میدان الکتریکی

برای تعریف میدان الکتریکی در یک نقطه معین از فضا ، یک بار الکتریکی مثبت به اندازه واحد در آن نقطه قرار داده ، سپس مقدار نیروی الکتریکی وارد بر این واحد بار را به عنوان شدت میدان الکتریکی تعریف می‌کنند. بار مثبت را نیز به عنوان بار آزمون تعریف می‌کنند. به بیان دقیقتر می‌توان میدان الکتریکی را به صورت حد نسبت نیروی الکتریکی وارد بر یک بار آزمون بر اندازه بار آزمون ، زمانی که مقدار بار آزمون به سمت صفر میل می‌کند، تعریف کرد.

تولید الکتریسیته

اولین فرایند در ارائه الکتریسیته به مصرف کننده هاست. سه فرایند دیگر انتقال توان الکتریکی، توزیع الکتریسیته و فروش الکتریسیته است.

اهمیت تولید الکتریسیته، انتقال و توزیع آن زمانی کشف شد که معلوم شد الکتریسیته برای تهیه گرما، روشنایی و توان مورد نیاز برای دیگر فعالیت های انسانی، مفید است. تولید الکتریسیته غیر متمرکز نیز زمانی ممکن شد که کارشناسان فهمیدند خطوط برق جریان متناوب می توانند الکتریسیته را با قیمت ارزان در طول فواصل بلند و توسط بهره برداری از مزیت قابلیت تبدیل ولتاژ با استفاده از ترانسفورماتورهای توان، انتقال دهند.

برای مدت 120 سال، الکتریسیته از منابع مختلف انرژی پتانسیل و به منظور فراهم آوردن انرژی فن آوری های بشر، تولید می شده است. اولین نیروگاه برق توسط چوب راه اندازی شد، در حالی که امروزه نیروگاه ها با نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ، سیستم برق آبی و انرژی هسته ای و به میزان کمی با هیدروژن، انرژی خورشیدی، کنترل جزر و مد و ژنراتورهای بادی کار می کنند. تولید و توزیع الکتریسیته اغلب در دستان بخش خصوصی یا دولتی که خدمات رفاهی عمومی را در اختیار دارند، بوده است. در سالهای اخیر برخی دولت ها به عنوان بخشی از حرکتی برای اعمال فشار بازار به حقوق انحصاری، شروع به خصوصی سازی یا شرکتی کردن این خدمات رفاهی کرده اند. بازار الکتریسیته نیوزیلند مثالی از این نوع است.

تقاضای الکتریسیته را می توان به دو صورت ارضاء کرد. روش اول که تا کنون برای خدمات رفاهی به کار می رفته است، ساختن پروژه های بزرگ تولید و ارسال الکتریسیته لازم به اقتصادهای سوختی در حال رشد، است. بسیاری از این پروژه ها دارای تاثیرات زیست محیطی نامطلوب نظیر آلودگی هوا یا آلودگی تشعشعی و آب گرفتگی بخش وسیعی از زمین، هستند.

تولید پراکنده به عنوان روش جدیدی (روش دوم) برای برطرف کردن تقاضای الکتریکی، در نزدیکی مصرف کننده ها شناخته شده است. پروژه های کوچک تر پراکنده دارای خصوصیات زیر هستند:

ـ حفاظت در برابر خاموشی های برق ناشی از متوقف کردن نیروگاه های غیر متمرکز یا خطوط انتقال به منظور تعمیر، فریب بازار یا توقفهای اضطراری.

ـ کاهش آلودگی.

ـ اجازه دادن به بازیگران کوچک تر برای ورود به بازارهای انرژی.

روش های تولید الکتریسیته

روش های تبدیل توان های دیگر به توان الکتریکی

توربین های دوار که به ژنراتورهای الکتریکی متصل شده اند، اکثر الکتریسیته تجاری موجود را تولید می کنند. توربین ها عموماً توسط بخار، آب، باد یا دیگر مایعات به عنوان یک واسطه حامل انرژی، گردانده می شوند. پیل های سوختی که برای تولید الکتریسیته از مواد شیمیایی مختلفی استفاده می کنند، توسط برخی از مردم مناسب ترین منبع برق برای بلند مدت شناخته می شوند، خصوصاً اگر بتوان از هیدروژن به عنوان ماده تغذیه در این پیل ها استفاده کرد. اما به هرحال هیدروژن معمولاً تنها یک حامل انرژی است و بایستی توسط منابع توان دیگری ایجاد شود.

ژنراتورهای کوچک قابل حمل نیز عموماً توسط موتورهای دیزل کار می کنند که خصوصاً در کشتی ها، مکان های مسکونی دور افتاده و برق اضطراری استفاده می شوند.

منابع انرژی اولیه، بکار رفته در تولید انرژی الکتریکی

جهان امروز برای تولید انرژی بر زغال سنگ و گاز طبیعی تکیه می کند. هزینه های بالای مورد نیاز برای انرژی هسته ای و ترس از خطرات این انرژی، از دهه 1970م جلوی تاسیس نیروگاه های جدید هسته ای را در آمریکای شمالی گرفته است.

توربین های بخار را می توان توسط بخارهای ناشی از منابع زمین گرمایی، انرژی خورشیدی، مایعات، سوخت های فسیلی گازی و جامد، به راه انداخت. راکتورهای هسته ای از انرژی ناشی از شکافت اورانیوم یا پلوتونیوم رادیواکتیو برای تولید آزمایش‌های مربوط به گرما استفاده می کنند. این راکتورها اغلب از دو مدار بخار اولیه و ثانویه تشکیل شده تا یک لایه حفاظتی اضافی را بین محل قرار گرفتن سوخت هسته ای و اتاق ژنراتور قرار دهد.

نیروگاه های برق آبی از آبی که مستقیماً از توربین ها عبور می کند، برای راه اندازی ژنراتورها استفاده می کنند.

کنترل جزر و مد از نیروی ماه بر روی بدنه آب دریاها برای گرداندن یک توربین استفاده می کنند.
ژنراتورهای بادی از باد برای گرداندن توربین هایی که با یک ژنراتور مرتبط اند، استفاده می کنند.
نیروگاه برق آبی ذخیره شده با پمپ برای هم سطح کردن تقاضاها روی یک شبکه برق به کار می رود.

تولید الکتریسیته توسط هم جوشی آزمایش‌های مربوط به گرما هسته ای به عنوان راه حلی ممکن برای تولید الکتریسیته پیشنهاد شده است. در حال حاضر برخی موانع فنی و مسایل زیست محیطی در مسیر این راه وجود دارد که اگر برطرف شوند هم جوشی، یک منبع انرژی الکتریکی نسبتاً تمیز و بی خطر را تامین خواهد کرد. پیش بینی می شود که یک راکتور آزمایشی بزرگ «ITER) در سال 2005-2006 شروع به کار کند.

بهبود کارایی

نیروگاه های تولید مختلط «برق و گرمای ترکیب شده)، با استفاده از برق خورشیدی، سوخت های فسیلی، گازهای سنتزی، تراکم زیست یا زیست گاز به عنوان یک منبع سوختی، تولید الکتریسیته و آزمایش‌های مربوط به گرما را انجام می دهند. این نیروگاه ها می توانند به کارایی به میزان 80 درصد برسند اما انتظار می رود بسیاری از این نیروگاه ها که امروزه ساخته می شوند تنها به کارایی معادل حداکثر 55 درصد برسند. بخار گرم شده یک توربین را می گرداند و سپس گرمای اضافی برای گرم کردن فضاهای داخل ساختمان ها، فرآیندهای صنعتی یا گرم کردن گلخانه ها بکار می رود. تمامی مردم می توانند از گرمای توزیع شده از طریق یک طرح گرمایی منطقه ای بهره ببرند.

توانایی دستیابی به تولید سه گانه با استفاده از سوخت های فسیلی یا انرژی خورشیدی برای تولید گرما، الکتریسیته و سرمایش تبخیری نیز وجود دارد. این نیروگاه های ترکیبی بهترین نسبت تبدیل انرژی را بعد از نیروگاه های برق آبی دارند.

آرایه های کوچک فتو ولتایی، آسیاب های بادی و دوچرخه های مرتبط با یک توربین، همگی می توانند برای تولید الکتریسیته قابل حمل بکار برد.

اصلاحات الکتریکی در سرتاسر جهان در حال جدا کردن تولید الکتریسیته از مبانی کنترل شده حق انحصار انتقال و توزیع الکتریسیته است، بازار الکتریسیته را مشاهده کنید.

ابر رایانه چیست؟

ابر رایانه، رایانه‌ایست که به لحاظ سرعت محاسباتی جزو قدرتمندترین ماشین‌های زمان خود باشد.

عرضه کامپیوتر

بقیه در ادامه...

تبدیل نور خورشید به برق توسط ذرات نانو

الکترونهای موجود در ذرات نانوی فلزات نجیب بی وقفه با فرکانس نور با هم نوسان میکنند. محققین دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد نشان دادند که این پدیده میتواند در ساخت سلولهای خورشیدی بهتر و ارزانتر مورد استفاده قرار گیرد.

سلولهای خورشیدی مولد برق یکی از پر طرفدار ترین جایگزینها به منظور فراهم آوردن سیستم انرژی با ماندگاری طولانیست ، با این وجود تاکنون سلولهای خورشیدی نتوانسته اند از نظر اقتصادی با سوختهای فسیلی رقابت کنند. محققین هم اکنون در حال بررسی این مسئله هستند که چگونه نانو تکنولوژی میتواند در پایین آوردن هزینه ها کمک نماید.

سلولهای خورشیدی از لایه هایی ساخته میشوند که میتواند نور خورشید را جذب کند و آنرا به جریان الکتریسیته تبدیل کند. اگر قابلیت جذب نور خورشید توسط سلولهای خورشیدی بهینه گردد، سلولهای با ضخامت کمتر میتوانند الکتریسیته بیشتر و همچنین ارزانتری را نسبت به سلولهای امروزی تولید نمایند.

یکی از راههای افزایش قابلیت جذب مواد جذب کننده نور در سلول خورشیدی ، استفاده از ذرات نانوی فلزات نجیب است. کارل هاگلاند از دانشگاه چالمرز در پایان نامه دکترای خود که به تازگی به اتمام رسانده به چگونگی این مطلب پرداخته است.

ذرات مذکور خصوصیات ویژه نوری دارند که علت آن الکترونهای آنهاست که با هم به جلو و عقب با بسامدی برابر بسامد نور ، یعنی رنگ نور، نوسان میکنند. این ذرات همانند یک آنتن کوچک نور را میگیرند و با نوسانات خود انرژی را به صورت الکتریسیته منتقل میکنند. این نوسانات ، پلاسمونها ، در بسامد های رزونانس پلاسمون معین بسیار قوی هستند ، که این نوسانات ، خود تحت تاثیر شکل و اندازه ذرات و نیز ذرات مجاور آنهاست.

 کارل هاگلاند در این باره میگوید : " آنچه ما انجام دادیم این است که با استفاده از نانو تکنولوژی این ذرات را تولید نماییم و بنابر این توانستیم خصوصیات این ذرات را مشخص و بررسی کنیم که چگونه میتوانند جذب نور رنگهای مختلف را افزایش دهند."

در ساخت سلولهای خورشیدی ، چالش عمده ، تبدیل با بازده انرژی جذب شده در نوسان الکترون به انرژی الکتریسیته میباشد.

معرفی سازمان ناسا همراه با تصاویری از ابررایانه های این سازمان

ناسا عهده دار و مجری طرحهای ملی ایالات متحده در زمینه برنامه‌های فضایی است. همچنین ناسا مسئول مدیریت و اجرای پژوهش‌های تجاری و نظامی در زمینهٔ هوافضا است. این سازمان در ۲۹ ژوئیه ۱۹۵۸ تأسیس شده و بودجه آن در سال مالی ۲۰۰۷ برابر ۱۶ میلیارد دلار است

اسا فرزند مسابقه فضایی

ابر رایانه کلمبیا متعلق به ناسا

پس از آنکه شوروی با پرتاب اسپوتنیک، اولین ماهواره فضایی جهان، آغازگر عصر فضا شد، دوایت آیزنهاور رییس جمهور وقت ایالات متحده با ادغام شرکتها و سازمان‌های فعال در زمینه هوا و فضا فرمان تأسیس ناسا را صادر نمود.

پرواز به ماه

نوشتار اصلی: پروژه جمینای

نوشتار اصلی: پروژه آپولو

پیشرفت شوروی در مسابقه فضایی و فرستادن اولین فضانورد جهان «یوری گاگارین» به مدار زمین در دهه‌های ۵۰ و ۶۰ میلادی، دولت وقت آمریکا وادار به سرمایه گذاریهای کلان در امور فضایی کرد. جان اف کندی رئیس جمهور فقید آمریکا در سال ۱۹۶۱ برنامه بلندپروازانه دولت را برای فرستادن فضانورد به ماه اعلام کرد. پس از ۸ سال کوشش، هزینه کردن ۱۱ میلیارد دلار و کشته شدن ۳ فضانورد در آزمایش آپولو ۱، بالاخره طبق ادعای ناسا سفینه ماه پیمای آپولو ۱۱ در سال ۱۹۶۹ بر سطح ماه فرود آمد و نیل آرمسترانگ اولین انسانی شد که بر سطح ماه قدم گذاشت. پس از آن ۶ ماموریت دیگر آپولو ۱۲ تا آپولو ۱۷ به ماه سفر کردند که همه آنها به جز آپولو ۱۳ ماموریتهایشان را طبق برنامه قبلی به انجام رساندند.

همکاری آمریکا و شوروی در پروژه آپولو-سایوز

مهندسین کنترل پرواز در سال ۱۹۶۹

پرواز بعدی فضاپیمای آپولو نه برای ماه، بلکه برای آغاز اولین همکاری فضایی آمریکا و شوروی در پروژه آزمایشی آپولو-سایوز بود. در این پرواز، سفینه آمریکایی آپولو ۱۸ در مدار زمین به فضاپیمای روسی سایوز-۱۹ ملحق شد و سرنشینان دو فضاپیما اولین همکاری فضایی را به نام خود به ثبت رساندند. پس از این عملیات، تا سال ۱۹۸۱ و آغاز عصر شاتل، ناسا پرتاب فضانوردان به فضا را متوقف کرد.

شاتل فضایی

دوره با اهمیت بعدی در فعالیتهای فضایی ناسا از سال ۱۹۸۱ با پرتاب اولین شاتل فضایی آغاز شد. شاتل فضاپیمایی است که برای حمل بار و ۷ فضانورد به فضا طراحی شده‌است. مهم‌ترین تفاوت شاتل با سفینه‌های پیشین قابلیت استفاده مجدد از این فضاپیما است. فضاپیمای شاتل سوار بر موشک به فضا پرتاب می‌شود اما هنگام بازگشت به زمین مانند گلایدر در باند فرودگاه فرود می‌آید. تا کنون ۶ فروند فضاپیمای شاتل ساخته شده که اولین آن یعنی اینترپرایز صرفاً برای آزمایش در جو زمین ساخته شد و هم اکنون در بخش جدیدالتأسیس موزه هوافضای واشینگتن با نام اودوار هازی (Udvar Hazy) در معرض دید عموم قرار دارد. ۵ شاتل دیگر جمعا اقدام به ۱۲۰ پرواز به فضا کردند که ۱۱۸ مورد از آن با موفقیت انجام شده‌است.

تراژدی‌های شاتل

از ۵ فروند شاتل عملیاتی ناسا، شاتل چلنجر در سال ۱۹۸۶ فقط ۷۳ ثانیه پس از پرتاب به خاطر نقص فنی منفجر شد و تمامی ۷ فضانورد آن از جمله یک معلم کشته شدند. مجدداً در سال ۲۰۰۳ میلادی، شاتل کلمبیا هنگام بازگشت به زمین به خاطر آسیب دیدگی یکی از بالها منفجر شد و تمامی ۷ فضانورد آن کشته شدند. پس از این ۲ سانحه، ناسا اعلام کرد که فضاپیماهای شاتل را در سال ۲۰۱۰ بازنشست خواهد کرد.

ایستگاه بین‌المللی فضایی

نوشتار اصلی: ایستگاه بین‌المللی فضایی

اولین ایستگاه فضایی آمریکاییان اسکای لب نام داشت که در سال ۱۹۷۹ در آب‌های اقیانوس هند سقوط کرد.

درحال حاضر بزرگ‌ترین پروژه فعال ناسا کار بر روی ایستگاه فضایی بین‌المللی است. این ایستگاه بطور مشترک توسط سازمان فضایی اروپا، سازمان فضایی روسیه، ناسا، آژانس تحقیقات فضایی و هوافضای ژاپن، آژانس فضایی کانادا و آژانس فضایی برزیل ساخته می‌شود. پیش از بازنشست شدن فضاپیماهای شاتل در ۲۰۱۰، مهم‌ترین ماموریت آنها رساندن قطعات و تجهیزات لازم برای گسترش ایستگاه فضایی بین‌المللی است.

مریخ نوردهای ناسا

درسال ۲۰۰۴، دو مریخ نورد ناسا در سطح سیاره مریخ فرودآمدند. طراحی سیستم نقلیه این خودروها به گونه‌ای است که در در سطح شنی، سنگلاخی و ناصاف امکان حرکت و مانور آنها وجود دارد. این مریخ نوردها با استفاده از دوربین‌ها و آلات و ادوات دقیقی که به همراه دارند از سال ۲۰۰۴ به کاوش و تحقیق در سطح سیاره سرخ مشغول هستند. این ۲ مریخ نورد در اصل برای ماموریتی چندماهه طراحی شده بودند اما هنوز پس از گذشت چندین سال به کار خود ادامه می‌دهند.

ناسا، سازمان فضایی روسیه، سازمان فضایی اروپا و سازمان فضایی چین امروزه به‌دنبال بازگشت و تأسیس پایگاه بر روی کره ماه می‌باشند.[۳]

مراکز فنی، پشتیبانی، و پژوهشی

مرکز پژوهشی ایمز ناسا

آزمایشگاه پیشرانه جت

مرکز پرواز فضایی گادرد

مرکز فضایی جانسون

پایگاه فضایی کندی

نگارخانه

فضانوردان ناسا هنگام تعمیر تلسکوپ هابل.      

خانم پاملا ملروی، فرمانده یکی از ماموریتهای فضاپیمای دیسکاوری.[۴]       

ایستگاه بین‌المللی فضایی      

آزمایشات نهایی بر روی مریخ نورد

تصاویر مربوط به بخش ابر رایانه ناسا