پایان نامه بررسی و مقایسه روشهای مختلف کاهش PAR در OFDM

پایان نامه بررسی و مقایسه روشهای مختلف کاهش PAR در OFDM

چکیده:

مدولاسیون چند حاملی OFDM به دلیل ویژگی های خوبی که برای ارتباطات بی سیم دارد اخیرا بسیار مورد توجه قرار گرفته و برای پخش رادیویی و تلویزیونی و شبکه های محلی استاندارد گردیده است. در کنار مزایایی که OFDM دارد برخی معایب باعث شده که استفاده کردن از آن با مشکل مواجه شود.

سیگنال OFDM از جمع چندین کانال فرکانسی که دامنه و فازهای اتفاقی و مستقل از هم دارند ساخته می شود. با توجه به اینکه تعداد حامل های به کار رفته، N، زیاد می باشد در زمان هایی که کانال ها فاز یکسانی دارند دامنه آنها با یکدیگر جمع شده و دامنه سیگنال OFDM خیلی بزرگ می شود. این دامنه بزرگ پیک هایی را به وجود می آورد که در سیستم هایی نظیر D/A و HPA که رنج دینامیکی محدودی دارند برش خورده و در نتیجه باعث گسترش طیف می گردد. بعلاوه، برش خوردن سیگنال ایجاد ICI و ISI نموده و باعث افزایش BER می گردد. برای ارزیابی دامنه سیگنال OFDM نسبت حداکثر توان به متوسط توان موسوم به PAR، به عنوان معیار مقایسه مطرح گردیده است.

هدف از این پروژه بررسی و مقایسه روش هایی است که برای کاهش PAR سیگنال OFDM به کار برده می شود.

در این پروژه ابتدا مشخصه مدولاسیون چند حاملی OFDM بیان گردیده و سپس مشخصه آماری PAR بررسی و روابط تئوری آن به دست آمده است. سپس روش های کاهش PAR معرفی و شبیه سازی آنها در محیط Matlab انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی این روش ها با نتایج به دست آمده از روابط تئوری مقایسه گردیده و عملکرد هر روش با توجه به میزان تاثیرگذاری آن بر کاهش PAR و اثرات آن بر پارامترهای دیگر نظیر بار محاسباتی، پیچیدگی سخت افزار، مشخصه BER و توان افزوده شده بررسی شده و با یکدیگر مقایسه شده است.

مقدمه

انتقال اطلاعات در مخابرات دیجیتال به دو صورت تک حاملی و چند حاملی انجام می شود. در حالت مدولاسیون تک حاملی اطلاعات به طور سریال بر روی یک حامل فرکانسی قرار می گیرد در صورتی که در چند حاملی اطلاعات از طریق چند حامل فرکانسی ارسال می گردد. استفاده از مدولاسیون چند حاملی از دهه 1950 آغاز گردید و از همان زمان ایده استفاده از حامل ها به صورت همپوش مطرح شد و در دهه 1970 در آمریکا به این موضوع بسیار توجه گردید. امروزه این تکنولوژی در زمینه های مختلف نظیر ADSL و VDSL و… به کار رفته و از سوی ETSI برای پخش رادیویی (DAB) و پخش تلویزیونی (DVB) استاندارد گردیده است. این تکنولوژی برای شبکه های محلی بی سیم و به طور مشخص HiperLAN/2 و IEEE 802-11 مطرح گردیده و اخیرا به عنوان یک کاندید برای نسل چهارم تلفن های همراه پیشنهاد شده است.

در مدولاسیون چند حاملی برای اینکه راندمان پهنای باند افزایش یابد از حامل های متعامد استفاده می شود به طوری که در طول باند فرکانسی با یکدیگر همپوشانی دارند. مدولاسیون چند حاملی با حامل های متعامد OFDM نامیده می شود. در OFDM رشته اطلاعات اصلی با طول Ts که ناشی از مدولاسیون دیجیتال نظیر QAM می باشد که به N کانال موازی ارسال شده و با حامل فرکانسی آن کانال مدوله می شود. باند فرکانسی بین دو کانال مجاور برابر با 1/T است که در آن T طول سمبول OFDM است و N برابر طول سمبول های اصلی می باشد. در ابتدا تصور بر آن بود که برای ایجاد سمبول OFDM به بانکی از اسیلاتورها در سمت فرستنده نیاز است تا حامل های فرکانسی هر کانال ایجاد شود و سپس در گیرنده نیز با استفاده از آشکارساز همبستگی اطلاعات اولیه بازیابی می شود. در این صورت پیچیدگی زیادی در سخت افزار فرستنده و گیرنده ایجاد می شود. بعدا مشخص شد که حاصل جمع سمبول های مدوله شده از طریق حامل های فرکانسی هر کانال در واقع IDFT، N تایی رشته اطلاعات اولیه می باشد. در این صورت با بکار بردن IFFT در سمت فرستنده پیچیدگی سیستم تا مرتبه NlogN/2 کاهش می یابد و در گیرنده نیز با کمک FFT اطلاعات اولیه به راحتی بازیابی می گردد. نمایش طیف فرکانسی هر کانال یک تابع Sinc(0 است به صورتی که قله هر تابع در محل گذر از صفر توابع Sinc(0 دیگر کانال ها قرار دارد که باعث می شود در حوزه فرکانس تداخلی میان کانال ها به وجود نیاید و بدین ترتیب راندمان باند فرکانسی N برابر افزایش یافته است. وقتی گستردگی تاخیر در مقایسه با طول سمبول OFDM به اندازه کافی کوچک باشد اثرات ISI ناچیز می شود. بنابراین راه حل ساده برای مقابله با اعوجاج های ناشی از تاخیر چند مسیری افزایش، افزایش طول سمبول OFDM است به طوری که از حداکثر تاخیر ناشی از مسیرهای مختلف طولانی تر باشد. بهترین راه حل برای افزایش طول سمبول OFDM استفاده از زمان پیشوند چرخشی (CP) که در آن v نمونه از اطلاعات سمبول OFDM در ابتدای سمبول قرار می گیرد. اگر طول اضافه شده به اندازه کافی بزرگ باشد اثرات ISI و ICI کنترل می شود.

خرید فایل

پایان نامه طراحی مالتی پلکسر دی مالتی پلکسر نوری با استفاده از توری های سطح برجسته باینری

پایان نامه طراحی مالتی پلکسر / دی مالتی پلکسر نوری با استفاده از توری های سطح برجسته باینری

چکیده

پیشرفت سریع تکنولوژی ارتباطات و محیط انتقال تار نوری، ارسال انواع مختلف اطلاعات را به راحتی امکان پذیر کرده است. به طوری که امروزه شبکه های ارتباطی باند وسیع قادرند سرویس های مجتمع شامل داده، صوت و تصویر را با کیفیت مناسب ارسال نمایند. بررسی بخش کوچکی از سیستم های مخابراتی تار نوری موضوع بحث این پایان نامه می باشد. در این پروژه تحلیل دقیق توری پراشی سطح برجسته باینری و نحوه استفاده از آن به عنوان مالتی پلکس کننده و دی مالتی پلکس کننده نوری مورد بررسی قرار گرفته است. در این زمینه نخست تئوری های مختلف به اختصار بررسی و سپس تئوری دقیق براساس معادلات موج تزویج شده شرح داده می شود.

در این پایان نامه نرم افزاری نوشته شده است که آنالیز دقیق توری های پراشی سطح برجسته باینری را به روش تئوری موج تزویج شده انجام می دهد. بررسی حساسیت توری های باینری نسبت به پارامترهای مختلف و موج ورودی از موارد مهم آنالیز توری می باشد که مورد بحث قرار گرفته است. از آنالیز حساسیت توری باینری در طراحی مالتی پلکس کننده و دی مالتی پلکس کننده نوری استفاده شده است. در این زمینه دو ساختار مختلف براساس توری پراشی سطح برجسته باینری در حالت بازتابی و انتقالی طراحی، و نحوه قرار گرفتن توری ها در این ساختارها تعیین گردیده است.

فصل اول: کلیات

1-1- پیشگفتار

ارائه روش های متنوع ارسال اطلاعات براساس تکنولوژی تار نوری با پهنای باند وسیع از موضوع مهم در سیستم های ارتباطی به شمار می رود. در این سیستم ها جهت استفاده بهینه از ظرفیت کانال انتقال، عمل مالتی پلکس و دی مالتی پلکس کردن سیگنال ها صورت می گیرد. مالتی پلکس کردن به ترکیب سیگنال های مربوط به کانال های مختلف موجود در فرستنده بر روی یک خط انتقال گفته می شود و عمل دی مالتی پلکس، جدا کردن سیگنال های مربوط به کانال های متفاوت در گیرنده را بر عهده دارد. استفاده از این دو روش در ارسال و دریافت اطلاعات ظرفیت سیستم را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. روش های مختلفی برای این کار موجود است که از جمله آنها می توان به مالتی پلکس های تقسیم زمانی، تقسیم فرکانسی و تقسیم طول موجی اشاره کرد.

شبکه های مبتنی بر مالتی پلکس تقسیم طول موجی موسوم به شبکه های WDM و DWDM بحث اصلی این پایان نامه را تشکیل می دهد که جزئیات آن در فصل های آینده مورد بررسی قرار خواهد گرفت. از مهمترین قسمت های این شبکه می توان به مالتی پلکس کننده و دی مالتی پلکس کننده اشاره کرد. در این سیستم ها روش های مختلفی جهت انجام عمل مالتی پلکسینگ به کار می رود. از جمله این روش ها می توان به استفاده از کاپلرهای جهت دار، توری های پراشی، تداخل سنج های فابری – پرو و ماخ – زندر، فیلترهای نوری و توری های آرایه موجبری اشاره کرد. در این پایان نامه نحوه استفاده از توری های پراشی و مخصوصا توری پراشی سطح برجسته باینری در طراحی مالتی پلکس کننده ها و دی مالتی پلکس کننده های نوری مورد بررسی قرار گرفته است.

2-1- هدف و روش کار

هدف اصلی این پایان نامه تهیه بسته نرم افزاری برای آنالیز دقیق توری های پراشی سطح برجسته باینری و استفاده از آن در طراحی مالتی پلکس کننده و دی مالتی پلکس کننده نوری می باشد. آنالیز توری به روش تحلیل دقیق موج تزویج شده (RCWA) که توسط گیلرد و محرم در سال 1995 میلادی ارائه شده است، صورت گرفته که در مورد آن و توری مورد نظر در فصل بعد بحث خواهیم کرد. بخش هایی از نرم افزار مذکور به تحلیل حساسیت توری باینری نسبت به پارامترهای مختلف توری و نور ورودی اختصاص دارد که با استفاده از آن می توان مقادیر بهینه پارامترها را برای استفاده توری در طراحی مورد نظر به دست آورد. در نهایت روش به کار بردن توری سطح برجسته باینری در مالتی پلکس کننده ها و دی مالتی پلکس کننده های نوری در هر دو حالت بازتابی و انتقالی ارائه شده است.

خرید فایل

پایان نامه طراحی و شبیه سازی پردازنده سیستولیکی برای جداسازی و شناسایی رشته پالسهای متداخل

پایان نامه طراحی و شبیه سازی پردازنده سیستولیکی برای جداسازی و شناسایی رشته پالسهای متداخل

چکیده

حل محاسبات مربوط به معادلات اختلاف زمان ورود پالس های متداخل رادار یکی از مهمترین الگوریتم های شناسایی پالس های رادار می باشد که در طراحی این سیستم ها عوامل مهمی از جمله سرعت مد نظر است و در سیستم های پردازش موازی از پردازنده ها و حافظه های مربوط به آن برای هدف خاصی مورد استفاده قرار می گیرد که آرایه سیستولیک (تپنده) یک حالت ویژه ای از پردازش موازی است و برای اهداف خاصی مورد طراحی و پردازش قرار می گیرد. لذا با حل معادلات مربوط به ماتریس اختلاف زمان ورودی پالس های متداخل رادار و انجام عملیات ماتریسی می توان نوع پالس را تشخیص داد که این عملیات شامل تجزیه ماتریس اختلاف زمان ورود به بالا و پایین مثلثی و سپس به دست آوردن ماتریس معکوس اختلاف زمان ورود پالس ها می باشد. و با شناخت عناصر قطر اصلی ماتریس معکوس اختلاف زمان ورود پالس ها می توان نوع پالس را تشخیص داد و با پیاده سازی ماتریس معکوس اختلاف زمان ورود پالس ها با آرایه تپنده دارای کارایی و دقت بیشتری خواهیم بود که در این پروژه مورد طراحی و بررسی قرار می گیرد. که در این پروژه الگوریتم قسمت های مختلف مورد نیاز مسئله طراحی شد. و فلوچارت های مربوطه تهیه گردید و سپس با نرم افزار مطلب شبیه سازی شده است که در پیوست آورده شده است. همچنین با یک مثال از محیط راداری در محیط مطلب، نوع پالس مورد ارزیابی قرار گرفته است.

مقدمه

برای شناسایی پالس های متداخل رادار با استفاده از ماتریس معکوس اختلاف زمان ورود پالس ها و اجرا با پردازنده سیستولیک در این پروژه، آرایه تپنده و کلیات مربوط به آن در بخش اول مورد بحث قرار می گیرد که در این بخش دلیل استفاده از سیستم های پردازش موازی، خصوصیات آرایه تپنده و الگوریتم مربوط به آن و چند مثال از طراحی آرایه تپنده مورد بررسی قرار می گیرد. که در این بخش بیشتر به مفاهیم و کلیات آرایه تپنده پرداخته شده است. در بخش دوم پردازش موازی که شامل دو قسمت مهم در نوع ارتباط پردازنده ها و حافظه ها است به طور کامل بحث می شود که این بخش دارای پنج فصل است که شامل مقدمه ای بر معماری پردازش موازی، خطوط ارتباطی شبکه های چند پردازنده، آنالیز کارآیی معماری چند پردازنده، معماری به اشتراک گذاشتن حافظه و معماری ارسال پیام می باشد. و در این بخش اساس سیستم های پردازش موازی مورد بحث و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. چون که آرایه تپنده یک حالت خاص از سیستم پردازش موازی می باشد. بخش سوم شامل دو فصل می باشد، که در فصل اول مربوط به آن کلیات مربوط به طراحی پردازنده تپنده بر دو روش طراحی براساس پارامتر و وابستگی نگاشت الگوریتم ها بر روی آرایه تپنده شرح داده می شود. و در فصل دوم آن که قسمت مهم طراحی پروژه می باشد الگوریتم شناسایی پالس های متداخل بیان می گردند و سپس فلوچارت ها با توجه به الگوریتم برنامه رسم می گردند. و با توجه به الگوریتم ها، گراف وابستگی طراحی می گردند و در نتیجه پردازنده آرایه برای شناسایی پالس های متداخل شبیه سازی می شود.

بخش اول: کلیات

فصل اول: مقدمه ای بر آرایه تپنده

ظهور و پیدایش نیازهای محاسباتی عملیاتی و کاربردی سریع کنترلی موجب گردید تعداد زیادی از پروژه طراحی و ساخت سیستم های پردازش موازی از سال 1980 آغاز گردد. تحول پیدا شده در سال های اخیر موجب گردید تا امکان بهینه از سیستم های پردازش موازی از چند پردازشگر به چند صد پردازشگر برسد. و زبان های برنامه نویسی موازی همراه با سیستم عامل بهتر و کاراتر به وجود آید توسعه و گسترش شبکه های ارتباط و اتصال واحدهای عملیاتی قدم مهم دیگری بود که در این راه برداشته شد. و محدودیت های اتصال واحدهای عملیاتی و I/O را از میان برداشت عامل مهم این توسعه و تکامل را می توان در توسعه و تکامل تکنولوژی مدار مجتمع در مقیاس خیلی بزرگ جستجو کرد. سیستم های طراحی شده پردازش موازی در اواخر نسل سوم و اوایل نسل چهارم اکثرا از واحدهای پردازشگر بزرگ و عظیم در تعداد چندتایی استفاده می کردند و بر این اساس فوق العاده گران و اختصاصی بودند. توسعه تکنولوژی نیمه هادی و پیدایش روش های پیشرفته بسته بندی ترانزیستورها، گیت ها و کاهش اندازه واحدهای بنیادی بر روی ویفرها طراحان مدارات و سیستم های الکترونیکی را قادر به مدارات بسیار ریز کرده است.

خرید فایل

پایان نامه کنترل بهینه فیدبک حالت نوعی از آونگ وارون برپایه الگوریتم پرندگان و مقایسه ی آن با روشهای بهینه سازی دیگر

پایان نامه کنترل بهینه فیدبک حالت نوعی از آونگ وارون برپایه الگوریتم پرندگان و مقایسه ی آن با روشهای بهینه سازی دیگر

چکیده:

در این پایان نامه، با در نظر گرفتن چند معیار مهم در طراحی کنترل کننده ها، از قبیل محل قرارگیری قطب های حلقه بسته و سرعت پاسخ دهی و بیشینه نیروی کنترلی و ادغام آن ها در قالب یک تابع هدف، مسأله پیدا کردن ماتریس های وزنی برای کنترل کننده LQR، به صورت یک مسأله بهینه سازی فرمول بندی شده است. سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک و بهینه سازی ازدحام ذرات یا PSO، الگوریتم تکامل تفاضلی، الگوریتم رقابت استعماری مقادیر بهینه ماتریس های وزنی محاسبه شده اند. روش مذکور بر روی سیستم پاندول معکوس دورانی اعمال شده است. نتایج شبیه سازی برتری چشم گیر روش بهینه سازی ازدحام ذرات را بر سایر الگوریتم های بهینه سازی بیان می دارد.

مقدمه:

کنترل بهینه شامل مجموعه ای از روش ها و ابزارهای ریاضی است که برای طراحی کنترل کننده های سیستم های دینامیکی مورد استفاده قرار می گیرند و در این روش ها، معیاری برای بهینگی در نظر گرفته می شود، و در طراحی کنترل کننده مورد نظر، این معیار بهینه می شود. غالبا معیار بهینگی در ارتباط با عواملی همچون عملکرد، میزان مصرف انرژی کنترلی، زمان پاسخگویی، و چگونگی حالت نهایی تعریف می شود. به عنوان مثال، طراحی کنترل کننده ای که بتواند در کمترین زمان ممکن حالت یک سیستم دینامیکی را به یک حالت مطلوب برساند، مسأله ای است که می تواند در قالب یک مسأله کنترل بهینه تعریف شود.

تنظیم کننده درجه دوخطی یا LQR، رویکردی است که در طراحی کنترل کننده خطی برای سیستم های خطی، به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. کنترل کننده LQR دارای قوام مناسبی است و دارای حداقل حد بهره 6- دسیبل، حداکثر حد بهره نامحدود، و حد فاز 60 درجه است. گزینه های تنظیمی مربوط به کنترل کننده LQR شامل ماتریس های وزنی موجود در تعریف معیار بهینگی است که تعیین این ماتریس ها بسته به سلیقه طراح است. مقادیر این ماتریس ها به طور مستقیم بر روی کنترل کننده بهینه به دست آمده در روش LQR تاثیر دارند. بر روی چگونگی تاثیر مقادیر ماتریس های وزنی بر کیفیت کنترل کننده LQR به دست آمده، بحث های فراوانی انجام شده است که غالبا با نام اختصاصی ساختار ویژه در حوزه کنترل بهینه مطرح شده است.

در کنار الگوریتم ها و روش های کلاسیک که برای حل مسأله وزن دهی بهینه و تعیین ساختار ویژه کنترل کننده LQR ارائه شده اند، الگوریتم های بهینه سازی هوشمند و روش های محاسبات نرم نیز به مرور در حل این مسأله، مورد استفاده قرار گرفته اند. به عنوان مثال، الگوریتم ژنتیک، ترکیب الگوریتم ژنتیک و شبیه سازی تبرید، و الگوریتم مورچه ها برای حل مسأله تخصیص ساختار ویژه مورد استفاده قرار گرفته اند.

فصل اول

کلیات

1-1- هدف و اهمیت مسأله

در طراحی بسیاری از سیستم ها و حل بسیاری از مسایل نیاز داریم که از بین مجموعه وسیعی از جواب های ممکن یک جواب را به عنوان پاسخ بهینه انتخاب نماییم. اما به علت وسعت زیاد مجموعه جواب ها عملاً نمی توان تمام پاسخ ها را آزمود و باید این آزمایش را به صورت تصادفی انجام داد. از طرف دیگر این روند تصادفی باید به گونه ای انجام شود که به سمت بهترین جواب همگرا گردد. تئوری کنترل بهینه کوادرتیک خطی به این علت که به راحتی قابل پیاده سازی در مسائل مهندسی است و مبنای سایر تئوری های کنترلی می باشد، دارای اهمیت ویژه است. با این وجود در مورد خاصی که تابع هزینه یک تابع کوادرتیک خطی است، پاسخ بهینه به پاسخ رگولاتور کوادرتیک خطی همگرا می شود. روش LQR به طور گسترده در زمینه های مانند کنترل موتورهای القایی، کنترل میلنگ خودرو و غیره کاربرد دارد. سیستم مورد بررسی در این پروژه، نوعی از آونگ وارون می باشد.

آونگ وارون به طور وسیع به عنوان یک برنامه کنترلی جهت ارزیابی تئوری های کنترل مورد استفاده قرار می گیرد و یکی از سیستم های کلاسیک در دینامیک و کنترل است که به واسطه خواصی از قبیل غیرخطی بودن و ناپایداری ذاتی به عنوان یکی از مشکل ترین مسایل در مهندسی کنترل شناخته شده و به صورت وسیعی به عنوان یک محک برای تست الگوریتم های کنترل متفاوت مانند کنترل کننده های کلاسیک PID، شبکه های عصبی، کنترل کننده های فازی و… به کار می رود. از این سیستم شکل های مختلفی وجود دارد که از بین آنها می توان به ارابه، آونگ و آونگ های چرخشی افقط و عمودی اشاره کرد. هریک از اشکال مختلف آونگ وارون می تواند به صورت آونگ تکی و یا چندگانه وجود داشته باشد. این سیستم به عنوان یکی از سیستم های پایه آزمایشگاه های کنترل شناخته می شود.

در این پروژه به طراحی کنترلر LQR برای سیستم مورد نظر می پردازیم و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات ماتریس های وزنی مناسب به منظور طراحی کنترلر LQR مطلوب انتخاب می نماییم. و آن را با دیگر روش های بهینه سازی معمول مقایسه می نماییم. مسئله اساسی اینست که بهترین ماتریس های وزنی را چنان تعیین کنیم که وضعیت مطلوب سیستم کنترلی را در کمترین زمان ممکن برآورده سازند. در این پروژه استفاده از روش الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات برای تعیین ماتریس های وزنی پیشنهاد می شود و نشان خواهیم داد که نتایج به دست آمده نیازهای سیستم کنترلی و مشخصات مطلوب سیستم را برآورده می سازند و برتری های روش مذکور را بر الگوریتم های بهینه سازی دیگر بررسی خواهیم کرد.

خرید فایل

سمینار برق کنترل کننده پیش بین خطی بر پایه مدل MPC

سمینار برق کنترل کننده پیش بین خطی بر پایه مدل MPC

چکیده:

در این تحقیق کنترل کننده پیش بین بر پایه مدل Model Based Predictive Control به منظور کنترل سیستم های خطی مورد بررسی قرار گرفته است.Model Based Predictive Control از دسته روش های کنترل پیشرفته ای می باشد که امروزه به طور گسترده در صنایع فرایند مورد استفاده قرار گرفته است. اگرچه این روش تقریبا برای هر نوع مساله ای مناسب می باشد، اما توانایی این روش در برخورد با مسائل زیر آشکارتر می گردد: مسائلی که در آن تعداد ورودی های کنترل و حالت های سیستم زیاد است. مسائلی که در آن ورودی های کنترل و حالت های سیستم دارای قیودی هستند. مسائلی که در آن اهداف کنترل تغییر پیدا می کند و یا تجهیزات کنترل مانند سنسورها و محرک ها بنابه دلایلی از بین می روند. مسائلی که در آن با سیستم های تاخیردار مواجه ایم.اساس این روش بر حل یک مساله کنترل بهینه در هر فاصله نمونه برداری استوار است. بدین شکل که ابتدا با استفاده از یک مدل پیش بینی، خروجیهای آینده را برای یک افق محدود پیش بینی می کند و با استفاده از کمینه سازی یک تابع معیار، ورودی های آینده را بر روی افق پیش بینی بدست می آورد و تنها عنصر اول از این سری را به عنوان ورودی به سیستم اعمال می کند.

مقدمه:

دو روش توسعه یافته برای محاسبه قانون فیدبک حالت غیر خطی برای سیستم های خطی که دارای قیود حالت و کنترل می باشند عبارتند از: روش کنترل پیش بین و روش برنامه ریزی پویا

در این تحقیق به بررسی روش کنترل پیش بین می پردازیم.MPC یا کنترل پیش بین مدل پایه روشی است برای کنترل سیستم های در حضور قید.MPC یا روش کنترل افق کاهنده امروزه بصورت روشی استاندارد در حل مسائل کنترل چند متغیره در حضور قیود پیچیده در آمده است. این روش ابتدا با استفاده از یک مدل از سیستم رفتار آینده آن را پیش بینی کرده و سپس یک شاخص عملکرد مربعی را بر پایه پیش بینی انجام شده کمینه می نماید. اگر بخواهیم موقعیت یا حرکت یک اتومبیل را کنترل کنیم MPC با نگاه کردن به جاده از شیشه جلوی اتومبیل معادل است در حالیکه کنترل کلاسیک تنها اجازه نگاه کردن به شیشه عقب اتومبیل را می دهد و درواقع فرامین کنترلی براساس خطاهای گذشته صادر می گردد. مزیت های استفاده از کنترل پیش بین: در زیر مزایای استفاده از MPC و دلایل موفقیت آن در صنعت به طور خلاصه عنوان شده است.

MPC در مسائله کنترل سیستم ها چند متغیره قابل بکارگیری است.

MPC اجازه کار در نزدیکی قیود را می دهد یعنی کنرلرهای بر پایه MPC را می توان نزدیک به مرزهای قیود برای ایجاد عملکرد بهتر نسبت به سایر روش های قدیمی بکار برد.

MPC در سیستم های غیر مینیمم فاز و پروسه های ناپایدار قابل بکارگیری است.

MPC روشی ساده را برای محاسبه پارامترها ارائه می دهد.

MPC در تغییرات ساختاری سیستم قابل بکارگیری می باشد.

اصول کلی حاکم بر کنترل پیش بین:

همانطور که قبلاً ذکر شد کلیه روش های کنترل پیش بین دارای اجزای مشترکی بشکل زیر می باشند:

مدل پیش بینی برای پیش بینی خروجیهای آینده سیستم

تابع معیار که با مینیمم سازی آن روی افق محدود، ورودی های کنترل بهینه آینده را می توان محاسبه کرد.

خرید فایل

مقاله تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی در 163 صفحه ورد قابل ویرایش

مقاله تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی در 163 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست مطالب

فصل اول ۱
انرژی تجدید پذیر چیست؟ ۱
فایده های کلیدی آن عبارتند از: ۴
۱- فایده های محیطی: ۴
۲- انرژی برای نسل های آینده ما: ۶
۳- شغل ها و اقتصاد: ۸
انرژی نو: ۱۱
جایگاه انرژی خورشیدی در تأمین الکتریسیته ۱۱
ماژول های خورشیدی ۱۶
باطری ۱۷
شارژ کنترولر ۱۷
برآورد هزینه تأمین الکتریسیته خورشیدی (فتوولتائیک) ۱۸
طبقه بندی سیستم های خورشیدی ۲۱
سیستم های فتوبیولوژی ۲۱
سیستم های شیمیایی خورشیدی ۲۲
سیستم های فتوولتائیک ۲۲
عملکرد سلول های خورشیدی ۲۳
سیستم های حرارتی ۲۶
گردآورنده های خورشیدی تخت ۲۶
بررسی اقتصادی سیستم های گرمایش خورشیدی ۲۸
سرمایه گذاری: ۲۹
هزینه اولیه: ۳۰
سیاست توسعه سیستم های گرما خورشیدی ۳۹
کمک های اقتصادی: ۳۹
تحقیق، توسعه و نمایش کارکرد سیستم ها: ۴۰
فنی: ۴۲
اقتصادی: ۴۲
آموزش/ اجتماعی – فرهنگی: ۴۲
فصل دوم ۴۳
موقعیت فعلی و آینده انرژی طبیعی ۴۳
۱- علوم نجومی: ۴۴
۲- علوم محیطی: ۴۵
۳- علوم شیمیایی: ۴۶
فصل سوم: ۴۸
ثابت خورشیدی ۴۸
مدل خورشیدی: ۴۹
ترکیب طیفی ثابت خورشیدی: ۶۵
فصل چهارم: ۶۹
سیستم های حرارتی خورشید ۶۹
سمت گیری رشته پانل ها: ۷۰
اندازه رشته پانل ها: ۷۲
رشته های سری و موازی: ۷۳
تلفات لوله: ۷۵
مبدل های حرارتی: ۷۶
ذخیره سازی: ۸۰
سرد کننده های تابشی: ۹۳
فصل پنجم: ۹۶
آفتاب گیری در سطح زمین ۹۶
یک مدل جوی: ۹۸
جذب و پراکندگی تابش خورشیدی توسط اجزای سازنده جو: ۹۹
تابش مستقیم خورشید: ۱۰۱
شار پخشی: ۱۰۸
معادلات تقریبی برای شار خورشیدی کل: ۱۱۲
اندازه گیری آفتاب گیری در سطح زمین: ۱۱۵
شار حرارتی جو: ۱۱۸
فصل ششم: ۱۲۳
تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به کار – دستگاه های فتوولتایی ۱۲۳
نیمه هادیهای ذاتی ( خالص) : ۱۲۹
نیمه هادیهای غیر ذاتی ( نا خالص شده ): ۱۳۵
پیوند p-n : ۱۳۷
دستگاههای فتوولتایی پیوندی : ۱۳۸
پاسخ دهی طیفی جریان فوتونی: ۱۴۲
ساخت وسایل فتوو لتایی سیلسیومی : ۱۴۸
برآورد هزینه تولید برق: ۱۵۰
نتیجه گیری : ۱۵۳

مقدمه:

در حال حاضرتولید انرژی الکتریکی در دنیا به مقدار زیادی بر ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تکیه دارد. سوخت های فسیلی تجدید ناپذیرند، آنها بر منابع محدودی که رفته رفته به پایان می رسند ، بنا شده اند.

در مقابل انرژیهای تجدید پذیر مانند باد و انرژی خورشیدی، پیوسته جایگزین می شود و هیچ گاه به پایان نمی رسند. اغلب انرژی های تجدید پذیر به دو صورت مستقیم یا غیر مستقیم از خورشید ناشی می شوند.

نور خورشید یا همان انرژی خورشیدی، می تواند برای گرم کردن و روشنایی خانه ها و سایر ساختمان ها، برای تولید الکتریسیته، برای آب گرم کردن، گرم کن های خورشیدی و انواع کاربردهای اقتصادی و صنعتی مستقیماً استفاده می شود.

همچنین گرمای خوشید موجب وزش باد می شود؛ همان انرژی ای که توسط توربین های بادی گرفته می شود؛ سپس بادها و گرمای خورشید باعث تبخیر آب می شوند. وقتی این بخار آب به باران یا برف تبدیل می شود و از سرازیرها به رودخانه ها و مسیرهای آب هدایت می شود، انرژی آن می تواند گرفته شده و از توان هیدرو الکتریکی آن استفاده شود.

همراه با باران و برف، نور خورشید باعث می شود گیاهان رشد کنند، ماده ای که آن گیاهان را می سازد، به عنوان توده زنده یا زیست توده می شناسیم.

بیومس می تواند به منظور تولید الکتریسیته، سوخت های حمل و نقل یا موارد شیمیایی استفاده شود. کاربرد بیومس برای هر یک از این اهداف، انرژی بیومس نامیده می شود.

هیدروژن نیز می تواند در بسیاری از ترکیبات اصلی، مثل آب، یافت شود. هیدروژن فراوان ترین عنصر روی زمین است، اما بصورت یک گاز طبیعی موجود نیست. هیدروژن همیشه با دیگر عناصر ترکیب شده است، مثل ترکیبش با اکسیژن برای ساخت آب. وقتی هیدروژن از عنصر ترکیبی اش جدا شود می تواند بعنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد.

تمام منابع انرژی تجدید پذیر از خورشید ناشی نمی شوند. انرژی زمین گرمایی دریچه گرمای درون زمین برای کاربردهای متنوع شامل: تولید توان الکتریکی و گرم و سرد کردن ساختمان هاست، و انرژی جزر و مد اقیانوس ها از نیروی کشش ماه و خورشید بر روی زمین ناشی می شود.

در حقیقت، انرژی اقیانوس از منابع متعددی ناشی می شود. علاوه بر انرژی جزر و مد، انرژی امواج اقیانوس بوسیله هر دو انرژی جزر و مد و باد، بوجود می آید. هم چنین خورشید بیش از آنکه عمق اقیانوس را گرم کند. سطح آنرا گرم می کند، ایجاد یک اختلاف دما می تواند بعنوان یک منبع انرژی بکار گرفته شود. تمامی اشکال انرژی اقیانوسی می تواند برای تولید الکتریسیته اعمال شود.

فصل اول

چرا انرژی تجدید پذیر مهم است؟

چرا انرژی تجدید پذیر مهم است؟

اهمیت انرژی تجدید پذیر به خاطر فواید آن است.

فایده های کلیدی آن عبارتند از:

فایده های محیطی: فن آوری های انرژی تجدید پذیر، منابعی پاک از انرژیهایی هستند که از صنایع انرژی های مرسوم، تماس و آلودگی محیطی بسیار کمتری دارند.

انرژی برای نسل های آینده ما: انرژی تجدید پذیر پایان نخواهد پذیرفت، هرگز. اما منابع دیگر انرژی محدودند و همین روزها ته می کشند.

مشاغل و اقتصاد: سرمایه گذاری ها بر روی انرژی تجدید پذیر اغلب صرف تهیه مواد خام (لوازم و کالا) و مصرفی و ساختاری برای ساخت و نگهداری وسایل می شود، تا سرمایه گذاری بر روی واردات پر خرج انرژی. این بدان معناست که پولی که شما بابت انرژی می پردازید، به جای اینکه وارد اقتصاد کشوری بیگانه شود، در کشور خودمان باقی مانده، اشتغال زایی کرده و موجب صرفه جویی اقتصادی در مصرف سوخت می شود.

1- فایده های محیطی:

فن آوری های انرژی قابل تجدید از صنایع انرژی مرسوم که بر سوخت فسیلی تکیه دارد، با محیط اطرافش بسیار دوستانه تر عمل می کند.

سوخت های فسیلی در بسیاری از مشکلات زیست محیطی که ما امروزه با آنها مواجه هستیم، سهم قابل توجهی دارند- گازهای گلخانه ای، آلودگی هوا و آلودگی آب و خاک- در صورتیکه متابع انرژی تجدید پذیر در این امر سهم بسیار اندکی داشته یا هیچ نقشی ندارند.

گازهای گلخانه ای، دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن، هیدروکربن ها و کلروفلوئورکربن ها، جو زمین را مثل یک پتوی گرم و شفاف احاطه کرده اند، به اشعه های گرم خورشید اجازه داخل شدن می دهند و گرما را در نزدیک سطح زمین به دام می اندازند (نگه می دارند).

اثرات این گلخانه طبیعی، دمای متوسط سطح زمین را حدود 60 درجه فارنهایت
(33 درجه سانتیگراد) نگه می دارد. اما افزایش مصرف سوخت های فسیلی، بطور قابل توجهی انتشار (تولید) گازهای گلخانه ای را زیاد کرده است، مخصوصاً دی اکسید کربن، به وجود آورنده افزایش اثر گازهای گلخانه ای که به عنوان گرمای محسوس و یکپارچه زمین شناخته می شود. مطابق نظر آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده، سهم دی اکسید کربن عهده دار 2/1 تا 3/2 افزایش عمومی دماست.

با این وجود، فن آوری های انرژی قابل تجدیدپذیر، گرما و الکتریسیته را با انتشار (تولید) مقدار ناچیز یا صفر دی اکسید کربن، تولید می کند. هم چنین استفاده از انرژی سوخت های فسیلی، منبع مهمی برای آلودگی هوا، آب و خاک می باشد.

آلاینده ها نظیر منوکسید کربن، دی اکسید گوگرد، دی اکسید نیتروژن، ذرات معلق و سرب- باج غم انگیزی از محیط گرداگرد ما می گیرند!

به عبارت دیگر، اغلب فن آوری های انرژی قابل تجدید، آلودگی ناچیز یا صفر تولید می کنند.

آلودگی و گرمای زمین هر دو، احتمال حتمی خطر بزرگ سلامتی نسل بشر را مطرح می کنند.

مطابق با رای انجمن ریه (آمریکا) آلودگی هوا در امراض ریه، نظیر: تنگی نفس، سرطان ریه و عفونت های نواحی تنفسی، سهیم است و سالانه قریب به 335000 نفر در آمریکا به این علل فوت می کنند.

ضمناً ممکن است اثرات طولانی مدت مرتبط با گرمای زمین، مخرب تر نیز باشد. عوارض مرگ و میر با هوای بسیار گرم امکان دارد و هنگامی که دما بالا
می رود، امراض می توانند انرژی نهان قوی تری برای پیشرفت داشته باشند.

نهایتاً، فن آوری های انرژی قابل تجدید، می توانند به ما برای تغییر الگوهای مرسوم مصرف انرژی، برای ارتقاء کیفیت محیط پیرامون مان، کمک کنند.

2- انرژی برای نسل های آینده ما:

مصرف انرژی جهان، در آینده به کدام انرژی متمایل خواهد بود؟

بله، ما به خوبی می توانیم ثابت کنیم که مصرف الکتریسیته، رشدی جهانی خواهد داشت. آژانس بین المللی انرژی مطرح می کند که ظرفیت تولید الکتریسیته جهان تا سال 2020، تقریباً به 8/5 میلیون مگاوات، افزایش خواهد یافت. که حدود 3/3 میلیون مگاوات، بیش از سال 2000 است.

در این حال، ذخایر سوخت های فسیلی کره زمین منبع اصلی کنونی انرژی مان، طبق نظر بهترین تجزیه و تحلیل گران صنعت نفت، از سال ها 2020 الی 2060 شروع به اتمام رسیدن خواهند کرد.

ما چگونه احتیاجمان به آن مقدار انرژی را بر طرف خواهیم کرد؟

انرژی تجدید پذیر می تواند بهترین پاسخ ما باشد.

کمپانی بین المللی شل، پیش بینی می کند که در سال 2060، انرژی تجدید پذیر، 60% انرژی جهان را تأمین خواهد کرد.

بانک جهانی تضمین میکند که نرخ داد و ستد برای انرژی خورشیدی (الکتریسیته) طی 30 سال، به طور مقطوع به چهار تریلیون دلار خواهد رسید.

همچنین سوخت های بیومس (زیست توده ای) می توانند جانشین گازوئیل شوند. و بر عکس سوخت های فسیلی، منابع انرژی تجدید پذیر، قابل نگهداری می باشند و هیچ وقت تمام نمی شوند عملکرد امروز ما برای مرسوم نمودن فن آوری های انرژی قابل تجدید، نه تنها به نفع حال ماست، بلکه موجب تولید منافع زیادی نیز خواهد شد.

3- شغل ها و اقتصاد:

و) سیستم های تولید الکتریسیته

گردآورنده های خورشیدی تخت

عنصر اصلی گردآورنده های تخت خورشیدی یک ورق است که بوسیله تابش کلی خورشید حرارت می یابد و حرارت خود را به یک سیال جذب کننده حرارت که در حال جریان است منتقل می کند. این سیال معمولاً آب یا هوا است. رنگ ورق همیشه تیره است و ممکن است که دارای پوشش خاصی نیز باشد که ضریب جذب انرژی خورشیدی را به حداکثر برساند از ورق های لاستیکی، پلاستیکی و فلزی برای خروجی های با دمای بالا استفاده می شود. سیستم معمولاً دارای یک بخش ذخیره است تا حرارت خورشید را برای استفاده در شب ممکن نماید. اگر سیال سیستم یک مایع باشد بخش ذخیره یک عایق دار است و اگر سیال سیستم هوا باشد از مقداری سنگ یا بتن استفاده می شود این راه حل جاگیر است ولی در مواردی که تغییر فاز می دهند راه حل بهتری است. اما حتی با این مواد پیشرفته هنوز ذخیره
کردن حرارت برای مدت های طولانی عملی نیست و در نتیجه بیشتر سیستم های حرارتی خورشیدی از سیستم های ثانویه ای که با انرژی فسیلی کار می کنند به عنوان مکمل سیستم استفاده می شود. شکل (1) شیماتیک یک سیستم استاندارد گرمایشی که سیال انتقال گرمای آن مایع می باشد را نشان می دهد در مدار گردآورنده این سیستم معمولاً از محلول آب و گلکول استفاده می گردد. برای انتقال گرما از تانک ذخیره به ساختمان از یک مبدل گرمایی آب- به- آب استفاده به عمل آمده است. یک گرمکن کمکی برای تهیه انرژی جهت تامین بار گرمایی فضا هنگامی که نتواندآن را تانک تامین کند پیش بینی شده است.

آموزش/ اجتماعی – فرهنگی:

- مرتبط ساختن برنامه ها با ابتکارهای صرفه جویی

- آموزش و اطلاعات برای مصرف کننده/ عموم

- پیشنهاد، خدمات ارزیابی رایگان به مصرف کنندگان توسط متخصصین دوره دیده.

چنداستفاده ازانرژی خورشیدی:

همچنانکه گفته شد انرژی خورشیدی کل انرژی موجود برروی کره زمین را تشکیل می دهد برای شناخت موضوع و انرژی خورشید را از جهات علوم نجومی، بررسی قرار داده و نحوه بهره گیری از هر یک از آنها در زیر آمده است.

1- علوم نجومی:

انرژی خورشیدی از نقطه نظر علوم نجومی به دو صورت انرژی تابشی و انرژی حرارتی تقسیم می گردد.

خرید فایل

مقاله بررسی منطق حاکم بر پروسة کنترل تأسیسات در 20 صفحه ورد قابل ویرایش

مقاله بررسی منطق حاکم بر پروسة کنترل تأسیسات در 20 صفحه ورد قابل ویرایش

منطق حاکم بر پروسة کنترل تأسیسات

منطق حاکم بر قسمت هواساز

هواساز دارای دو ورودی است یکی از هوای آزاد و دیگری ورودی از هوای بر گشتی و بر روی هر کدام از این ورودی ها یک دسپر وجود دارد که دمپر روی هوای برگشتی به صورت دستی کنترل می شود و دمپر مربوط به هوای آزاد توسط یک محرک (Actuator) به صورت On/off کنترل می گردد.

هوا بعد ا ورود به هواساز وارد بخش فیلتر می گردد و بعد از آنجا به بخش فن می رود بخش فن فشار هوا را زیاد می کند و آن را به بخش رطوبت زن می فرستند تنها ارتباط بین بخش فن و بخش رطوبت زن از طریق فن است و بقیه فضاها توسط ورقهای فلزی پوشانیده شده است در این قسمت برای اطلاع از اینکه موتور کار می کند یا خیر و یا اینکه آیا برای موتور مشکلی پیش آمده است یا خیر ( مانند اینکه تسمة فن پاره شده با شد) از یک سوئیچ اختلاف فشار(Diffrentiod Pressure switchi ) استفاده می کنند این سوئیچ دارای دو سر نمونه برداری است که یک سر آن به قسمت فن ویک سر دیگر آن به قسمت بعد از فن ( بخش رطوبت زن) وصل وb از تیغة Ne این وسیله استفاده می شود هنگامی که به صورت عادی موتور در حال کار است تیغة Ne آن بسته می شود و یک سیگنال به PLC می فرستند مبنی بر اینکه فن در حال کارکردن است ولی هنگامی که فن به هر دلیلی خاموش شود این سوئیچ باز شده و دیگر سیگنالی را به PLC نمی فرستد.

رنج کار DPS بین 200-1000(pa) برای این نوع سیستم هواساز می باشد.

بعد از این قسمت هوا به بخش رطوبت زن منتقل می گردد، همان طور که در بخش قبل توضیح داده شد این بخش فقط در زمستانها مورد استفاده قرار می گیرد( به علت اینکه هوای تهران در تابستان دارای رطوبت کافی است) در این بخش بخار آب که توسط یک شیر کنترلی کنترل می شود به نازلهای مربوط به رطوبت زن فرستاده می شود تا به هوا رطوبت اضافه کنند برای اندازه گیری میزان رطوبت در یک فضای عمومی یک سنسور و PLC با توجه به میزان رطوبت شیر کنترلی در مسیر رطوبت زن را کنترل می کند.

سنسور رطوبت سنج از نوع ولتاژی (1-10V) است و دارای زمان پاسخ 35(s) است.

و برای اضافه کردن رطوبت هوا در مسیر نازل های رطوبت زن از یک شیر کنترلی استفاده می گردد. این شیر کنترلی از دو قسمت تشکیل شده است

1- شیر خطی (LiNeow Vawe) 2- محرکت خطی (Lineew valve aetuator) که این قسمت روی هم سوار شده و تشکیل شیر کنترلی را می دهند شیر خطی استفاده شده در این پروژه از نوع گلویی (Globe) با حرکت خطی است بدین معنا که میزان خروجی شیر با حرکت میلة کنترل شیر (Stem) نیست خطی دارد.

محرک الکتریکی خطی هم برای کنترل شیر خطی استفاده شده است. این محرک یک موتور سنکرون است که برای تغذیه به برق 247ac احتیاج دارد سیگنالی که این محرک برای کنترل دریافت می کند می تواند (0-10v) یا (2-10v) باشد که می توان هر یک را با توجه به سیستم انتخاب نمود.

این محرک همچنین یک سیگنال خروجی 2-10v برای نشان دادن وضعیت شیر نیز ارسال می کند که به آن موقعیت صحیح محرک گفته می شود و وقتی که Steml کاملا کشیده است سیگنال 10v را به Ple می فرستد

همچنین این محرک در حالت خطا (System Failare) می توان تنظیم کرد که شیر چقد باز باشد که عبارت از 0%و 5% و100%

بعد از این قسمت هوا وارد ناحیه کویل ها می شود که در این قسمت دو کویل به صورت مجزا با کانالهای عبور هوای منتقل از هم قرار دارد.

یکی از کوپلها ، کوپل آب سرد است و دیگری کوپل بخار ترتیب استفاده از این کوپل ها بدین شکل است که در تابستان کوپل آب سرد فعال و کوپل بخار غیر فعال است و در زمستان کوپل بخار فعال و کوپل آب سرد غیر فعال است. بر روی مسیر کوپل آب سرد هیچ وسیله کنترلی قرار نمی گیرد ولی بر رومی کوپل بخار برای کنترل میزان بخار یک شیر کنترلی و برای جلوگیری از یخ زدگی هم یک سنسورد ها قرار می گیرد. البته دمای هوا بعد از عبور از کوپلها توسط سنسورهای دما اندازه گیری شده و به PLC فرستاده می شود.

در مسیر هوا، بعد از کوپل آب سرد یک سنسور دما از نوع PT 1000 و مناسب برای نصب در داکت است و درارای زمان پاسخ 30(s) درسرعت 5m/s است.

در مسیر هوا، بعد از کوپل آب گرم یک سنسور دما از نوع PT 1000 وجود دارد که دارای طولب 306 متر است و این سنسور میزان دمای متوسط در کل طول را محاسبه می کند و بوسیلة آن شیر کنترلی بخار را که در مسیر ورودی به کوپل بخار قرار دارد را کنترل می کند بطوریکه وقتی که دمای محفظة اختلاط دمای هوای گرم بیش از 40 درجه شود شیر کنترلی کاملاً بسته می شود در مسیر بخار هم از همان شیر و محرک که برای کنترل رطوبت زن بود استفاده شده است.

در زمستان وقتی که به هر دلیلی بخار وارد کوپل نشود با توجه به اینکه مقداری مایع درون کوپل بخار وجود دارد و همچنین هوای آزاد هم در تماس با کوپل قرار دارد امکان دارد درصورت سرد بودن هوا آب درون کوپل بخار یخ زده و کوپل بترک ، برای مقابله با این مشکل از یک سنسور هوا که دارای تبغه یک پل دو راهه است (SPdt) که می تواند مدار آلارم را در نقطة معین شده (Set point) فعال کند طول سنسور حدود 6 متر است که دو کوپل بخار پیچیده می شود این سنسور وقتی عمل کرد بعدا از برگشت به شرایط عادی به صورت اتوماتیک Reset می شود.

این سنسور را روی 5 درجة سانتی گراد تنظیم می کنیم وقتی که سنسور عمل کرد فرمان به Ple می فرستد و Ple دمپر هوای آزاد را که به صورت On/off است می بندد.

چاله کندانس:

درون چالة کندانس هم دو سوئیچ سطح قرار دارد که یکی سطح پایین و دیگری سطح بالا را می سنجد وقتی سطح پایین عمل کند پمپ کار نمی کند و اگر سطح بالا عمل کند پمپ ها فعال شده و آب را به دی ایرتور پمپ می کنند حتی اگر LSM روی دی ایریتور فعال نشده باشد و تا آنجا ادامه پیدا می کند تا LSH عمل کند وقتی که LSH روی دی ایریتور عمل کرد پمپ ها خاموش شده و اضافه آب از طریق سرریز از منبع چالة کندانس دفع می شود.

- مبدل های حرارتی (Heat en changer)

این مبدل با بخار کار می کند و بدین صورت عمل می نماید که ؟؟ از درون لوله هایی عبور پیدا می کند و این لوله ها درون تا یکی پر از آب قرار دارند و آب بوسیلة گرمای بخار گرم می شود بخار که بعد از تبادل گرمایی به حالت نیمه مایع درآمده به تله بخار می رود از آنجا راهی چاله کندانس می شود.

در سیستم مبدل حرارتی برای اینکه همیشه بعد از بازکردن شیر آب گرم آب گرم سریعاً مصرف کننده برسد و در مصرف آب صرفه جویی شود از سیستم آب گردشی استفاده شده است که آب گرم بوسیلة دو لوله تأمین می شود یکی لولة رفت و دیگری برگشت، که لولة برگشت به هرد مکش (Suction header) پمپ سیکولاسیون و آب سرد در تانک مبدل حرارتی از قسمت زیرین وارد می شود و آب گرم هم از قسمت بالای تانک مبدل حرارتی خارج می شود و آب برگشتی سیستم سیکولاسیون هم به وسط تانک مبدل حرارتی ترزیق می شود تا دوباره گرم شده و به سیستم برگردد.

در روی لوله ورودی بخار به مبدل حرارتی یک شیر کنترلی قرار داد که با دمای آب قسمت بالای تانک کنترل می شود

و پمپ های سیکولاسیون هم توسط یک سنسور دما که میزان دما را به Plc گزارش می دهد کنترل می شود یک فلوسوئیچ هم نشان می دهد که پمپ روشن است یا خاموش پمپها نیز مانند دیگر بخشها می تواند به صورت اتوماتیک یا دستی کنترل شود.

خرید فایل

مقاله بررسی کشف و گسترش انرژی هسته‌ای در 27 صفحه ورد قابل ویرایش

مقاله بررسی کشف و گسترش انرژی هسته‌ای در 27 صفحه ورد قابل ویرایش

مقدمة تاریخی

داستان کشف و گسترش انرژی هسته‌ای، که در مفهوم این پژوهش انرژی‌ای است که در اثر شکافت اوارنیم و احتمالاً عناصر سنگین دیگر آزاد می‌شود، به سال 1311/1932، که چادویک در آزمایشگاه کاوندیش، واقع در کمبریج، نوترون را شناسایی کرد، بر می‌گردد.

این کشف از چند نظر دارای اهمیت بود. اولاً، تشریح ساختار اتم به شکل قابل قبول‌تری امکان پذیر شد و نشان داده شد که هر عنصر بخصوص ممکن است چندین ایزوتوپ مختلف، یعنی گونه‌های مختلفی که تعداد نوترون‌های آنها فرق می‌کند، داشته باشد. ثانیاً، نوترون ذرة جدیدی بود که برای بمباران هستة اتم و ایجاد واکنشهای مصنوعی در اختیار دانشمندان فیزیک اتمی قرار می‌گرفت. در سالهای قبل از آن، دانشمندان برای این منظور از ذرات پروتون و آلفا (هستة عنصر هلیم) استفاده می‌کردند، اما بلافاصله بعد از کشف نوترون این دانشمندان، بخصوص دانشمند ایتالیایی فرمی که در رم کار می‌کرد، دریافتند که این ذره به علت بی‌بار بودن (برخلاف پروتون و ذرة آلفا) آسان‌تر به درون سد پتاسیل هستة اتم نفوذ کرده با آن برهم کنش می‌کند.

چند سال بعد، فرمی و همکارانش در رم عناصر طبیعی زیادی را با نوترون بمباران کردند و فرآورده‌های واکنشهای حاصل را مورد مطالعه قرار دادند. در بسیاری موارد فرمی دریافت که ایزوتوپ‌های پرتوازی عنصر اصلی تولید می‌شدند، و وقتی این ایزوتوپ‌ها وا می‌پاشیدند عناصر دیگری، کمی سنگین‌تر از عناصر اصلی است، تولید می‌شدند. با این روش اورانیم، سنگین‌ترین عنصر طبیعی، در اثر بمباران با نوترون به عناصر سنگین‌تر فرا اوارنیم، که به صورت طبیعی روی زمین یافت نمی‌شدند، تبدیل شد. در این برهه، فرمی دو کشف بزرگ دیگر هم صورت داد، یکی اینکه نوترون‌های کم انرژی بطور کلی برای تولید واکنشهای هسته‌ای مؤثرند از نوترون‌های پر انرژی هستند، و دیگر

اینکه مؤثرترین راه کند کردن نوترون‌های پر انرژی پراکندگیهای متوالی آنها از عناصر سبک مثل هیدروژن در ترکیباتی مثل آب و پارافین است. نقش مهم این دو کشف در گسترش انرژی هسته‌ای در سالهای بعد به ثبوت رسید.

آزمایشهای فرمی روی اورانیم توسط دو شیمیدان آلمانی به نامهای هان و استراسمن تکرار شد. این دو نفر در سال 1317/1938 کشف کردند که یکی از فراورده‌های برهم کنش نوترون با اورانیم، باریم است که عنصری است در میانة جدول تناوبی. ظاهراً واکنشی رخ داده بود که در آن هستة سنگین اورانیوم، در اثر بمباران با نوترون، به دو هستة با جرم متوسط تقسیم شده بود. دو فیزیکدان، به نامهای مایتنر و فریش، با شنیدن خبر این کشف و بر مبنی مدل قطره ـ مایعی هستة اتم توضیحی برای این فرایند پیدا و محاسبه کردند که انرژی بسیار زیادی (خیلی بیش از آنچه که در فرایندهای شناخته شدة پیش از آن دیده شده بود) از این فرایند که نام شکافت بر آن گذاشته شد آزاد می‌شود.

جلوه‌های مهم دیگری از شکافت در ماههای بعد کشف شد. ژولیو و همکاران او در فرانسه نشان دادند که در فرایند شکافت چند نوترون هم گسیل می‌شود، و بعداً معلوم شد که این نوترون‌ها انرژی خیلی بالایی دارند. به این ترتیب این امکان وجود داشت که فرایند شکافت، که با یک نوترون آغاز می‌شد و دو یا سه نوترون تولید می‌کرد، در صورت بروز شکافت دیگری توسط این نوترون‌های جدید، ادامه پیدا کند. زنجیره ـ واکنش خود ـ نگهداری که به این ترتیب ایجاد می‌شد قادر بود مقدار فوق‌العاده زیادی انرژی ایجاد کند.

دو نوع واکنش زنجیره‌یا شکافت متمایز در پیش رو بود: یکی آنکه فرایند شکافت با آهنگ پایا و کنترل شده‌ای انجام می‌شد و به صورت پایا و پیوسته‌ای انرژی آزاد می‌کرد؛ و دیگر اینکه آهنگ شکافت به حدی سریع و کنترل نشده می‌بود که، واقعاً، یک انفجار هسته‌ای با توان تخریب خیلی زیاد تولید می‌کرد. با این همه، پیش از اینکه این ایده‌ها می‌توانستند به واقعیت حتی نزدیک بشوند، مجهولات و مشکلات زیادی باید حل می‌شد. در میان این مجهولات، سطح مقطع شکافت اوارنیم 235 (میزان احتمال انجام این نوع واکنش) بود، و تا این کمیت مشخص نمی‌شد هیچ راهی وجود نداشت که بگوییم آیا واکنش زنجیره‌ای ممکن هست یا خیر، و اگر امکان داشت جرم بحرانی اورانیم لازم چه مقدار بود. همچنین معلوم شده بود که برای دستیابی به یک واکنش زنجیره‌ای در انواع مشخصی از سیستم‌هایی که برای تولید پایا و پیوستة انرژی طراحی می‌شدند لازم بود انرژی نوترون‌هایی که توسط شکافت تولید می‌شدند به مشخص نمی‌شد هیچ راهی وجود نداشت که بگوییم آیا واکنش زنجیره‌ای ممکن هست یا خیر، و اگر امکان داشت جرم بحرانی اورانیم لازم چه مقدار بود. همچنین معلوم شده بود که برای دستیابی به یک واکنش زنجیره‌ای در انواع مشخصی از سیستم‌هایی که برای تولید پایا و پیوستة انرژی طراحی می‌شدند لازم بود انرژی نوترون‌هایی که توسط شکافت تولید می‌شدند به انرژی‌های خیلی پایین‌تری کاهش می‌یافتند تا، همان طور که فرمی نشان داده بود، شکافتهای بیشتر را آسان‌تر باعث می‌شدند. ماده‌ای که برای حصول این فرایند کند شدگی لازم بود کند کننده نام گرفت، و یکی از کند کننده‌های اولیه‌ای که در آزمایشها مورد استفاده قرار گرفت آب سنگین بود، که در زمان مورد بحث در اروپا فقط در یک جا پیدا می‌شد – شرکت هیدرو الکتریک (برق ـ آب= برقاب) نروژ، و تمام موجودی آن را در 1319/1940 فرانسه خریداری کرد.

شکل 2-5 واپاشی برم 87- یک فراوردة شکافت

لذا این چشمة، اگر چه کوچک، دیگری است از نوترون‌هایی که گسیل آنها حدود 80 ثانیه (عمر متوسط ) نسبت به رویداد شکافت، که منشأ اصلی آنها است، تأخیر دارد. تعداد نسبی نوترون‌های تأخیری ( در مورد ) فقط حدود 65ر0 درصد بهرة کل نوترون است، اما، همان طور که بعداً خواهیم دید، این نوترون‌ها در کنترل رآکتورها نقشی اساسی ایفا می‌کند.

اگر در یک وضعیت محتمل‌تر نوترون‌ها دارای طیفی از مقادیر سرعت باشند به طوری که n(v)dv تعداد نوترون‌هایی بر واحد حجم باشد که مقدار سرعت آنها در گسترة v تا v+dv است، در آن صورت:

برای موردی که نوترون‌ها در تمام جهات حرکت می‌کنند شار نوترون را می‌توان به صورت طول رد کل تمام نوترون‌ها در واحد حجم بر واحد زمان تعریف کرد. این تعریف با تعریفی که قبلاً برای باریکة موازی نوترون کردیم سازگار است، اما به آن شرط بستگی ندارد. قابل اعمال بودن شار نوترون بر همة نوترون‌هایی که به طور کتره‌ای در تمام جهات حرکت می‌کنند، صرفنظر از جهت حرکت آنها، تأکیدی است بر طبیعت اسکالر (در تقابل با بردار) بودن آن.

به تجربه ثابت شده است که آهنگ بر هم کنش یک باریکة نوترون با هسته‌های موجود در مادة هدف متناسب است با (الف) شار نوترون، و (ب) تعداد اتم‌های موجود در هدف، که فرض می‌شود از یک ایزوتوپ تشکیل شده است.

یک باریکه از نوترون‌هایی را در نظر بگیرید، همه با مقدار سرعت v cm/s و چگالی / نوترون n، که بر هدفی به سطح A و ضخامت dx cm که شامل / هسته N است فرود می‌آید، رک شکل 2-7.

شکل 2-7 آهنگ برهم کنش نوترون‌ها

اکنون با استفاده از عبارت پیش می‌توان آهنگ برهم کنش F را در مادة هدف به صورت زیر بیان کرد:

یا:

(2-14)

که درآن V=A dx، حجم هدف، و NV تعداد کل اتم‌های ایزوتوپ داخل هدف است که برهم کنش در آن انجام می‌شود.

ثابت در معادلة (2-14) سطح مقطع میکروسکوپی ایزوتوپ مورد نظر است. یکای این پارامتر برهسته است، و می‌توان آن را برابر مساحتی که هر هسته در مقابل نوترون‌ها، برای ایجاد یک واکنش، «علم» می‌کند تلقی نمود. ( این مساحت برابر اندازة سطح واقعی هسته نیست، در بعضی موارد ممکن است بزرگتر از آن باشد، حال آنکه در مواردی دیگر کوچک‌تر از آن است.) مقدار برای اغلب ایزوتوپ‌ها بین تا است، و واحد متداول آن بارن است:

بارن1

سطح مقطع کل همة هسته‌های موجود در واحد حجم ماده را سطح مقطع ماکروسکوپی، ، می‌نامیم و واحد آن /یا است،

خرید فایل

مقاله بررسی انرژی خورشیدی در 28 صفحه ورد قابل ویرایش

مقاله بررسی انرژی خورشیدی در 28 صفحه ورد قابل ویرایش

آبگرمکن خورشیدی

مقدمه:

سیستم های حرارتی خورشیدی نقش مهمی در انرژی خورشیدی دارد، استفاده از دستگاه های خورشیدی سابقه طولانی دارد، گفته شده است ارشمیدس تقریباً در سال 214 قبل از میلاد از آینه مقعر برای داغ کردن آب استفاده کرده است. سیستم های حرارتی امروزی نیز کم هزینه ترین کاربرد انرژی خورشیدی را دارد.

حرارت خورشید استفاده از حرارت انرژی خورشید را توجیح می کند. بنابراین تعداد متفاوتی از دستگاه های فنی وجود دارد که اضافه بر گرم کردن فضا، داغ کردن آب یا فرآیندهای صنعتی سیستم های انرژی خورشیدی را می توان برای سرمایش یا تولید برق با کارخانه های تولید برق خورشیدی مورد استفاده قرار داد. قسمت های عملیاتی اصلی عبارتند از:

• گرم کردن استخر شنای خورشیدی
• آبگرمکن های خانگی خورشیدی
• حرارت کم خورشید برای گرم کردن فضای داخل ساختمان ها
• پردازش حرارتی خورشیدی
• تولید برق خورشیدی

چون این حیطه های عملیاتی خیلی دور از دسترس هستند، این بخش فقط جنبه های مهم آبگرمکن های خانگی خورشیدی و استخرهای خورشیدی را با سیستم های دارای صفحات خورشیدی بسته و باز مورد بحث قرار می دهیم. بخش های زیر به کاربرد بعضی کمیت های ترمودینامیک در توضیح اصول نیاز دارد. جدول 1-3 مهمترین پارامترها، علائم آنها و واحدهایشان را نشان می دهد.

جدول 1-3: کمیت های ترمودینامیک را برای محاسبات حرارتی نشان می دهد.

نام	نشانه	واحد
حرارت، انرژی جریان حرارت درجه حرارت درجه حرارت ترمودینامیک ظرفیت حرارتی خاص رسانایی حرارتی ضریب همبستگی انتقال حرارت ضریب همبستگی انتقال حرارت ضریب همبستگی سطحی انتقال حرارت

انرژی به شکل حرارت Q با جریان گرماQ^o مرتبط می باشد.

1-3

هر تغییر درجه حرارت نیز باعث تغییر حرارت می شود تغییر در حرارت را می توان با ظرفیت خاص c و جرم m ماده تحت تأثیر قرار گرفته محاسبه کرد.

2-3

ممکن است بعضی ابهامات رخ دهد که به استفاده از معیارهای متفاوت دما مرتبط باشد، مقیاس فارنهایت معمولاً برای کار عملی استفاده نمی شود. ولی همزیستی درجه حرارت در مقیاس سلسیوس و درجه حرارت مطلقT به کلوین مسئله سازی می باشد. تبدیل سلسیوس به کلوین از فرمول زیر استفاده می شود.

3-3

فرمول تبدیل فارنهایت به سلسیوس و کلوین را می توان در ضمیمه دید. مقدار عددی تفاوت درجه حرارت به درجه سلسیوس مانند تفاوت دما در کلوین (k) می باشد. برای تعادل صحیح واحدها تفاوت دما در فرمول بالا برای تغییر حرارت باید به کلوین باشد. همین مورد به معادلاتی مربوط می شود که در بخش بعد ارائه خواهند شد. ولی چون مقیاس سلسیوس نسبت به کلوین رایج تر است، مقیاس سلسیوس برای اکثر تفاوت های درجه حرارتی ومعادلات این بخش مورد استفاده قرار داده می شود. جریان حرارتQ^o که باعث تغییر حرارت با ظرفیت حرارتی ثابتc می شود به صورت زیر است:

4-3

برای ظرفیت حرارت مواد متفاوت به جدول 2-3 مراجعه شود.

شکل 1-3 ساخت لایه های n با حیطه سطحی را نشان می دهد. از یک طرف درجه حرارت و از طرف دیگر وجود دارد. گردیان دما، جریان دما از طریق لایه ها با فرمول زیر را به دست می آورد.

5-3

این جریان دما Q^oباعث می شود دما در سمت دارای درجه حرارت کمتر افزایش یابد و در سمت دیگر کاهش داشته باشد تا اینکه هر دو طرف از همان دما برخوردار شوند. اگر میزان دما یک طرف بیشتر از طرف دیگر باشد تغییردرجه حرارت در سمتی که از دمای بالاتری برخوردار است را می توان نادیده گرفت. برای مثال میزان دمای محیط اطراف یک ساختمان خیلی بالاتر از داخل ساختمان است. جریان گرما از طریق دیوارهای ساختمان درجه حرارت هوای خارج را تغییر نمی دهد و این مصداق دارد خواه درجه حرارت محیط نسبت به درجه حرارت ساختمان کمتر باشد یا بیشتر باشد.

جدول 2-3: ظرفیت گرمایی (c) برای بعضی مواد در را نشان می دهد.

نام

شکل 1-3 انتقال حرارت از طریق لایه هایn با همان حیطه سطحی A

شکل

ضریب همبستگی انتقال حرارت به صورت فرمول زیر است:

6-3

که می توان با ضریب همبستگی سطح انتقال حرارت a₂,a₁ هر دو طرف، رسانایی حرارتی و ضخامت لایه S_I، تمام لایه های n محاسبه کرد. جدول 3-3 رسانایی حرارتی مواد متعدد را نشان می دهد.

سیستم های حرارتی خورشیدی برای آبگرمکن

گرمکن خورشیدی استخر شنا

این بخش ابتدا گرمکن استخر شنا را مورد بحث قرار می دهد، به این دلیل نیست که استخرهای شنای آب گرم مزایای اکولوژیکی ندارد- آنها همیشه نیاز زیادی در ارتباط با آب پاکیزه و انرژی دارد. ولی تقاضا برای دمای پایین برای گرم کردن استخر باعث می‌شود که از سیستم های انرژی خورشیدی ساده و اقتصادی استفاده شود که در این بخش کاربرد گسترده ای دارد.

·محفظه کلکتور

·جذب کننده (سلول خورشیدی)

جذب کننده در داخل محفظه کلکتور صفحه ای مسطح قرار دارد. این جذب کننده نور خورشید را به حرارت تبدیل می سازد و آن را به آب موجود در لوله هایی انتقال مید هد که از درون سیستم عبور می کنند.

محفظه کلکتوردر قسمت پشت آن و اطراف آن کاملاً عایق بندی می شود تا اتلاف حرارتی به حداقل ممکن برسد. ولی هنوز بعضی اتلاف های حرراتی کلکتوری که عمدتاً به تفاوت درجه حرارت بین جذب کننده و هوای محیط بستگی دارد. این اتلاف‌های حرارتی به انتقال گرما (همرفت) و اتلاف های پرتویی مربوط می شود. جابجایی هوا باعث اتلاف های انتقال گرمایی (همرفتی) می شود.

قاب شیشه ای روی کلکتورها را می پوشاند و باعث جلوگیری از اکثر اتلاف های حرارتی ناشی از انتقال گارما می شود. اضافه بر این آن منتشر شدن حرارت از جذب کننده به محیط را به همین روش مانند وضعیت گلخانه ای کاهش می دهد. ولی شیشه نیز قسمت کمی از نور خورشید را منعکس می سازد.

که نمی تواند به جذب کننده (سلول خورشیدی) برسد. شکل 6-3 و 7-3 مکانیزم و جریان انرژی در کلکتورهای صفحه ای مسطح را نشان می دهد.

پوشش شیشه ای جلویی قسمت اندکی از نیروی تابش خورشید همانطور که در شکل 8-3 نشان داده شده است منعکس و جذب می کند اکثر پرتو خورشیدی از شیشه عبور می کند.

انعکاس P، جذبa، مقدار عبورT را می توان در این فرایندها توضیح داد. جمع این مقدار باید همیشه مساوی با 1 باشد.

(7-3) P+P+T=1

نیروهای تابشی هماهنگ به صورت فرمول ذیل می باشد.

8-3

شکل 6-3 فرایند در کلکتور صفحه ای مسطح را نشان می دهد.

جذب پرتوهای خورشیدی باعث بالارفتن حرارت قاب شیشه ای می شود. اگر شیشه دارای تعادل حرارتی برخوردار باشد، آن باید پرتو جدا شده را ساطع نماید. پس برق ناشی از پرتو ساطع شده مساوی با برق پرتو جذب شده می باشد در غیر اینصورت شیشه به طور نامحدودی گرم می شود. بنابراین شدت انتشار با میزان جذب a برابر است:

(9-3) a=E

از یک طرف پوشش جلویی باید در اکثر پرتوهای خورشیدی قابل نفوذ باشد. از طرف دیگر آن همینطور باید پرتو حرراتی جذب کنند (سلول خورشید) را در عقب نگه دارد و اتلاف های انتقال حررات به محیط را کاهش دهد. اکثر کلکتورها از شیشه تک لایه ساخته شده و از شیشه خورشیدی به طور حرارتی با آهن کم عمل آوری شده استفاده می کنند. این شیشه دارای شدت انتشار بالا (t-1) است و مقاومت خوبی در مقابل تأثیرات محیطی دارد.

پوشش های جلویی ساخته شد و از شیشه نسبت به نمونه های ساخته شده از پلاستیک برتری دارند و به این دلیل است که طول عمر پلاستیک به خاطر مقاومت کمتر در مقابل تابش ماوراء بنفش و تأثیرات آب و هوایی کمتر است.

لعاب دادن دوگانه می تواند باعث کاهش اتلاف های حرارتی شود همین طور قدرت پرتو تابشی خورشید را کاهش می دهد و هزینه ها را افزایش می دهد.

شکل 7-3 تبدیل انرژی در کلکتور خورشیدی و اتلاف های حرارتی را نشان می دهد.

1

استفاده از مواد خالص برای پوشش دهی جلویی می تواند کارآیی کلکتور را افزایش دهد.

خرید فایل

تحقیق بررسی واکنش های شیمیایی در 47 صفحه ورد قابل ویرایش

تحقیق بررسی واکنش های شیمیایی در 47 صفحه ورد قابل ویرایش

مؤلف : مهندس مطیع فرد فصل اول : بینش 1

نام فرآیندهایی که در جهان هستی در حال انجام شدن می‌باشند با آهنگ یا سرعت خاصی رخ می دهند. گستره ای از علم شیمی که مربوط به سرعت واکنش های شیمیائی می باشد، سینتیک شیمیائی نام دارد. سینتیک شیمیائی با سرعت انجام یک فرآیند شیمیائی و عوامل مؤثر بر سرعت سر و کار دارد.

اگر در محیط اطراف زندگی خود نگاه کنیم در اثر گذشت زمان، واکنش های شیمیائی در حال رخ دادن می باشند. برخی کند مانند زنگ زدن ، آهن و برخی تند مانند سوختن و یاخنثی شدن اسید و باز می باشند.

نکته: دقت شود در مورد سرعت خودبخودی بخودن معنا ندارد، به عبارتی خودبخودی بودن مفهوم سریع بودن را نمی رساند. بسیاری از واکنش های خودبخودی آنچنان کند می باشند که شاید هفته ها و سالها در دمای معمولی رخ ندهند. مانند:

نکته: خودبخودی بودن واکنش بحثی است ترمودینامیکی و ترمودینامیک با تعیین سطح انرژی واکنش دهنده ها و فرآورده ها و تغییر آنتروپی است. وقوع واکنش را بررسی می کند، در حالی که سینتیک دوباره چگونگی تبدیل آن‌ها به یک دیگر و شرایط بهینه برای انجام شدن واکنش را بررسی می کند.

نکته: سینتیک تابع مسیر است.

سرعت یا شتاب یک فرآیند عبارت است از تغییر یک کمیت معین در یک زمان معین. حال این کمیت معین می‌تواند غلظت – بو – زنگ و … باشد.

همچنان که در علم فیزیک سرعت یک متحرک را با تغییرات جابه‌جائی متحرک در تغییرات واحد زمان. بیان می کنیم در علم شیمی نیز به دنبال یک کمیت مستقیم تا در واحد زمان تغییر کند. از آنجائی که در حین یک واکنش شیمیائی تعداد مولها دستخوش تغییر می شوند بنابراین سرعت یک واکنش شیمیائی عبارت است از تغییر غلظت یک واکنش گر و یا یک فرآورده در واحد زمان.

مثلاً در واکنش اگر بخواهیم سرعت را برحسب جزء A حساب کنیم. (در علم شیمی سرعت را با R نمایش می‌دهیم و از آنجائی که سرعت یک واکنش ثابت نیست و با گذشت زمان تغییر می کند. همچون علم فیزیک به بیان سرعت متوسط واکنش می پردازیم یعنی ) حرف R از کلمه Rate به معنای سرعت گرفته شده است.

	غلظت A در t1 – غلظت A در t2
	T2-t1

توجه: [A] یعنی غلظت A بر پایه مول بر لیتر

حرف یونانی (دلتا)‌به معنای تغییر یک کمیت اندازه گیری شده است.

نکته : سرعت در لحظه های مختلف واکنش با یکدیگر تفاوت دارد. به عبارتی سرعت یک واکنش در ابتدا زیاد و با گذشت زمان از آنجائی که غلظت واکنشگرها رو به کاهش می‌گذارد کم می گردد.

سرعت یک واکنش کمیتی است تجربی و با اندازه گیری سرعت مصرف واکنش دهنده (ها) یا سرعت تولید فرآورده (ها) معین می گردد.

توجه گردد که عبارت ‌یک عبارت منفی است. زیرا غلظت دوم A به دلیل مصرف شدن ‌از غلظت اول A کوچکتر است و از آنجائی که در علم شیمی سرعت منفی معنا ندارد بنابراین سرعت متوسط مصرف A را با عبارت:

به عبارتی ‌سرعت را با بیان یک علامت منفی برای واکنش دهنده (ها) بیان می کنیم.

بنابراین می توان سرعت را برحسب جزء (B) نیز تعریف نمود:

پرسش: تغییرهای سرعت واکنش با پیشرفت زمان به چه ترتیب است؟

1) سرعت واکنش در ابتدا کم است و در نزدیک پایان زیاد می شود.

2) در تمام مدت سرعت واکنش ثابت است.

3) سرعت واکنش در ابتدا زیاد و در نزدیک پایان کم می گردد.

4) با پیشرفت زمان سرعت واکنش به طور منظم افزایش می یابد.

نکته :

انتخاب واحد زمان در سطح دبیرستان اصولاً ثانیه (s) و دقیقه است (min) ولی برای واکنش کند مانند زنگ زدن آهن و یا خرد شدن صفحات کاغذی یک کتاب از واحدهای نظیر روز – هفته – ماه وسال استفاده می شود. در این بحث بیشتر از واحد ثانیه استفاده می گردد.

فصل دوم: پیش دانشگاهی 1

تعادل های شیمیائی

در محاسبه استوکیومتری فرض کردیم که واکنش ها به طور کامل پیش می روند، یعنی تا هنگامی که یکی از واکنش دهنده ها تمام شود. رویهمرفته، بسیاری از واکنش ها تا پایان پیش می روند. اگر یادتان باشد در شیمی 3 با واکنش های خودبخودی آشنا شدید . به عبارتی عوامل افزایش بی نظمی و کاهش انرژی هم دو در یک طرف واکنش بودند.

حال اگر عامل حداقل انرژی و حداکثر بی نظمی در دو سمت مخالف یک واکنش باشند در این صورت واکنش پیشرفت خوبی فقط به یک سمت ندارد و به عبارتی واکنش به هر دو طرف کشیده می گردد. در این حالت می گوئیم واکنش برگشت پذیر است. آشنائی با واکنش های برگشت پذیر مبنای درک واکنش های تعادلی می باشد.

واکنش های که در آن هم واکنش رفت و هم واکنش برگشت به طور همزمان دو طرف واکنش قابل انجام باشد واکنش های برگشت پذیر می گویند. که اصولاً آنها را با علامت نشان می دهند.

نکته 1: هر واکنش برگشت پذیری تعادلی نیست. ولی تمام واکنش های تعادلی برگشت پذیرند.

یک نمونه از واکنش های برگشت پذیر جوش خوردن دو جزء No₂ به یکدیگر و تولید تترا اکسید دی نیتروژن

یک نمونه دیگر از واکنش های برگشت پذیر گرم نمودن نمک آبپوشیده کبالت (II) کلرید که به رنگ ارغوانی بوده و بر اثر گرم شدن و از دست دادن آب، آبی رنگ می شود.

نکته 2: اغلب آب زدایی نمک های آبپوشیده با تغییر رنگ همراه است مانند که دارای شش مولکول آب تبلور است.

نکته 3: اغلب شکل بلور نمک آبپوشیده با نمک کاملاً بی آب متفاوت است مثلا سدیم اورات (عامل بیماری نقرس) دارای بلورهای سوزنی شکل بوده و بر اثر حرارت به صورت بلور کروی تقریباً سیاه رنگ بدست می آید.

نکته 4: اصولا خصلت آبپوشی مربوط به ترکیب های یونی می باشد چند نمونه نمک معروف آبپوشی شده:

زاج سبز

کات کبود

سنگ گچ (زیپس)

مفهوم حالت تعادل: اگر در یک واکنش برگشت پذیر سرعت واکنش رفت با سرعت واکنش برگشت برابر باشد، حالت تعادل بوجود می آید. در این حالت غلظت واکنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد. از آنجائی که هیچ گونه تغییری در غلظت واکنش دهنده ها و فرآورده ثابت می گردد. از آنجائی که هیچ گونه تغییری در غلظت واکنشگرها و فرآورده ها رخ نمی دهد، شاید به نظر برسد که همه چیز متوقف شده است. اما این باور درست نیست. در سطح مولکولی حالتی پویا و دینامیک دارد. مانند یک کتری کاملاص در بسته که در حال جوش است. سرعت واکنش تبخیر (واکنش رفت) در ابتدا زیاد است. واکنش برگشت (میعان) در ابتدا دارای سرعت صفر است. بعد از گذشت مدتی که غلظت بخار به حد معینی رسید سرعت واکنش رفت یعنی تبخیر کم گشته و سرعت واکنش معیان زیاد می گردد سپس و در زمان مشخصی سرعت واکنش رفت برابر سرعت واکنش برگشت می شود. در این حالت تعادل برقرار شده است. از این لحظه به بعد غلظت مایع و بخار ثابت گشته ولی مرتب مایع به بخار و بخار به مایع تبدیل می شود.

به عبارتی اگر در حالت تعادل فرض شود 8 مولکول به حالت بخار (از حالت مایع) در می آیند دقیقاً n مولکول نیز از حالت بخار به حالت مایع در می آیند. و بنابراین سرعت واکنش رفت و برگشت برابر می شود. (البته آنچه که ذکر نمودیم مثالی از یک تعادل فیزیکی بود که جلوتر انواع تعادلها را بررسی خواهیم نمود)

خرید فایل