پرسش

با عرض سلام
لطفاً در مورد موضوعات زیر مطالبی را در حد یك مقاله ی چند صفحه ای تا تاریخ 28/11/87 برایم توضیح دهید.
*باردار كردن ابرها
*آیا اتم ها واقعاً كروی هستند.
*چگونه جرم یك اتم را اندازه می گیرند.
با تشكر فراوان

پاسخ

با عرض سلام خدمت شما کاربر گرامی:

شاید در صبح روز پنجشنبه 3 بهمن ماه کمتر کسی تصور می کرد که بارش خفیف برف در کمتر از چند ساعت به برف سنگینی تبدیل شود.اما این بارش این برف حاصل بارور سازی ابرهای موجود بوده.بارور سازی توسط هواپیمایی که در ساعت 10 صبح از استان یزد به پرواز درآمد و در مسیر خود ابرهای استان های اصفهان و مرکزی را نیز بارور کرد.
در این بارور سازی ابرها ، گلوله های یدور نقره از طریق هواپیماهای ویژه به داخل ابرهای مستعد باران زایی شلیک شده و با تسریع باروری آنها، بارش رخ می دهد. پس از انجام عملیات باروری حدود 30 دقیقه بعد می‌توان شاهد بارندگی بود؛ البته فواصل بارندگی ابرها مشخص است و هر مقدار که دانش قوی‌تر باشد، امکان زمان‌بندی و مکان‌یابی ریزش باران دقیق‌تر خواهد بود
عملیات بارورسازی ابرها در دنیا از چه زمانی آغاز شده است¬؟

در سال 1964 میلادی، دكتر برنارد ونگات(Bernard Vonnegut) كشف كرد كه بلورهای بسیار ریز یدید نقره(AgI) باعث تشكیل بلورهای یخ در بخار آب می‌شوند. ونگات به این دلیل یدید نقره را برگزید كه فاصله‌ی مولكول‌ها در شبكه‌ی بلوری آن با فاصله‌ی مولكول‌های آب در شبكه‌ی بلور یخ بسیار نزدیك است. بنابراین، یدید نقره ماده‌ی مناسبی است كه هسته‌ی بلورهای یخ باشد. هم‌چنین، او روشی را ابداع كرد تا بتوان ذره‌های بسیار ریزی از یدید نقره فراهم آورد.
در همان زمان وین سنت شفرو(Vincent Schaefer) و اروینگ لانگمویر(Irving Langmuir) در آزمایشگاه شركت جنرال الكتریك آمریكا روی طرح بارورسازی ابرها با یخ خشك(دی‌اكسیدكربن جامد) كار می‌كردند. آن‌ها مقدار زیادی یخ خشك را با هواپیما در میان ابرها پاشیدند و باران ایجاد كردند. یخ خشك با سرد كردن موضعی ابر باعث تشكیل بلورهای ریز یخ در ابر می‌شود.
از سال 1946 كشورهای روسیه و آمریكا طرح تعدیل آب و هوا را با بارورسازی ابرها آغاز كردند. فناوری مربوط به بارورسازی ابرها تاكنون در اختیار این دو كشور و تعداد معدودی كشورهای دیگر بوده است. هرساله حدود 130 تا 150 پروژه در 50 كشور دنیا انجام می شود. كشورهای عراق، پاكستان، امارات و كشورهای مشترك المنافع در استفاده از این فناوری سابقه داشته اند اما سوریه یكی از كشورهای پیشرفته در بهره وری از این دانش محسوب می شود به طوری كه در این كشور عملیات بارورسازی به طور روزمره انجام می شود.
امروزه هر چند از مواد دیگری مانند نمك معمولی و پروپان مایع نیز برای وادار كردن ابرها به بارش بهره می‌گیرند، اما یدید نقره بیش از همه به كار می‌آید. ذره‌های یدید نقره را به دو روش وارد ابرها می‌كنند: به كمك كوره‌هایی روی زمین یا شعله‌هایی كه از هواپیما شلیك می‌شوند. كوره‌ی زمینی از هر یك گرم یدید نقره بیش از 1,000,000,000,000,000 ذره‌ی یدید نقره به هوا آزاد می‌كند.
از چه زمانی عملیات مذكور در ایران اجرا شده است¬؟
در ایران برای اولین بار در سال 1353 عملیات بارورسازی در منطقه سد لتیان و رودخانه جاجرود انجام شد كه نوع فناوری به كار گرفته در آن متفاوت با امروز بود بدین شكل كه فرآیند با شلیك هوایی از روی كوه به سمت ابر انجام می شد. از سال 1353 تا 57 چندین بار عملیات تكرار شد ولی بعد از انقلاب، اولین بار در سال 1373 توسط رئیس جمهور وقت دستور فعال شدن این طرح داده شد.
عملیات بارورسازی چگونه انجام می شود¬؟
اگر ابری برای بارورسازی مناسب بود هواپیمای ویژه این كار، به سمت ابر حركت می كند و به داخل آن می رود، (این هواپیما برخلاف هواپیماهای معمولی كه از ابر گریزان هستند به داخل آن می رود) در این مرحله گروه متخصصان و كارشناسان داخل هواپیما به بررسی شرایط و ویژگی های ابر می پردازند و مجددا" آن را از نظر قابلیت بارورسازی می سنجند و در صورت مثبت بودن آزمایش، عملیات با شلیك گلوله های یدور نقره انجام می شود. این گلوله ها پس از طی 50 متر شروع به سوختن می كند. دوده یدور نقره باعث جذب ذرات آب موجود در ابر و نهایتا" ایجاد قطره می شود و پس از تشكیل قطرات درشت، ابر شروع به بارش می كند و همان طور كه گفته شد فاصله زمانی بین بارورسازی و آغاز بارش حدود 20 تا 30 دقیقه است.
مركز بارورسازی ابرها در چه سالی به وجود آمد¬؟
در قوانین آب كشور یكی از وظایف وزارت نیرو در تأمین آب شهروندان، بهره برداری از روش علمی بارورسازی ابرهاست. در همین راستا در سال 77 مركز بارورسازی ابرها در شهر یزد ایجاد شد.
پس از ایجاد مركز بارورسازی ابرها قراردادی 5 ساله با روسیه منعقد و براساس آن روسیه متعهد شد طی 5 سال :
1- نیروی انسانی ایرانی را آموزش دهد تا نیروی متخصص در این زمینه تربیت شود
2-فناوری مربوط به عملیات را به ایران انتقال دهد
3- تجهیزات مورد نیاز طرح را تأمین كند و در مرحله آخر هدایت كلی كار را برعهده داشته باشد. این پروژه متأسفانه به خاطر بعضی دیدگاه ها، از سال 81 تا 84 متوقف بود ولی از سال گذشته از سر گرفته شد و قرارداد با روسیه -كه یك سال دیگر از آن باقی مانده بود - دوباره فعال و كار پیگیری شد. باتوجه به این كه در مدت این 5 سال متخصصان ایرانی، صاحب فناوری بارورسازی ابرها شده اند پس از اتمام قرارداد با روسیه عملیات به همت كارشناسان ایرانی انجام می شود و ما در حال حاضر مشغول بومی سازی این دانش هستیم.
-
در حال حاضر از چه موادی برای بارورسازی ابرها بهره گرفته می شود¬؟
یدور نقره و نیتروژن موادی هستند كه باتوجه به فیزیك و طول و عرض ابر مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از فناوری های دیگر مثل كاربرد یخ خشك و یا فناوری های نوین در عملیات مذكور در دستور كار می باشد.
تاكنون 3 میلیون دلار هزینه كل پروژه شده كه 2 میلیون دلار آن صرف خرید تجهیزات لازم و یك میلیون دلار برای هزینه های دیگر استفاده شده است گلوله های یدور نقره هر كدام 10 دلار هزینه داشته است ولی در حال حاضر خود متخصصان ایرانی این گلوله ها را تولید می كنند.
-
آیا می توان تمام ابرها را بارور كرد¬ ابرهای مورد نظر چگونه شناسایی می شوند¬؟
در این زمینه 3 دسته ابر وجود دارند، بعضی ابرها توان باران زایی دارند، بعضی اصلا" قدرت بارش ندارند ولی در این میان ابرهایی هستند كه در شرایط عادی نمی بارند ولی با بارورسازی مصنوعی می توان آنها را وادار به بارش كرد. رادارهای نصب شده بر روی زمین جبهه هوا و ابری را كه وارد ایران می شود رصد و بررسی می كنند و متخصصان با تشخیص نوع و جهت حركت ابر می توانند قابلیت بارورسازی ابر را تعیین كنند.

منابع : سایت سازمان هواشناسی ،وب سایت جامع فیزیک،خبرگزاری ایسنا


از آنجائیکه ما شکل کروی را یک شکل کامل در نظر می گیریم پس فرض می کنیم که هسته اتم دارای این شکل کامل می باشد. در این شکل کروی پروتون ها ونوترون ها قرار دارند.

حالا می رسد نوبت الکترون ها. شکل خود الکترون را نیز بنا بر همان دلیل بالا فرض می کنیم کره ای است. حالا می گوییم اکترون ها در فضای اطراف هسته قرار دارند. در اینجا مبحث ابر الکترونی را مطرح می کنیم. می گوییم ما نمیدانیم که این الکترون کجا و در چه فاصله ای از هسته قرار دارد. با محاسبات ریاضی می گوییم اگر دو الکترون داشته باشیم این دو الکترون باید در یک فضای کروی شکل اطراف هسته قرار داشته باشند که این فضای کروی را می گوییم اربیتال S ،نه اینکه یک شکل کره داشته باشیم کنار هسته اتم و حالا بگوییم این می شود شکل اتم.



اندازه گیری جرم اتم:
ذراتی بسیار كوچك هستند، به صورتی كه هیچگاه نمی‌توان یك اتم را جدا نموده و توزین نمود یا مورد بررسی قرار داد. یكی از كارهای بسیار مهم دالتون، اقدام وی در تعیین جرم نسبی اتمها است. درواقع یكی از مهمترین مفاهیم حاصل از كارهای دالتون، مفهوم جرم اتمی و امكان تعیین مقادیر عددی برای جرم اتمهای عناصر گوناگون است. دالتون، خود هیچگونه تصوری از جرم مطلق واقعی تك‌تك اتمها نداشت. برآوردهای مناسب و معقولانه‌ای از اندازه‌ی اتم تا حدود 50 سال پس از آنكه دالتون تئوری خود را منتشر كند، صورت نگرفت. با این همه، همچنان كه دالتون توانست نشان دهد، با استفاده از قانون نسبتهای معین و داده‌های تجربی حاصل از واكنشهای شیمیایی، مقادیر نسبی جرمهای اتمی را می‌توان یافت.
به كمك طیف‌سنج جرمی، جرم مطلق اتم‌ها بدست می‌آید. این دستگاه اولین بار برای بررسی ایزوتوپ‌ها از مورد استفاده قرار گرفت. دستگاه‌هایی از این نوع توسط استون و دمپستر با پیروی از اصول روش‌هایی كه تامسون ارائه كرده بود ساخته شد. اگر عنصری شامل چند نوع اتم با جرم‌های متفاوت ( ایزوتوپ‌ها ) باشد ، این تفاوت در مقادیر e / m یون‌های مثبت حاصل از این اتم‌ها پدیدار می‌گردد . طیف نگار جرمی یون‌ها را بر حسب مقادیر نسبت بار به جرم ، از یكدیگر جدا می‌كند ، و سبب می‌شود كه یون‌های مثبت متفاوت در محل‌های مختلف روی یك صفحه عكاسی اثر كنند . وقتی دستگاه كار می‌كند ، اتم‌های بخار ماده مورد مطالعه در معرض بمباران الكترونی قرار گرفته و به یون‌های مثبت تبدیل می‌شوند . این یون‌ها بر اثر عبور از یك میدان الكتریكی ، به قدرت چندین هزار ولت ، شتاب پیدا می‌كنند . اگر ولتاژ این میدان ثابت نگهداشته شود ، تمام یون‌هایی كه مقدار e / m مساوی دارند با سرعت مساوی وارد یك میدان مغناطیسی می‌شوند . این سرعت شعاع مسیر یون را در میدان مغناطیسی تعیین می‌كند . اگر شدت میدان مغناطیسی و ولتاژ شتاب دهنده ثابت نگهداشته شوند ، تمام یون‌هایی كه مقدار e / m مساوی دارند ، در یك محل بر روی صفحه عكاسی متمركز می‌شوند ولی یون‌هایی كه مقدار e / m متفاوت دارند در محلهای مختلف روی صفحه عكاسی متمركز می‌شوند . هرگاه یك وسیله الكتریكی كه شدت اشعه یونی را اندازه می‌گیرد ، جای‌گزین صفحه عكاسی شود ، دستگاه را طیف سنج جرمی می‌نامیم . با استفاده از طیف سنج جرمی می‌توان هم جرم اتمی دقیق ایزوتوپ‌ها و هم تركیب ایزوتوپی عناصر ( انواع ایزوتوپ‌های موجود و مقدار نسبی هر یك ) را تعیین كرد . درواقع طرز كار طیف سنج جرمی، مانند لامپ اشعه‌ كاتدی است كه تامسون از آن بهره گرفت و نسبت بار به جرم الكترون را به دست آورد.
پس وقتی كه یك یون با بار الكتریكی معلوم e و جرم m با سرعت v وارد یك میدان مغناطیسی می‌شود ، از مسیر مستقیم خود منحرف می‌شود و مسیرش هلال یا دایره‌ای می‌شود كه شعاع آن r می‌باشد. مقدار r از رابطه زیر بدست می‌آید: (1) r=mv/He كه در آن H شدت میدان مغناطیسی است.همانطور كه از رابطه بالا مشخص است هر چه شدت میدان و بار الكتریكی ذره بیشتر باشد r كوچكتر می‌شود. كوچكتر شدن r به معنای بیشتر شدن انحراف از مسیر مستقیم است. از طرف دیگر چون r با m , v رابطه مستقیم دارد پس هر چه سرعت و جرم ذره بیشتر باشد انحراف ذره كمتر می‌شود. اگر رابطه فوق را كمی جابجا كنیم رابطه زیر بدست می‌آید: (2) e/mv=1/Hr می‌توان مقدار r را برای انحراف اشعه كاتدی در یك میدان مغناطیسی با شدت معین معلوم كرد و از آنجا توانست مقدار e/mv را بدست آورد. اما برای بدست آوردن e/m باید مقدار v را نیز معین كرد. یكی از روشهایی كه تامسون برای پیدا كردن مقدار v به كار برد مطالعه‌ی اشعه‌ی كاتدی در لامپی بود كه در امتداد آن میدانهای الكتریكی و مغناطیسی همزمان و عمود بر هم برقرار شده بود. طبق روابط فیزیك وریاضی سرعت الكترون از رابطه زیر بدست می‌آید: V=E/H (3) كه در آن E شدت میدان الكتریكی و H شدت میدان مغناطیسی است.با قرار دادن رابطه (3) در فرمول (2) رابطه زیر بدست آورد: e/m=E/(H**2)r . با معلوم بودن بار الكتریكی و دانستن سایر پارامترهای مربوط به آزمایش می‌توان جرم یونها در طیف‌سنج جرمی را بدست آورد.

پیروز و سربلند باشید.