مقالات علمی » مجتمع آموزشی غیر انتفاعی فرهنگ

قدرت اعداد (مقاله تحقیقی)

((بنام خدا))
قدرت اعدادونگاهی به کاربرد مفاهیم ساده ی ریاضی در زندگی روزمره
سال ها پیش در یکی از کلاس های ریاضیات مدارس آلمان، آموزگار برای این که مدتی بچه ها را سرگرم کند و به کارش برسد؛ از آن ها خواست تا مجموع اعداد از یک تا صد را حساب کنند. پس از چند دقیقه یکی از شاگردان کلاس گفت: مجموع این اعداد را پیدا کرده و حاصل عدد ۵۰۵۰ می شود. با شنیدن این عدد معلم با حیرت فراوان او را به پای تخته برد تا روش محاسبه خود را توضیح دهد. به نظر شما این شاگرد باهوش که بعدها یکی از بزرگ ترین و معروف ترین ریاضیدانان دنیا شد، چه روشی را به کار بست؟ او اعداد یک تا صد را به ردیف پشت سرهم نوشت، سپس بار دیگر همین اعداد را بالعکس، این بار از صدتا یک، درست در ردیف زیرین اعداد قبلی نوشت. طوری که هر عدد زیر عدد ردیف بالاتر قرار گرفت.وی مشاهده کرد که مجموع هر کدام از ستون های به وجود آمده ۱۰۱ است. سپس نتیجه گرفت که صد تا عدد ۱۰۱ داریم که حاصل مجموع آن ها می شود ۱۰۱۰۰=۱۰۱×۱۰۰. پس از آن تنها کافی بود که این مجموع به دست آمده نصف شود یعنی: 5050=2÷10100.
شاید «کارل فردریک گاوس» شاگرد با ذکاوت کلاس که این روش جالب را به کاربرد، آن هنگام نمی دانست روش بسیار کارا و مفیدی را برای جمع بستن رشته ای از اعداد ارائه داده است که تا سالیان سال مورد استفاده ریاضیدانان خواهد بود.
اکثر مفاهیم ریاضی به قدری با زندگی روزمره ما گره خورده اند که تمام مردم بدون آگاهی داشتن و واقف بودن به آن ها، از کنارش می گذرند و تنها کاربر خوبی هستند و بس!
حتماً تا به حال با این عبارات در رادیو، تلویزیون یا موارد مختلف دیگر برخورد کرده اید: «وزارت آب و یا وزارت نیرو اعلام کرده است که میزان پرداختی قبض ها به صورت تصاعدی بالا می رود و از مصرف کنندگان تقاضا می شود که نهایت صرفه جویی را درمصرف آن داشته باشند.» حتماً در بیشتر موارد نیز از این که هزینه مصرف آب یا برق شما بسیار گران شده است گله مند و شاکی بوده اید و بسیار تعجب کرده و یا شاید هم فکر کرد ه اید که اشتباهی رخ داده است! اما در واقع این چنین نبوده است. بلکه این وزارتخانه ها و جاهای دیگر از این قبیل با به کار بردن یک مفهوم ساده ریاضی که از روابط جالب بین اعداد نشأت می گیرد، تلاش نموده اند با این روش، اندکی از مصرف سرانه انرژی های مفید در کشور بکاهند.
بسیاری از رشته های اعداد در ریاضیات از قاعده و قانون خاصی پیروی می کنند. به عنوان مثال در برخی از رشته ها، هر عدد نسبت به عدد قبلی خود به اندازه ثابتی کاهش یا افزایش می یابد. به این رشته از اعداد تصاعد «عددی» (حسابی) می گویند.
برای مثال در رشته ی اعداد ۱، ۴، ۷، ۱۰، ۱۳ و ... هر عدد نسبت به عدد قبلی خود سه واحد بیشتر است.
حال رشته ای از اعداد را در نظر بگیرید که در آن هر عدد نسبت به عدد قبلی خود به اندازه ی توان هایی از یک عدد ثابت افزایش یا کاهش یافته باشد. به این رشته از اعداد، تصاعد «هندسی» می گویند.
برای مثال رشته ی اعداد ۱، ۲، ۴، ۸، ۱۶ و... را در نظر بگیرید. اگر کمی دقت کنید متوجه می شوید که هر عدد نسبت به عدد قبلی خود، دو برابر شده است. به عبارت دیگر در این رشته از اعداد با توان هایی از عدد ۲ و یا اعداد دیگر مواجه هستیم.
با ما همراه باشید تا مثال جالبی از خاصیت شگفت آور این رشته از اعداد را ببینید.
در گذشته های دور، یکی از پادشاهان هندوستان به ازای یاد دادن سرگرمی خوبی به او، جایزه بزرگی تعیین کرد. می دانید که هندی ها در ابداع و اختراع روابط شگفت انگیز بین اعداد بسیار توانا هستند و مهارت زیادی در این زمینه دارند. روزی یکی از همین دانشمندان متبحر در زمینه اعداد، نزد پادشاه رفت و بازی شطرنج را به او آموخت. کسی چه می داند، شاید بازی شطرنج از همان زمان اختراع شده باشد.این مرد زیرک به ازای سرگرمی خوبی که به پادشاه آموخته بود از وی خواست تا به ازای ۶۴ خانه ی شطرنج به او گندم دهد. بدین ترتیب که از یک دانه ی گندم برای خانه ی اول آغاز کند و به هر خانه ی شطرنج که رسید تعداد دانه های گندم را نسبت به خانه ی قبل دو برابر افزایش دهد. مثلاً برای روزدوم پادشاه می بایست تعداد ۲ دانه ی گندم،برای روز سوم ۴ دانه و برای روز چهارم ۸ دانه ی گندم به مرد فاضل بدهد. مرد خردمند شرط کرد که در صورت عدم توانایی پرداخت این گندم ها، پادشاه می باید تاج و تخت هندوستان را برای همیشه ترک کند. پادشاه نیز با کمال میل پذیرفت و در دل به بی خردی آن ناشناس خندید. مسلماً در روزهای اول مشکلی وجود نداشت. اما مشکل اصلی از آن جا شروع می شد که این اعداد به صورت شگفت آوری بزرگ می شدند. در روز دهم تعداد۵۱۲ دانه ی گندم باید پرداخت می شد که تعداد زیادی نبود. اما روز بیستم تعداد قابل ملاحظه ای شد یعنی ۵۲۴۲۸۸ دانه ی گندم.
فکر می کنید وقتی که به روز آخر یعنی خانه ی شصت و چهارم برسید چه اتفاقی بیفتد. درست حدس زده اید این تعداد گندم با تمام دانه های شن و ماسه ی موجود بر روی زمین برابری می کند! در روزهای آخر این شرط تازه پادشاه هند متوجه شد که چه کلاه بزرگی سرش رفته است اما چاره ای به جز کناره گیری از تاج و تخت نبود!
مثال های بسیاری از این دست موجود است که به قدرت شگرف اعداد و بیشتر از آن به قدرت تفکر انسان هایی که راه سود بردن از آن را بدانند اشاره می کند.

تهیه : محمد مولایی مهر(دبیرریاضی مدرسه راهنمایی غیردولتی فرهنگ)
منبع : اینترنت – گروه آموزشی ریاضی مدارس ایران در قطر

جزئیات

واژه ریاضی (مقاله تحقیقی

( (بنام خدا))
واژه ریاضیات ، به جای واژه یونانی (( ماته ماتیکه (( Mathematike گذاشته شده است که خود از (( ماته ما (( Mathema به معنای (( دانش )) و (( دانایی )) آمده است.اغلب ، واژه ((ریاضیات )) را ، برگرفته از واژه (( ریاضت )) دانسته اند ؛ چرا که (( ریاضت )) تنها به معنای ((پرهیزکاری بدنی )) نیست و (( در خود فرو رفتن(( و (( فهمیدن )) و (( رسیدن به رازها )) را هم می رساند. دیدگاه های دیگری هم وجود دارد. بسیاری از زبانشناسان، با بحث های زبان شناختی نتیجه می گیرند ، (( ماته ما )) همان واژه ایرانی (( مزدا )) است که همان معنای واژه یونانی را دارد : (( دانا )) و (( آگاه )). دیدگاه سوم ، معتقد است که واژه )) ریاضی )) از واژه فارسی (( راز )) به معنای (( اندازه گرفتن )) آمده است. این واژه هنوز در واژه های (( تراز )) و (( ترازو )) با حفظ معنای خود باقی مانده است. در واژه (( ترازو )) ، (( ترا )) به معنای (( از این سو و آن سو )) ، (( راز )) به معنای (( اندازه گیری )) است . پسوند (( او )) در بسیاری جاها در زبان فارسی ،به معنای (( بسیار )) به کار رفته است. به این ترتیب ،((ترازو)) یعنی : ((اندازه گیری و مقایسه بسیار )) . در ضمن ، واژه (( مر )) در زبان فارسی که در واژه های ((شمر )) و (( شمردن )) وجود دارد ، به معنای (( شمردن )) و (( محاسبه کردن (( است.بدین ترتیب ، اینان ، به جای واژه (( ریاضیات )) ، واژه (( رازومَر )) را پیشنهاد می کنند که درست به معنای (( اندازه گرفتن و شمردن )) است و اگر ریاضیات را )) دانش رابطه های کمیتی و شکل های فضایی )) بدانیم ، واژه (( رازومر )) می تواند انتخاب درستی باشد.اگر واژه (( ریاضیات )) را ( که نه در ترکیب زیباست و نه به روشنی معرف یکی از دانش هاست ) ، برگرفته از واژه ((ریاضت )) فرض کنیم ، می تواند اثری منفی در علاقه مندان به این دانش بگذارد؛ زیرا همگان (( ریاضت )) را به معنای (( سختی کشیدن ))، ))در انزوا فرو رفتن )) و (( فشار بیش از اندازه به خود می دانند )) ، که با ماهیت دانش ریاضی سازگاری ندارد. این تعبیر ، شبیه تعبیری است که برخی بر واژه (( جبر((می آورند و آن را به معنای (( زور و فشار )) می دانند ، در حالی که خوارزمی ، واژه )) جبر )) را به معنای ((جبران کردن )) گرفته است؛ چرا که به تعبیر خوارزمی و به زبان امروزی ، می توان عدد منفی را از یک طرف معادله ، به طرف دیگری برابری برد تا مقداری مثبت شود ( یعنی جبران شود ). در مصراع : “که جبر خاطر مسکین بلا بگرداند ” ، واژه (( جبر )) درست به همین معنای (( جبران کردن )) به کار رفته است. جدا از این بحث که (( ماته ما )) از (( مزدا )) گرفته شده است یا ریاضیات از واژه (( راز (( آمده است، به نظر می رسد ، اگر قرار باشد واژه ای فارسی به جای واژه (( ریاضیات (( انتخاب شود ، بهترین پیشنهاد ، همان واژه ((رازومَر ))باشد که هم زیباست و هم از نظر معنا ، با واژه (( ریاضیات )) سازگار است.
تهیه و تنظیم :محمد مولایی مهر (دبیرریاضی مدرسه راهنمایی غیردولتی فرهنگ)
منبع:فرهنگ ریاضیات - اینترنت

جزئیات

انرژي

الفباي فيزيك - انرژي
ذخيره انرژي به شكلهاي مختلف ...
انري ذخيره شده در اجسام را انرژي شيميايي مي نامند. انرژي ذخيره شده در اجسامي كه درارتفاع بالايي قرار دارند ، انرژي گرانشي ناميده مي شود. انرژي ذخيره شده در اجسام كشسان را انرژي كشساني مي نامند.
انرژي پتانسيل
انرژي شيميايي ، گرانشي وكشساني مي توانند توسط اجسام ذخيره شوند، اين انرژيها كه قابليت انجام كار را دارند، انرژي پتانسيل ناميده مي شوند.
انرژي جنبشي
انرژي يك جسم متحرك را انرژي جنبشي مي نامند. انرژيهاي ذخيره شده مي توانند موجب حركت اجسام شوند.
انواع ديگر انرژي
گرما، نور وصوت از انواع ديگر انرژي هستند كه از جايي به جاي ديگر منتقل مي شوند. گرما انرژي را از اجسام گرم به اجسام سرد منتقل مي كند. نور انرژي را از لا مپها يا خورشيد به نقاط دورتر منتقل مي كند. صوت انرژي را از ارتعاشات يك جسم صدادار به نقاط دورتر منتقل مي كند. انرژي الكتريكي نوع ديگري از انرژي است كه مي تواند به راحتي منتقل شود.
تبديلات بيشتر انرژي
انرژي مي تواند به راحتي به نوع ديگر تبديل مي شود. انرژي ذخيره شده مي تواند آزاد شده و به انرژيهايي تبديل شود كه براي ما كار مفيد انجام دهند. در تبديل انرژيها هميشه مقداري انرژي به صورت انرژي گرمايي به هدر مي رود. منشأ انرژي كجاست ؟
1 - منبع انرژي روزانه …
بخش اعظم انرژي روزانة مورد مصرف ما توسط نور خورشيد تأمين مي شود. ‌اين انرژي بايد به انواع ديگري از انرژي تبديل شود تا بتوان از آن استفاده كرد.
فوتوسنتز ــ گياهان سبز انرژي نور خورشيد را جذب كرده و آن را به انرژي شيميايي تبديل مي كنند.
فوتوسل ــ فوتوسل وسيله اي است كه انرژي نوري را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند.
2 - منابع انرژي فسيلي ...
نفت، زغال سنگ و گازهاي طبيعي قسمت عمده اي از انرژي مورد نياز ما را به صورت انرژي شيميايي ذخيره شده تأمين مي كنند.
3 - چند منبع انرژي ديگر ...
مواد راديو اكتيو (پرتوزا) ، به خصوص اورانيوم، منابعي از انرژي هستند كه مي توانند به گرما و الكتريسيته تبديل شوند.
هستة مذاب زمين مقدار زيادي انرژي گرمايي دارد و گاهي گرماي ن به سطح زمين نيز مي رسد.
4 - انرژي حاصل از خورشيد و ماه ... از جزر و مد درياها كه توسط حركت خورشيد و ماه ايجاد مي شوند، مي توان براي چرخاندن توربينها و توليد الكتريسيته استفاده كرد.
پايستگي انرژي (بقاي انرژي ) ماشـين كـوكي كوچـكي را در نـظر بـگيريد كه فنـرش را كوك مـي كنيم و شتاب مي گيـرد. انرژي كشساني فنـر به انرژي جنـبشي و گرمـايي (كه كمي ماشين را گرم مي كند )تبديل مي شود. مجموع انرژي جنبشي و گرمايي ايجاد شده با مقدار انرژي كشساني فنر (كه آزاد مي شود ) برابر است.
يكاي اندازه گيري انواع انرژي ژول (J) است. اگر فنر 20 ژول انرژي كشساني را از دست بدهد، اين 20 ژول انرژي بايد بهصورت گرمايي و جنبشي ظاهر شود. بنابراين انرژي از بين نمي رود بلكه از نوعي به نوع ديگر تبديل مي شود. اين اصل را كه انرژي از بين نمي رود وتوليد نيز نمي شود، بلكه از نوعي به نوع ديگر تبديل مي شود، « اصل بقاي انرژي يا پايستگي انرژي » مي نامند.
انتقال انرژي
كار ...
وقتي جسمي جا به جا مي شود. در اين حالت ، مي گوييم كه كار انجام داده ايم. درحين انجام كار، انرژي منتقل مي شود.
مقدار كار انجام شده را با را بطة زير مي توان بدست آورد :
تغيير مسافت درجهت اعمال نيرو × نيرو = كار انجام شده
غلبه بر نيري گرانش ...
براي انكه جسمي را از روي زمين برداريم بايد كار انجام بدهيم. يعني براي غلبه بر كشش گرانشي بايد نيرويي مصرف كنيم و جسم را بالا ببريم.
توان
يك شخص يا يك موتور قوي مي تواند كار را سريعتر انجام بدهد. توان ( يا قدرت ) به عنوان كار انجام شده در ثانيه تعريف مي شود و مقدار آن را مي توان از معادلة زيرحساب كرد :
P =W/t يا زمان لازم براي انجام كار / كار انجام شده =توان
مثال : اگر شخصي براي بلند كردن يك وزنه ، 800ژول كار را در مدت 10 ثانيه انجام دهد، مي گوييم كه توان بازوهاي او برابر است با : وات 80 = ثانيه / ژول 80 =10 /800 . 0وات به جاي ثانيه / ژول به كار مي رود ).
انرژي نوري
نور حامل انرژي است ...
اجسامي كه از خود نور گسيل ميكنند را اجسام نوراني ( منير) مي نامند. اما اغلب اجسام نوراني نيستند و نمي توانند از خود نور گسيل كنند. اين نوع اجسام ر غير نوراني ( مستنير ) مي نامند. ما اجسام غير نوراني را به دليل بازتابانيدن نور مي توانيم ببينيم.
نوري كه اجسام نورانـي گسيل مـي كنند، با سرعت خيلي زيـادي ( Km/s 300000 ) از آنـها دور مي شـود و انـرژي را مـانند موج الكترومغـناطيسي با خود مـنتقل مي كند. برخي از مواد مي توانند انرژي نوري را به انواع ديگر تبديل كنند. در فيلمهاي عكاسي براي ثبت تصوير از انرژي نوري استفاده مي شود.
ذره بين ...
يك عدسي مي تواند تصويرهاي متفاوتي را تشكيل بدهد. اگر يك عدسي را نزديك چشم خود بگيريد و آن را روي شست خود كانوني كنيد ( تنظيم كنيد )، تصوير شست خود را به صورت مستقيم و بزرگتر خواهيد ديد. اين نوع تصوير را نمي توان بر روي يك پرده نمايش داد وآن را تصوير مجازي مي نامند.
تصاوير در آينه...
اگر در مقـابل يـك آينه بـايستيد وچـشم چپ خـود را ببنديد، خواهيـد ديد كه تصـوير شما چشم راسـت خود را مي بندد. بنـابراين، چـهرهاي كه شمـا از خودتـان در آينه مي بينيد با چـهره اي كه ديـگران از شما مـي بينند ، تفاوت دارد .زيـرا سمـت راست شما در آيـنه، مي شود، مي گويند تصوير در آينه داراي واروني جانبي است.
منبع :www.schoolnet.ir
استفاده از انرژی جنبشی آب جاری جهت تولید برق را نیروی هیدروالکتریک گویند. با ایجاد سد میتوان جریان رودخانه را متوقف نمود. همانطوریکه در تصویر مربوط به سد شاستا (Shasta) در شمال کالیفرنیا ملاحضه می فرمائید ، با ایجاد سد، مخزنی از آب تشکیل می شود. اما سدهای احداثی برروی رودخانه های بزرگتر باعث تشکیل مخزن نمی شود. جهت تولید برق در یک نیروگاه هیدروالکتریکی ، آب رودخانه به داخل آن هدایت می شود. در تصویر ، سد دالاس را مشاهده می کنید که برروی رودخانه کلمبیا، در طول مرز بین ایالت اورگون و واشنگتن ، احداث شده است.
نیروگاههای آبی بزرگترین تولید کنندگان برق در ایالات متحده هستند. این نیروگاهها 10 درصد از کل برق مصرفی این کشور را تأمین می کنند. ساخت نیروگاههای از این نوع در ایالتهای که دارای کوهستانهای مرتفع و رودخانه های زیادی هستند ، می تواند منجر به افزایش تولید برق شود. به عنوان مثال، در حدود 15 درصد از کل برق تولیدی ایالت کالیفرنیا از نیروگاههای هیدروالکتریک تأمین می شود. اما بیشترین تولید برق آبی مربوط به ایالت واشنگتن است. 3 سد از 6 سد اصلی که برروی رودخانه کلمبیا احداث شده اند عبارتند از گراند کولی (Grand coulee) ، چیف جوزف (Chief joseph) و جان دی (John Day) . حدود 87 درصد از کل برق تولیدی ایالت واشنگتن از نیروگاههای هیدروالکتریک تأمین می شود. مقداری از برق تولیدی این نیروگاهها به ایالتهای دیگر نیز ارسال می شود.
سوختهای فسیلی – ذغالسنگ ، نفت و گاز طبیعی
سوختهای فسیلی از کجا بدست می آیند؟
سه نوع سوخت فسیلی اصلی وجود دارد که عبارتند از: ذغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی . هر سه نوع سوخت فوق صدها میلیون سال پیش و قبل از عصر دایناسورها تشکیل شده اند. از این روی نام آنها را سوختهای فسیلی گذاشته اند. سن تشکیل آنها را دورة کربونیفر نام نهاده اند. این دوره بخشی از دوران پالئوزوئیک است . دورة کربونیفر نام خود را از کربن ، که عنصر اصلی ذغال سنگ و سایر سوختهای فسیلی می باشد گرفته است .
دورة کربونیفر 360 – 286 میلیون سال قبل اتفاق افتاده است. در آن زمان، خشکی از مردابهای پر از درختان بزرگ (سرخس و سایر گیاهان برگ دار بزرگ) پوشیده شده بود ، درست مشابه با آنچه که در تصویر بالا مشاهده می کنید. آب و دریاها پر از جلبک (ماده سبز رنگی که روی برکه تشکیل می شود) بود. در حقیقت جلبک مجموعه ای از میلیون ها گیاه کوچک است.
بعضی از معادن ذغالسنگ (کانسار) مربوط به دوران دایناسورهاست . بعنوان مثال لایه های نازک کربن را می توان در اواخر دورة کرتاسه (65 میلیون سال قبل) پیدا نمود. امّا کانسارهای اصلی سوخت های فسیلی مربوط به دورة کربونیفر است.
در زمانهای گذشته، درختان و گیاهان نابود شده و به اعماق مردابها فرو رفتند. به مرور زمان آنها لایه هایی از یک ماده اسفنجی به نام تورب (ذغالسنگ نارس) را تشکیل دادند. این تورب به مدت صدها سال با ماسه ، رس و سایر مواد معدنی پوشیده گردید، که نتیجه آن بوجود آمدن نوعی سنگ بنام سنگ رسوبی بود. با گذشت زمان، سنگهای بیشتری رویهم انباشته شده و در نتیجه وزن بیشتری را روی لایه های زیرین وارد کردند. بدین طریق تورب تحت فشار زیادی قرار گرفته و فشرده تر شد تااینکه آب از آن خارج و سرانجام بعداز میلیونها سال به ذغالسنگ ، نفت و گاز طبیعی تبدیل گردید .
ذغالسنگ :ذغالسنگ ماده ای سخت و سیاهرنگ است. ذغالسنگ از کربن ، ئیدروژن ، اکسیژن ، نیتروژن و مقادیر متغیری سولفور تشکیل شده است. سه نوع اصلی ذغالسنگ عبارتند از : آنتراسیت (ذغالسنگ خشک خالص) ، بیتومین (قیر) و لیگنیت (ذغال قهوه ای رنگ).
سخت ترین نوع ذغالسنگ، آنتراسیت است که دارای کربن بیشتری بوده و درنتیجه دارای انرژی زیادی است. لیگنیت نرم و مقدار کربن آن کم بوده امّا مقدار ئیدروژن و اکسیژن آن زیاد است. خواص بیتومین بین آنتراسیت و لیگنیت قرار دارد. امروزه هنوز می توان تورب را در کشورهای زیادی یافته و از آن بعنوان منشاء انرژی استفاده نمود.
چینی ها اولین انسانهایی بودند که از ذغالسنگ استفاده کردند . معدن ذغالسنگ فوشان در شمال شرقی کشور چین قدمّتی در حدود سیصد سال دارد. چینی ها معتقد بودند که ذغال ، سنگی است که
می تواند بسوزد. ذغالسنگ در بیشتر 48 ایالت آمریکا و در سایر نقاط جهان یافت می شود. استخراج ذغالسنگ به روشهای مختلفی صورت می گیرد. استخراج بعضی از معادن ذغالسنگ از طریق حفر چاه های عمودی و افقی عمیق و فرستادن معدن چیان به اعماق زمین با آسانسور یا ترن انجام می شود. روش دیگری که مورد استفاده قرار می گیرد ، روش استخراج روباز است. در این روش به کمک بیل های مکانیکی بزرگ لایه های فوقانی روی ذغالسنگ را برداشته و بعداز خارج نمودن ذغالسنگ مجدداً آنها را به جایاولیه اشان باز می گردانند.
سپس ذغالسنگ توسط ترن ، کشتی و حتّی خطوط لوله به مناطق مورد نظر حمل می شود. برای حمل از طریق لوله ، ابتدا باید ذغالسنگ خرد و سپس با آب ترکیب شده تا محلولی آبکی (دوغ آب) ساخته شود. سپس این محلول از طریق خطوط لوله کیلومترها پمپاژ می گردد. در طرف دیگر، از این ذغال بعنوان سوخت نیروگاهها و سایر کارخانجات استفاده می شود.
نفت
نفت نیز یک سوخت فسیلی بوده و پیش از سیصد میلیون سال قبل تشکیل شده است. بعضی از دانشمندان براین باورند که دیاتومهای کوچک و ریز، منشاء نفت هستند. دیاتومها، موجودات دریایی به اندازة یک سر سوزن می باشند. آنها نیز مانند گیاهان، نور خورشید را به انرژی ذخیره شده تبدیل می نمایند. دیاتومها بعد از مرگ در کف دریا قرار گرفته و زیر رسوبات و سایر سنگها مدفون شدند. سنگها باعث فشار برروی دیاتومها شده و درنتیجه انرژی ذخیره شده آنها نتوانست خارج شود. سرانجام، کربن تحت فشار و حرارت به نفت تبدیل گردید. به هنگام تغییر ، حرکت و چین خوردگی پوسته زمین ، مخازنی که در آن می توانست نفت و گاز طبیعی یافت شود ، تشکیل گردید.
بیش از پنج تا شش هزار سال است که از نفت استفاده می شود. سومری ها ، آشوری ها و بابلیهای قدیم از نفت خام و آسفالت (قیر) ، که از طریق تراوشات وسیع در منطقه ای به نام توتل یا هیت واقع در رودخانة فرات جمع می شده ، استفاده می کرده اند.
در واقع مکان نشت ، محلی برروی زمین است که در آنجا نفت از زیرزمین به بیرون تراوش می نماید. مصریان قدیم از نفت مایع بعنوان دارو جهت التیام زخمهایشان ، و روشن کردن چراغهای فانوسی استفاده می کردند.
محلی به نام دریای مرده، واقع در نزدیکی اسرائیل کنونی، به آسفالت دریاچه ای معروف است. از آنجایی که در این محّل توده های نفت چسبناک ناشی ازتراوشات زیر آبی در سواحل دریاچه تجمع یافته اند ، از این رو نام کلمة آسفالت از این محل گرفته شده است.
در شمال آمریکا ، آمریکایی های بومی از پتو برای جمع آوری نفت از سطح نهرها و دریاها استفاده می کردند. آنها از نفت بعنوان دارو و آب بندی قایق ها بهره می بردند. در خلال جنگهای داخلی ، آمریکائیهای بومی به سربازان جرج وانشگتن آموختند که چگونه از نفت برای درمان سرمازدگی استفاده کنند. بارشد و پیشرفت آمریکا ، تقاضا برای نفت بعنوان سوخت چراغهای فانوسی روبه فزونی گذاشت. به دلیل قیمت بالای روغن نهنگ ، استفاده از روغن نفت در چراغهای فانوسی مرسوم گردید. در این دوران، قسمت اعظم روغن نفت از طریق تقطیر ذغالسنگ بصورت مایع یا از سطح دریاچه ها تأمین می شد.
سپس در بیست و هفتم آگوست سال 1859 ، شخصی بنام ادوین دریک روغن مایع را از چاهی در نزدیک محلّی بنام تیتوسویل (Titusville) در پنسیلوانیا استخراج کرد. او نفت را در زیرزمین یافته و آن را به بیرون پمپاژ نمود. سپس نفت پمپاژ شده از چاه بداخل بشکه های چوبی ریخته شد.
امروزه ، هنوز در سرتاسر جهان از این نوع روش حفاری برای استخراج نفت از زیرزمین استفاده می شود. نفت و گاز طبیعی در زیرزمین بین چین خوردگی لایه ها و سنگهای متخلخل (پوک) یافت می شود. چین خوردگی سنگها ناشی از حرکت و تغییر مکان لایه های زمین است. این چین خوردگی ها دقیقاً مشابه با برآمدگیهایی است که هنگام پهن کردن فرش برروی کف اطاق بوجود می آید.
شرکت های نفتی جهت اکتشاف نفت و گاز طبیعی ، چاههای عمیقی را حفر می کنند. سپس آنها از طریق دکل حفاری به بیرون پمپاژ شده (رجوع به شکل) و سرانجام از طریق خطوط لوله یا کشتی به محلهای مورد نظر حمل می شوند.
نفت در هجده بخش از پنجاه و هشت بخش ایالت کالیفرنیا یافت می شود. بخش کرن (Kern) ، که در آن میدان نفتی بیکر (Baker) قرار دارد ، یکی از بزرگترین تولید کنندگان نفت در آمریکاست. امّا صرفاً نیمی از نفت مورد نیاز این کشور از چاههای کالیفرنیا تأمین می گردد. بقیه نفت مورد نیاز از ایالت آلاسکا و تا حدود زیادی از طریق کشورهای دیگر تأمین می شود. بیش از 50 درصد از نفت مورد نیاز ایالات متحده از کشورهای خارجی بویژه خاورمیانه تهیه می گردد. نفت توسط کشتی های نفت کش بزرگ به کالیفرنیا آورده می شود. نفت یا نفت خام باید قبل از استفاده پالایش شده تا محصولات قابل استفاده ای از آن بدست آید.
پالایشگاه ها
نفت در مخازن بزرگی ذخیره شده و سپس جهت استفاده به مکانهای مختلف فرستاده می شود. در پالایشگاههای نفت ، با حرارت دادن نفت خام می توان محصولات مختلفی بدست آورد.
محصولات مختلف نفت عبارتند از کود برای مزارع ، لباس ، مسواک ، بطری پلاستیکی ، خودکار پلاستیکی . به غیراز این موارد ، هزاران محصول دیگر نیز از نفت بدست می آید. تقریباً کلیه اجناس پلاستیکی جزو محصولات نفتی هستند. آیا می توانید محصولات نفتی دیگری را نیز نام ببرید ؟
این محصولات شامل بنزین ، سوخت دیزل ، سوخت هواپیما ، نفت جهت گرم نمودن خانه ، نفت کشتی ها و سوخت نیروگاههای برق است. در تصویر محصولاتی را که می توان از یک بشکه نفت خام بدست آورد ، نشان داده شده است. 74 درصد از نفت تولیدی ایالت کالیفرنیا برای سوخت ماشینها ، هواپیماها، کامیونها ، اتوبوسها و موتورسیکلتها استفاده می شود.
در فصل 18 در رابطه با انرژی حمل و نقل بیشتر صحبت خواهیم کرد.
گاز طبیعی
اولین اکتشافات گاز طبیعی 2000 تا 6000 سال قبل در ایران انجام گردید. خیلی از نویسندگان قدیمی مطالبی را درباره تراوش گاز طبیعی در خاورمیانه بویژه منطقه باکو (آذربایجان) نوشته اند. تراوشات گازی ای که احتمالاً اولین بار توسط رعد و برق روشن شد ، آتشهای دائمی ای را بوجود آورد که توسط آتش پرستان ایران باستان مورد پرستش قرار می گرفتند.
گاز طبیعی سبکتر از هوا می باشد. قسمت اعظم گاز طبیعی از گاز متان ساخته شده است. متان ترکیب شیمیایی ساده ای است که از اتمهای کربن و هیدروژن تشکیل می گردد. فرمول شیمیایی آن CH4 است (یک اتم کربن همراه با 4 اتم هیدروژن). این گاز بسیار قابل اشتعال است. معمولاً گاز طبیعی نزدیک مخازن نفت در زیرزمین یافت می شود. آنرا از زیرزمین پمپاژ و از طریق خطوط لوله به مخازن منتقل
می کنند. در فصل بعد شبکه خط لولة انتقال نفت مورد بررسی قرار خواهد گرفت. گاز طبیعی معمولاً بو نداشته و نمی توان آنرا دید. قبل از اینکه گاز طبیعی را به خطوط لوله و مخازن بفرستند ، آنرا با ماده شیمیایی ترکیب کرده که به آن بوی تندی میدهد. بوی آن تقریباً شبیه تخم مرغ فاسد است. اگر گاز مقداری نشت داشته باشد ، می توان براحتی بوی آن را استشمام نمود.
هشدار ! ایمنی در برابر خطرات ناشی از انرژی
اگر در خانه خود بوی تخم مرغ فاسدی را استشمام نمودید ، اطرافین را خبر نموده و سریعاً از خانه خارج شوید. هیچ چراغی یا وسیله برقی دیگری را روشن نکنید. صرفاً یک جرقه کلید برق می تواند براحتی گاز را مشتعل کند. به خانه همسایه بروید و برای کمک اضطراری با شماره 1-1-9 تماس بگیرید.
صرفه جویی در مصرف سوختهای فسیلی
میلیونها سال طول می کشد تا سوختهای فسیلی تشکیل شوند. ما از سوختهایی استفاده می کنیم که 300 میلیون سال پیش و قبل از عصر دایناسورها بوجود آمده اند. اگر روزی این سوختها به اتمام برسد ، دیگر نمی توان کاری کرد.
بنابراین بهتر است سوختهای فسیلی را به هدر ندهیم. آنها تجدید پذیر نیستند و نمی توانند مجدداً ساخته شوند. از این رو، با صرفه جوئی در انرژی می توانیم از سوختهای فسیلی برای مدت بیشتری استفاده کنیم.
http://www.ngdir.ir/SiteLinks/Kids/html/energy-mafahim_8_sukhthaye%20fosili.htm
تهيه وتنظيم : مهندس حبيب رضاپور ( مدرس حرفه وفن مدرسه غيردولتي فرهنگ)

جزئیات

نانوتكنولوژي

مقاله اي ازآقاي رضا حسين پور دانشجوي كارشناسي ارشد ادبيات (دبيرادبيات مدرسه راهنمايي غيردولتي فرهنگ)
"بسم اللّه الرّحمن الرّحیم"
نانو یعنی چه؟
پیش از این چیزهای بسیار کوچک رابا سرسوزن مقایسه می کردندامّا بایدبدانید نانو خیلی کوچک تر از این چیزهاست.
نانو یک واحد اندازه گیری است مانند سانتی متر ومیلی متر.هرمیلی متر،یک میلیون نانو متر است.اگرتو بتوانی خودت رایک میلیاردبرابر کوچک ترکنی تبدیل به یک نانو انسان می شوی.وقتی از نانو صحبت می کنیم منظورمان در این اندازه هاست.اگر این اندازه بشوی دیگر نمی توان باچشم تو رادید بلکه بارای دیدنت میکروسکپ های قوی اتمی لازم است.
کاربرد های نانو:
دانش نانو یکی از تازه ترین وسودمند ترین دانش هایی است که بشر به آن دست یافته است.با استفاده از این دانش می توان با آب وکود کمتر،محصولات کشاورزی بیشتر ومفیدتری به دست آورد.نی توان سوخت هایی تولید کردکه کمتر محیط راآلوده کنند.می توان وسایل محکم تر ومقاوم تری ساخت که دیرتر از بین بروند.می توان وضعیّت بهداشت رابهتر کردوبیماری ها را زودتر درمان نمود.این ها بخشی از فایده های نانو است.
نانو شیشه:
هربار که باران می بارد یاگردوخاک روی شیشه ها می نشیند،زحمت مازیاد می شود.نانو شیشه هایی درست کرده که خیلی دیر کثیف می شوند.جالب آن که پنجره های نانویی نسبت به نور وگرما حسّاس هستند.
نانوکپسول:
کسانی که قند خونشان بالاست باید انسولین مصرف کنند.گاهی پس از مصرف این دارو،قند خون یکباره کاهش می یابدوبیمار دچارضعف وسرگیجه می شود.دانشمندان باکمک فن آوری نانو،راه حلّی برای این مشکل پیداکرده اند.آن هاکپسول هایی ساخته اند که مقدار قندخون رااندازه می گیردوبراساس نیاز بیمار دارو را به تدریج وارد خون می کند.
نانو درکشاورزی:
با فن آوری نانو انواع حس گرها رامیسازند.این حس گرها کاربرد های گوناگونی دارند.مثلا می توانیم آن رادرجاهای مختلف مزرعه کاربگذاریم.این حس گرها،مقدارآب وغذای موجود درخاک را اندازه می گیرندوسپی این اطّلاعات را به ما اعلام می کنند.فکرکنید با این کار چه قدر درمصرف آب وکود صرفه جویی می شود.علاوه بر این با فن آوری نانو می توانیم سمومی بسازیم که به خوبی با آفت های کشاورزی مبارزه می کند وعجیب این که به محیط زیست آسیب نمی رساند.

محافظت بیش تر ازموادّغذایی:
تولیدکنندگان موادّغذایی دوست دارندمحصولشان دیرتر خراب شودوبا کیفیّت مناسب تری به دست
مصرف کنندگان برسد.آن ها باکیسه های نانویی می توانند مدّت زیادتری گوشت ها،سبزی ها،میوه هاودیگرموادّغذایی را تازه وسالم نگه دارند.این کیسه های نایلونی نمی گذارندهوای بیرون به مواد برسدوآن رافاسدکند.
تصفیه ی آب وهوا:
یکی دیگر از خدمات نانو به بشر،تصفیه ی آب وهواست.به کمک نانو می توان گاز های خطرناک هوارا به گازهای بی ضرر تبدیل کرد.این کار نسبت به بعضی روش های دیگر کم هزینه تر است.ذرّات گردوغبار نمی توانند به سطح چتری بچسبند که با دانش نانوساخته شده است به همین دلیل با قطره های آب به راحتی ازسطح جسم رانده می شوند.
نانوجوراب:
بوی بد جوراب هاهمیشه آزاردهنده است.نانو به ماکمک کرده است جوراب هایی بسازیم که بوی بد نمی گیرندیا خیلی کم بو می گیرند.این جوراب ها باکتری هایی را که بوی بد می گیرند از بین می برند.همچنین باکمک نانو،پارچه هایی ساخته شده که چروک نمی شوندوضدّعرق وضدّچروک هستند.
آیا شما موارد دیگری از کاربرد های این دانش بشری را می دانید؟

جزئیات

باز درباره نانو

فناوری نانو
فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانوفناوری فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی - عمدتا متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک - از خود نشان می دهند. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون فیزیک کاربردی، مهندسی مواد، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود. نانوفناوری می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.
فهرست مندرجات
نهفتن
• ۱ اصول بنیادی
• ۲ کاربردها
• ۳ جستارهای وابسته
• ۴ منابعی برای مطالعهٔ بیشتر
• ۵ منابع
• ۶ پیوند به بیرون

اصول بنیادی
یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازهٔ ۱۲ تا ۱۵ نانومتر به کار می‌رود؛ همچنین طول یک جفتِ دی‌ان‌آ نزدیک به ۲ نانومتر است. و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری سلول‌دار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم... یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.

شاخه‌های اصلی می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:
• نانو روکش‌ها
• نانو مواد
• نانو لوله‌ها(نانو تیوب‌ها)
• نانو کامپوزیت‌ها
• مهندسی مولکولی
• موتورهای مولکولی(نانو ماشین‌ها)
• نانو الکترونیک
• نانو سیم‌ها
• DNA نانوسیم ها
• نانو حسگرها
• نانو ترانزیستورها
• ﺳﺮاﻣﻴﻜﻲ
کاربردها
فناوری نانو کاربردهای گسترده‌ای در دانش‌های گوناگون دارد که از موردهای مهم آن می‌توان به کاربردهایش در پزشکی برای ساخت داروهای بدون اثرهای جانبی اشاره کرد که تنها بر یک بافت ویژه تأثیر می‌گذارند.
مثلا :
استفاده از نانوتکنولوژی، در درمان بیماری‌های قلبی ـ عروقی
مطالعات آزمایشگاهی نشان می‌دهد، استفاده از فناوری نانو، می‌تواند در درمان بیماری‌های قلبی ـ عروقی موثر باشد.
به گزارش سرویس علمی پژوهشی ایسکانیوز، به نقل از biomacromolecules، دانشمندان دانشگاه Rutgers اعلام کردند، استفاده از نوعی مولکول‌های مهندسی شده در مقیاس نانو، موسوم به مسدود کننده‌های چربی نانو، می‌تواند در درمان بیماران مبتلا به کلسترول، موثر باشد. تا پیش از این برای از بین بردن، کلسترول بد خون از داروی استاتین استفاده می‌شد. در حالی که هم اکنون محققان معتقدند استفاده از این نانو مولکول‌ها می‌تواند ذخیره چربی اضافی در بدن و بالاخص رگ‌های خونی را تا 75 درصد کاهش دهد.
تهيه كننده : مهندس حبيب رضاپور

جزئیات

همه چيزدرباره نانو

همه چيز درباره نانو تكنولوژي
در دو دهه اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي احساس اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست 9- 10متر . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هاي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است . تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن دانه هاي بزرگتر پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ((Sub-Atomic)) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد .

درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است . مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است .

اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار شركتهاي تحقيقاتي قرار دارد .

در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، ما هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنيم و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن بسازيم كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهي بيابيم . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند .

براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد .

با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary )) است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .

هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .

اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه نواده هاي دوردست ما بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.

به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

اكنون جا دارد همگام با تحولات جديد در مهندسي و علوم ، دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي بطور جدي به پژوهشهاي تكنولوژي مادون ريز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانيم مرزهاي دانش روز را به نسلهاي آينده تحويل دهيم و در تشكلهاي جديد هستي سهمي داشته باشيم . باشد هرچه زودتر به خود آييم و عمق شكوهمند و معجزه آساي انديشه بشررا دريابيم و از كوتاه بيني و افكار فرسوده موروثي فاصله بگيريم . گفته شيخ اجل سعدي در آينده مصداق واقعي تري خواهد داشت :

چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :

اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

• نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .

• نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

• تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

• كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .

• نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند .

• انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك اوليگو نوكلئو اسيد و يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند
تهيه وتنظيم : مهندس حبيب رضاپور

جزئیات