المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 باله‌هاي خورشيدي (زنگ تفريح شماره‌ي 103)
باله‌هاي خورشيدي (زنگ تفريح شماره‌ي 103)زنگ تفريح فيزيك
كاربرد صفحات خورشيدي و فيزيك مدرن در كسب انرژي

صفحه‌ي خورشيدي









فرض كنيد يك صفحه‌ي كيهاني (solar sail) تحت تأثير فشار نور در فاصله‌اي به اندازه‌ي خورشيد تا زمين حركت مي‌كند. چه نوع شتابي مي‌توان از آن انتظار داشت؟ نيروي فشار نور چگونه با كشش گرانشي خورشيد مقايسه مي‌شود؟

هم نيروي گرانش و هم فشار نور به اندازه‌ي مربع فاصله از خورشيد افزايش مي‌يابد و بنابراين پاسخ مستقل از فاصله‌ است. زماني‌كه نيروي گرانش متناسب با جرم صفحه و فشار نور متناسب با مساحت باشد، با برابر قرار دادن آنها مي‌توان بيشينه‌ي ضخامت مجاز صفحه را يافت. مقدار به‌دست آمده كوچك‌تر از يك ميكرون است.



مؤثرترين روش براي نتيجه گرفتن از فشار خورشيدي درست عمود بر فوتون‌ها در جهت خورشيد است. اگر سفينه‌اي در مداري پيرامون خورشيد قرار گيرد، براي شتاب گرفتن آن مي‌توان از بادهاي خورشيدي بهره گرفت. بنابراين مي‌توان خارج از حدود خورشيد، حركت سفينه را به شكل مارپيچ درآورد.

به‌واسطه‌ي جذب و بازتاب فوتون‌ها صفحه اندازه حركت به دست مي‌آورد. كارآمدترين صفحه، آينه‌ي بزرگ، زيرا هر فوتون اندازه حركتي معادل از دست مي‌دهد كه با  در جذب قابل مقايسه نزديك است.

خورشيد جسم سياهي با شعاع  و دماي مؤثر  است. بنابراين در هر فاصله، از خورشيد شدت تابش كُل (برحسب):

 رابطه‌ي (1)

 ثابت استفان - بولترمن است. از فرمول پلانك شدت طيفي در فركانس خاص ν چنين است:


رابطه‌ي (2)

ثابت پلانك است و  ثابت بولتزمن. از رابطه‌ي (2) تعداد فوتونها  در فركانس عبوري از مساحتA در فاصله‌ي زماني  به دست مي‌آيد:

 رابطه‌ي (3)

نيرويي كه توسط فوتونها اعمال مي‌شود (تكانه‌ي تلف شده) چنين است:

 رابطه‌ي (4)

بعد از انتگرال‌گيري روي كُل طيف تابش خورشيدي، نيروي كُل به‌دست مي‌آيد:



 رابطه‌ي (5)

به‌عنوان مثال صفحه‌ي بزرگي با مساحت  واقع در مدار زمين با شعاع  را در نظر بگيريد، نيروي اعمال شده توسط تشعشع خورشيدي طبق معادله‌ي (5) برابر است با:


رابطه‌ي (6)

حال نيروي فشار تابشي در رابطه‌ي (5) را با نيروي گرانشي (از فرمول نيوتن) مقايسه مي‌كنيم :


رابطه‌ي (7)

 ثابت گرانشي نيوتن،  جرم خورشيد و m جرم صفحه است. از رابطه‌هاي (5) و (6) آشكار است كه فشار تابشي روي صفحه مي‌تواند براي كشش گرانشي در هر فاصله از خورشيد تنظيم شود البته اگر رابطه‌ي زير بين مساحت سطح و جرم برقرار باشد:


رابطه‌ي (8)

پس وقتي ضخامت زير را داشته باشيم، صفحه‌ي خورشيدي از جنس آلومينيوم با نيروي گرانشي در تعادل است (با چگالي ):



رابطه‌ي (9)

1387/10/26لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1192
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1192