• مقالات آموزشی

قانون ژول

قانون ژول

قانون ژول چیست ؟


مقدار گرمایی که در اثر عبور جریان الکتریکی در یک رسانا آزاد می‌شود (Q)، با مقاومت الکتریکی رسانا (R) مجذور جریان (I) و مدت زمان عبور جریان (t) متناسب است. این قانون را که به قانون ژول معروف است می‌توان به صورت که در آن Q برحسب ژول ، R برحسب اهم ، I برحسب آمپر و t برحسب ثانیه اندازه گیری می‌شود، بیان کرد.

اطلاعات اولیه


در زندگی روزانه خود بسیاری از وسایل الکتریکی را ملاحظه می‌کنیم که در اثر عبور جریان الکتریکی گرم می‌شوند. از این نمونه می‌توان به انواع لامپهای نورانی ، انواع بخاری برقی و هیتر اشاه کرد. زمانی که از یک جسم رسانا جریان الکتریکی عبور می‌کند، این جسم بسته به نوع ماده تشکیل دهنده آن در مقابل عبور جریان از خود مقاومت نشان می‌دهد که این مقاومت را اصطلاحا مقاومت الکتریکی می‌گویند. این امر سبب گرم شدن آن می‌شود. جسم رسانا هر قدر هم که رسانای خوبی باشد، دارای اندکی مقاومت الکتریکی است.
آزمایش قانون ژول
اندازه گیری‌هایی را که به قانون ژول منجر شدند می‌توان با قرار دادن رسانایی با مقاومت معلوم R داخل یک گرماسنج و گذراندن جریان I به مدت معلوم t انجام داد. مقدار گرمای ایجاد شده Q را می‌توان از روابط مربوط به گرماسنجی معین کرد. با تکرار آزمایش با مقادیر مختلف R و I و t بستگی Q به R و t و I بدست می‌آید. با استفاده از قانون اهم ، می‌توان I را برحسب ولتاژ دو سر رسانا و مقاومت R بدست آورد. بنابراین اگر اختلاف پتانسیل دو سر رسانا را با V نشان دهیم، در این صورت قانون ژول به صورت در می‌آید.

به این ترتیب می‌توان به جای یک رسانا از چند رسانا که بطور موازی به هم بسته شده‌اند، استفاده کرد. در اتصال موازی رساناها ، جریان در رساناها متفاوت است، ولی ولتاژ دو سر آنها مقدار یکسانی خواهد بود و بر عکس اگر رساناها را بطور سری به هم وصل کنیم، جریان رساناها یکسان بوده و در عوض ولتاژ دو سر آنها متفاوت خواهد بود.
قانون ژول و کار
جریانی که از یک مدار می‌گذرد، می‌تواند اثرهای گوناگونی ایجاد کند. علاوه بر گرم کردن رساناها، این جریان می‌تواند تبدیلهای شیمیایی یا جابجایی عقربه مغناطیسی را باعث شود. در این مورد جریان الکتریکی ، کار انجام می‌دهد. در آزمایشهایی که توسط ژول و لنز انجام شد، جریان از رساناهای ساکن می‌گذشت. به این دلیل ، تنها نتیجه عبور جریان گرم کردن این رساناها بود. بنا بر قانون بقای انرژی ، تمام کار انجام شده توسط جریان به گرما تبدیل می‌شد.

می‌توان کار انجام شده توسط نیروهای الکتریکی را موقع گذشتن جریان از رسانا به آسانی محاسبه کرد. اگر اختلاف پتانسیل دو انتهای رسانا را با U نشان دهیم، کار انجام شده برای انتقال واحد بار از داخل رسانا از نظر عددی با U برابر است. در صورتی که مقدار بار الکتریکی ، q برابر شود، کار انجام شده نیز q مرتبه بزرگتر می‌شود. اگر بر اثر عبور جریان I در مدت زمان t ، بار q انتقال یافته باشد () در آن صورت کار انجام شده برابر خواهد بود. بنابراین نتیجه می‌گیریم که اگر جسم رسانا ساکن باشد، در این صورت کار انجام شده توسط جریان کاملا به گرما تبدیل می‌شود.
بیان قانون ژول برحسب توان الکتریکی
اگر کار انجام شده توسط جریان را در فاصله زمانی معین بدانیم، می‌توانیم توان جریان را محاسبه کنیم. توان در حالت کلی به صورت کار انجام شده در واحد زمان تعریف می‌شود. بنابراین اگر توان الکتریکی را با P نشان دهیم، چون کار انجام شده توسط جریان در جسم رسانای ساکن کلا به گرما تبدیل می‌شود، لذا توان الکتریکی جریان مستقیم در هر رسانایی با حاصل‌ضرب ولتاژ (اختلاف پتانسیل) دو سر رسانا در جریان الکتریکیی که از آن عبور می‌کند، برابر است.

قانون اهم

قانون اهم چیست

قانون اهم چیست

قانون اهم که به نام کاشف آن جرج اهم نام گذاری شده است، بیان می دارد که نسبت اختلاف پتانسیل (یا افت ولتاژ) بین دو سر یک هادی (و مقاومت) به جریان عبور کننده از آن به شرطی که دما ثابت بماند، مقدار ثابتی است:

V \over I} = R}

که در آن V ولتاژ و I جریان است. این معادله منجر به یک ثابت نسبی R می شود که مقاومت الکتریکی آن وسیله نامیده می شود. این قانون تنها برای مقاومتهایی صادق است که مقاومت شان به ولتاژ اعمالی دو سرشان وابسته نباشد که به این مقاومت ها مقاومت های اهمی یا ایده آل یا وسیله های اهمی گفته می شود.
خوشبختانه شرایطی که در آن قانون اهم صادق است، بسیار عمومی است.( قانون اهم هیچگاه برای ابزارهای دنیای واقعی کاملا دقیق نیست چرا که هیچ ابزار واقعی وجود ندارد که یک ابزار اهمی باشد).

ادامه مطلب

سلسیوس (سانتیگراد) و فارنهایت

سلسیوس (سانتیگراد) و فارنهایت مقیاس و واحد اندازه گیری درجه حرارت می باشند. آنها مقادیر نسبی برای نقاط انجماد و نقطه جوش هستند و مهم است که توجه داشته باشید که معیار اصلی نقاط انجماد و جوش آب است . این مقیاس ها در بسیاری از شرایط مفید بوده و سراسر جهان استفاده می شوند. به تفاوت های این دو مفهوم توجه نمایید

سلسیوس (سانتیگراد)
مقیاس سلسیوس ، نام خود را از یک ستاره شناس سوئدی به نام آندرس سلسیوس که کشفیات و مشاهدات خود را درباره دو درجه مندرج بر روی دماسنج در سال ۱۷۴۲ به دنیای علم معرفی نمود. در ابتدا این مقیاس سانتیگراد نامیده شد اما بدلیل برخی از مسائل ، نام ان به طور رسمی با نام سلسیوس با نماد ° C به تصویب رسید. بسیاری از کشورها به دلیل سهولت استفاده این مقیاس را به عنوان مقیاس اصلی واستاندارد اندازه گیری دما بکار می برند.

فارنهایت
مقیاس فارنهایت، توسط دانیل گابریل فارنهایت فیزیکدان آلمانی در سال ۱۷۲۴ پیشنهاد شد. این مقیاس ابتدا برای مقاصد اقلیمی، صنعتی و پزشکی و عمدتا در غرب در دهه ۱۹۶۰ استفاده می شد. اما کم کم مقیاس رایج در اکثر کشورها سلسیوس شد. هنوز در میان کشورهای دیگر مانند ایالات متحده از فارنهایت استفاده می شود.با اتخاذ این سیستم در واقع خوانش منفی درجه حرارت به حداقل می رسد.

تفاوت بین سلسیوس و فارنهایت


تفاوت اصلی بین مقیاسهای درجه حرارت در ارزش نسبی نقاط انجماد و جوش نهفته است. در مقیاس سلسیوس نقطه جوش آب C° 100 و نقطه انجماد آن C ° 0 است. در مقیاس فارنهایت، نقطه جوش آب در ۲۱۲ درجه F و نقطه انجمادش در ، در ۳۲ درجه F می باشد. هر چند به نظر می رسد که درک مقیاس سلسیوس نسبت به فارنهایت آسان تر است اما در مقیاس سلسیوس تعداد نقاط کمتری بین نقطه انجماد وجوش قرار دارد و این به این معنی است که تغییرات واقعی دما می تواند بیشتر باشد. این باعث می شود اعشار یا کسر در مقیاس سلسیوس بسیار مهم باشد.

یکی دیگر از تفاوت های این دو مقیاس این است که مقیاس فارنهایت در سیستم امپریال اندازه گیری استفاده می شود در حالی که مقیاس سلسیوس در سیستم متریک اندازه گیری می گردد.
این واقعا مهم نیست که چه مقیاسی برای اندازه گیری استفاده شود، چرا که می توان آن را به معادل مربوط به فارنهایت یا سلسیوس تبدیل کرد،و همان دما را به دست آورد.بنابراین، برای تبدیل سلسیوس به فارنهایت، عدد خوانده شده را در ۹/۵ ضرب کرده وبا ۳۲ جمع می کنیم.برای تبدیل فارنهایت به سانتیگراد،از عدد خوانده شده ۳۲ را کم کرده وحاصل را در ۵/۹ ضرب می کنیم.
سانتیگراد و فارنهایت هر دو مقیاس و واحد اندازه گیری دما هستند.
سانتیگراد برای نخستین بار توسط یک ستاره شناس سوئدی به نام آندرس سلسیوس در سال ۱۷۴۲ معرفی شد. این واحد برای اولین بار با نام سانتیگراد نامگذاری شد اما پس از ۲۰۰ سال و پس از حل و فصل ابهامات به وجود آمده نام سلسیوس به تصویب رسید.
فارنهایت توسط فیزیکدان آلمانی،دانیل گابریل فارنهایت در سال ۱۷۲۴ معرفی شد.
در مقیاس سلسیوس نقطه جوش آب C° صد و نقطه انجماد آن C ° صفر است. در مقیاس فارنهایت، نقطه جوش آب در ۲۱۲ درجه F و نقطه انجمادش در ، در ۳۲ درجه F می باشد.
سانتیگراد در سیستم اندازه گیری متریک مورد استفاده قرار می گیرد. فارنهایت در سیستم اندازه گیری امپریال استفاده می شود

تبدیل درجه فارنهایت به سانتیگراد(وبالعکس)

از این روش ساده برای تبدیل این دو درجه به هم را ذکر می کنیم .
توجه داشته باشید نام دیگر درجه سانتی گراد ،درجه سلسیوس است.

تبدیل سانتیگراد به فارنهایت :
1) ابتدا عدد درجه سانتی گراد را در 1.8 ضرب می کنیم .
2) حاصل را با 32 جمع می کنیم .
3) عدد بدست آمده عدد درجه فارنهایت است

فرمول ریاضی :

32+ (1.8*سانتی گراد )=فارنهایت

مثال: 300 درجه سانتی گراد چند درجه فارنهایت است؟

1) 540=1.8* 300
2) 572=540+32
3) 300 درجه سانتی گراد 572 درجه فارنهایت است .

تبدیل فارنهایت به سانتی گراد:

1) ابتدا عدد درجه فارنهایت را منهای 32 می کنیم.
2)عدد حاصل را بر 1.8 تقسیم می کنیم .
3)عدد بدست آمده درجه بر حسب سانتی گراد است.

فرمول ریاضی :
1.8/(32 - فارنهایت)=سانتی گراد

مثال: 572 درجه فارنهایت چند درجه سانتی گراد است؟
1) 540=572-32
2) 300 =540/1.8
3) 572 درجه فارنهایت 300 درجه سانتی گراد است.

انواع استیل

 انواع استیل

استیل چیست 

.استیل نوعی آلیاژ است که پایه آن آهن وکمتر از2 درصد کربن دارد را استیل یا فولاد زنگ نزن میگویند 

دسته بندی فولاد 

  فولاد آلیاژی : این نوع با افزودن برخی عناصر به آهن تولید میشوند و انواع مختلفی دارند مانند :اضافه کردن کروم به آهن استیل زنگ نزن یا استینلس استیل بدست می آید

فولاد کربنی : دراین فولاد از آلیاژهای ساده استفاده شده مانند : سیلسیم - منگنز - گوگرد و فسفر

 

چرا استینلس استیل زنگ نمیزند ؟

ترکیب حداقل 10 درصد کروم باعث میشود که کروم با اکسیژن هوا اکسید کروم تشکیل دهد این ترکیب باعث لایه روی استیل میشود که ارتباط بین فلز و هوا را از بین رفته و استیل سالم می ماند

هر چقدر مقدار کروم بشتر باشد این مقاومت بیشتر می باشد . و همچنین میتوان از عناصری همچون مولیبدن و نیکل نیز استفاده شود

 استیل 304 با 316 چه تفاوتی دارد

در استیل 304 18 درصد کروم و 8 درصد نیکل بکار رفته ولی در استیل 316 16 درصد کروم 10 درصد نیکل و 2 درصد مولیبدن بکار رفته است. مولیبدن برای مقاومت بیشتر برای خوردگی مثل آب دریا اضافه میگردد

استینلس استیل در چه دمایی کاربرد دارد

در دمای 1200 درجه سانتیگراد  و در دمای منفی 200 درجه سانتیگراد مقاوم هستند

انواع استینلس استیل

:سری 300 غیر مغناطیسی یا استیل نگیر

 استیل 304 : معمولی ترین نوع آن است که  درصد 18 کروم و 8 درصد نیکل دارد

استیل 316 : در صنایع غذایی و پزشکی رایج تر می باشد که به علاوه کروم و نیکل آلیاژ مولیبدن نیز دارا می باشد 

استیل :321

سری 400 مغناطیسی یا استیل بگیر :

 استیل 410 : مقاوم در مقابل سایش ولی در مقابل خوردگی مقاومت کمتری دارد

استیل 420 : قابلیت پولیشی خوب دارد و صنایع مثل کارد و چنگال کاربرد دارد 

استیل 430 : مقاوم در مقابل خوردگی و در درجه حرارتی پایین کاربرد دارد و شکل پذیری بالایی دارد

خواص مهم استینلس استیل ها :

  • مقاوم در مقابل حرارت
  • مقاوم در مقابل سایش و خوردگی
  • عمر طولانی
  • قابل بازیافت
  • شکل پذیری بالا

ترانسمیتر دما و فشار

 

ترانسمیتر های دما و فشار

 Temperature & Pressure Transmitter

ترانسمیتر از ترکیب دو واژه TRANSFER+METER گرفته شده است.یعنی تجهیزی که بتواند یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری کرده(METERING)وآن را به مکانی دورتر مثل اتاق کنترل انتقال(TRANSFER) دهد.می تواند نیوماتیکی و یا الکترونیکی باشد. در هر دو مورد،سیگنال ارسالی استاندارد بوده و برای تجهیزاتی که در LOOP کنترل قرار دارند قابل فهم می باشد.در نوع الکترونیکی جریان 20-4 میلی امپر و در نوع نیوماتیکی فشار هوای 15-3 (PSI)یا (bar)از سوی TRANSMITTER به کنترلرهای الکترونیکی و نیوماتیکی ارسال می شود.
 

در واحد هاي صنعتي بزرگ كه عمليات توليد در محوطه ي گسترده اي انجام مي گيرد ادوات و دستگاه هاي كنترل و اندازه گيري بطور متمركز در محلي به نام اتاق فرمان يا مركز كنترل قرار دارند. بطوري كه امكان اندازه گيري و كنترل كلي متغيير ها در سراسر كارخانه و محوطه آن توسط اپرا تور در هر لحظه فراهم آيد.در چنين مواردي لازم است كه سيگنال ها و فرمان ها از محوطه به اطاق كنترل و بر عكس منتقل شوند براي اين منظور از دستگاه هايي بنام ترانسميتر ها استفاده مي شود.

 

ترانسميترها روي لوله ها و مخازن در سراسر محوطه در نقاط اندازه گيري نصب مي شوند. بطور كلي ترانسميتر ها از سه قسمت اصلي حس كننده، مبدل(ترانسديوسر) و تقويت كننده تشكيل مي شود.

ترانسميتر ها در انواع الكتريكي و نيوماتيكي ساخته مي شوند.

خروجي ترانسميتر هاي الكتريكي بين ۴ تا ۲۰ ميلي آمپر و ترانسميتر هاي نيوماتيكي بين ۳ تا ۱۵ psi بر حسب تغييرات كميت ورودي مي تواند تغيير كند. (PSI=POUND-SQUARE INCH )

لازم به ذكر است قسمت هاي مبدل و تقويت كننده براي انواع ترانسميتر ها يكسان بوده و فقط قسمت حس كننده براي كميت هاي مختلف متفاوت مي باشد.مثلاً در مورد ترانسميتر درجه حرارت قسمت حس كننده به درجه حرارت و درمورد ترانسميتر هاي فشار قسمت حس كننده به درجه فشار حساس خواهند بود.

براي مدرج كردن و يا كاليبره كردن ترانسميتر ها طبق دستور سازنده با دادن ورودي هاي معين و معلوم خروجي را تنظيم مي كنيم.

مثلاً اگر ورودي صفر باشد خروجي ترانسميتر نيوماتيكي بايد ۳ پی اس ای

باشد و اگر ورودي حداكثر باشد خروجي بايد ۱۵ را نشان دهد.

Temperature Transmitter

ترانسمیتر دما

ترانسميترهاي دما میتوانند در چندين مدل ساده و قابل كاليبره ارائه شوند. اين ترانسميترهاي قابليت تشخيص انواع سنسور دما نظير انواع ترموكوپل و RTD ( ترمورزيستنس يا PT100 ) را دارند.

ترانسمترهاي مطرح شده در مدلهاي ريلي و مدلهاي مخصوص هد (head) ترموكوپل و PT100 ميباشند .

Pressure Transmitter

ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار می تواند فشار نقطه مورد نظر را اندازه گیری کرده و متناسب با آن سیگنال 4 -20 MA   را ارسال نماید .

در بعضی از مدل ها٬ سنسور آنها شامل یک کپسول حاوی سلیکون می باشد که به طرفین آن دو فشار متفاوت اعمال می شود که بر اساس اختلاف این دو فشار، سنسور میلی ولتی را تو لید می کند که توسط مدار الکترونیکی تبدیل به جریان می شود و به خروجی ارسال می شود.

اغلب برای اندازه گیری فشار یک سمت کپسول به هوای آزاد راه دارد و سمت دیگر به نقطه اندازه گیری فشار متصل است .

رنج اندازه گیری دستگاه قابل تغییر می باشد و واحد اندازه گیری نیز می تواند به دلخواه تنظیم شود . این دستگاه میتواند برای اندازه گیری جریان (FLOW) نیز بکار رود.به این ترتیب که با قرار دادن یک ORIFICE  بین یک فلنج وگرفتن یک خروجی از ناحیه پر فشار و کم فشار ، به ترتیب قبل و بعد از ORIFICE   و اعمال آن به دو طرف کپسول سنسور،می توانیم جریان را اندازه گیری نماییم.

 

  • 1
  • 2