کنیم و دور کره زمین بکشیم، به رشته‌ای واحد به طول یک میلیارد کیلومتر می‌رسیم که می‌تواند 25000 بار دور کره زمین را بپیچد- و هر ساعت 10000 کیلومتر بر طول این شبکه فیبرهای نوری افزوده می‌شود.

به گفته هیات داوران نوبل، کشف کائو - که اکنون 75 سال است- در سال 1966 این امکان را فراهم کرد که امروزه 'متن‌، موسیقی، تصاویر و ویدئو را بتوان در کسری از ثانیه به دور کره زمین فرستاد.'

بویل، 85 ساله شهروند کانادا و آمریکا، و اسمیت 79 ساله آمریکایی نیمه‌ دیگر جایزه را به خاطر اختراع یک مدار نیمه‌هادی تصویربرداری - حسگر ' CCD‍‍ ' - دریافت کردند که همان 'چشم الکترونیکی' دوربین دیجیتال است.

CCD که نور را به سیگنال های الکتریکی بدل می‌کند و در سالا 1969 اختراع شد، از نظریه فتو- الکتریک اینتشتین - برنده جایزه نوبل 1921- الهام گرفته بود.

 کمیته نوبل می گوید: 'این وسیله انقلابی در عکاسی ایجاد کرد، زیرا اکنون می‌شد نور به جای استفاده از  فیلم به صورت الکترونیکی ثبت کرد.'

تکنولوژی CCD همچنین در بسیار وسائل پزشکی مانند آنهایی که برای تصویربرداری از درون بدن به مقاصد تشخیصی یا درمانی به کار می‌روند، مورد استفاده است.

اغلب دوربین‌های دیجیتال امروزی از حسگرهای کارآمدتر CMOS استفاده می‌کنند،‌ گرچه حسگر CCD  هنوز برای عکاسی پیشرفته به کار می‌روند.

این دو برنده جایزه نوبل همه دوران کاری‌ان را در آزمایشگاه‌های بل در نیوجرسی در آمریکا گذراندند.

برندگان جایزه نوبل یک مدال طلا، یک دیپلم افتخار و یک میلیون کرون سوئد (1.42 میلیون دلار)‌دریافت می‌کنند که میان برندگان جایزه تقسیم می‌شود.

تک ‌قطبی مغناطیسی، نویدبخش پایان فیزیک؟

 تاکنون هروقت آهنرباها را به قطعات ریزتر تقسیم می‌کردند، همیشه آهنربایی با دو قطب باقی می‌ماند. اما بالاخره ماده‌ای پیدا شده که خاصیت‌های تک‌قطبی را نشان می‌دهد. آیا فیزیک دوباره به انتهای خود رسیده است؟

یکی از واقعیت‌های فیزیکی ‌این است که هر آهنربایی، هر زمانی که ساخته شده،‌ یک قطب شمال و یک قطب جنوب داشته است. هر وقت پژوهشگران تلاش می‌کردند این دو قطب را از هم جدا کنند، هر تکه خودش به آهنربای تازه‌ای تبدیل می‌شد که دارای هر دو قطب شمال و جنوب بود. اما مدت‌ها است که فیزیک‌دانان در جستجوی دلیل این امر هستند و چندین دهه در تلاش برای رسیدن به آهنربایی هستند که تنها یک قطب داشته باشد، موجودی که تک‌قطبی مغناطیسی نام گرفته است.

جاناتان موریس، از پژوهشگران مرکز مواد و انرژی هلمهولتز در برلین می‌گوید:‌ « مردم مدت‌ها تک‌قطبی‌ها را در پرتوهای کیهانی و ذرات شتاب‌دار جستجو می‌کردند، حتی در سنگ‌های ماه».

به گزارش نیچر، اکنون موریس و سایرین موفق شده‌اند در بلور‌های کوچکی به اندازه سوراخ گوش، قوی‌ترین نشانه‌ای را که تاکنون برای مغناطیس تک‌قطبی دیده شده بیابند. به نظر می‌رسد که وقتی این بلور‌ها تا نزدیکی صفر مطلق سرد می‌شوند، پر از تک نقاط کوچک شمالی و جنوبی می‌شوند. این نقاط کم‌تر از یک نانومتر فاصله دارند و نمی‌توان آن‌ها را مستقیما سنجید. با این وجود، موریس و سایر فیزیکدانان معتقدند به آن چه در جستجویش بودند، رسیده‌اند. آن‌ها این مورد را در دو مقاله در نشریه ساینس منتشر کرده‌اند.

این بلور‌ها از موادی ساخته شده‌اند که به یخ فشرده معروف است،‌ چون اتم‌هایش به صورتی مشابه با اتم‌های یخ چیده شده‌اند. اتم‌های این ماده به صورت خاصی روی چهار راس هرم قرار گرفته‌اند. هر اتم مانند یک تکه مغناطیس کوچک عمل می‌کند و وقتی بلور تا دمای نزدیک به صفر مطلق سرد می‌شود،‌ اتم‌های مغناطیسی به صف در می‌آیند. گاهی سه راس از چهار راس هرم با هم در یک ردیف قرار می‌گیرند و منطقه‌ای با مغناطیس شمالی یا جنوبی به وجود می‌آورند که از مرکز هرم تقویت می‌شود. این تقویت به هیچ جرم فیزیکی وابسته نیست، اما دقیقا به همان نحوی عمل می‌کند که انتظار می‌رود یک تک‌قطبی عمل نماید.

مدرک بی‌چون و چرا؟

کار نظری نشان داده است که تک‌قطبی ها احتمالا وجود دارند و احتمالا به طور غیرمستقیم مورد سنجش قرار گرفته‌اند. اما مقاله‌هایی که این بار در نشریه ساینس به چاپ رسیدند، بیانگر اولین آزمایش‌های مستقیم برای ثبت تاثیر تک‌قطبی‌ها بر یخ فشرده هستند. پژوهشگران از نوترون‌ها برای یافتن اتم‌هایی که در بلور در زنجیره‌های بلند ردیف شده‌اند، استفاده کرده‌اند. این زنجیره‌ها که رشته دیراک نامیده می‌شوند، تک‌قطب‌های شمالی و جنوبی را به هم متصل می‌کنند و مانند وجود تک‌قطبی‌ها، در دهه 1930 / 1310 توسط نظریه‌پرداز انگلیسی و برنده جایزه نوبل فیزیک، پل دیراک،‌ پیش‌بینی شده بودند. سنجش دما که در یکی از این مقالات آمده، بحث تک‌قطبی‌ها را تایید می‌کند.

دو مقاله دیگر که قرار است در آرایکس‌ایو به چاپ برسند، به این شواهد می‌افزایند. اولی حاوی مشاهدات بیشتری است و در دومی، برای رساندن نیروی مغناطیسی هر تک‌قطبی به 4.6x10-13 ژول بر تسلامتر، ‌از فناوری‌های تازه‌ای استفاده شده است. استیو برام‌ول، دانشمند مواد در دانشگاه لندن و از نویسندگان این مقالات، معتقد است جمع شدن همه این شواهد با هم برای مغناطیس‌های تک‌قطبی فوق‌العاده است.

پیتر شیفر، از پژوهشگران دانشگاه ایالت پنسیلوانیا، در این باره می‌گوید: « این نوع اندازه‌گیری‌ها باعث می‌شود که تک‌قطبی‌ها قابل‌توجه‌تر شوند،‌ حداقل در ذهن من این طور است. حتی اگر قرار باشد در جای دیگری مستقیما زیر سوال بروند». مثل هر ذره باردار دیگری، تک‌قطبی‌ها هم جذب مخالف خود می‌شوند و قطب‌های شمالی و جنوبی با فاصله‌ای کم‌تر از یک نانومتر گرد هم می‌آیند. این مسئله باعث می‌شود تفکیک و تشخیص آن‌ها به طور مجزا دشوار باشد. اما،‌ چنان که شیفر می‌گوید:‌ « من خیلی تردید دارم که بگویم غیرممکن است».

برام‌ول اما معتقد است حتی بدون این که یکی از آن‌هارا دیده باشد،‌ مطمئن است که تک‌قطبی‌ها آن‌جا وجود دارند. وی می‌گوید:‌ « فکر نمی‌کنم بعد از این همه مقاله دیگر برای کسی جای چنین سوالی مانده باشد.»

رمز آفرینش هستی

اگر خلقت کیهان آگاهانه و هدفمند است ، آیا خالق پیغامی از خود بجای گذاشته که بواسطه آن بتوان به رمز آفرینش هستی پی برد؟

طی مقاله ای که توسط استفان هسو فیزیکدان دانشگاه اوریگان و آنتونی زی فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا (سانتا باربارا) در مجله اختر فیزیک چاپ شد یک ایده در این مورد مطرح کردند: اخترشناسان می توانند در میان پس زمینه ریز موج کیهانی (cosmic microwave background) که پژواک مهبانگ است بدنبال پیغامی از خالق باشند. این فیزیکدانان می گویند تحقیق ما با طرح این پرسش کاملاً علمی که در واقع اگر پیغامی وجود داشته باشد این پیغام و واسطه آن چیست سعی در پاسخ به آن دارند. هسو و زی می گویند خالق ناحیه انبساط را بگونه ای میزان و تنظیم کرده تا یک پیام دوگانی را در نقاط گرم و سرد پس زمینه ریز موج کیهانی رمزگذاری کند. ناحیه انبساط منطقه ای که مسئول انبساط کیهان اولیه است. این دو دانشمند می گویند که پس زمینه ریز موج مانند "تابلوئی بسیار بزرگ در گستره آسمان است" که برای تمامی تمدنها در تمامی کهکشانها قابل رویت است. به دلیل اینکه مناطق مختلف کیهان آنقدر از هم فاصله دارند که نمی توان تصور کرد ارتباط آنها بطور اتفاقی صورت گرفته بنابراین فقط یک خالق یکتا می تواند پیغامی را در این پس زمینه قرار دهد که برای تمامی تمدنها قابل ردگیری باشد. در نظر گرفتن تعداد محدود نواحی ناهمگن آسمان ، هسو و زی محاسبه می کنند که این پیغام می تواند محتوی 100.000 بیت (bit) اطلاعات باشد. برای مثال یک چنین پیغامی ممکن است قوانین بنیادی فیزیک را آشکار کند. پژوهشهای فعلی مانند کاوشگر ویلکینسان «که دمای پرتو این پس زمینه را با دقت بالائی اندازه می گیرد» تفکیک زاویه ای و حساسیت کافی برای ردگیری نوسانات حرارتی محدودی که این پیغام را رمزگذاری کردند را در اختیار ندارند. اما تجهیزات آینده ممکن است توانائی انجام این کار را داشته باشند. این فیزیکدانها اصرار دارند که دانشمندان داده های بعدی مربوط به پس زمینه ریز موج را برای یافتن الگوهای احتمالی تجزیه و تحلیل کنند. داگلاس اسکات و جیمز زیبین از دانشگاه بریتیش کلمبیا در کانادا طی مقاله ای دیگر که در مجله اختر فیزیک منتشر شد می گویند که هسو و زی مقدار اطلاعات رمزگذاری شده در پس زمینه ریزموج را زیاد بر آورد کردند. هسو در پاسخ می گوید « هر دو گروه قبول دارند که یک پیغام کیهانی در پس زمینه ریز موج رمزگذاری شده است. اما بر سر مقدار حجم این اطلاعات با هم اختلاف نظر دارند.»

دنباله‌دارها مقصر انقراض‌های زمین نیستند

شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان می‌دهد که ستاره‌های دنباله‌دار عامل انقراض‌ها در زمین نیستند

به گزارش بی‌بی‌سی، محققان دانشگاه واشینگتن سیاتل با بهره گیری از شبیه‌سازی مسیر حرکت ستاره‌های دنباله‌دار بلند دوره، احتمال برخورد آن‌ها با زمین را بررسی کردند.

دنباله‌دارهای بلند دوره معمولاً در فواصل دور از زمین اما در بازه‌های زمانی طولانی قابل رویت هستند.

با وجود توافق اکثر دانشمندان در مورد انقراض دایناسورها در 65 میلیون سال پیش توسط یک دنباله دار، تعداد انقراض‌های بوجود آمده به دلیل برخورد این اجسام یخی هنوز مورد بحث است.

ستاره‌های دنباله‌دار از خاک، سنگ، یخ و گازهای منجمد تشکیل شده اند. زمانی که مدار یک دنباله دار آنرا به خورشید نزدیک می‌کند، بخشی از مواد جامد آن تبخیر می‌شود و هاله‌ای نورانی ایجاد می‌کند. این هاله همان دنباله‌ای است که ما می‌بینیم. وجود این هاله یکی از راه‌های تشخیص سیارک از ستاره دنباله‌دار است.

دنباله‌دار هالی، کوتاه دوره است و هر 75 سال از آسمان زمین عبور می‌کند. این نوع دنباله‌دار از منطقه‌ای به نام کمربند کایپر در منظومه شمسی می‌آید.

از طرفی دنباله‌دارهای بلند دوره در منطقه‌ای دوردست‌تر به نام ابر اوورت متولد می‌شوند. ابر اوورت شامل تکه‌های باقی مانده از تشکیل منظومه شمسی در 4.5 بیلیون سال پیش است.

پیشتر تصور می‌شد که بخش بیرونی ابر اوورت منبع ایجاد دنباله‌دارهای بلند دوره است. مدار بلنددوره‌ها تحت تأثیر نیروی گرانش ستاره‌های مجاور، تغییر می‌کند. بازه خاصی از این تغییرات باعث افزایش فراوانی حضور دنباله‌‌دارها در داخل منظومه شمسی می‌شود. این پدیده را اصطلاحاً "بارش دنباله‌دار" می‌نامند.

اما شبیه‌سازی‌های محققان دانشگاه واشینگتون در سیاتل نشان می‌دهد که ابر اوورت می‌تواند محل تولد دنباله‌دارهای بلند دوره‌ای باشد که از مدار زمین عبور می‌کنند.

تعداد اجرام داخل ابر اوورت هنوز مشخص نیست اما با در نظر گرفتن ماکزیمم تعداد، محققان نشان دادند که تنها دو یا سه جرم از این ابر در 500 میلیون سال گذشته از مدار زمین عبور کرده‌اند.

از طرفی ستاره‌های گازی مشتری و زحل از زمین به صورت یک سپر در مقابل دنباله‌دارها محافظت می‌کنند. این فرضیه پیشتر با پدیدار شدن نقاطی تاریک در سطح مشتری قوت گرفت.
البته نمی‌توان ستاره‌های دنباله‌دار را بی‌تقصیر دانست چرا که حداقل یکی از انقراض‌های زمین در 40 میلیون سال پیش به دلیل برخورد بارش‌های دنباله دار بوده‌است. محققان دانشگاه واشینگتن معتقدند که این بزرگترین تأثیر بارش‌ها بر سیاره ما بوده‌است.

نقض قانون ماکس پلانک در فواصل کوتاه

فیزیکدانان MIT با نقض قانون "ماکس پلانک" در مورد فواصل کوتاه نشان دادند که انتقال گرما در فواصل بسیار کوتاه کمتر از 10 نانومتر می تواند هزار برابر شدیدتر از پیش بینی های قانون این دانشمند آلمانی باشد.

 

این محققان در این خصوص اظهار داشتند: "ماکس پلانک بسیار دقیق بود و تائید کرده بود که این تئوری تنها برای سیستمهای بزرگ اعتبار دارد اما نمی دانست که پیش بینی هایش در چه شرایطی قبل بررسی هستند."

براساس گزارش نانو لترز، این پژوهشگران با استفاده از یک سطح فلزی و یک سطح شیشه ای بسیار کوچک و یک میکروسکوپ با نیروی اتمی توانستند تغییرات دمایی را که میان این دو جسم مبادله می شود با دقت بسیار بالایی اندازه گیری کنند.

به این ترتیب دریافتند که در فاصله 10 نانومتر (10 میلیاردیوم متر) انتقال گرمایی می تواند هزار برابر شدیدتر از پیش بینی های قانون پلانک باشد.

به گزارش خبرگزاری مهر، ماکس پلانک فیزیکدان آلمانی در سال 1900 قانون پرتوهای جسم سیاه را ارائه کرد. این قانون روش پراکندگی گرما را در طول موجهای مختلف تابش از یک جسم ایده آل بدون قابلیت انعکاس نشان می دهد. به این جسم ایده آل غیر قابل انعکاس، جسم سیاه گفته می شود.

این قانون بیان می دارد که تابش گرمای مرتبط با طول موجهای مختلف، یک الگوی دقیق دارد که با دمای جسم تغییر می کند.

اکنون دانشمندان موسسه تکنولوژی ماساچوست نشان دادند که این قانون تنها در مورد فواصل دور و در مقیاسهای بزرگ صادق است و در مورد فواصل کوچک نقض می شود.  

۶ حالت ماده

یونانیان باستان ، عالم را متشکل از چهار عنصر آتش ، خاک ، آب و هوا میدانستند. امروزه دانشمندان بکمک این عناصر ، تمام اجزای تشکیل دهنده جهان را آن طور که هست ، توضیح میدهند. آتش بیانگر انرژی بوده و سه عنصر دیگر نشان دهنده سه حالت از ماده جامد ، مایع و گاز میباشند. بر طبق این تقسیم بندی ، مواد جامد دارای شکل و ابعاد مشخصی بوده و همچنین جرم ، حجم و وزن مشخصی دارند .
مایعات و گازها شاره هستند، یعنی جریان مییابند. این اجسام شکل معینی ندارند و شکل ظرفی را که در آن قرار دارند بخود میگیرند، در حالیکه مقدار معینی دارند. مثلا مقدار آب ، دی اکسید کربن ، هوا ، شیر و غیره جرم قابل اندازه گیری و معینی دارند، اما نمیتوانند همانند جامدات با اعمال نیروی پس زنی کشانی ، در مقابل تغییر شکل ، مقاومت کنند .
اشکال ماده به طور کلی عبارتند از : جامد ,مایع ,گاز ,پلاسما و ماده چگال بونز -انیشتین- و حالت تازه کشف شده یعنی ماده چگال فرمیونی  

بقیه در ادامه مطلب

نظریه یوکاوا (Yukawa Theory )

مقاله ای تکمیلی در مورد نظریه یوکاوا .  

دانلود در ادامه مطلب

استفاده از امواج متلاطم نوری در نانواپتیک

محققان موسسه فن‌آوری جورجیا به روشی برای پیش‌بینی رفتار امواج متلاطم نور در طول انتقال حرارتی تابشی نانومقیاس یافتند.

به گزارش سرویس فن‌آوری خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، در مقیاس نانو می‌توان از طریق تابش دادن به فتون‌های نور میان دو صفحه بسیار نزدیک به هم (بعضی وقت‌ها تا 10 نانومتر) انرژی تولید کرد.

این فاصله کمتر از طول موج نور می‌باشد. نور در مقیاس نانو متفاوت از حالت عادی رفتار می‌کند، به نحوی که با گسیختن طول موج نور در این مقیاس، امواج ناپایداری ایجاد می شوند که امواج محوشونده نامیده می‌شوند.

جهت این امواج را نمی‌توان محاسبه کرد، بنابراین محققان با مشکل کنترل این امواج ریز و در عین حال مفید مواجه می‌باشند.

محققان موسسه فناوری جرجیا روشی برای پیش‌بینی رفتار این امواج متلاطم نور در طول انتقال حرارتی تابشی نانومقیاس یافته‌اند که یافته‌های آنها روی جلد مجله Applied Physics Letter شماره 8 اکتبر منتشر شده است.

چون از نظر قوانین فیزیکی جهت این امواج محوشونده به نظر غیر قابل محاسبه می‌آید، این گروه تحقیقاتی به رهبری دکتر ژانگ - استاد مهندسی مکانیک - تصمیم گرفتند به جای جهت امواج، جهت جریان انرژی الکترومغناطیسی را دنبال کنند.

ژانگ می‌گوید: «ما به جای مکانیک کوانتوم، از مکانیک کلاسیک برای توضیح رفتار این امواج استفاده کردیم. ما به جای جهت حرکت واقعی فوتون‌ها، نحوه انتشار انرژی را پیش‌بینی می‌کنیم.»

به گزارش ستاد ویژه توسعه فن‌آوری نانو، چالش موجود این است که الکترودینامیک در مقیاس نانو به نحوی متفاوت عمل می‌کند و این تیم تحقیقاتی باید این تفاوت‌ها را به طور دقیق مشخص کنند.

قانون پلانک که بیش از 100 سال قدمت دارد، در مقیاس نانو نمی‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد، چرا که فضای مابین سطوح کمتر از طول موج نور می‌باشد .

پزشکى هسته اى

نگاهى به مبانى و کاربردها پزشکى هسته اى در ادامه مطلب