[h=2]جامد، مايع، گاز و پلاسما
۹۹ درصد مواد دنيا حالت پلاسما دارد
جامد، مايع، گاز و پلاسما
[غزاله مرعشى/ منبع: Stoff works How]
امروزه در صنعت از فلزات سنگين و آلياژهاى مختلف استفاده بسيار زيادى مى شود. در بسيارى از اشيا از جرثقيل و ربات گرفته تا پل هاى معلق و آسمانخراش ها، اجزاى كوچك و بزرگ زيادى از فلزات ساخته شده اند. هرچند دوام و استحكام فلزات مزيتى است كه موجب استفاده گسترده آن در صنعت مى شود، اما همين مزيت از زاويه اى ديگر عيب محسوب مى شود. زيرا فلزات آن قدر در برابر ضربه مستحكم هستند كه نمى توان آنها را به راحتى برش داد يا به اشكال گوناگون درآورد.
پس چگونه مى توان فلزات را براى توليد قطعات ظريف يا حجيم و سنگين مانند بال هواپيما برش داد دستگاه برش پلاسما در چنين مواردى كارساز است.
اين دستگاه با مهار كردن انرژى متداول ترين حالت ماده در جهان مى تواند برش ها و اتصالاتى بسيار ظريف و دقيق در فلزات ايجاد كند.
پلاسما چيست
پلاسما حالت چهارم ماده است. سه حالت ديگر را حتماً مى شناسيد: جامد، مايع و گاز.
حالت هاى مختلف ماده براساس وضعيت ملكول ها طبقه بندى شده اند. به عنوان مثال آب را در نظر بگيريد.
در يخ كه حالت جامد آب است، اتم ها خنثى هستند و به صورت شش گوش در كنار يكديگر مرتب شده اند و ملكول ها نسبت به هم ثابت هستند و حركتى ندارند. در حالت مايع، ملكول هاى آب هنوز هم به هم متصل هستند ولى مى توانند با سرعت كم نسبت به يكديگر حركت كنند.
در حالت گاز، ملكول ها ديگر به يكديگر متصل نيستند و با سرعت بالايى حركت مى كنند. حالت آب، به ميزان گرمايى بستگى دارد كه به آن داده مى شود.
اگر گرما (انرژى) كم باشد، ملكول ها با پيوندهاى قوى به يكديگر متصل مى شوند و حالت جامد تشكيل مى دهند. هرچه بيشتر به آن گرما (انرژى) بدهيم حركت ملكول ها بيشتر و پيوندها سست تر مى شود و در حالت گاز هم پيوندها به طور كامل شكسته مى شود. حالا اگر به گاز گرما (انرژى) بيشترى دهيم، گاز به حالت چهارم ماده يعنى پلاسما تبديل مى شود.
اگر گاز به دماى بسيار بالايى برسد تبديل به پلاسما مى شود. در اين حالت، ملكول هاى گاز شكسته مى شوند و حتى اتم ها هم شروع به تجزيه شدن مى كنند. هسته اتم شامل پروتون و نوترون است و اين هسته توسط ابرى از الكترون احاطه شده است. در حالت پلاسما، انرژى زياد ناشى از حرارت باعث مى شود الكترون ها كه بار منفى دارند از هسته اتم جدا شده و به سرعت حركت كنند.
هسته اتم هم كه به خاطر وجود پروتون بار مثبت دارد با نام يون شناخته مى شود. زمانى كه الكترون هايى كه با سرعت بالا در حركتند به الكترون ها يا يون هاى ديگر برخورد مى كنند، انرژى عظيمى آزاد مى شود و همين انرژى بالا پلاسما را داراى خصوصيات قابل توجه، از جمله قدرت برش فوق العاده مى كند.
جالب است بدانيد كه حدود ۹۹درصد مواد در جهان در حالت پلاسما قرار دارند. البته اين حالت در زمين نادراست زيرا براى به وجود آمدن آن نياز به حرارت بسيار زياد است، اما در خورشيد اين حالت ماده به وفور يافت مى شود. از پديده هاى زمينى كه به پلاسما مربوط مى شوند مى توان به رعد و برق يا شفق قطبى اشاره كرد.
دستگاه برش پلاسما
در اين دستگاه يك نوع گاز مانند نيتروژن، آرگون يا اكسيژن با فشار بالا از كانال كوچكى عبور مى كند. در وسط اين كانال الكترودى با بار منفى قرار دارد.
فلزى كه بايد برش بخورد هم به صورت مثبت باردار شده است. زمانى كه جريان برق از الكترود منفى مى گذرد و نوك لوله دستگاه روى فلز قرار مى گيرد، بين آنها يك مدار الكتريكى به وجود مى آيد. جرقه عظيمى بين الكترود و فلز به وجود مى آيد و زمانى كه گاز از درون كانال مى گذرد، گرماى جرقه حرارت آن را آن قدر بالا مى برد تا گاز به حالت پلاسما درآيد.در چنين حالتى دماى پلاسما حدود۱۶ هزار و ۶۴۹ درجه سانتيگراد است و جريان پلاسما به راحتى، بخش كوچكى از فلز را كه با آن در ارتباط است ذوب مى كند و به همين ترتيب مى تواند برش هايى بسيار ظريف و دقيق در فلزات ايجاد كند.
پلاسما نيز هادى جريان الكتريكى است. اين چرخه تا زمانى ادامه دارد كه جريان برق الكترود تأمين شود و پلاسما با سطح فلز در تماس باشد.
براى ايمن كردن نقطه تماس، جلوگيرى از اكسيداسيون در محل برش فلز و تنظيم كردن جريان پلاسما كه طبيعتى غيرقابل پيش بينى دارد در اطراف كانال جريان پلاسما، كانال هاى ديگرى تعبيه شده كه از آنها گاز ديگرى به منظور حفاظت محل برش جريان دارد. با تغيير جهت جريان گاز محافظ، پلاسما نيز تغيير جهت مى دهد.
از قدرت پلاسما فقط در دستگاه هاى برش استفاده مى شود. تابلوهاى نئونى، لامپ هاى فلورسنت و نمايشگرهاى پلاسما چند مورد از كاربرد حالت چهارم ماده هستند. البته در اين وسايل از پلاسماى سرد استفاده مى شود كه ديگر قابليت برش فلزات را ندارد.
جامد، مايع، گاز و پلاسما
[غزاله مرعشى/ منبع: Stoff works How]
امروزه در صنعت از فلزات سنگين و آلياژهاى مختلف استفاده بسيار زيادى مى شود. در بسيارى از اشيا از جرثقيل و ربات گرفته تا پل هاى معلق و آسمانخراش ها، اجزاى كوچك و بزرگ زيادى از فلزات ساخته شده اند. هرچند دوام و استحكام فلزات مزيتى است كه موجب استفاده گسترده آن در صنعت مى شود، اما همين مزيت از زاويه اى ديگر عيب محسوب مى شود. زيرا فلزات آن قدر در برابر ضربه مستحكم هستند كه نمى توان آنها را به راحتى برش داد يا به اشكال گوناگون درآورد.
پس چگونه مى توان فلزات را براى توليد قطعات ظريف يا حجيم و سنگين مانند بال هواپيما برش داد دستگاه برش پلاسما در چنين مواردى كارساز است.
اين دستگاه با مهار كردن انرژى متداول ترين حالت ماده در جهان مى تواند برش ها و اتصالاتى بسيار ظريف و دقيق در فلزات ايجاد كند.
پلاسما چيست
پلاسما حالت چهارم ماده است. سه حالت ديگر را حتماً مى شناسيد: جامد، مايع و گاز.
حالت هاى مختلف ماده براساس وضعيت ملكول ها طبقه بندى شده اند. به عنوان مثال آب را در نظر بگيريد.
در يخ كه حالت جامد آب است، اتم ها خنثى هستند و به صورت شش گوش در كنار يكديگر مرتب شده اند و ملكول ها نسبت به هم ثابت هستند و حركتى ندارند. در حالت مايع، ملكول هاى آب هنوز هم به هم متصل هستند ولى مى توانند با سرعت كم نسبت به يكديگر حركت كنند.
در حالت گاز، ملكول ها ديگر به يكديگر متصل نيستند و با سرعت بالايى حركت مى كنند. حالت آب، به ميزان گرمايى بستگى دارد كه به آن داده مى شود.
اگر گرما (انرژى) كم باشد، ملكول ها با پيوندهاى قوى به يكديگر متصل مى شوند و حالت جامد تشكيل مى دهند. هرچه بيشتر به آن گرما (انرژى) بدهيم حركت ملكول ها بيشتر و پيوندها سست تر مى شود و در حالت گاز هم پيوندها به طور كامل شكسته مى شود. حالا اگر به گاز گرما (انرژى) بيشترى دهيم، گاز به حالت چهارم ماده يعنى پلاسما تبديل مى شود.
اگر گاز به دماى بسيار بالايى برسد تبديل به پلاسما مى شود. در اين حالت، ملكول هاى گاز شكسته مى شوند و حتى اتم ها هم شروع به تجزيه شدن مى كنند. هسته اتم شامل پروتون و نوترون است و اين هسته توسط ابرى از الكترون احاطه شده است. در حالت پلاسما، انرژى زياد ناشى از حرارت باعث مى شود الكترون ها كه بار منفى دارند از هسته اتم جدا شده و به سرعت حركت كنند.
هسته اتم هم كه به خاطر وجود پروتون بار مثبت دارد با نام يون شناخته مى شود. زمانى كه الكترون هايى كه با سرعت بالا در حركتند به الكترون ها يا يون هاى ديگر برخورد مى كنند، انرژى عظيمى آزاد مى شود و همين انرژى بالا پلاسما را داراى خصوصيات قابل توجه، از جمله قدرت برش فوق العاده مى كند.
جالب است بدانيد كه حدود ۹۹درصد مواد در جهان در حالت پلاسما قرار دارند. البته اين حالت در زمين نادراست زيرا براى به وجود آمدن آن نياز به حرارت بسيار زياد است، اما در خورشيد اين حالت ماده به وفور يافت مى شود. از پديده هاى زمينى كه به پلاسما مربوط مى شوند مى توان به رعد و برق يا شفق قطبى اشاره كرد.
دستگاه برش پلاسما
در اين دستگاه يك نوع گاز مانند نيتروژن، آرگون يا اكسيژن با فشار بالا از كانال كوچكى عبور مى كند. در وسط اين كانال الكترودى با بار منفى قرار دارد.
فلزى كه بايد برش بخورد هم به صورت مثبت باردار شده است. زمانى كه جريان برق از الكترود منفى مى گذرد و نوك لوله دستگاه روى فلز قرار مى گيرد، بين آنها يك مدار الكتريكى به وجود مى آيد. جرقه عظيمى بين الكترود و فلز به وجود مى آيد و زمانى كه گاز از درون كانال مى گذرد، گرماى جرقه حرارت آن را آن قدر بالا مى برد تا گاز به حالت پلاسما درآيد.در چنين حالتى دماى پلاسما حدود۱۶ هزار و ۶۴۹ درجه سانتيگراد است و جريان پلاسما به راحتى، بخش كوچكى از فلز را كه با آن در ارتباط است ذوب مى كند و به همين ترتيب مى تواند برش هايى بسيار ظريف و دقيق در فلزات ايجاد كند.
پلاسما نيز هادى جريان الكتريكى است. اين چرخه تا زمانى ادامه دارد كه جريان برق الكترود تأمين شود و پلاسما با سطح فلز در تماس باشد.
براى ايمن كردن نقطه تماس، جلوگيرى از اكسيداسيون در محل برش فلز و تنظيم كردن جريان پلاسما كه طبيعتى غيرقابل پيش بينى دارد در اطراف كانال جريان پلاسما، كانال هاى ديگرى تعبيه شده كه از آنها گاز ديگرى به منظور حفاظت محل برش جريان دارد. با تغيير جهت جريان گاز محافظ، پلاسما نيز تغيير جهت مى دهد.
از قدرت پلاسما فقط در دستگاه هاى برش استفاده مى شود. تابلوهاى نئونى، لامپ هاى فلورسنت و نمايشگرهاى پلاسما چند مورد از كاربرد حالت چهارم ماده هستند. البته در اين وسايل از پلاسماى سرد استفاده مى شود كه ديگر قابليت برش فلزات را ندارد.