دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته فیزیک 

گرایش : ماده چگال

عنوان :  محاسبه خواص ترمودینامیکی سیال هلیم III تزریق شده در یک نانو لوله در دمای معین

دانشگاه شیراز

دانشکده علوم

 پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته فیزیک – گرایش ماده چگال

 محاسبه خواص ترمودینامیکی سیال هلیم III تزریق شده در یک نانو لوله در دمای معین

  استاد راهنما

دکتر غلامحسین بردبار 

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این رساله ما به کمک روش بسط خوشه ای برخی از خصوصیت های ترمودینامبکی سیال هلیم III را در یک بعد، در دمای معین محاسبه کرده ایم. پتانسیل لنارد-جونز را به عنوان پتانسیل بر همکنش بین اتم های هلیم III  در نظر گرفته ایم. در ابتدا انرژی تک جسمی، دو جسمی و آنتروپی سیستم را محاسبه کرده ایم و بعد به کمک این ها برخی از خواص ترمودینامیکی سیستم از جمله : انرژی آزاد، معادله حالت و ظرفیت گرمایی را به دست آورده ایم.

 فهرست مطالب

عنوان                                                                                                 صفحه

 فصل اول………………………………………………………………………………………………………..1

 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………..2

1-1) نانو فناوری و کاربرد های آن.……………………………………………………………………….2

1-2) انواع نانو مواد……………………………………………………………………………………………3

1-3) کاربرد های نانو فنّاوری………………………………………………………………………………4

1-3-1) کاربرد نانو فناوری در پزشکی…………………………………………………………………..4

1-3-2) کاربرد نانو فناوری در کشاورزی………………………………………………………………..5

1-3-3) کاربرد نانو فناوری در خودرو سازی……………………………………………………………5

1-4) هدف ما در این پایان نامه……………………………………………………………………………6

فصل دوم……………………………………………………………………………………………………….8

 نانو لوله های کربنی و خواص آن ها…………………………………………………………………9

2-1) نانو لوله های کربنی…………………………………………………………………………………..9

2-2) خواص نانو لوله های کربنی……………………………………………………………………….10

2-2-1) خواص مکانیکی………………………………………………………………………………….10

2-2-2) خواص حرارتی……………………………………………………………………………………10

عنوان                                                                                               صفحه

2-2-3) خاصیت ذخیره سازی نانولوله های کربنی………………………………………………11

فصل سوم………………………………………………………………………………………………….12

 آشنایی با هلیم و ویژگی های آن………………………………………………………………..13

3-1) آشنایی با  هلیم…………………………………………………………………………………….13

3-2) کاربرد های هلیم……………………………………………………………………………………15

3-3) هلیم در نانو لوله کربنی…………………………………………………………………………..16

3-4) قطره هلیم………………………………………………………………………………………………….17

فصل چهارم………………………………………………………………………………………………..19

 روش بسط خوشه ای برای محاسبه خصوصیّات

ترمودینامیکی سیستم مورد نظر ………………………………………………………………….20

4-1) روش بسط خوشه ای………………………………………………………………………………20

4-2) محاسبه انرژی سیستم به کمک بسط خوشه ای……………………………………………21

فصل پنجم………………………………………………………………………………………………….29

 محاسبه خواص ترمودینامیکی سیال هلیم  III

 تزریق شده در یک نانو لوله  در دمای معین………………………………………………....30

5-1) مقدمه…………………………………………………………………………………………………30

5-2) محاسبه سهم انرژی خوشه تک جسمی (E1) ……………………………………………..30

عنوان                                                                                             صفحه

5-3) محاسبه سهم انرژی خوشه دو جسمی (E2) ……………………………………………33

فصل ششم………………………………………………………………………………………………36

 نتایج محاسبات………………………………………………………………………………………37

6-1) انرژی تک جسمی سیستم (E1) …………………………………………………………..37

6-2) انرژی دو جسمی سیستم (E2) …………………………………………………………….38

6-3) انرژی کل سیستم (E) ……………………………………………………………………….39

6-4) آنتروپی سیستم…………………………………………………………………………………40

6-5) انرژی آزاد سیستم………………………………………………………………………………41

6-6) فشار سیستم……………………………………………………………………………………..42

6-7) ظرفیت گرمایی سیستم……………………………………………………………………….43

فصل هفتم………………………………………………………………………………………………45

 خلاصه و نتیجه گیری……………………………………………………………………………..46

منابع………………………………………………………………………………………………….…..47

نانو فناوری و کاربرد های آن

 موادی که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، نانو[1] مواد خوانده می‌شوند. نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری (سطوح اتمی و مولکولی) و استفاده از خواص آن ها می باشد. این فناوری بر مبنای چینش تک تک  اتم ها، مولکول ها و ترکیبات (در ابعاد نانو) به گونه ای است که خاصیت فیزیکی ویژه ای را برای آن رقم بزند. البته اعمال این تغییرات در این مواد مستلزم درک صحیحی از این فناوری می باشد ]1[.

شاید بتوان گفت اولین کسی که به ابعادی در این حد توجه داشته ریچارد فاینمن[2]، دارنده جایزه نوبل بوده است. وی در سال 1959 طی یک سخنرانی تحت عنوان “فضای زیادی در پایین وجود دارد”  مهم بودن این فناوری را متذکر شد]2[.

اصطلاح نانو فناوری اولین بار توسط نوریو تانیگوچی[3] در سال 1974 معرفی گردید .اولین مشکلی که از توسعه این تکنولوژی جلوگیری می کرد این بود که هنوز دستگاهی ساخته نشده بود که بتواند ابعاد در حد نانو متر را ببیند، اما در سال 1981 این مشکل با ساخت میکروسکوپ تونل زنی روبشی [4]STM مرتفع گردید، محققین توانستند به کمک آن در ابعاد نانو تصویر برداری کنند و همین منجر به دریافت جایزه نوبل فیزیک توسط تانیگوچی در سال 1986 شد ]3[. تفاوت اساسی فناوری نانو با دیگر فناوری ها در ابعاد مواد و ساختار هایی است که مورد استفاده قرار می گیرند. در این ابعاد خصوصیات مواد از جمله، مقاومت الکتریکی و گرمایی، استحکام در برابر شکنندگی و خوردگی و … تغییر می کند. استفاده از اين فناوري در كليه علوم پزشكي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الكترونيك، كامپوترهاي كوانتومي و غيره باعث شده كه تحقيقات در زمينه نانو به­عنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی ها، شیشه ها، سرامیک ها و پلیمرها در ابعاد نانو می توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می تواند در ترکیبات بی شکل(آمورفکریستال ها، مواد آلی و غیرآلی نیز نقش پر رنگی ایفا کند.

اولین پایه  تشکیل دهنده نانو مواد، نانو ذره است. منظور از نانو ذره، جسمی با ابعاد نانو متر در سه بعد می باشد که می تواند به صورت های مختلفی از جمله نانو مواد سرامیکی، فلزی وغیره وجود داشته باشد. دومین پایه تشکیل دهنده نانو مواد، نانو کپسول ها می باشند. نانو کپسول ها محفظه هایی هستند که قطر آنها از مرتبه نانو متر بوده و می توان مقدار محدودی نانو ذره در آنها نگاه داشت.

عنصر پایه ای دیگر، نانو لوله کربنی می باشد که در سال 1991 کشف شد] 4[. برای تولید نانو لوله کربنی روش های متفاوتی وجود دارد. یکی از این روش ها آن است که صفحه و یا صفحات گرافیتی را لوله کرده تا به شکل یک استوانه دربیاید. نانو لوله ها در اندازه ها و اشکال متفاوتی وجود دارند و می توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند.

1-2) انواع نانو مواد:

 نانو مواد صفر بعدی

به نانو موادی اطلاق می شود که هر سه بعد آن ها از 100 نانو متر کمتر باشد (مانند  نانو ذرات و نانو پودر ها).

  • نانو مواد یک بعدی

به نانو موادی گفته می شود که فقط دو بعد آن ها از 100 نانو متر کمتر باشد (مانند نانو نوار ها، نانو سیم ها، نانو لوله ها، نانو تسمه ها).

  • نانو مواد دو بعدی

نانو موادی که فقط یک بعد آن ها از 100 نانو متر کمتر باشد (مانند نانو حلقه ها و نانو لایه ها).

  • نانو مواد سه بعدی

نانو ساختار هایی که از ترکیب دو یا هر سه مورد بالا ساخته شده باشند. (مانند نانو کامپوزیت ها).

همان طور که قبلا بیان شد نانو فناوری کاربرد های فراوانی در زندگی امروز و آینده ما دارد که در زیر به اختصار به چند مورد آن می پردازیم.

1-3) کاربرد های نانو فنّاوری

 1-3-1) کاربرد نانو فناوری در پزشکی

می توان با بهره گيري از نانو فناوری وسايل آزمايشگاهي جديدي ساخت و از آنها در كشف داروهاي جديد و تشخيص ژن هاي فعال با شرايط گوناگون در سلول ها، استفاده كرد و همچنین مي توان در تشخيص بيماري ها و نقص هاي ژنتيكي از آن استفاده کرد.

امروزه محققان ذراتي به نام نانو لایه ساخته اند که می تواند امواج فروسرخ را جذب كند، از آنجا که طول موج  فروسرخ قادر به نفوذ تا چند سانتي متری بدن می باشد، این نانو لایه ها بسيار مورد توجه قرار می گیرند. بدین ترتیب که نانو لایه هايي كه به بدن تزريق مي شوند مي توانند از بيرون با بهره گرفتن از منبع فروسرخ گرما داده شوند. چنين نانو لایه هايي را مي توان به كپسول هايي از جنس پليمر حساس به گرما متصل كرد که می توانند محتويات خود را فقط زماني آزاد كنند كه گرماي نانو لایه متصل به آن باعث تغيير شكلش شود.
يكي از كاربردهاي شگرف اين نانو لایه ها در درمان سرطان است. مي توان نانو لایه هاي پوشيده شده با طلا را به آنتي بادي هايي متصل كرد كه به طور مشخص به سلول هاي سرطاني متصل مي شوند. اگر نانو لایه ها به مقدار كافي گرم شوند مي توانند فقط سلول هاي سرطاني را از بين ببرند و به بافت هاي سالم آسيب نرسانند. اين موضوع براي هزاران وسيله ريز ديگر نيز مطرح است كه براي كاربرد در پزشكي ساخته شده اند ]5[.

 1-3-2) کاربرد نانو فناوری در کشاورزی

امروزه مصرف بي رويه آفت کش ها مشکلات زيادي را ايجاد کرده اند. اين مشکلات شامل اثرات سوء بر سلامت انسان (ايجاد مسموميت هاي حاد يا بيماري هاي مزمن) ، تاثير اين مواد بر حشرات گرده افشان  و حيوانات اهلي مزارع و همچنين ورود اين مواد به آب و خاک و تاثير مستقيم وغير مستقيم آن در اين نظام هاي زيستي، مي باشد. استفاده از نانو سم ها کارامد ترین راه برای حل مشکلات ذکر شده است. اين داروهای در ابعاد نانو که قابليت حرکت در گياه را دارند  در بسته هايي که حاوي نشاني خاصي هستند قرار مي گيرند. این بسته ها دارای مشخصه ای هستند که به آن ها اجازه مي دهد به بخشي از گياه که مورد حمله عامل بيماري يا آفت قرار گرفته تحويل داده شود . اين دارو های در ابعاد نانو، همچنين می تواند دوز لازم برای تحویل به سلول را تایین نمایند .در این روش نحوه رديابي بافت آلوده و ميزان کم، اما موثر دارو باعث مي شود استفاده از سموم به حداقل برسد ]6[. بيماري هاي گياهي از روي علائمي مانند تغيير رنگ يا تغيير شکل شناسايي مي شوند، اما مسئله مهم اينجاست که اين علائم مدتها بعد از ورود عوامل بيماري به بافت گياه بروز پيدا مي کنند. به همين دلیل ما نیاز به اقدامی سریع براي جلوگيري از شيوع بيماري داریم تا مانند گذشته شاهد از بین رفتن مقدار قابل توجهی از محصولات نباشیم که امروزه با بهره گرفتن از نانو حسگر های زیستی این امر میسر شده است. اين حسگرها شامل ترکيبات زيستي مانند يک سلول، آنزيم و يا آنتي بادي متصل به يک مبدل انرژي هستند و قادرند که تغييرات ايجاد شده در مولکول هاي اطراف خود را گزارش دهند و بر اساس میزان تجمع عوامل بيماري در اطراف اين حسگرها، سيگنال هایي به همان میزان فرستاده مي شود . ارزيابي مقدار آلاينده ها در محيط توسط این حسگرها در چند دقيقه ميسر خواهد بود ]7[.

1-3-3) کاربرد نانو فناوری در خودرو سازی

پوشش خودروها زمانی اهمیت پیدا می کند که خراشی روی سطح خودرو ایجاد شده و موجب پوسیده شدن و زنگ زدن و باد کردن بدنه شود. پوشش های نانومتری باعث بهبود خواص مکانیکی روکش خودرو و مقاومت در برابر عوامل مخرب خارجی می‌شوند. پوشش خودرو هم باید در برابر صدمات احتمالی وهم در برابر خوردگی، خراش، نور آفتاب، رطوبت، مواد شیمیایی و اسیدی مقاوم باشد و شفافیت خود را از دست ندهد. در کنار تمام این ها جاذبه رنگ خودرو برای جلب توجه بیننده به محصول، اهمیت زیادی داشته و بایستی دقت زیادی در آخرین پوشش بدنه خودرو شود. برای داشتن پوششی با ویژگی های فوق نمی توان از یک تک لایه بلکه باید از چند لایه استفاده کرد تا به کیفیت مطلوب رسید. پوشش ها معمولا ساختارهای چند لایه ای هستند که متشکل از سه قسمت لایه زیرین، لایه میانی و لایه فوقانی می باشند.
اکثر پوشش هایی که امروزه به عنوان لایه زیرین مورد استفاده قرار می گیرند، توانایی سازگاری با محیط و مقاومت در برابر عوامل خارجی را ندارند.

امروزه کارخانجات خودرو سازی با بهره گرفتن از نانو لایه ها، توانسته اند پوشش هایی تولید کنند که دو یا چند ویژگی لایه ها را با هم دارا باشد. این لایه ها نه تنها زیبایی منحصر به فردی به خودرو می دهند بلکه   بدین معنی که می توان حداقل دو ویژگی همزمان مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت را دارا باشند. دیگر مشکلی که اکثر لایه ها دارند، تغییر رنگ آن ها در برابر پرتو های فرابنفش می باشد که این مشکل نیز توسط نانو لایه ها برطرف شده است ]8[.

 1-4) هدف ما در این پایان نامه

ما می خواهیم خواص ترمودینامیکی 3He که سیالی فرمیونی بوده و از آمار فرمی- دیراک[5] تبعیت می کند را در یک بعد و در دمای معین (1 تا 4 کلوین) محاسبه کنیم لذا برای ایجاد یک سیستم یک بعدی از نانو لوله کربنی بهره می بریم، زیرا :

1) نانو لوله های کربنی فقط یک بعد ماکروسکوپی دارند.

2) برهمکنش نانو لوله ها با هلیم بسیار ضعیف می باشد به نحوی که به راحتی می توان از آن صرفه نظر کرد ]9[.

3) از آنجا که دامنه دمایی سیستم مورد نظر ما (1 تا 4 کلوین) بسیار پایین می باشد، نانو لوله ها نباید رفتار جدیدی از خود نشان بدهند، که اینگونه نیز می باشد ]9[.

پس سیستم ما به N اتم 3He که در یک نانو لوله کربنی به طول L و سطح مقطع A وجود دارند تبدیل شد که دما و چگالی مورد بررسی بین 1 تا 4 کلوین و 001/0 تا01/0 A-1

 می باشد.

تعداد صفحه :63

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 

 

برچسب ها :