عصر الكترونيك

چرا به الكترونيك نياز داريم ؟

عصري را كه در آن زندگي مي كنيم ، اغلب " عصراتم " مي نامند . شايد اين نام ، نام مناسبي براي عصر ما باشد . ولي پژوهش درباره ي نيروي اتمي و كاربرد آن ، بدون علم الكترونيك قابل تصور نيست . اغلب نوآوريهاي فني اين قرن ، متكي به ابداعات و اختراعات الكترونيكي است . به اين جهت ، بسيار درست تر است كه عصر حاضر را " عصر الكترونيك " بناميم ، زيرا الكترونيك با تمام تاثيرات و پيامدهاي خود ، نقش بسيار تعيين كننده اي در جهان دارد .

يك هواپيماي جت مسافربري با بيش از 300 مسافر در حال فرود آمدن است . مه بسيار غليظي فرودگاه را فرا گرفته است . خلباني كه هواپيماي بسيار بزرگ را روي باند فرودگاه مي نشاند ، فقط مي تواند چند متر جلوتر از خود را ببيند . با اين حال ، نيروهايي نامرئي به هواپيماي بزرگ كمك مي كنند تا با ايمني و اطمينان كامل روي باند فرود آيد . زيرا در برج كنترل فرودگاه ، چشماني مراقب و هوشيار ، هواپيما را روي صفحه ي رادار ، تعقيب مي كنند . از آنجا به كمك ارتباطات راديويي ، خلبان را دقيقا براي فرود هواپيما هدايت مي كنند . خلبان نيز نگاهش را بر صفحه ي رادار مي دوزد. باند فرودگاه روي اين صفحه به صورت دو رديف نقطه ي روشن ديده مي شود . رادار ، دستگاه مكالمه ي راديويي و سيستمهاي كنترل فرود ، از جمله اختراعات الكترونيكي مهم و با ارزش اند .

به هنگام پخش مسابقه ي فوتبال ، دوربين تلويزيون ، توپ فوتبال را كه در جهات مختلف ميدان پرتاب مي شود ، تعقيب مي كند . در تصاوير نزديك و بزرگ ، بازيگري را مي بينيم كه در همان لحظه حمله ي خطرناكي را به سوي دروازه ي حريف آغاز مي كند . صداي برخورد پاي او به توپ و صداي فريادهاي هيجان انگيز تماشاچياني كه او را تشويق مي كنند ، مي شنويم . درحالي كه ئر خانه و جلو صفحه ي تلويزيون خود نشسته ايم و تصوير و صداي مسابقه ي فوتبال به طور الكترونيكي به منزلمان منتقل مي شود . بي شك ، اختراع راديو و تلويزيون بدون علم الكترونيك امكان پذير نبود .

هنگام نقد كردن چك در باجه ي بانك نيز دوباره به وسايل الكترونيكي برمي خوريم . اين دستگاهها چك را مي خوانند ، در كسري از ثانيه ، مبلغ آن را با موجودي حسابمان مقايسه مي كنند و مشخص مي كنند كه چك قابل پرداخت است يا نه . گذشته از اين ، كامپيوترها قلب

الكترونيكي سيستمهاي كنترل و هدايت ترافيك ، رزرو بليت خطوط هوايي ، سيستمها ( سازواره ها ) ي هدايت و كنترل كارخانه هاي بزرگ و مراكز اداره ها و نمايندگيهايند . همه ي اينها تنها نمونه هاي اندكي از كاربرد وسيع علم اكترونيك است .

آشكار است كه علم الكترونيك در زمينه ي ايجاد سرگرمي _ به ويژه براي نوجوانان _ نقش بسيار مهمي را بازي مي كند و اثر بسيار مجذوب كنننده اي دارد . اشتغال به علم الكترونيك بسيار جالب و رشته هاي مربوط به آن فوق العاده فراوان است .

كار با وسايل الكترونيكي ، دامنه ي وسيعي دارد و از سرگرميهاي فني كوچك با كيتهاي آزمايشي ساده ي الكترونيكي گرفته تا ساخت ارگهاي الكترونيكي يا برنامه ريزي و كار با كامپيوترهاي خانگي را شامل مي شود ؛ كامپيوترهايي كه پيش بيني مي شود در آينده جهش بزرگي را در علم الكترونيك به وجود آورند .

بدون شك ، تصور اينكه " اگر ناگهان تمام تاسيسات و وسايل الكتريكي و الكترونيكي از كار بيفتند ، جهان چگونه خواهد شد " بسيار نااميد كننده است . بي اغراق ، مي توان پنداشت كه آن گاه نه تنها اقتصاد ، بلكه همه ي محيط زيست ما نابود خواهد شد . جهان امروز نمي تواند بدون الكترونيك دوام يابد . الكترونيك در همه جا حاضر است ، در عبور و مرور ، كار ، لوازم خانگي ، علم و امور پزشكي ، ورزش ، ارتباطات و در وقت آزاد .

از الكترون تا الكترونيك

براي درك مفهوم الكترونيك ، لازم است ابتدا نكاتي را درباره ي الكتريسيته بدانيم . اين دو واژه با يكديگر ارتباطي تنگاتنگ دارند و الكترونها در مفهوم هر دو ، نقش اصلي را بازي مي كنند . به اين جهت ، نخست به بررسي الكترونها مي پردازيم .

اتم چيست ؟

تمام مواد جهان از ذرات بسيار ريزي تشكيل شده اند كه آنها را " اتم " مي نامند . كاغذي كه اين حروف روي آن چاپ شده است ، هوايي كه تنفس مي كنيم ، آبي كه مي نوشيم ، و حتي بدن خود ما _ پوستمان ، استخوانمان ، ماهيچه هايمان و موهايمان _ همگي از اتم ساخته شده اند . اتم بسيار كوچكتر از آن است كه بتوان آن را ديد . ديدن آن حتي با قويترين ميكروسكوپها هم ممكن نيست . ما نمي توانيم با هيچ يك از حواس پنجگانه خود ، اتم را حس كنيم . با وجود اين  ، دانشمندان دانش زيادي درباره ي اتم كسب كرده اند . آنها اتم را چنين توصيف مي كنند : اتم يك ذره ي مركزي و دروني به نام هسته ، و ذرات كوچك ديگري به نام الكترون دارد كه با سرعت سرسام آوري به دور هسته مي چرخند . مسير چرخش الكترونها به دور هسته را مدار مي گويند .

در عناصري كه تعداد زيادي الكترون دارند ، الكترونها در لايه هاي گوناگوني به دور هسته مي چرخند . هسته ي اتمك به طور عمده از دو نوع ذره به نام پروتون و نوترون تشكيل شده است . هرچه ذرات كوچك هسته بيشتر باشد ، اتم سنگين تر است .

سبكترين اتم ، يعني اتم هيدروژن ، تنها يك پروتون دارد كه فقط يك الكترون در مداري به دور آن مي چرخد . هر يك از انواع اتمها را مي توان به كمك تعداد ذره هايشان از يكديگر تشخيص داد . ماده اي را كه فقط از يك نوع اتم ساخته شده باشد ، عنصر مي نامند .

الكترون چيست ؟

دانشمندان دريافته اند كه الكترونها همواره بار الكتريكي منفي دارند ، و پروتونها همواره بار الكتريكي مثبت .

در مدلهاي اتمي ، اغلب بار منفي الكترونها را با علامت (-) و بار مثبت پروتونها را با علامت به علاوه (+) نشان مي دهند . نوترونها برخلاف دو ذره ي ديگر ، بار الكتريكي ندارند و به اين دليل ، از نظر الكتريكي خنثي به شمار مي آيند .

معمولا هر اتم دقيقا به تعداد پروتونهايش ، الكترون دارد . از اين رو ، بارهاي الكتريكي مثبت و منفي هر اتم مساوي است . در چنين صورتي ، بارهاي الكتريكي مثبت و منفي ، يكديگر را خنثي مي كنند . به اين دليل ، اتمي كه داراي تعداد مساوي پروتون و الكترون باشد ، از نظر بار الكتريكي خنثي است . رفتار چنين اتمي در واكنشها چنان است كه گويي نه بار الكتريكي مثبت دارد و نه بار الكتريكي منفي .

بار الكتريكي چيست ؟

برخي از عناصر ، در اثر عواملي از قبيل مالش و گرما به سادگي از آخرين مدار خود يك يا چند الكترون از دست مي دهند . هر گاه اتمي ، الكترون از دست دهد ، بار مثبت آن نسبت به بار منفي زيادتر مي شود ؛ چون تعداد پروتونهاي آن بيشتر از تعداد الكترونهايش است . در اين حالت مي گويند ، اتم بار مثبت دارد . برعكس ، عناصري هستند كه الكترون جذب مي كنند . هرگاه اين اتفاق بيفتد ، بار الكتريكي منفي اتم نسبت به بار مثبت آن بيشتر مي شود . در اين حالت مي گويند اتم بار منفي دارد .[1]

حتما ديده ايد كه هنگام شانه زدن يا برس كشيدن ، موها جذب شانه يا برس مي شوند . يا هنگامي كه پيراهن نايلوني يا بلوز پشمي خود را به سرعت از تن در مي آوريد ، گاهي صداي جرقه زدن را به وضوح شنيده ايد . بدن ما هنگام راه رفتن روي موكت يا زيراندازي كه از مواد پلاستيكي ساخته شده است ، الكترون جذب مي كند ؛ يعني داراي بار الكتريكي مي شود . در اين مواقع ، اگر دستگيره ي در را بگيريم ، اغلب تخليه ي الكتريكي صورت مي گيرد و حتي جرقه اي مرئي ولي بي خطر نيز ايجاد مي شود . اين تخليه ي الكتريكي را به هنگام پياده شدن از اتومبيل مي توان احساس كرد ، زيرا هنگام سوار شدن ، در اثر مالش بدن به صندلي اتومبيل ، تن ما بار الكتريكي مي يابد .

علت اين پديده ها اين است كه هر جسمي به طور طبيعي از نظر الكتريكي خنثي است . اگر در اين وضعيت اختلال پيش آيد _ يعني داراي بار منفي يا مثبت شود _ فعل و انفعالاتي صورت مي گيرد تا هر چه زودتر ، دوباره بين بار منفي و مثبت ، تعادل ايجاد شود .

الكتريسيته ي ساكن چيست ؟

الكتريسيته اي كه در پديده هاي ياد شده ايجاد شود ، الكتريسيته ي ساكن يا ( استاتيك ) ناميده مي شود . اين نوع الكتريسيته تا حدي در حال سكون وجود دارد . الكترونهاي آزاد در يك انباره ي مناسب جمع مي شوند و در فرصتي مناسب ، ناگهان جريان مي يابند و تخليه مي شوند .

بمب اتمي اين گونه عمل مي كند . بمب به طور عمده از دو قطعه فلز اورانيم ساخته شده است كه جدا از هم نگهداري مي شوند . اورانيم ، فلزي راديواكتيو است ، يعني اتمهاي آن به طور داوم از خود نوترون منتشر مي كنند . اگر اين دو قطعه فلز اورانيم به يكديگر بپيوندند ، نوترونهاي رها شده ، به هسته هاي ديگر اتمهاي اورانيم برخورد مي كنند و آنها را از هم مي شكافند ( شكاف اتمي ) .

در اين بين ، نوترونهاي بيشتري رها مي شوند كه به نوبه ي خود ، هسته هاي بيشتري را مي شكافند و به اين ترتيب ، واكنش زنجيره اي شروع مي شود . با اين شكافتهاي اتمي ، مقدار بسيار زيادي انرژي آزاد مي شود . يك كيلوگرم اورانيم ، اثر انفجاريي معادل 20 ميليون كيلوگرم تري نيتروتولوئن ( تي . ان . تي ) ، يعني قويترين ماده ي منفجره ي معمولي ، دارد . گرماي درون يك بمب اتمي در حال انفجار ، حدود 20 ميليون درجه ي سانتيگراد است . اين تصوير ، انفجار يك بمب آزمايشي را نشان مي دهد .

جريان الكتريسيته چيست ؟

الكتريسيته ي ساكن ، تقريبا هيچ كاربرد مفيدي در زندگي روزمره ندارد . ما به نوعي الكتريسيته نياز داريم كه بتوان آن را به طور يكنواخت از طريق شبكه هاي انتقال نيرو ، به همه جا رسانيد . اين الكتريسيته به دو صورت در اختيار ماست ، جريان الكتريكي شبكه ي برق و جريان الكتريكي باتريها .

فقط مواد خاصي جريان الكتريكي را عبور مي دهند . اين مواد را رساناهاي الكتريكي مي نامند . تمام فلزات را مي توان به عنوان رساناي الكتريكي به كار برد . بهترين فلزهاي رسانا ، مس ، نقره و آلومينيم اند . به همين دليل سيستمهاي تاسيات و دستگاههاي الكتريكي ، بيشتر از فلز ساخته مي شود . همان طور كه پيش از اين گفتيم ، اين امر به ويژگي اتمي اين فلزها بستگي دارد كه از مدار خارجي خود ، الكترونها را " رها مي سازند " و به اين ترتيب ، جريان الكتريكي پيوسته اي ايجاد مي كند.

موادي هم وجود دارند كه الكتريسيته در آنها جريان نمي يابد . اين مواد را نارسانا مي نامند . پلاستيك ، لاستيك ، ابريشم ، شيشه ، چوب و هوا از اين موادند . معمولا براي رعايت نكات ايمني ، سيستمهاي انتقال جريان الكتريسيته را با روكشي از مواد نارسانا مي پوشانند .

پمپ الكتروني چيست ؟

براي آنكه آب از شير جاري شود ، بايد آب به طور مداوم با فشار وارد لوله شود . در شبكه هاي آبرساني ، اين كار با كمك پمپهاي بزرگ انجام مي شود . الكترونها نيز به روش مشابهي با نوعي پمپ در مدارهاي الكتريكي جريان مي يابند . پمپهاي الكتروني به دو صورت كار مي كنند . يا به صورت ژنراتور الكتريكي كه دينامو نيز ناميده مي شود ، يا به صورت پيل الكتريكي ( پيل شيميايي ) .

پيلهاي الكتريكي را معمولا باتري الكتريكي مي نامند ، كه نام كاملا درستي نيست . باتري ، اغلب تركيبي از چند پيل است . چون هم ژنراتور و هم باتري ، به طور دائم الكترونها را در يك مدار الكتريكي به حركت وا مي دارند ، مي گويند آنها جريان الكتريك توليد مي كنند .

هنگامي كه براي چراغ قوه ي خود باتري مي خريم ، باتريها بايد داراي ارزش الكتريكي معيني باشند . براي راديو ، ساعت الكتريكي يا ضبط صوت نيز همين طور است . اين نوع باتريها را باتري خشك نيز مي نامند . به عبارت ديگر ، پمپ الكتروني ، بايد برحسب نوع استفاده ، اندازه هاي متفاوتي داشته باشد به اين دليل انواع باتريها در اندازه ها و اختلاف پتانسيل هاي متفاوت وجود دارد . واحد اختلاف پتانسيل ، ولت (v)  است .

زماني كه باتريها نو هستند ، چراغ قوه نور زيادي دارد . ولي پس از استفاده ي زياد از باتريها ، نور چراغ قوه كم مي شود . اختلاف پتانسيل يا ولتاژ باتريها ، بر الكترونها فشار الكتريكي وارد مي كند . هرچه اختلاف پتانسيل الكتريكي بيشتر باشد ، فشار وارده شديدتر است و به اين ترتيب ، جريان الكتريكي جاري در مدار هم شدت بيشتري پيدا مي كند . واحد شدت جريان ، آمپر (A)  است .

باتريهاي خشك معمولا اختلاف پتانسيل هاي كمي دارند و خطري براي انسان ايجاد نمي كنند . ولي شبكه هاي سراسري برق كه به نيروگاههاي تولي الكتريسيته متصل اند ، اختلاف پتانسيل بسيار بالاتري دارند و انسان بايد با احتياط كامل از آنها استفاده كند .

 توجه: هر گونه بي احتياطي هنگام كار با شبكه ، مي تواند مرگ آور باشد .

مدار الكتريكي چيست ؟

جريان الكتريكي يا برق نمي تواند مانند آبي كه از انتهاي شلينگ جاري مي شود ، از از انتهاي سيم به خارج جريان يابد . هوا ، نارساناي خوبي است و برق را در انتهاي سيم متوقف مي كند . جريان برق فقط مي تواند در سفري دوري و مداري كامل برقرار شود . اين جريان كه در اثر اختلاف پتانسيل پمپ الكتروني ايجاد مي شود ، از راه سيمها و ديگر وسايل رسانا دوباره به سوي پمپ الكتروني باز مي گردد .

اين مسير را در يك خط انتقال بسته ، مدار الكتريكي مي نامند . اگر مدار الكتريكي بسته نباشد ، جريان الكتريسيته برقرار نمي شود . منظور از مدار الكتريكي ، فقط سيم و شبكه هاي انتقال نيست بلكه مدار شامل دستگاهها و ابزارهاي الكتريكي ، لامپها ، موتورهاي الكتريكي و غيره نيز مي شود كه در مدار قرار مي گيرند و همراه با منبع اختلاف پتانسيل و رشته سيمها ، مدار الكتريكي بسته اي را مي سازند .

[1] 1- اتمهايي كه بار الكتريكي مثبت يا منفي دارند ، يون ناميده مي شوند . م .

دنياي حرفه و فن www.herfe-rszy.blogfa.com

منبع: كتاب چرا و چگونه؟