|
صنعت نوين بستگي به فلزكاري فلزات و آلياژهاي سنگين دارد: ما به فلزهايي نياز داريم تا بتوانيم و ابزار و حمل و نقل روزانه تجاري را بسازيم. براي مثال نياز داريم روبات‌ها و ماشين‌ها و اسكلت پُل‌ها را بسازيم. دليل ساده است: فلزات بسيار محكم و بادوام هستند، بنابراين انتخاب منطقي براي اكثر مواردي هستند كه نياز است به اندازه كافي بزرگ و محكم باشند.
جالب اين‌است كه كشش فلزات ضعيف است: زيرا فلز مقاومت زيادي در برابر استحلاك دارد. فلزكاري و قطعه سازي بسيار مشكل است. بنابراين چگونه مي‌توان فلزات را در اندازه‌ها و شكل‌هايي مورد دلخواه يا مورد نياز است، شكل داد و جدا كرد. براي مثال هواپيما كه از قطعه‌هاي بزرگي تشكيل مي‌شود بايد بسيار دقيق برش داده شوند. در بيشتر موارد جواب اره‌ي پلاسمايي است. ممكن است بيشتر شبيه داستان علمي- تخيلي باشد، ولي اره‌ي پلاسمايي دقيقا ابزاري است كه در جنگ جهاني دوم هم از آن استفاده شد.
اره‌ي پلاسمايي بسيار ساده است. اين كاري است كه با استفاده از يكي از فراوان‌ترين حالت‌هاي ماده در جهان قابل رؤيت وجود دارد. در اين‌جا ما به معرفي حالت‌هاي ماده و بخصوص پلاسما خواهيم پرداخت. در اين حين اره‌هاي پلاسمايي را معرفي مي‌كنيم.
در جنگ جهاني دوم، كارخانه هاي ايالات متحده براي راه‌اندازي سلاح‌ها، مهمات، و هواپيما تقريبا 5 برابر سريع‌تر توان محوري بالاتري داشتند. نوآوري و اضطراري بودن اين مسأله باعث پيشرفت سريع در حوزه‌ي توليد مواد فلزي و غيرفلزي شد.
يكي از حوزه‌هاي نوآوري غير از قطع كردن و پيوستن بخش‌هاي مختلف هواپيما است. بسياري از كارخانه‌هايي كه هواپيماهاي نظامي مي‌سازند، روشي جديد را براي جوشكاري استفاده ميكنند كه گاز بي‌اثر را در قوس الكتريكي به‌كار مي‌گيرند. با باردار كردن گاز در يك جريان الكتريكي در اطراف مانع جوش كشف صورت مي‌پذيرد. اين مانع از اكسيداسيون جلوگيري ميكند. اين روش جديد براي خطوط تميزتر و ساختارهاي محكم‌تر مورد استفاده مي‌گيرد. در اوايل دهه‌ي 60 ميلادي مهندسين كشف جديدي صورت دادند. آن‌ها نشان دادند كه دما را با بالابردن شار گاز و كوچك شدن روزنه‌‌ي خروجي گاز، بالا ببرند. اين سيستم جديد منجر به دماهاي بالاتر از هر جوش‌هاي معمولي مي‌شود. در واقع در اين دماهاي بالا كاركرد آن ديگر مانند جوش نيست بلكه شبيه اره كار ميكند. فلزات را مانند چاقوي داغ در كره، مي‌برد!
اين مقدمه‌اي براي قوس‌هاي پلاسمايي بود كه انقلابي در سرعت و دقت و انواع برش‌ها براي كارخانه‌دارها ايجاد ميكند. ولي ابتدا به تعريف پلاسما مي‌پردازيم.
|
|
|
تصوير 2- يك اره‌ي در دهه‌ي 80 ميلادي.
حوض‌چه‌ي آب جهت خنك كردن فلز است. |
يك اره‌ي پلاسمايي ار فلزات به خاطر ويژگي پلاسما مي‌توانند بگذرند. اصلا پلاسما چيست؟
4 حالت براي ماده در جهان وجود دارد. بيشتر موادي كه ما در محيط اطراف و زندگي مي‌شناسيم به شكل‌هاي جامد، مايع و گاز هستند. اين حالت‌ها براساس رفتار مولكولي‌شان به اين دسته‌ها تقسيم مي‌شوند. آب يك مثال خوب براي بحث ما به‌حساب مي‌آيد:
|
 آب در حالت جامد به‌صورت يخ است. يخ از اتم‌هاي خنثي تشكيل شده كه به صورت الگوي بلوري هگزاگونال (شش گوش) تشكيل يك جامد را مي‌دهند. زيرا مولكول‌ها پايدار بوده و شكل ثابتي دارند.
|
|
آب به‌صورت مايع قابل خوردن است. مولكول‌ها باز هم به يكديگر مقيد هستند ولي نسبت به هم با سرعت كمي در حال حركت اند. مايع حجم ميعني دارد ولي شكل معيني به خود نمي‌گيرد مگر در ظرفي كه در آن قرار دارد. |
|
آب به‌صورت گازي بخار است. در بخار مولكول‌ها با سرعت بيش‌تري نسبت به‌هم حركت ميكنند. آن‌ها نسبت به هم قيدي ندارند. يا به عبارت بهتر كم‌ترين قيد را دارند. گازها نه حجم معيني دارند نه شكل معين. |
مقدار گرمايي (انرژي) كه به مولكول‌هاي آب مي‌رسد رفتار آن را تعيين ميكند. اگر انرژي بگيرد مولكول‌ها برانگيخته شده و به نقطه‌اي مي‌رسند كه قيدهايي كه مولكول‌ها را مي‌سازند، شكسته شود. حالا اگر گرما به كم‌ترين مقدار خود برسد آب به نقطه‌ي انجماد نزديك مي‌شود. با گرماي بيشتر مولكول‌ها فرار كرده و مايع مي‌شوند و در مرحله‌ي بعد گاز.
حالا اگر مقدار اين گرما بيش‌از حد گاز باشد چه اتفاقي مي‌افتد؟ در چنين حالتي، به حالت چهارم ماده مي‌رسيم: پلاسما. |