چگونه میدان مغناطیسی بر روی سوخت خودرو تاثیر می گذارد؟۱
میدان الکترومغناطیسی چیست ،شدت میدان مغناطیسی ،تفاوت میدان الکتریکی و مغناطیسی ،فرمول میدان مغناطیسی ،فرمول شدت میدان مغناطیسی ،میدان مغناطیسی اطراف سیم حامل جریان ،مغناطیس چیست ،میدان مغناطیسی آهنربا ،تاثیر میدان مغناطیسی بر روی سوخت خودرو
در هیدروکربنها از نقطه نظر انرژی بیشینه ی مقدار انرژی قابل حصول در اتم هیدروژن قرار گرفته است، اما چرا؟
این مطلب را می توان با ذکر مثالی مشخص نمود. در مولکول اکتان (C8H18) کربن ۸۴.۲% کل مولکول را به خود اختصاص داده است . وقتی این مولکول به احتراق در می آید به ازاء هر پوند کربن BTU12244 گرما تولید می گردد، در حالیکه در همین مولکول ۱۵.۸% به هیدروژن اختصاص دارد اما انرژی که از سوختن هیدروژن بدست می آید ،BTU9801 است. هیدروژن اصلی ترین و سبک ترین عنصری است که تا کنون بوسیله بشر شناخته شده است. هیدروژن تشکیل دهنده بخش اصلی سوختهای هیدروکربنی است . (علاوه بر کربن مقدار کمی سولفور وگازهای بی اثر نیز تولید می گردد). هیدروژن از نظر الکتریکی دارای یک بخش مثبت (پروتون) ویک بخش منفی (الکترون) می باشد. یعنی گشتاور دوقطبی دارد. از طرفی هم دیا مغناطیس وهم پارا مغناطیس است که وابسته به جهت نسبی اسپین است . اگرچه ساده ترین عنصر در بین همه عناصر می باشد ولی مولکول آن به صورت دو ایزومر متفاوت یعنی پارا و اورتو ظاهر می گردد. جهت اسپینی، تعیین کننده اورتو یا پارا بودن مولکول است. بنابراین در مولکول هیدروژن پارا که عدد کوانتمی زوج را اشغال می نماید حالت اسپین یک اتم نسبت به دیگری موازی است . به عبارت دیگر یکی در جهت عقربه ساعت و دیگر در جهت خلاف آن می باشد. در این حالت مولکول دیا مغناطیس است .
در وضعیت اورتو مولکول عدد کوانتمی فرد یا سطوح انرژی فرد را اشغال می نماید به عبارت دیگر اسپین¬ها در اتمها موازی هستند۰ (هر دو بالا یا در جهت عقربه ساعت ) . در این حالت مولکول پارا مغناطیس است و کاتالیست مناسبی برای بسیاری از واکنشها است ، بنابراین جهت اسپین اثر مشخصی بر روی خواص فیزیکی دارد(گرمای ویژه ،فشار بخار) و در رفتار مولکولی گازها نیز موثر است .
در زمانی که اسپین ها در یک جهت قرار می گیرند اورتوهیدروژن به مقدار زیادی ناپایدار می شود . اورتوهیدروژن بسیار فعالتر از همتای پاراهیدروژن خود می باشد. سوخت هیدروژنی مایعی که در موتورهای شاتل فضایی و راکتهای فضایی ذخیره می شوند به دلایل ایمنی مانند انرژی کمتر فراریت کمتر و میل به واکنش کمتر بصورت پاراهیدروژن می باشند .
در صورتیکه طی زمان استارت شاتل ، شکل هیدروژن اورتو سودمند اس زیرا فرایند احتراق را تشدید می نماید. برای تبدیل مطمهن پارا به اورتو لازم است انرژی برهمکنش بین حالت اسپینی مولکول H2 تغییر نماید .
در دمای ۲۰ (دمای اتاق) ۷۵% هیدروژن در حالت پارا است . زمانیکه دمای هیدرژن به -۲۳۵C(هیدروژن مایع) می رسد۹۹% هیدروژن در حالت اورتو است و بسیار فعال و ناپایدار می باشد به عبارت دیگر بشدت قابلیت احتراق دارد . معلوم است نگهداری هیدروژن در دمای پاهین که راندمان احتراق نیز افزایش یافته است، عملی نمی باشد. در دهه۱۹۵۰ دانشمندان سوخت موشک در آمریکا مانند Simon Roskin در می یابند. که هیدروژن پارا میتواند به هیدروژن اورتو تبدیل شود. این عمل باید تحت میدان مغناطیسی انجام گیرد یعنی با کاربرد مناسب میدان مغناطیسی حالت اسپینی مولکول هیدروژن تغییر می نماید. افزایش بزرگ در انرژی اتم و واکنش پذیری کلی سوخت معنایش بهبود راندمان احتراق خواهد بود. موضوع عقیده Ruskin به صورت Patent ثبت شده است . توجه داشته باشید تحتU.S.C35 بخش ۱۰۱ هرPatent کاربردی باید از نظر علمی و قابلیت عملی اثبات شود تا مجوز انتشار دریافت نماید.اکنون در مورد سوخت خودرو نیز همان اصول مورد استفاده قرار گرفته و همان اثر به وسیله تبدیل اتم هیدروژن پارا به اورتو مشاهده گردیده است
تبدیل هیدروژن به هیدروژن اورتو در یک میدان مغناطیسی یکنواخت و به اندازه کافی شدید رخ می دهد. در این حالت هم زمان با اعمال میدان، تبدیل سیستم متقارن پاراهیدروژن به پادمتقارن اورتوهیدروژن خواهیم داشت، نتیجهء این عمل افزایش میل به واکنش و افزایش قابلیت کاتالیستی است . امروز مشخص شده است که این تبدیل از نظر تکنولوژیکی امتیازات زیادی دارد. خصوصا وقتی از هیدروژن به عنوان کاتالیست استفاده می شود ومثلاً در پالایش روغن ، فرایندهای متالوژیکی، هیدروژناسیون کربن و برخی هیدروکربنها، چربیها، پلی مریزاسیون پلاستیک و الاستومرها همچنین در مهندسی محیط زیست مانند تصفیه پساب ها رسوبات ، لجن ها و غیره . هیدروکربنها اساسا”ساختمان قفسی شکل دارند (cagelike ) . به دلیل وجود همین نوع ساختمان است که اکسیداسیون اتمهای کربن داخل ساختمان طی فرایند احتراق سبب می گردد فرایند مذکور بطور ناقص انجام شود. آنها ب صورت گروههایی از ترکیبات حلقوی پیوند می خورند. چنین گروههایی چند خوشه ها را تشکیل می دهند و مسیر اکسیژن هوا به داخل گروههای مولکولی بسته است. توجه داشته باشید با آمدن هوا از مینی فولد در مخلوط سوخت اتفاقی رخ نمی دهد .
به منظور احتراق سوخت استفاده از اکسیژن هوا به عنوان ماده اکسیدکننده لازم است . به عنوان مثال برای آنکه ۱kgگازوئیل کاملاً بسوزد ۵kg هوا لازم است. در اگزوز پس از عمل احتراق بایـد دی اکسیدکربن ، آب ونیتروژن هوا وجود داشته باشد اما در عمل در خروجی اگزوز گازهای زیر وجود دارند:
O2 ،NO2 ،HC ،H2 ،CO طی سالهای متمادی طراحان موتورهای درون سوز هدف مشترکی را دنبال می کردند و آن عبارت بود از مبارزه علیه اثر چند خوشه ای های (cluster) مولکول سوخت هیدروکربنی و بهبود فرایند احتراق .مشکل اصلی در طراحی موتور به نحوی که محیط زیست را آلوده ننماید این است که برای سوختن همه هیدروکربنها در اتاقک احتراق در حین عملیات احتراق دمای درون سیلندر باید افزایش یابد. موتورهای قدیمی مقادیر بسیار زیـادی هیدروکربنهای نسوخته و CO را تولید می نمودند ، همچنین مقدار کمتری از اکسیدهای نیتروژن نیز تولید می گردید. با تجدید نظرهای به عمل آمده در نسبتهای تراکم و افزایش کارایی موتور، حرکت به سمت تولید آلاینده هایی شامل سموم نیتروژنی افزایش یافته است .
در موتورهای توربو شارژ نسبت های تراکمی را تغییر داده اند و به آن مشکل نیتروژن اضافه شده است. اما از طرف دیگر سیستمهای تغذیه و اگزوز بهبودی یافته اند، سیستم الکترونیکی جرقه بسیار بهتر شده ، همچنین دستگاههای اندازه گیری وتنظیم نسبت سوخت وهوا نتایج مثبت را در پی داشته اند و سرانجام مبدلهای کاتالیستی موثر ساخته شده اند. اما علیرغم تمام این بهبودیها خروجی اگزوزها هنوز کاملا تمیز نشده اند و به صورت گاز CO خارج می شوند و بقیه گازهای آلوده کننده هوا نیز به صورت HC وNO2 منتشر می شوند و یا روی دیوار داخلی سیلندر موتور به صورت باقیمانده کربنی سیاه رسوب می نمایند، همه ی اینها نشان از احتراق ناقص خودرو است .
-دلایل این موضوع عبارتند از :
۱. شکل هیدروکربنها چند خوشه ای cluster است،گروههای مولکولی بسته . بنابراین درون آنها از مقدار هوای مناسب محروم است و فقدان اکسیژن سبب عدم احتراق کامل نمی گردد .
توجه: تمایل مولکولهای هیدروکربن به چندخوشه ای سبب می گردد گروههای زیادی از آنها به لوله ها ونازلهای سوخت بچسبند. در این شرایط هوای اضافه در مخلوط سوخت جهت احتراق بهتر تهیه نخواهد شد. بنابراین در اگزوز HC ،CO نسوخته و دود خواهیم داشت .
۲. اکسیژن با ظرفیت O2- از نظر الکترونی منفی است ، هیدروکربنها ساختار مولکولی خنثی دارند، که پس از عبور از میان لوله های سوخت فولادی بطور سطحی باردار می شوند. این بار سطحی نیز منفی است . بنابراین وقتی این دو اتم با پتانسیل یکسان به سمت یکدیگر در اتاقک احتراق می آیند، همدیگر را دفع نموده و نتیجه آن احتراق ناقص است. پس همه تحقیقات اساسی روی افزایش واکنش پذیری سوخت با اکسیژن متمرکز شده است. توجه داشته باشید افزایش اکسیداسیون مترادف با افزایش احتراق مفید است .