بلاگ

… در میان آثار بزرگان ایرانزمین به نکته‌سنجی‌های پرشماری برمی‌خوریم که نشان از هوشمندی و نگاه موشکافانه و مشاهده‌ی دقیق پدیده‌های محیط اطراف دارد… شاعران زیادی از مشاهدات خود در طبیعت، و از گردش سیارات و افلاک گرفته تا رازهای کیمیاگران، در بیان آرای خود یاری گرفته‌اند و آنها را با کلماتی زیبا و در ترکیبی دلنشین برای ما به یادگار گذاشته‌اند…

.

.

به راستی چه کسی اول بار وجود الکتریسیته را کشف کرد؟ چه کسی اول بار آن را مطالعه کرد و مطلبی در مورد آن نگاشت؟

پاسخ به این پرسش‌ها چندان آسان نیست و تنها بر حدس و گمان استوار است، زیرا هنوز مطالعه‌ی دقیق علمی روی آن صورت نگرفته است. اما، تا جایی که بررسی‌های انجام شده تا امروز نشان می‌دهند، می‌توان گفت که از 600 سال پیش از تولد مسیح بشر با پدیده‌ی الکتریسیته‌ی ساکن مواجهه داشته است. تالس، فیلسوف یونانی، 500 سال پیش از میلاد مسیح دریافته بود که با مالیدن پارچه بر سنگ فسیلی «کهربا»، این ماده قابلیت جذب ذرات کوچک و سبک کاه را پیدا می‌کند. «پلاتو»، دیگر فیلسوف یونانی 300 پیش از میلاد مسیح در یکی از آثار خود این پدیده را شرح داد. از همینجاست که واژه ی «الکترون»، همان ذره‌ی زیر-اتمی که حامل بار منفی است، از نام قدیمی کهربا به زبان یونانی ریشه گرفته است.

همزمان با او در ایران دوران اشکانی، اولین باتری‌ها ابداع شدند. ایرانیان از «باتری بغداد»، نامی که باستان‌شناسان غربی بر یافته‌های خود در اطراف تیسفون نهاده بودند، برای آبکاری فلزات و مطّلا کردن آنها استفاده می‌کردند. گفته می‌شود که این دانش ریشه در معابد کاهنان مصری داشت و این کاهنان حتی قادر بودند از راه دور و از طریق سیم به یکدیگر اطلاع رسانی کنند…

.

«باتری بغداد» که در نزدیکی تیسفون در دهه‌ی 1930 پیدا شد، و ساختمان فنی آن

.

پس از گذشت دوران بالندگی بشر در عصر فیلسوفان و ادیان طبیعی، علم و دانش زیر تسلط اصحاب متعصب و سختگیر ادیان و مذاهب ابراهیمی قرار گرفت. بیش از 2000 سال لازم بود تا بشر در پی اختراع ماشین چاپ توسط گوتنبرگ، ابداع ستاره‌شناسی نوین توسط کوپرنیک و گالیله و کپلر و به دنبال آن برآمدن عصر رنسانس، از ظلمت جهل بیرون آید و دوباره راه تحقیق و مطالعه، بدون ترس از تفتیش عقاید و دادگاه های مذهبی و احکام ظالمانه، بر دانشمندان و متفکران باز شود.

.

چهره ی “شارل دو فای” فرانسوی که برای اولین بار روی پدیده‌ی الکتریسیته‌ی ساکن بررسی و مطالعه انجام داد و قوانین الکتریسیته‌ی ساکن را کشف کرد. در بالا پاراگرافی از کتاب او در مورد الکتریسیته‌ی ساکن که در سال 1734 منتشر کرد،دیده می‌شود. عنوان کتاب این بود: A Discourse concerning Electricity

.

در قرن هجدهم میلادی، در سال 1733 بود که «شارل دو فای»، شیمیدان فرانسوی (1698-1739)، قوانین الکتریسیته‌ی ساکن را کشف کرد. او اولین کسی بود که وجود دو نوع الکتریسیته را مطرح کرد: الکتریسیته‌ی شیشه‌ای (Vitreous) و الکتریسیته‌ی صمغی (Resinous). این کلمات تا پانزده سال بعد مورد استفاده‌ی دانشمندان بودند و پس از آن به پیشنهاد همزمان ویلیام واتسون و بنجامین فرانکلین با واژه‌های «مثبت» و «منفی» جایگزین شدند.

پس از آن، روزی رسید که الکساندر ولتا، دانشمند ایتالیایی، به دلیلی که بر ما پوشیده است، دو قرص فلزی، یکی از جنس روی و دیگری از مس را زیر و روی زبانش گذاشت. برخورد لحظه‌ای لبه‌های این دو قرص در عضو بسیار حساس «زبان» او باعث ایجاد حس «مور مور»ی شد که کنجکاوی او را برانگیخت. او این دو فلز را در شاره (مایع)های متفاوتی، از جمله در اسید، قرار داد و به این وسیله اولین باتری اختراع شد.

از اینجا به بعد کشفیات علمی و اختراعات مفید در علم الکتریسیته رو به رشد گذاشت، به نحوی که در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم با «دانشمندان تجربی» روبرو می‌شویم که هر یک ده‌ها اختراع به ثبت رساندند.

در طول تاریخ، اما، در میان آثار بزرگان ایرانزمین به نکته‌سنجی‌های پرشماری برمی‌خوریم که نشان از هوشمندی و نگاه موشکافانه‌ی آنان و مشاهده‌ی دقیق پدیده‌های محیط اطراف را دارد.

در کنار و افزون بر این، افسانه‌های تامل برانگیزی نیز از سده‌های پیش به ما رسیده است که از روح جستجوگر و خلاق اجداد ما در این دیار کهن حکایت می‌کند.

شاعران زیادی از مشاهدات خود در طبیعت، و از گردش سیارات و افلاک گرفته تا رازهای کیمیاگران، در بیان آرای خود یاری گرفته‌اند و آنها را با کلماتی زیبا و در ترکیبی دلنشین برای ما به یادگار گذاشته‌اند. «محتشم کاشانی» در مدح امام هشتم شیعیان چنین سروده است:

.

.

مولانا در جایی فرموده است:

.

.

نظامی در بیان چند و چون عشق، از طبیعت شاهد می‌آورد. در این شعر می‌بینیم که آنچه او «عشق» نامیده است، می‌تواند به بیان دیگری از «میدان نیرو» تعبیر گردد:

.

.

علاوه بر خاقانی که در شکایت از روزگار قصیده‌ای سروده و در میانه‌ی آن بیت زیر را آورده:

.

.

سخنور پارسی‌گوی، «صائب تبریزی»، نیز در تشبیهات خود پدیده‌های علمی را دستمایه قرار داده است و به مانند خاقانی «همت آهنربا را به رخ کهربا می‌کشد». تو گویی قیاسی میان «میدان الکتریکی» و «میدان مغناتیسی» صورت می‌دهد، قیاسی که چندان بیراه هم نیست، چرا که در واقع امر این میدان “ضعیف” الکتریکی است که نیروی قوی میدان مغناتیسی را می‌گستراند و «امواج الکترومغناتیسی» منتشره از ماهواره‌ها و ایستگاه‌های رادیویی و تلویزیونی را در سطح جهان می‌گستراند.

اما به نظر نگارنده، تعبیر صائب از قوه‌ی جاذبه‌ی آهنربا و کهربا به «اضطراب ساکن» شاهکار درک فیلسوفانه‌ی او از این پدیده‌ی طبیعی است: او با این بیان خود، وجود «هیجانی پنهان» در دل سنگ آهنربا و کهربا را درک کرده است.

در اینجا غزل زیبای او تقدیم می‌شود:

.

 .

.

منابع:

– سرزمین جاوید، نوشته ذبیح الله منصوری

– سایت ادبی گنجور

و جاهای دیگر…

.

.

هنگام مطالعه در مورد میدان مغناتیسی، آشنایی با “حسگر  هال” اجتناب ناپذیر است. با استفاده از اثر “هال” می توان «چگالی فلوی مغناتیسی» را اندازه گرفت. با دانستن این موضوع، این پرسش پیش می آید که … خوب، چطور؟ چطور می توان این اندازه گیری را در عمل به انجام رساند؟

.

.

هنگام مطالعه در مورد میدان مغناتیسی، آشنایی با “حسگر هال” اجتناب ناپذیر است. با استفاده از اثر “هال” می توان «چگالی فلوی مغناتیسی» را اندازه گرفت. با دانستن این موضوع، این پرسش پیش می آید که … خوب، چطور؟ چطور می توان این اندازه گیری را در عمل به انجام رساند؟

.

.

روشن است که می توان “حسگرهای هال” را خریداری کرد، اما فکر می کنم شما هم با من موافق باشید که ساختن یک حسگر لطف دیگری دارد. تئوری به ما می گوید که برای این کار باید یک زرورق یا “فویل” که  تا حد ممکن نازک باشد، مورد استفاده قرار گیرد. در مقابل، اما، اندازه ی طول و عرض آن اهمیتی ندارد. من آزمایش خود را با فویل مسین آغاز کردم، زیرا روی هر قطعه فیبر مدار چاپی ورقه ی نازکی از این فلز کار شده و اجازه می دهد که به سادگی آن را برید، سوراخ کرد، اندازه کرد، لحیم کرد و بنا به ضرورت های دیگر مورد استفاده قرار داد. البته، از سوی دیگر، می دانستم که مس یکی از نامناسب ترین مواد برای ساخت حسگر هال است، چرا که “ثابت هال” این عنصر بسیار کوچک است. اما، چون امروزه آهنرباهای فوق العاده پرتوانی تولید می شوند، می توان امیدوار بود که با استفاده از آنها اثر هال را روی مس اندازه گیری و اثبات کرد.

برای این کار من یک “مدار تقویت کننده ی عملیاتی با ضریب بهره ی بسیار بالا” انتخاب کردم. در این مدار تقویت ولتاژ بر حسب نسبت بین دو مقاومت 2/2 مگااهم و 330 اهم تعیین می شود و برابر 6667 است. در کنار این تقویت کننده من یک “مدار پل اندازه گیری”  را نیز به خدمت گرفتم. پتانسیومتر مدار تعادل این پل را برقرار خواهد کرد. البته می توان با تنظیم دقیق نقطه ی صفر در محدوده ی میلی ولت، اندازه گیری روی ولتاژ هال خیلی پایین تر از یک میکروولت را انجام داد.

.

.

مطابق تصویر، مدار به سرعت ساخته و آزمایش می شود: کالیبره کردن ولتاژ صفر خیلی دشوار است. تقویت کننده منبع تغذیه ی جداگانه ی  خودش را دارد. از طریق یک منبع تغذیه ی آزمایشگاهی جریانی دقیقا برابر  یک آمپر بر روی حسگر هال برقرار می کنیم. سپس دوباره نقطه ی صفر را کالیبره می کنیم.

حال به لحظه ی سرنوشت نزدیک می شویم: یک آهنربای خیلی قوی از نوع “نئودیمیوم” زیر حسگر قرار می دهیم. ولتاژ خروجی تقویت کننده واقعا  به میزان چند میلی ولت دچار تغییر می شود. البته عوامل موثر دیگری نیز وجود دارند که در اندازه گیری اختلال ایجاد می کنند. هر جابجایی آهنربا یک ولتاژ القایی را به سیم های رابط حسگر القا می کند که به مراتب بزرگ تر از ولتاژ هال است. هر بار باید کمی صبر کرد تا مقدار اندازه گیری شده مجددا ثابت شود. به علاوه، در اندازه گیری چنین ولتاژهای کوچکی، همواره مسایلی در ارتباط با ولتاژهای گرمایی که بر اثر تفاوت های دمایی پدید می آیند، وجود دارند. به این دلیل باید از بروز جریان هوا، هر قدر که کوچک باشد، در اطراف دستگاه جلوگیری نمود. فرد آزمایشگر نیز نباید بجنبد و هنگام اندازه گیری نفس را در سینه حبس کند.

.

.

در مجموع، در آزمایش های من با برگرداندن آهنربا تغییراتی در گام 4 میلی ولت اندازه گیری شدند که به معنی ولتاژ هال تقویت شده ای برابر 2 میلی ولت است.

.

.

خوب، حالا ببینیم قوّت آهنربا چقدر است؟ مهندس خوب ابتدا محاسبه می کند و بعد می سازد. سَمبَل کار، در مقابل، اول شروع می کند به ساختن  و بعدا به محاسبه می پردازد، تازه فقط در صورتی که نشود از محاسبه شانه خالی کرد! درست مثل همین کاری که خودمان اینجا انجام دادیم! در نتیجه، حالا شروع می کنیم به حساب و کتاب:

.

مقدار ولتاژ هال عبارت است از:            U_h = A_h * I * B / d

.

ثابت هال مربوط به مس برابر است با: A_h = -5,3 * 10^-11 m³/C

.

ضخامت لایه ی مس فیبرهای مدار چاپی معمولی:  d = 35 µm  است.

.

برای B = 1  و I = 1 A  ولتاژ هال به مقدار U_h = 1,5 µV  محاسبه می شود.

.

این ولتاژ در مدار تقویت کننده  به میزان 6667 بار تقویت می شود و در نتیجه به 10 میلی ولت ارتقا پیدا می کند.

.

بنابراین، می گوییم که «حساسیت مدار 10 میلی ولت بر تسلا » است.

.

نتیجه ی اندازه گیری: آهنربای من 2 میلی ولت ایجاد می کند. در نتیجه پی می بریم که «چگالی فلوی مغناتیسی» آن 2/0 تسلا است. این یافته مقداری واقعی به نظر می رسد زیرا که از لحاظ نظری مقادیر تا 4/1 تسلا قابل دستیابی هستند. حسگر دست ساز ما در مجموع هنوز کاملا عملیاتی و کاربردی نیست. اگر بخواهیم آن را اصلاح و بهتر کنیم، بایستی اندازه های آن را کوچک کنیم، و مدار تقویت کننده هم باید تا حد ممکن جمع و جور و کُمپَکت ساخته شده و درون یک جعبه ی مناسب و شیلد شده قرار داده شود.

 .

.

مطالب مرتبط:

چند کلمه در مورد «ثابت هال»