صفحه اصلی    تازه ها    ادبیات    تاریخ و سیاست    روانشناسی و جامعه شناسی    علوم    کودک و نوجوان    متفرقه

ناشر:سبزان
تاريخ چاپ: 1390
نوبت چاپ:اول
تيراژ:2000 نسخه
قيمت:3800 تومان
شابک: 0-014-117-600-978 

 

وسایل چگونه کار می‌کنند؟

(جلد اول: نور، موج، الکترومغناطیس)

نویسنده: مارشال برین ترجمه: بهنام زاده

فهرست

عنوان                             صفحه

  مقدمه .............................  5
  الکترومغناطیس .....................  7
-  الکترومغناطیس چگونه کار می‌کند؟
-  زنگ اخبار چگونه کار می‌کند؟
-  موتور الکتریکی چگونه کار می‌کند؟
-  رادیو چگونه کار می‌کند؟
-  ضبط صوت چگونه کار می‌کند؟
-  قطار سریع‌السیر برقی چگونه کار می‌کند؟
-  دوربین چراغ قرمز چگونه کار می‌کند؟
-  دزدگیر اتومبیل چگونه کار می‌کند؟
-  بمب الکترومغناطیس چگونه کار می‌کند؟
  نور ...............................  51
-  نور چگونه کار می‌کند؟
-  لامپ حبابی چگونه کار می‌کند؟
-  لامپ فلوئورسنت (مهتابی) چگونه کار می‌کند؟
-  دیود LED چگونه کار می‌کند؟
-  ترانزیستور چگونه کار می‌کند؟
-  رسلول خورشیدی چگونه کار می‌کند؟
-  لیزر چگونه کار می‌کند؟
-  دستگاه اشعه ایکس چگونه کار می‌کند؟
  موج ...............................  95
-  رادار چگونه کار می‌کند؟
-  دستگاه سونوگرافی چگونه کار می‌کند؟
-  اجاق ماکروویو چگونه کار می‌کند؟
-  دوربین دید در شب چگونه کار می‌کند؟
-  دزدگیر اتومبیل چگونه کار می‌کند؟
  اتم و انرژی  .....................  119
-  چرخة سوخت هسته‌ای چگونه کار می‌کند؟
-  بمب هسته‌ای چگونه کار می‌کند؟
-  کربن 14 چگونه کار می‌کند؟


مقدمه

مجموعه کتاب‌های سری How Stuff Works (وسایل چگونه کار می‌کنند) از منابع علمی و موثق، بی‌طرف و قابل فهم تهیه شده است که بیان می‌کند ابزار و وسایل پیرامون ما چگونه کار می‌کنند. این کتاب و سایت طراحی شده برای آن توانسته تاکنون میلیون‌ها نفر را در سنین مختلف جذب خود کند.
مطالب این کتاب‌ها از موتور ماشین گرفته تا موتورهای جستجوگر اینترنتی، از تلفن‌های سلولی گرفته تا سلول ساقة گیاهان و هزاران موضوع را پوشش می‌دهند. و موضوعی نیست که کارشناسان و نویسندگان این کتاب‌ها پرده از رازهای آن برنداشته باشند. این مطالب به گونه‌ای تلخیص شده‌اند تا جوانان دبیرستانی نیز به راحتی آنها را بفهمند.
مندرجات این کتاب‌ها به چند موضوع اصلی و کلی مانند خودرو، تجارت و پول، ارتباطات، کامپیوتر، الکترونیک، سرگرمی، غذا و دارو، سلامتی، خانه و باغ، مردم و حتی دانش سفر تقسیم شده‌اند.
آیا برای شما هم جالب است بدانید هلیکوپتر ، دستگاه ام آر آی (MRI ) و یا حتی ستارگان مرده چگونه کار می‌کنند؟ برف‌ساز چگونه کار می‌کند؟ ، افشانه (اسپری) و یا رعد و برق و طوفان چگونه کار می‌کنند؟ شاید هم با توجه به سن و علایق شما ممکن است برایتان جالب باشد بدانید بیل مکانیکی چگونه کار می‌کند؟
بسیاری از ابزار، وسایل و یا پدیده‌های بزرگ در دنیا متکی بر یک قانون یا پدیده فیزیک کوچک هستند. سرعت یک ماشین مسابقه‌ای از یک جرقة ریز در سیلندر موتور شروع می‌شود و یا قدرت پردازش سریع‌ترین ابرکامپیوتر جهان از جابجایی یک الکترون کوچک آغاز می‌شود.
 How Stuff Works نیز، همین راه را طی کرده است. بنیانگذار این مجموعه که مارشال برین نام داشت، در سال 1998 میلادی تنها با نوشتن چند مقاله آغاز به کار کرد. او در مورد موضوعات مورد علاقه‌اش می‌نوشت. با این هدف که اطلاعاتش در دسترس همه قرار گیرد و به‌صورتی که نه برای نوجوانان پیچیده و نه برای بزرگسالان خیلی ساده باشد. او به سرعت مشهور شد و جوایز متعددی دریافت کرد. اما همان‌گونه که پیش‌بینی می‌شد، کسب درآمد کار سختی بود. مارشال برین با ساخت یک صفحة اینترنتی و تبلیغ کتابش آغاز کرد و پس از مدتی بنرهای تبلیغاتی را امتحان کرد و حتی فروشگاه اسباب بازی اینترنتی را به کارهایش افزود.
او اکنون در دفتری بر روی برج بلند آتلانتا، نشسته است و هنوز هدف اصلی خود را دنبال می‌کند. ویراستاران و نویسندگان او مقاله‌های مفیدی را می‌نویسند و به مجموعة کتاب یا سایت اینترنتی می‌افزایند. آن‌ها روش اصلی برین را با شکستن مطالب پیچیده به چند مطلب قابل فهم به کار می‌گیرند. مقالات این مجموعه به صورت حرفه‌ای نوشته شده و همراه تصاویری با کیفیت و غالباً جذاب ارائه شده‌اند. امروزه How Stuff Works میلیون‌ها خواننده از سراسر جهان دارد.
انتشارات سبزان افتخار دارد با ترجمة سری کتاب‌های « ابزار چگونه کار می‌کنند»، گامی در جهت ارائه دانش روز برای عموم مشتاقان علم و فنون برداشته باشد. به خصوص برای نوجوانانی که با مطالعة کتاب‌های درسی اقناع نشده و با بهره‌مندی از ذهنی پویا ضرورت تحقیق و بررسی هر چه بیش‌تر را در خود احساس می‌کنند و بزرگسالانی که علاقه‌مندند از چگونگی کار دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلفی که روزانه با آن‌ها سروکار دارند، آگاه شوند. و حتی سالمندانی که مطالعه و یا مشاهدة برنامه‌های علمی و رسانه‌ها جوابگوی سؤالاتشان نیست.
در واقع، مراجعه به این سری از کتاب‌ها به سن و جنس و صنف خاصی تعلق ندارد و پاسخگوی همة کسانی است که حس کنجکاوی، کاوشگری، تجربه و دانش اندوزی سرشاری دارند.
امید است این سری از کتاب‌ها، همراه با دیگر کتاب‌های انتشارات سبزان که در زمینه‌های مختلف علمی و تاریخی است، گوشه‌ای هر چند اندک از ابهامات ذهنی ما را بگشاید.

مبحث الکترومغناطیس
الکترومغناطیس چگونه کار می‌کند؟
زنگ اخبار چگونه کار می‌کند؟
موتور الکتریکی چگونه کار می‌کند؟
رادیو چگونه کار می‌کند؟
ضبط صوت چگونه کار می‌کند؟
قطار سریع‌السیر برقی چگونه کار می‌کند؟
دوربین چراغ قرمز چگونه کار می‌کند؟
دزدگیر اتومبیل چگونه کار می‌کند؟
بمب الکترومغناطیس چگونه کار می‌کند؟


آهنربای الکتریکی چگونه کار می‌کند؟

ایدة اساسی آهنربای الکتریکی یا الکترومغنایس بسیار ساده است. با عبور دادن جریان الكتریكی از سیم، حول آن یك میدان مغناطیسی به وجود می‌‌آید. با استفاده از همین مفهوم ساده صدها وسیله‌ای را كه امروزه با آن‌ها سر و كار داریم، ساخته شده‌اند. وسایلی مانند: آب‌میوه‌گیری، تلویزیون، ویدئو، تلفن، ضبط‌صوت، بلندگو، زنگ اخبار، دیسك‌های مغناطیسی و...

آهنربای طبیعی

بهتر است قبل از بررسی مفهوم الكترومغناطیس،‌ مطالبی را در مورد مغناطیس طبیعی (آهن‌ربا) یادآوری كنیم. حتماً یكی از بازی‌های دوران كودكی شما این بوده كه در یخچال را باز می‌كردید و سپس رها می‌كردید تا درب خود به‌خود بسته ‌شود! بله، جالب بود. دور درب‌ یخچال‌ها یک ردیف آهن‌ربا کار می‌گذارند تا بدنه یخچال را جذب ‌كند و همین باعث بسته شدن درب‌ها می‌شود. حتماً می‌دانید كه هر آهن‌ربا دو قطب شمال و جنوب (N و S ) دارد، به طوری كه قطب‌های همنام (N و N ) یا (S و S ) همدیگر را دفع و قطب‌های غیرهمنام (N و S ) همدیگر را جذب می‌كنند.

1

 

 

 

 

 

قطب‌های همنام آهن‌ربا همدیگر را دفع و قطب‌های غیرهمنام همدیگر را جذب می‌کنند.  

         

1

حول هر آهن‌ربا، میدان مغناطیسی از قطب N به سمت قطب S (البته در داخل آن برعكس) وجود دارد. این میدان مغناطیسی خاصیت القایی دارد؛ یعنی اگر ما آهن‌ربایی را نزدیک فلزی ببریم، میدان مغناطیسی در فلز القا می‌شود و به نوعی فلز را نیز آهن‌ربا می‌کند و آن را جذب خود می‌کند. آهنربای الکتریکی هم دقیقاً خصوصیات آهن‌ربای طبیعی را دارد، با این تفاوت كه خاصیت آهن‌ربایی آن ثابت نیست. یعنی با تغییر جهت جریان الكتریكی می‌توان مكان قطب‌های N و S را عوض كرد و با قطع جریان الكتریكی، خاصیت آهن‌ربایی (مغناطیسی) آن را از بین برد.

 

الكترو مغناطیس

با یك باطری و مقداری سیم می‌توانید یك آهنربای الکتریکی ساده بسازید. اگر یك سیم را به دو قطب مثبت و منفی باطری وصل كنید، با حركت الكترون‌ها در سیم (از قطب منفی به قطب مثبت) جریان الكتریكی (از قطب مثبت به قطب منفی؛ برعكس حركت الكترون‌ها) برقرار می‌شود. اگر قطب‌نمای ظریفی را در نزدیكی این سیم قرار دهید،‌ با قطع و وصل كردن سیم خواهید دید كه جهت عقربة قطب‌نما هم تغییر می‌كند.

با قطع و وصل کردن جریان، میدان مغناطیسی حول سیم تغییر می‌کند.

میدان مغناطیسی حولِ سیم به صورت دایره‌هایی كه مركزِ آن‌ها سیمِ حامل جریان است، به وجود می‌آید. با كمك قانون دست راست می‌توانید جهتِ میدان مغناطیسی حول سیم را پیدا كنید. اگر با دست راست، سیم حامل جریان را بگیرید، به طوری كه انگشت شست شما در جهتِ جریان الكتریكی باشد، جهت بسته شدن دیگر انگشتان دست، میدان مغناطیسی حول سیم را نشان خواهد داد.

از آن‌جا که میدان مغناطیسی ایجاد شده در حولِ سیم به صورت دایره‌ای و عمود بر آن تولید می‌شود، می‌توان به كمك سیم‌پیچ این میدان مغناطیسی را تقویت كرد. همچنین با قرار دادن یك فلز در داخل سیم‌پیچ، می‌توان میدان مغناطیسی داخل آن را بیش‌تر تقویت كرد.

 

برای مثال در شکل فوق، داخل سیم‌پیچ متصل به باطری اگر فلز آهنی مثل میخ کار بگذاریم، میدان مغناطیسی قوی حول سیم‌پیچ به‌وجود می‌آید و سیم‌پیچ تبدیل به یک آهن‌ربا با قطب‌های N و S می‌شود. حال اگر فلزی را به این آهن‌ربا نزدیك كنیم،‌ میدان مغناطیسی آهن‌ربای الكتریكی در فلز القاء می‌شود و در طرفین آن قطب‌های مخالف S و N به‌ وجود می‌آیند. از آن‌جا که قطب‌های ناهمنام همدیگر را جذب می‌كنند،‌ آهن‌ربای الكتریكی، فلز را به سوی خود جذب خواهد كرد. با قطع كردن جریان برق باطری، دیگر میدانی حول سیم‌ها نخواهد بود و سیم‌پیچ خاصیت آهن‌ربایی

خود را از دست خواهد داد.

مثال عملی

مداری را مطابق شكل زیر در نظر بگیرید. در این مدار یك آهنربای الکتریکی باطری و سیم‌پیچ در نقش سوییچ برای مدار دیگری عمل می‌كند. در شکل اول،‌ مدار آهنربای الکتریکی باز (قطع) است و سیم‌پیچ خاصیت آهن‌ربایی ندارد. به همین دلیل مدار لامپ باز است و لامپ خاموش می‌باشد. در تصویر دوم با روشن شدن کلید، مدار سیم‌پیچ وصل می‌شود و چون سیم‌پیچ خاصیت آهن‌ربایی پیدا کرده است، بازوی فلزی متصل به فنر را به سوی خود جذب می‌كند. با پایین آمدن بازوی فلزی، مدار لامپ وصل شده و لامپ روشن می‌شود.

سیم لوله چیست؟

اگر داخل سیم‌پیچِ توخالی، استوانه‌ای فلزی قرار دهیم که بتواند آزادانه داخل آن حرکت کند، نوعی سیم لوله یا سولفنوید ساخته‌ایم. همان‌طور که گفتیم با اتصال این سیم‌پیچ به باطری، داخل و خارج آن میدان مغناطیسی به وجود می‌آید. این میدان مغناطیسی باعث ایجاد خاصیت آهن‌ربایی داخل سیم‌پیچ شده و استوانة فلزی را به طرف داخل یا بیرون سیم‌پیچ هل می‌دهد.

 

حال اگر بتوانیم جهت جریان را دائماً عوض كنیم (جریان متناوب تولید کنیم)، میدان داخل سیم‌پیچ هم تغییر جهت خواهد داد و استوانة داخل سیم‌پیچ، جلو و عقب خواهد رفت. با نمونه‌ای از کاربرد سیم لوله در بخش آینده (زنگ اخبار.) آشنا خواهید شد.


زنگ اخبار چگونه کار می‌کند؟

زنگ اخبار از جمله وسایلی است كه هر روزه از آن استفاده می‌كنیم. در دنیایی كه پر از تجهیزات مدرن مثل كامپیوتر، هواپیما، تلویزیون و... است، شاید نحوة كار زنگ اخبار چندان پیچیده به نظر نرسد. ولی وقتی سرپوش جعبة آن را برداریم، با یك سری مدارات و تجهیزات مكانیكی دقیق، مواجه می‌شویم كه كمی گیج‌كننده به نظر می‌رسند. سیستم كار زنگ اخبار براساس قوانین پایة الكترومغناطیس است. ما در این بخش نگاهی به نحوة كار این وسیله خواهیم انداخت تا ببینیم كه چگونه جریان الكتریكی را به صداهای مختلف تبدیل می‌كند.

موتور مغناطیسی

هستة موتور زنگ اخبار، یك آهنربای الکتریکی است. همان طوری كه می‌دانید با پیچاندن سیم، دور یك فلز و اتصال آن به منبع برق می‌توان یك آهنربای الکتریکی ساخت. آهنرباهای الکتریکی قوانین ساده‌ای دارند. با عبور جریان الكتریكی از یك سیم، حول آن میدان مغناطیسی كوچكی تشكیل می‌شود كه با قرار دادن یک فلز در میان آن، می‌توان میدان مغناطیسی را تقویت کرد.
هنگامی كه شما كلید زنگ را فشار می‌دهید، برق 220 ولت شهر توسط ترانسفورماتور موجود در مدار به برق 12 ولت تبدیل می‌شود. همین ولتاژ کم كافی است تا با عبور از سیم‌پیچ و ایجاد میدان مغناطیسی، آهنربای الکتریکی را تبدیل به یك آهن‌ربای قوی كند. همة زنگ اخبارها از یك قاعدة خاص پیروی می‌كنند، ولی برای پخش صداهای مختلف، نحوة طراحی و ساخت آن‌ها كمی با هم فرق می‌كند.

زنگ اخبار با صدای بیزززز در شكل صفحة بعد، سیستم كار یك زنگ اخبار را با صدای بیزززز می‌بینید. وقتی كلیدِ زنگ را فشار دهیم، مدار بسته می‌شود و آهنربای الکتریکی تبدیل به یك آهن‌ربای قوی می‌شود و این آهن‌ربا، بازوی

فلزی تماس را با قدرت به سوی خود جذب می‌کند. این عمل باعث می‌شود تا مدار قطع شود و آهنربای الکتریکی، خاصیت آهن‌ربایی خود را از دست دهد و بازوی تماس را رها كند. به خاطر خاصیت فنری، بازوی تماس در بازگشت به شدت به فلز تماس برخورد می‌كند و صدا می‌دهد.

زنگ اخبار با صدای بیزززز

با برخورد بازوی تماس با فلز تماس، مدار دوباره برقرار می‌شود و بازوی تماس با نیروی آهن‌ربایی الكترومغناطیس یا آهنربای الکتریکی بالا می‌رود. در این حالت دوباره مدار قطع می‌شود و بازو به فلز تماس كوبیده می‌شود و صدا می‌دهد. تا وقتی دست ما روی زنگ باشد، این برخوردها تكرار می‌شوند و ما صدای بیزززز را می‌شنویم.

زنگ اخبار با صدای دیلینگ

سیستم كار این زنگ هم مثل زنگ اخبار بالایی است، با این تفاوت كه بازوی تماس به هنگام برگشت، توسط یك چكش زنگ به كاسة فلزی برخورد می‌كند و صدایی شبیه ناقوس پخش می‌شود. امروزه از این زنگ‌ها كم‌تر تولید می‌شود، چون زنگ‌هایی كه صدای موسیقی پخش می‌كنند، بیش‌تر مورد استقبال مردم قرار گرفته‌اند.

 

زنگ اخبار با صدای دیلینگ

دینگ دانگ!

در تولید زنگ اخبارهای جدید از یك نوع آهنربای الکتریکی خاص به نام سیم لوله یا سولِفوید استفاده می‌شود. یك سیم لوله از سیم‌پیچ پیچیده شده حول یك پیستون فلزی تشكیل شده است، به طوری كه پیستون می‌تواند آزادانه داخل آن جلو و عقب برود. مطابق شكل صفحة بعد، وقتی جریانی در مدار نباشد، پیستون توسط یك فنر به سمت صفحة فلزی سمت چپ كشیده می‌شود. وقتی كلید زنگ را فشار دهیم، جریان در مدار سیم‌پیچ برقرار می‌شود و به خاطر وجود میدان مغناطیسی و به طبع آن میدان آهن‌ربایی در مركز سیم لوله، پیستون فلزی به شدت به طرف راست جذب می‌شود و محكم به صفحة فلزی كوبیده می‌شود و صدای دینگ پخش می‌شود. وقتی دستمان را از روی زنگ برداریم، مدار قطع می‌شود و سیم لوله خاصیت آهن‌ربایی خود را از دست می‌دهد. در این حالت، فنر داخلی، پیستون آزادشده را با قدرت به سمت چپ می‌راند و با برخورد پیستون به صفحة فلزی سمت چپ، صدای دانگ پخش می‌شود.