نویسنده: امیرحسین ترنجیان

میل لنگ
در راستای معرفی اجزای موتور ماشین قصد داریم تا در این مطلب با میل لنگ خودرو آشنا شویم و بدانیم نقش آن در موتور خودرو و مکانیزم حرکتی ماشین چیست. میل لنگ همان محور اصلی موتور است که به صورت طولی قرار گرفته و به همراه چند یاتاقان به بلوکه وصل است. کلاچ حرکت دورانی میل لنگ را به گیربکس منتقل می کند.

میل لنگ خودرو چیست؟
در حقیقت میل لنگ خودرو قطعه ای است که باعث تبدیل حرکت خطی پیستون های داخل سیلندر به حرکت دورانی می شود. تقریبا تمام میل لنگ ها از جنس فولاد هستند که به روش فورج و با ترکیب کربن متوسط یا آلیاژ فولاد با کروم ساخته می شوند. همچنین در این قطعه از فلز وانادیوم برای خنک شدن سریع در برابر هوا استفاده شده است. البته از فولادهای ارزانتری در میل لنگ خودرو های ارزانتر استفاده می شود. همچنین شاتون به وسیله یاتاقان به راحتی حول محور میل لنگ می چرخد.همچنین ارتعاشات میل لنگ توسط قطعه ای به نام فلایویل که به انتهای میل لنگ متصل است خنثی می شود. اما درانتهای دیگر یا همان سر دیگر میل لنگ چرخ دنده ای وجود دارد که باعث چرخش میل بادامک می شود. همچنین در جلوی این چرخ دنده یک قطعه ای به نام پولی کار گذاشته شده که به منظور به حرکت دراوردن دینام، پمپ هیدرولیک، کمپرسور کولر و واتر پمپ استفاده می شود.

اما میل لنگ ماشین را به برخی از روش های حرارتی، سمانتاسیون و نیز به وسیله آبکاری، سخت می نمایند. عمل سخت کاری، محورها توسط روش های القایی یا سمانتاسیون تا عمق معینی انجام می شود. پس از این مرحله، سنگ زنی و صاف کاری سطوح انجام می شود و به منظور کاهش اصطکاک، محورها را پولیش کاری می نمایند. البته امروزه سخت کاری سطحی معمولا با روش های جدیدتری انجام می گیرد.
در روش اول گاز نیترات با دمای ۵۸۳ درجه سانتی گراد را در مجاورت محور میل لنگ قرار می دهند و پس از جذب شدن گاز نیتروژن توسط فولاد تا عمق کمی، به شدت سفت و سخت می شود. و به ان لایه سفید می گویند و به منظور افزایش استحکام میل لنگ، دمای داخلی ان در حد کم نگه داشته می شود و سطح طعه پولیش زده می شود.
و در روش بعدی سطح میل لنگ در معرض نمک مذاب قرار می گیرد و به رنگ خاکستری در می آید و تا عمق ۰.۰۳ میلی متر سخت می شود. و سخت کاری با نیکل یا کرم هم از روش های دیگر می باشد.

همچنین در قسمت جلوی میل لنگ خودرو یک یا دو عدد جای خار برای قرار دادن پولی ها و چرخ دنده وجود دارد و در قسمت عقب آن فلانچی برای اتصال به فلایویل طراحی گردیده است. در موتورهای خطی، تعداد لنگ ها برابر تعداد سیلندرهاست و در موتورهای خورجینی برابر با نصف سیلندرها می باشد. همچنین در میل لنگ خودرو وزنه هایی قرار دارند که وجودشان برای حفظ تعادل در برابر فشار پیستون و شاتون است و همچنین روان تر کار کردن موتور خودرو و بالارفتن دور موتور می شوند. از این رو در موتورهای ۸سیلندر که به شکل خورجینی ساخته می شوند احتمال تاب برداشتن آن به دنبال گرما و حرارت بالای موتور کاهش پیدا کند. اما به منظور طولانی شدن عمر مفید موتور ماشین نباید درجه حرارت مایع خنک کننده ماشین از حدمجاز نباید بیشتر شود و زمانی که موتور ماشین جوش می آورد، نباید موتور را خاموش کرد بلکه با ریختن آب بر روی رادیاتور که باعث کاهش حرارت شد، درب رادیاتور را با احتیاط باز نمایید و آب و مایع خنک کننده را چک نمایید. و در برخی از خودروها مانند پژو ۴۰۵ باید پس از ریختن مایع خنک کننده، عمل هواگیری را انجام دهید. در نظر داشته باشید که دفترچه راهنمای خودرو بهترین کمک کننده شما در راستای نگهداری سریع خودرو می باشد.

میل لنگ خودرو وظیفه دارد نیروی چرخشی مورد نیاز برای حرکت خودرو را تامین کند . میل لنگ نیروی خود را از شاتون دریافت می کند و شاتون نیز نیروی خطی را از پیستون خودرو می گیرد.

در شکل زیر ، یک مدل میل لنگ خودرو را مشاهده می کنید.

اگر با مباحث بالا آشنا شده اید اکنون می توانید اجزای مختلف میل لنگ و وظیفه هر کدام را بشناسید.به طور کلی میل لنگ از دو قسمت تشکیل شده است.1- یاتاقان های میل لنگ2- وزنه های متعادل کننده ( بالانس کننده )ابتدا یاتاقان های موجود در میل لنگ را تشریح می کنیم.یاتاقان های میل لنگهمانطور که از مبحث یاتاقان ها آموخته اید ، یاتاقان ها ، امکان حرکت و لغزش شفت و بوش ، داخل یکدیگر را فراهم می کنند. میل لنگ برای گردش خود باید بر روی یاتاقان قرار بگیرد تا امکان گردش پیدا کند ؛ همانطور که می دانید در صنعت ، هر جسمی که می چرخد ، باید بر روی یاتاقان باشد در غیر این صورت امکان چرخش ندارد. میل لنگ که در بدنه سیلندر ( بلوک سیلندر ) قرار می گیرد ، بر روی یاتاقان بلوک سیلندر قرار می گیرد.یاتاقان های میل لنگ را به دو دسته تقسیم می کنیم ، یاتاقان های اصلی و یاتاقان های لنگ ، منظور از یاتاقان اصلی میل لنگ ، یاتاقانی می باشد که میل لنگ ، توسط  آن یاتاقان می تواند بر روی بدنه سیلندر چرخش کند. و منظور از یاتاقان های لنگ ، یاتاقان هایی هستند که اتصال و چرخش میل لنگ و شاتون به یکدیگر را امکان پذیر می کنند ، همانطور که می دانید شاتون ها نیروی لازم برای چرخش را به میل لنگ منتقل می کنند ، شاتون ها با ایجاد نیرو و همچنین گردش ، حول یاتاقان های لنگ میل لنگ ، باعث گردش میل لنگ می شوند. این یاتاقان ها از این جهت به یاتاقان های لنگ نامگذاری می شوند چون خارج از محور اصلی میل لنگ قرار دارند. در شکل زیر یاتاقان اصلی میل لنگ با فلش سبزرنگ و یاتاقان های لنگ با فلش قرمز مشخص شده است.
نکته :در یاتاقان لغزشی ، به قسمتی از بدنه یاتاقان ، که شفت روی آن سوار می شود بوش یاتاقان یا برای سادگی همان یاتاقان گفته می شود. همچنین به قسمتی از شفت که داخل بوش یاتاقان ، گردش می کند نیز قسمت یاتاقانی شفت گفته می شود که آن هم برای سادگی و رعایت اختصار یاتاقان نامیده می شود. بنابراین در نهایت به قسمتی از میل لنگ که روی بدنه سیلندر لغزش میکند ، یاتاقان گفته شده و همچنین به قسمتی از بلوک سیلندر که میل لنگ ، روی آن لغزش می کند نیز یاتاقان گفته می شود.

 در شکل زیر ، میل لنگ سوار شده بر روی یاتاقان بلوک سیلندر را مشاهده می کنید. ( آن چیزی که مشاهده می کنید ، کف بلوک سیلندر می باشد.)

در بحث مربوط به اجزای محرک ( یا همان متحرک ) به نحوه به وجود آمدن گشتاور صحبت کردیم ، گشتاور یک مدل نیروی چرخشی می باشد که از نیروی خطی به وجود آمده ، به عنوان مثال ، شما جهت باز و بسته کردن درب های منزل ، ماشین و… باید نیروی عمود به طول درب وارد کنید ، این نیروی عمودی در طول درب ، باعث گردش درب می شود و شما به همین راحتی نیروی عمودی و خطی ( در راستای یک خط ) دستتان را به نیروی گردشی ، چرخشی و یا به گشتاور تبدیل کردید.

در میل لنگ نیز همین اتفاق می افتد ، نیروی خطی وارد شده از شاتون ، در طول میل لنگ ، باعث چرخش میل لنگ حول محورش شده و گشتاور و یا همان نیروی گردشی به وجود می آید. در شکل زیر ، وارد شدن نیروی خطی از پیستون به شاتون و تبدیل آن به گشتاور را مشاهده می کنید. نیروی خطی در پیستون و گشتاور در میل لنگ ، با فلش های سبز ، نشان داده شده است.

اتاقان های میل لنگ نیز مانند سایر یاتاقان ها ، می بایست دائما روغن کاری شوند ، در رابطه با روغن کاری میل لنگ ، در مبحث روغن کاری موتور خودرو ، به تفصیل نگارش شده و در اینجا به آن ، اشاره ای نمی کنیم. تا اینجا درباره یاتاقان های میل لنگ صحبت کردیم و اکنون نوبت به بررسی وزنه های بالانس کننده میل لنگ می رسد.

وزنه های متعادل کننده ( بالانس کننده )
وزنه های متعادل کننده وظیفه بالانس کردن میل لنگ را بر عهده دارند. همانطور که در مبحث اجزا محرک اشاره شد ، هر جسمی که می چرخد می بایست بالانس شود ، برای بالانس کردن اجسام چرخان ، می بایست وزن تک تک قسمت های مختلف جسم را حول محور چرخش آن به صورت یکسان تقسیم کنیم تا نیروی گریز از مرکز تولید نشود چرا که در صورت ایجاد نیروی گریز از مرکز ، فشار بسیار زیادی به یاتاقان های وارد می شود و باعث خرابی سریع آنها می شود ، به علاوه ، نیروی گریز از مرکز ، باعث ایجاد لرزش های شدید در یاتاقان ، پایه ی یاتاقان ، جسم چرخان و سایر اجزای متصل به آنها می شود.
برای درک بهتر این موضوع به شکل زیر نگاه کنید ، استوانه ی توپری را مشاهده می کنید که چند قطعه کوچک زردرنگ در قسمت های مختلف آن نصب شده است. اگر استوانه ،  بدون قطعات زردرنگ بچرخد ، به علت تقسیم برابر وزن آن نسبت به محور چرخشش ، استوانه کاملا بالانس می باشد . ولی با وجود قطعات زردرنگ در قسمت های مختلف استوانه ، نیروی گریز از مرکز ، در محل نصب استوانه ها به وجود می آید که تمایل دارد ، استوانه را از محور چرخشش خارج کند ( این نیرو با فلش قرمز نشان داده شده است ) 

در تمامی میل لنگ ها به علت وجود یاتاقان های لنگ درخارج از محور میل لنگ ، نیروی گریز از مرکز شدیدی در میل لنگ ایجاد می شود ، برای جلوگیری از ایجاد این نیرو ، از وزنه هایی در مقابل یاتاقان های لنگ ، خارج از محور میل لنگ استفاده می کنند تا این وزنه ها ، نیروی گریز از مرکزی بر خلاف جهت نیروی گریز از مرکز ایجاد شده توسط یاتاقان های لنگ ایجاد کند و در نهایت این دو نیرو ، همدیگر را خنثی کرده و در نتیجه ، ارتعاش و فشار به یاتاقان ها در میل لنگ به وجود نمی آید.
در شکل زیر وزنه های متعادل کننده در میل لنگ نشان داده شده است.

اگر میل لنگ را از وسط ( از محورش ) به دو قسمت مساوی تقسیم کنیم ، وزن هر دو قسمت یکسان خواهد بود ، در شکل زیر ، میل لنگ یک سیلندر ، از وسط نصف شده و هر دو قسمت دارای وزنی مساوی (نسبت به محور میل لنگ) می باشند.

همانطور که در تصاویر مشاهده کردید ، در ابتدا ، انتها و سایر قسمت های میل لنگ ، چرخ دنده ، چرخ زنجیر ، چرخ تسمه ، فلانچ و … وجود دارد که از هر کدام برای ایجاد ارتباط میل لنگ با سایر قسمت های خودرو استفاده می شود. برای مثال پمپ روغن ، پمپ آب ، سیستم تایمینگ ، گیربکس و قسمت های دیگری از خودرو ، انرژی خود را از میل لنگ دریافت می کنند.

فلانچ و فلایویل میل لنگفلانچ ، دایره ای سوراخ دار می باشد که برای اتصال فلایویل به میل لنگ استفاده می شود ، به این صورت که با قرار دادن پیچ و مهره مشترک در طول سوراخ فلانچ و سوراخ فلایویل ، اتصالی قوی بین این دو قطعه برقرار می شود و انرژی پس از فلایویل به گیربکس و از آنجا به چرخ های خودرو منتقل می شود.در شکل زیر ، فلانچ گیربکس (جهت اتصال به فلایویل) با رنگ زرد ، یاتاقان های اصلی با رنگ قرمز ، یاتاقان های لنگ با رنگ سبز نشان داده شده است.

در شکل زیر ، یک عدد فلایویل ، به فلانچ میل لنگ متصل شده است ، فلایویل علاوه بر انتقال قدرت از میل لنگ به گیربکس ، چرخ و … وظیفه مهم دیگری نیز دارد و آن امکان روشن شدن خودرو می باشد ، برای روشن کردن موتور خودرو از موتور الکتریکی به نام استارت استفاده می شود که این موتور الکتریکی فلایویل میل لنگ را می چرخاند و با چرخش فلایویل کل میل لنگ و موتور به حرکت در می آیند.

کوانتوم
فیزیک کوانتوم چیست؟
کوانتوم مکانیک شاخه‌ای از علم فیزیک است که دنیای ذرات بسیار کوچک را مورد بررسی قرار می‌دهد. این شاخه از فیزیک، نتایجی عجیب را در پی دارد که در دنیای واقعی قابل توجیه نیستند. در مقیاس الکترونی و اتمی، بسیاری از معادلات فیزیک کلاسیک که توصیف‌کننده نحوه حرکت اجسام هستند، نمی‌توانند فیزیک مسائل را توصیف کنند. در فیزیک کلاسیک، یک جسم در یک لحظه مشخص، در مکانی مشخص قرار می‌گیرد. این در حالی است که در کوانتوم مکانیک الکترون‌ها در فضایی احتمالی قرار دارند. در حقیقت احتمال وجود آن‌‌ها در نقطه A، برابر با عددی مشخص بوده و در نقطه B، این احتمال عددی متفاوت است.

سه اصل انقلابی

فیزیک کوانتوم از ریاضیاتی برخوردار است که آزمایش‌های غیر قابل توصیف در مکانیک کلاسیک را توجیه می‌کند. سرآغاز این علم به ابتدای قرن بیستم و به زمانی باز می‌گردد که آلبرت انیشتین مقاله‌اش را در مورد نسبیت چاپ کرد. نسبیت انیشتین توصیف‌کننده نحوه حرکت اجسام در سرعت‌های بسیار بالا است. برخلاف نسبیت، فیزیک کوانتوم را نمی‌توان به دانشمندی خاص نسبت داد، چرا که فیزیکدانان بسیاری در توسعه آن نقش داشته‌اند.در بین سال‌های ۱۹۰۰ تا ۱۹۳۰ سه اصل انقلابی توسط دانشمندان، توسعه داده شدند که با استفاده از آزمایش به تدریج مورد پذیرش جامعه علمی قرار گرفتند. این سه اصل، کوانتیزه بودن مشخصه‌های ماده، ذره‌ای بودن نور و موجی بودن ماده است.کوانتیزه بودن مشخصه‌ها
ویژگی‌هایی خاص همچون موقعیت، سرعت و رنگ ممکن است به مقداری مشخص قابل اندازه‌گیری باشند؛ همچون حالتی را در نظر بگیرید که می‌خواهیم شماره تلفنی را بگیریم. در این حالت شماره‌ها به صورت مجزا و پشت سر هم وارد می‌شوند. این اصل با اصول مکانیک کلاسیک در تناقض است. در حقیقت در مکانیک کلاسیک ویژگی‌ها در یک طیف قرار می‌گیرند. به منظور توصیف حالت گسستگی ویژگی‌ها دانشمندان از کلمه کوانتیزه بودن آن ویژگی استفاده می‌کنند.

ذره‌های نور
نور در مواردی رفتاری ذره‌ای را از خود نشان می‌دهد. در ابتدا پذیرش ذره‌ای بودن نور مشکل به نظر می‌رسید، چراکه پس از ۲۰۰ سال آزمایش، دانشمندان به این نتیجه رسیده بودند که نور از جنس موج است. این فرض دقیقا همانند حالتی است که سنگی را در آب انداخته و در نتیجه آن موج تشکیل شود. در حالت کلی قله‌های نور (با توجه به موجی بودن آن) می‌توانند با یکدیگر جمع شوند که منجر به افزایش شدت آن شده و یا از هم کم شوند که منجر به ایجاد تاریکی می‌شود.منبع نور را می‌توان همچون توپی در نظر گرفت که با نظم مشخصی به مرکز بستری از آب ضربه می‌زند. رنگ نور وابسته به فاصله بین قله‌ها است؛ توجه داشته باشید که این فاصله معادل با سرعت ضربه زدن توپ به آب است.
موج‌های ماده
ماده نیز می‌تواند رفتاری موجی از خود نشان دهد. این گزاره خلاف آزمایش‌هایی است که در مدت زمان ۳۰ سال انجام شده بود. این بیان نیز بسیار عجیب به‌نظر می‌رسد. در ادامه موجی بودن ماده و همچنین دو مورد بیان شده در بالا را با جزئیات بیشتری توضیح می‌دهیم.
کوانتیزه بودن مشخصه‌ها

در سال ۱۹۰۰، فیزیکدانی آلمانی به نام ماکس پلانک به دنبال توضیح رابطه بین رنگ نور تابش شده از اجسام داغ و دمای آن‌ها بود. او با توجه به رنگ نور‌های تابش‌شده، تلاش کرد تا این رابطه بین طیف نور و دمای جسم را فرمول‌بندی کند. پلانک نهایتا به این نتیجه رسید که ترکیبی از رنگ‌های خاص تابیده می‌شوند. در حقیقت او دریافت که نور به صورت ضریبی ثابت از مقداری ثابت تابش می‌شود. این گفته معادل با آن است که بگوییم نور به صورت ضریبی از رنگ‌های ثابت منتشر می‌شود! این گفته مغایر با فرض موجی بودن نور است؛ چرا که نور به صورت موجی بوده و باید طیفی پیوسته از رنگ‌ها را از خود ساطع کند.چه چیزی مانع اتم‌ها برای تابش پیوسته رنگ‌ها می‌شود؟ این امر بسیار عجیب به نظر می‌رسد و خود پلانک فرض کوانتیزه بودن را تنها حقه‌‌ای ریاضیاتی می‌داند. معادله‌ای که پلانک به منظور توصیف رفتار تابشی جسم داغ ارائه داد، حاوی عددی است که بعد‌ها در علم فیزیک بسیار موثر بود. این عدد تحت عنوان ثابت پلانک شناخته می‌شود.فرض کوانتیزه بودن نور راهی را باز کرد که دانشمندان با استفاده از آن توانستند دیگر رازهای فیزیک را نیز کشف کنند. در سال ۱۹۰۷ انیشتین و پلانک فرضیاتی را در نظر گرفتند و با استفاده از آن‌ها توانستند علت افزایش متفاوت دمای اجسام مختلف به ازای وارد کردن مقدار حرارتی یکسان به آن‌‌ها را توضیح دهند.از ابتدای دهه ۱۸۰۰، علم طیف‌سنجی نشان داده بود که عناصر مختلف، طیف‌های خاصی از نور را جذب یا دفع می‌کنند. از این رو طیف‌سنجی، روشی قابل استناد به منظور تعیین جنس اجرامی هم‌چون ستارگان محسوب می‌شد که در فاصله‌ای بسیار دور از زمین قرار دارند. دانشمندان همواره این سوال را در ذهن داشتند که عناصر مختلف، طیف‌های خاصی از نور را نشر یا جذب می‌کنند. در سال ۱۸۸۸، «یوهانس ریدبرگ»، دانشمند سوئدی، معادله‌ای را بدست آورد که با استفاده از آن امکان توجیه خطوط طیفی اتم هیدروژن وجود داشت؛ با این حال هیچکس نمی‌دانست که چرا این معادله کار می‌کند.

اولین سرنخ‌ها به منظور پاسخ به این سوال توسط نیلز بور شناسایی شد. او در سال ۱۹۱۳ فرض کوانتیزه بودن طیف‌ها توسط پلانک را به مدل اتمی رادرفورد اضافه کرد. رادرفورد فرض کرده بود که الکترون‌ها همچون سیاره‌های منظومه شمسی به دور هسته خود دوران می‌کنند. اما با اضافه کردن فرض کوانتیزه بودن توسط بور، او فرض کرد که الکترون‌ها در مدار‌هایی مشخص محدود شده‌اند. در حقیقت الکترون‌ها میان این خطوط جابجا می‌شوند.

برای نمونه فرض کنید الکترونی در مداری مشخص قرار دارد. در این صورت این الکترون می‌تواند انرژی گرفته و به ۱ یا چند لایه بالاتر صعود کند. اگر این الکترون انرژی از دست دهد، به مدارهای پایین‌تر سقوط خواهد کرد. در حقیقت این صعود یا سقوط الکترون‌ها است که منجر به جذب یا تولید نور با رنگ‌های مختلف می‌شود. این تصور از اتم، سرآغاز کشف رفتار‌های کوانتومی ذرات زیراتمی بود. از این رو می‌توان گفت مدل اتمی بور نقطه عطفی در توسعه مکانیک کوانتوم محسوب می‌شود.ذرات نوردر سال ۱۹۰۵، آلبرت انیشتین مقاله‌ای را با عنوان «نقطه نظری ذهنی در مورد تولید و تغییر شکل نور»  منتشر کرد او فرض کرد نور به صورت موجی نیست و به صورت‌ بسته‌هایی از انرژی منتشر می‌شود. انیشتین فرض کرد که میزان انتشار بسته‌های انرژی وابسته به مود ارتعاشی اتم‌ها است. این جمله معادل نگاهی است که نیلز بور چند سال بعد در مورد پرش یا سقوط الکترون‌ها بیان کرد. اگر بسته‌های انرژی بیان شده توسط انیشتین را به ثابت پلانک تقسیم کنیم، نوع رنگ نور بدست خواهد آمد.

این نوع نگاه به انرژی نور، انیشتین را به سمتی هدایت کرد که ۹ پدیده مختلف را توضیح دهد. یکی از این پدیده‌ها، رنگ‌هایی بودند که از سیم داغ منتشر می‌شد. این رنگ‌ها توسط پلانک گزارش داده شده بودند. او همچنین رابطه میان نور‌های رنگ مختلف و میزان الکترون جدا شده از سطح فلزات را در بستری تحت عنوان اثر فوتو الکتریک توضیح داد. جالب است بدانید که انیشتین جایزه نوبل فیزیک را در سال ۱۹۲۱ به دلیل توضیح این اثر و نه به دلیل ارائه نسبیت عام بدست آورد.
دو دهه پس از انتشار مقاله انیشتین،فوتون واژه‌ای بود که فیزیکدانان به منظور توصیف بسته‌های انرژی از آن استفاده می‌کردند. این نامگذاری، نتیجه کار‌های «آرتور کامپتون» (Arthur Compton) در سال ۱۹۲۳ بود. او نشان داد که نور پراکنده شده، در نتیجه تابش پرتویی الکترونی به آن، رنگی می‌شود. در حقیقت این کار نشان می‌دهد که ذرات نور (فوتون) به ذرات ماده (الکترون) برخورد می‌کنند که تایید‌کننده نظر انیشتین است. پس از کار کامپون واضح بود که نور هم رفتاری موجی و هم رفتاری ذره‌ای دارد. از این رو دوگانگی موجی-ذره‌ای نور نیز یکی دیگر از ستون‌های مکانیک کوانتومی بود.امواج مادهاز زمان کشف الکترون در سال ۱۸۹۶، شواهد مبتنی بر ساخت مواد بر اساس ذرات بنیادی‌تر، به آرامی در حال شکل‌گیری بود. حتی امروزه نیز با کشف دوگانگی موجی-ذره‌ای، این سوال برای دانشمندان وجود دارد که آیا ماده تنها به صورتی ذره‌ای رفتار می‌کند؟حال تصور کنید که فرض دوگانگی برای ماده جامد نیز درست باشد. اولین دانشمندی که در مورد پاسخ به این سوال پیشرفت قابل توجهی داشت، «لویی دو بروی» بود. در سال ۱۹۲۴، این دانشمند از معادله ارائه شده در نسبیت خاص انیشتین به نحوی استفاده کرد که می‌شد با آن هم ذره‌ای بودن و هم موجی بودن ماده را نشان داد.در سال ۱۹۲۵ دو دانشمند به طور جداگانه تلاش می‌کردند تا با استفاده از توضیح دو بروی، نحوه حرکت الکترون‌ها اطراف اتم را توصیف کنند (پدیده‌ای که با استفاده از ریاضیات مکانیک کلاسیک قابل توجیه نبود). در آلمان، ورنر هایزنبرگ با استفاده از توسعه مفهومی تحت عنوان مکانیک ماتریسی شروع به توصیف نحوه حرکت الکترون کرد. فیزیکدان اتریشی، اروین شرودینگر نیز در اتریش با ایجاد بستری تحت عنوان مکانیک موجی به بررسی حرکت الکترون‌ها پرداخت. شرودینگر در سال ۱۹۲۶ نشان داد که روش خلق شده توسط او معادل با روش مکانیک ماتریسی است.توصیف هایزنبرگ-شرودینگر از اتم، که بیان می‌کرد الکترون‌ها همچون امواج در اطراف هسته حرکت می‌کنند، جایگزین مدل‌های اتمی بور و رادرفورد شد. یکی از الزامات مدل جدید ارائه شده این بود که دو سمت امواجی که تشکیل‌دهنده الکترون است، باید به یکدیگر برسد. در این حالت تنها مقادیری صحیح را می‌توان برای قله‌ها و دره‌های امواج مذکور در نظر گرفت.
در توصیف هایزنبرگ-شرودینگر از اتم، الکترون‌ها از تابع موج پیروی می‌کنند و به جای مدار، اوربیتا ها را اشغال می‌کنند. بر خلاف مدار‌های دایره‌ای مدل بور، اوربیتال‌های اتمی دارای شکل‌های مختلفی از جمله کره‌ای، دمبلی و دیگر اشکال پیچیده هستند.در سال ۱۹۲۷، «والتر هیتلر»  و «فریتز لاندن» مکانیک کوانتوم را با این هدف توسعه دادند که نحوه پیوند بین اوربیتال‌های اتم‌ها را توضیح دهند. پیوند بین اوربیتال‌های اتمی منجر به تولید مولکول‌ها می‌شود. این توضیح نیز بدون استفاده از مکانیک موجی امکان‌پذیر نبود. توضیح نحوه ایجاد پیوندهای مولکولی، شاخه‌ای تحت عنوان شیمی کوانتومی را بوجود آورد.
اصل عدم قطعیتدر سال ۱۹۲۷، هایزنبرگ دیگر نقش مهمش را در فیزیک کوانتومی ایفا کرد. او عنوان کرد که با توجه به موجی بودن ذرات، بعضی از ویژگی‌های الکترون همچون سرعت و مکان را می‌توان تا حد محدودی تعیین کرد. در حقیقت هرچه دقت اندازه‌گیری یک پارامتر برای یک ذره بیشتر باشد، دقت اندازه‌گیری پارامتری دیگری کم خواهد بود. به این بیان، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ گفته می‌شود. جالب است بدانید که این اصل را می‌توان برای اجسامی که در مقیاس بزرگ با آن‌ها سروکار داریم نیز به‌کار برد.طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، اگر دقت اندازه‌گیری سرعت یک توپ بیسبال برابر با ۰.۱ مایل بر ساعت باشد، در این صورت در بهترین حالت، دقت اندازه‌گیری موقعیت توپ مذکور برابر با 0.000000000000000000000000000008 میلیمتر خواهد بود!کاربرد‌های فیزیک کوانتومامروزه استفاده از دستگاه‌های الکترونیکی اجتناب‌ناپذیر شده است. یکی از قطعاتی که به‌منظور پردازش اطلاعات از آن استفاده می‌شود، ترانزیستوراست. می‌توان گفت علمکرد ترانزیستور بر اساس فیزیک کوانتوم است. همان‌طور که در بالا بیان شد، الکترون‌ها خواص موجی و ذره‌ای را با هم دارند. در حقیقت الکترون موجی است که در اطراف هسته در حال چرخش است. از این رو می‌توان از مسیر و سرعت این موج به‌منظور شناسایی رسانایی یا نارسانایی یک فلز بهره برد. به‌طور دقیق‌تر می‌توان گفت با دست‌کاری این موج (تغییر ناخالصی یا تحریک الکتریکی) می‌توان یک ماده را بین حالت رسانا و نارسانا نوسان داد. این حالات معادل با صفر و یک در دنیای دیجیتال هستند.نمونه‌ای از یک چیپ کوانتومیهمان‌طور که می‌دانید یکی از ابزار‌های پرکاربرد در تلفن همراه، سیستم موقعیت‌یاب جهانی یا جی پی اس است. اساس کار جی پی اس مبتنی بر مفاهیم کوانتوم مکانیک است. در حقیقت یک سیستم موقعیت‌یاب، مبتنی بر ماهواره‌ها و ساعت‌های اتمی کار می‌کند. به بیانی دقیق‌تر، در هر لحظه موقعیت ماهواره به تلفن همراه مخابره می‌شود. به‌منظور شناسایی دقیق یک موقعیت باید محاسبات هندسی مربوط به تمامی ماهواره‌ها انجام شده، سپس نقطه اشتراک آن‌ها به عنوان موقعیت نهایی اعلام می‌شود. هماهنگی میان ماهواره‌ها با استفاده از ساعت‌هایی اتمی انجام می‌شود. نحوه کارکرد ساعت‌های اتمی مبتنی بر فیزیک کوانتومی است. در حقیقت یک ثانیه برابر با ۹,۱۹۲,۶۳۱,۷۷۰ بار نوسان موجی است که منجر به برانگیخته شدن الکترون در اتم سزیم می‌شود.احتمالا این تجربه را داشته‌اید که فلش خود را به کلی پاک کنید. شاید برایتان جالب باشد که این فرآیند با استفاده از پدیده‌ای تحت عنوان تونل‌زنی کوانتومی انجام می‌شود. این پدیده حالتی را توصیف می‌کند که در آن یک الکترون می‌تواند از میان یک لایه نارسانا عبور کرده که به آن اصطلاحا تونل‌زنی کوانتومی گفته می‌شود. تونل‌زنی کوانتومی تنها با استفاده از کوانتوم مکانیک قابل توجیه بوده و فیزیک کلاسیک نمی‌تواند آن را توجیه کند.
البته تنها کاربرد این پدیده در پاک کردن فلش نیست! برای نمونه در دهه ۷۰ میلادی مهندسان شرکت IBM موفق به ساخت میکروسکوپی شدند که با استفاده از آن برای اولین بار امکان مشاهده اتم‌ها به‌صورت مجزا فرآهم شد. البته این پدیده می‌تواند جنبه‌هایی منفی نیز داشته باشد. برای نمونه این پدیده در پردازنده‌های سرعت بالا پتانسیل ایجاد اتصال کوتاه را فرآهم می‌کند که می‌تواند به کل دستگاه آسیب برساند.

برج خنک کنندهبرج خنک‌کننده یا برج خنک‌ کن (به انگلیسی : Cooling tower) وسیله‌ای برای دفع حرارت زاید آب مورد استفاده در چگالنده به جو از طریق تبادل حرارتی با هوا است. برج‌های خنک‌کن معمولاً با تبخیر آب، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی را دفع کرده وسیال سرویس را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می‌آورند؛ البته باید در نظر داشت در برخی از برج‌های خنک‌کن با چرخه بسته که به برج خنک‌کن خشک مشهور هستند، کاهش دمای سیال سرویس صرفاً تا دمایی نزدیک به دمای حباب خشک هوا امکان‌پذیر است.

به عبارت ساده‌تر، برج خنک‌کننده سیستمی است که از آن به جهت خنک‌سازی آبی در فرایندهای سردسازی سیستم‌های تهویه مطبوع، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و غیره استفاده می‌گردد.
از برج خنک‌کن در سیستم خنک‌کاری واحد های پالایشگاهی، پترو شیمیایی و سایر واحدهای شیمیایی مشابه، نیروگاه های حرارتی و سیستم‌های اچ وی ای سی برای تهویه مطبوع ساختمان استفاده می‌شود. دسته‌بندی برج‌های خنک‌کن بر اساس نوع تماس هوا با آب صورت می‌گیرد؛ متداول‌ترین گونه‌های برج خنک‌کن بر اساس مکانیسم‌های جابه‌جایی طبیعی و جابه‌جایی اجباری تقسیم‌بندی می‌شوند.
از نظر ابعاد و اندازه، برج‌های خنک‌کن در مدل‌های کوچک پشت‌بامی برای ساختمان‌های مسکونی تا سازه‌هایی غول‌پیکر و هذلولی شکل (مانند برج‌های خنک‌کن نیروگاه‌ها که در شکل‌ها نشان داده شده‌است) که ارتفاع‌شان در حدود دویست متر و قطرشان در حدود یک‌صد متر می‌رسد، وجود دارند. همچنین نوعی از برج‌های خنک‌کن با شکل مستطیلی با ارتفاع تقریبی چهل متر و طول هشتاد متر نیز وجود دارد. در بیش‌تر موارد از برج‌های خنک‌کن هذلولی شکل در نیروگاه های هسته ای استفاده می‌شود؛ هرچند که در برخی از واحدهای شیمیایی بزرگ و سایر واحدهای صنعتی نیز از آن‌ها استفاده می‌شود. در مقابل این برج‌های خنک‌کن عظیم‌الجثه که در صنایع خاصی به کار گرفته می‌شوند، اکثریت قریب به اتفاق برج‌های خنک‌کن تجهیزات کوچک هستند که در کنار واحدهای مختلف صنعتی یا مسکونی برای تهویه هوا به کار می‌رود.
برج‌های خنک کننده سیستم توزیع و پخش آبگرم دارند که آب را به صورت یکنواخت روی شبکه مشبک نزدیک به هم می‌پاشد. این شبکه‌ها آکنه یا پرکننده نامیده می‌شود. آکنه‌ها آب سرازیر شده از بالای برج را با هوایی که از میان آن حرکت می‌کند کاملاً مخلوط کرده به‌طوری‌که آب به صورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود می‌ریزد. هرچند در این برج‌ها مقداری انتقال حرارت محسوس از آب به هوا وجود دارد ولی تقریباً اثر خنک‌کنندگی تماماً از تبخیر قسمتی از آب اسپری شونده در برج حاصل می‌شود. بخار حاصل از فرایند تبخیر در برج توسط جریان هوایی که یک دمنده ایجاد می‌کند از برج خنک کن خارج می‌شود. با توجه به این که دما و رطوبت هوای از برج افزایش می‌یابد بدیهی است که میزان تأثیر برج حنک کن تا حد زیادی به درجه حرارت مرطوب هوای ورودی بستگی دارد و با کاهش آن افزایش می‌یابد.
تاریخچه
کاربرد برج‌های خنک‌کننده به قرن نوزدهم ، آغاز انقلاب صنعتی و اختراع چگالنده برای استفاده درموتور بخار برمی‌گردد. در چگالنده‌ها سیال شونده غالباً آب است؛ به این صورت که آب با گرفتن گرمای بخاری که از خروجی توربین یا پیستون به چگالنده رسیده‌است، بخا را به حالت مایع تبدیل می‌کند. وجود این مرحله در چرخه موتور بخار باعث افت فشار بخار خروجی می‌شود ولی در عوض مصرف بخار و در نتیجه مصرف سوخت را کاهش می‌دهد و هم‌زمان کارایی سیستم را نیز بالا می‌برد. البته باید در نظر داشت که چگالنده‌ها در عمل نیاز به برج خنک‌کن به نسبت بزرگی دارند و در صورت عدم وجود برج خنک‌کننده، استفاده از آن‌ها اقتصادی نیست؛ چرا که هزینه‌های فراهم کردن آب بیش از سرمایه ذخیره شده از صرفه‌جویی انرژی می‌شود. فارق از موتورهای آبی که فراهم کردن آب هزینه‌ای برای آن‌ها محسوب نمی‌شود و استفاده از چگالنده بدون برج خنک‌کن امری عادی است، استفاده از چگالنده و برج خنک‌کن موضوعی حساس در صنعت به‌شمار می‌رود. با آغاز قرن بیستم قوانین و روش‌های فراوانی در زمینه چرخه‌های دارای برج خنک کن برای مناطقی که با مشکل کم‌آبی رو به رو بودند، طرح‌ریزی شد و احداث برج خنک‌کننده را وابسته به نظر شهرداری آن منطقه و کم و کیف منابع آبی آن منطقه کرد. در مناطقی که منابع آبی قادر به فراهم کردن آب برج خنک‌کن هستند، از سیستم حوضچه‌های آبی استفاده می‌شود و در مناطقی که محدودیت منابع دارند، مثل شهرهای بزرگ، از برج‌های خنک‌کننده استفاده می‌شود.

این برج‌ها اغلب در پشت بام ساختمان‌ها یا به صورت سازه‌ای مجزا در کنار ساختمان اصلی قرار می‌گیرند و هوا به کمک فن ها و مکانیسم جابه‌جایی اجباری یا به طریق مکانیسم جابه‌جایی آزاد به جو منتقل می‌شود. در کتاب نظام مهندسی ایالات متحده آمریکا از سال ۱۹۱۱ مطلبی در این زمینه به این صورت آمده‌است: «با استفاده از یک پوسته تخت یا دوار از ورقه نازک، لوله دودکش در راستای عمودی تا جای ممکن کوچک تعبیه شود. (ارتفاع ۲۰ تا ۴۰ فوت) در پشت بام مجموعه‌ای از تشت‌ها برای پخش شدن آب مورد نیاز چگالنده قرار می‌گیرند و آب به درون آن‌ها پمپ می‌شود. آب درون تشت‌ها بر روی حصیری از جنس چوب به صورت قطره‌ای ریخته می‌شود تا فضای درون برج را پر کند.»
در اوایل قرن بیستم، اولین نمونه‌های برج خنک کن با استفاده از کاهش دمای ناشی از تبخیر ابداع گردید. برج‌های خنک‌کننده اولیه، دارای سیستم بسیار ساده ای بودند که در آن آب از ارتفاع مشخصی به داخل برج خنک کن پاشیده می‌شد و به واسطه برخورد با هوا خنک می‌گردید.
واژه برج خنک کن (برج خنک‌کننده یا کولینگ تاور) نیز به واسطه شکل هندسی اولیه این تجهیز بر روی آن گذاشته شد. در حقیقت در کولینگ تاورهای اولیه، یک سازه مرتفع به شکل برج، برای افزایش زمان برخورد هوا با آب خنک کاری طراحی می‌شد و به دلیل عدم وجود فن و موتور، جریان هوا در داخل برج‌های خنک کن به صورت طبیعی بود.
در تصویر ذیل نمونه ای از اولین برج خنک کن (کولینگ تاور) مشاهده می‌گردد.
با پیشرفت تکنولوژی در اواخر دهه ۹۰ و ابتدای قرن ۲۰ ام و به خصوص اختراع موتور احتراق داخلی و برق برای مصارف صنعتی، روند توسعه و رشد کارخانجات تسریع گردید. در این زمان مورد استفاده برج‌های خنک کن به خنک کاری نیروگاه‌ها و خطوط تولید تغییر یافت.
بهره‌گیری از موتورهای الکتریکی صنعتی و فن، موجب ابداع برج‌های خنک کن با جریان هوای اجباری (مکانیکی) گردید که دارای راندمان بیشتری بودند و در عین حال فضای کمتری اشغال می‌کردند.
در اواسط قرن بیستم که صنعت ساختمان دچار تحولاتی عمده ای گشت و ساخت برج‌های مسکونی در دنیا رواج یافت، برج خنک کن پکیج برای استفاده در سیستم‌های تهویه مطبوع (گرمایشی و سرمایشی HVAC رواج پیدا کرد.
کولینگ تاورهای اولیه پکیج، از فن سانتروفیوژ بهره می‌بردند و بدنه آن‌ها عمدتاً فلزی بود. با گذشت زمان و افزایش توانمندی‌های در حوزه کامپوزیت، برج‌های خنک کن فایبر گلاس به مرور وارد بازار شدند.
مزیت فایبر گلاس، مقاومت در برابر رسوب و خوردگی و از بین رفتن معضل زنگ زدگی در بدنه برج خنک‌کننده بود. همچنین قطعات کامپوزیت فایبر گلاس از استحکام نسبتاً بالایی نیز برخوردار بودند. مزایای این نوع برج خنک‌کننده موجب گشت که استفاده از آن در واحدهای صنعتی نیز رواج یابد. با این وجود در شرایطی که دبی آب در گردش بالا بود، همچنان از برج‌های خنک کن Field Erected یا مونتاژ در محل استفاده می‌شد.
اجزا
اجزاء مهم برج خنک کن‌ها عبارتند از:

۱- فن برج خنک‌کننده 
فن‌ها نقش مهمی در خنک‌سازی دارند و از نوع فن محوری یا سانتریفیوژ می‌باشند.
فن‌های مورد استفاده در برج‌های خنک‌کننده، از لحاظ فرم هندسی و نحوه تولید به صورت کلی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند.
۱- فن ضربی برج خنک‌کننده:
این فن‌ها با قطر بین ۰٫۵ تا ۱٫۲ متر در حالت کلی از ورقه فولادی ساخته شده و توسط قالب پرس تولید می‌گردند.
این نوع فن کولینگ تاور در صورتیکه از تولیدکنندگان معتبر خریداری شود از لحاظ قیمت و کیفیت در بازه مناسبی قرار دارد. باید در نظر داشت با توجه به جنس فن و روش تولید، این نوع فن در قطر بیش از ۱ متر دچار لرزش خواهد شد و به همین دلیل دارای محدودیت ابعاد است.
۲- فن پروفیل ایر فویل کولینگ تاور:
همانگونه که از نامشان پیداست این فن‌ها دارای پروفیل ایرفویل می‌باشند و در طول فن، فرم پروفیل و ابعاد هندسی آن ثابت است (به جز بخش انتهایی که در آن قسمتی از یال، بریده شده‌است). جنس این نوع فن برج خنک کن عمدتاً از پروفیل آلومینیوم است که با روش اکسترود و پولترود تولید می‌شود. دلیل استفاده از آلومینیوم در پره فن برج خنک کن، استحکام مناسب نسبت به وزن کم، دمپ کردن ارتعاش و مقاومت بالا در مقابل خوردگی است.
بازه ابعادی معمول فن آلومینیوم کولینگ تاور از قطر ۰٫۸ متر تا ۳ متر می‌باشد. این فن‌ها دارای قیمت کمتری نسبت به فن‌های کامپوزیتی (نوع سوم فن محوری) هستند لیکن معایب خاص خود را نیز دارند.
۳- فن پروفیل ایر فویل با فرم پروفیل متغیر (فن کامپوزیت برج خنک کن):
فن کامپوزیت فایبر گلاس گلاس کولینگ تاور که سابقه تولید آن از دو نوع قبلی کمتر است علاوه بر دارا بودن پروفیل ایرفویل، به دلیل چرخش پروفیل در شعاع فن و تغییر زاویه حمله، دبی یکنواخت تری نسبت به دو نوع قبلی دارد، و به همین دلیل سرعت خطی لبه این نوع فن تا ۶۰ متر به ثانیه  قابل قبول می‌باشد.
از مهم‌ترین مزایای فن فایبر گلاس پروفیل ایرفویل برج خنک‌کننده، می‌توان به مصرف انرژی و وزن کمتر آن نسبت به نمونه‌های دیگر، صدای تولیدی کمتر و میزان هوادهی بیشتر اشاره کرد.
۲- پکینگ یا مدیا
برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان  در داخل برج خنک کن از پکینگ‌ها استفاده می‌گردد که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب، در خنک‌سازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ‌ها به صورت شبکه‌ای بوده و در دو نوع غشایی(Film Packing) و اسپلش (Splash Packing)در برج خنک کن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۳- حوضچه یا باسین
در قسمت زیرین برج خنک کن قرار دارد و آب خنک شده در آن جمع‌آوری شده و به سمت سیستم‌های سردسازی هدایت می‌شود.
۴- قطره گیرها
تیغه‌های قطره گیر برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آن‌ها به محیط بیرون از برج خنک کن بکار می‌روند.
جنس ساختاری
برج خنک کن‌ها معمولاً به سه صورت فلزی، فایبرگلاسی وبتنی ساخته می‌شوند.
دسته‌بندی
(برج خنک‌کننده فایبر گلاس طرح مکعبی – برج خنک‌کننده مارلی (ذوزنقه‌ای) – برج خنک‌کننده مارلی (مکعبی)- برج خنک‌کننده مدل سانتریفیوژ – برج خنک‌کننده کانتر فلو فلزی – برج خنک‌کننده گِرد
برج خنک کن‌ها را با توجه به موارد زیر می‌توان دسته‌بندی کرد. البته باید توجه داشت که یک برج خنک کن می‌تواند ترکیبی از هر کدام از دسته‌های زیر باشد و این دسته‌بندی صرفاً برای نشان دادن وضعیت عملکرد برج خنک کن‌ها در حالات زیر می‌باشد:
1 – نیروی محرک جریان هوا
برج خنک کن‌ها از لحاظ اینکه نیروی جریان دهنده هوا طبیعی یا مکانیکی باشد به دو دسته تقسیم می‌شوند.
الف) برج خنک‌کن فن دار (مکانیکی)
در برج‌های فن دار یک یا چند فن وظیفه به جریان درآوردن هوا را در داخل برج خنک کن دارند. در این نوع تا زمانی که فن روشن است جریان هوا بین محیط داخل برج و بیرون برقرار است همچنین نسبت به برج‌های بدون فن فضای کمتری را اشغال می‌کنند. اما مهم‌ترین عیب این نوع صدا و لرزشی است که فن یا فن‌ها ایجاد می‌کنند.
ب) برج خنک کن بدون فن (طبیعی)
در برج‌های بدون فن جریان هوا به صورت طبیعی ما بین برج و محیط بیرون جابجا می‌شود. از جمله مزایا این دسته می‌توان به مصرف کمتر انرژی الکتریکی ، صدای کم، قطعات متحرک کمتر و عدم پاشیدن آب به فضای اطراف و ازمعایب آن می‌توان به راندمان پایین‌تر و هزینه بیشتر جهت ساخت آن، اشاره کرد.
۲-مکانیسم انتقال حرارت
از نظر شیوه‌های انتقال حرارتی به سه دسته تقسیم می‌شوند.
برج خنک کن مرطوب
در برج خنک کن‌های مرطوب (Wet-Cooling Tower) آب گرم از بالای برج با عبور از پکینگ‌ها و برخورد با جریان هوای تازه که از محیط بیرون توسط فن یا به صورت طبیعی وارد برج می‌شود ضمن تبادل حرارتی و خنک شدن در پایین برج ته‌نشین می‌شود. مهم‌ترین عیب این سیستم پاشیدن ذرات آب به اطراف و همچنین تبخیر بیش از حد آب می‌باشد.
برج خنک کن خشک
در مناطقی که بعلت عدم وجود آب کافی باید از اتلاف آب و تبخیر بیشتر جلوگیری نمود از برج خنک کن‌های خشک HELLER (هِلِر) (Dry-Cooling Tower) استفاده می‌شود. در این دسته، آب گرم به جای عبور از پکینگ‌ها از لوله‌های پره دار که با هوای سرد در تماس می‌باشند عبور کرده و خنک می‌گردد. از معایب این سیستم کاهش راندمان با افزایش دمای محیط اطراف می‌باشد.
برج خنک کن خشک-مرطوب
این نوع، ترکیبی از برج خنک کن‌های خشک و مرطوب بوده و برای کاهش عوارض و معایب دو سیستم فوق بکار می‌رود. برج خنک کن‌های خشک-مرطوب (Dry-Wet Cooling Tower) دارای دو مسیر هوا به صورت موازی و دو مسیر آب به صورت سری می‌باشند. آب گرم ابتدا وارد لوله‌های پره دار و سپس وارد پکینگ‌ها می‌شود و در طول این مسیر با هوای سرد تبادل حرارتی داشته و آب سرد در پایین برج جمع می‌گردد.
۳-نحوه برخورد جریان‌های آب و هوا
برج خنک کن‌ها بر مبنای جهت برخورد جریان‌های آب گرم با هوای سرد به دو دسته تقسیم می‌شوند.
برج خنک کن با جریان هوای متقاطع
دراین حالت هوایی که از محیط بیرون وارد برج می‌شود به صورت متقاطع با جریان آب برخورد می‌کند .

برج خنک کن با جریان هوای مخالف
در این حالت جریان هوا به صورت مخالف با جریان آب برخورد می‌کند.

اساس کاراساس کار تمام برج خنک کن‌ها بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین این دو می‌باشد. عموماً در برج خنک کن‌ها آب گرم توسط لوله‌هایی به بالای برج منتقل شده و در آنجا یا به صورت طبیعی یا با آبفشانهایی به سمت پایین برج به جریان می‌افتد که در طول این مسیر با توجه به نوع برج به شیوه‌های مختلف با جریان هوای سرد برخورد می‌کند.
محل نصب
محل نصب برج خنک کن باید بگونه‌ای باشد که مانعی در اطراف آن برای ورود جریان هوای تازه به داخل برج وجود نداشته باشد همچنین در صورت استفاده از چندین برج در کنار هم باید تدبیری اندیشه شود که هوای گرم خروجی از برج‌ها مستقیماً وارد همدیگر نشده تا باعث کاهش راندمان و عدم کارایی برج شوند.

اگر بتوان برج خنک کن را در فضای باز با جریان هوای آزاد قرار داد در حصول یک بازده مناسب از برج مشکلی وجود نخواهد داشت اما چنانچه قرار باشد برج در داخل ساختمان و محصور بین دیوارها نصب شود موارد زیر بایستی مورد توجه قرار گیرد:
باید فضای کافی و بدون مانع مزاحم در اطراف برج وجود داشته باشد تا هوای لازم به برج برسد
هوای گرم خروجی از برج باید به گونه‌ای تخلیه شود که امکان بازگشت و گردش مجدد آن به برج وجود نداشته باشد زیرا گردش مجدد چنین هوایی در برج دمای مرطوب هوای ورودی به برج را افزایش می‌دهد و باعث گرم ماندن آب در خروج از برج می‌شود
گردش مجدد هوا به داخل برج هنگامی مورد توجه قرار می‌گیرد که چند برج در مجاورت هم باشند
تعیین محل نصب برج به عوامل دیگری هم بستگی دارد از قبیل استحکام محل نصب، تجهیزات اضافی برای تقویت آن، هزینه فراهم کردن تجهیزات اضافی برای برج و مسائل مربوط به معماری ساختمان و …
مشکلات برج خنک کن‌ها
خوردگی قطعات داخلی برج، رشد جلبک‌ها و باکتری‌های بیولوژیکی و همچنین تشکیل رسوب در قسمت‌های مختلف برج عمده‌ترین مشکلات به وجود آمده برای یک برج خنک کن هستند.
انواع برج خنک‌کننده
دسته‌بندی برج‌های خنک‌کننده به چند صورت انجام می‌گیرد.

بر اساس سیکل گردش آب، برج‌های خنک کن را به دو دسته مدار باز و مدار بسته تقسیم می‌کنند. در برج‌های خنک‌کننده مدار باز، آب از طریق نازل‌ها بر روی سطوح خنک‌کننده توزیع می‌شود و در مجاورت با هوا خنک می‌شود. در برج‌های خنک‌کننده مدار بسته، آب از داخل کویل جریان پیدا می‌کند و هوا بر روی کویل دمیده می‌شود. جهت افزایش راندمان در بعضی مواقع نیاز به پاشش آب بر روی سطح کویل نیز می‌باشد. بزرگترین مزیت برج‌های مدار بسته کم بودن مصرف آب می‌باشد. در مناطق خشک و کم‌آب، استفاده از برج خنک‌کننده مدار بسته، علی‌رغم سرمایه‌گذاری اولیه بیشتر، نسبت به برج خنک‌کننده مدار بسته ارجحیت دارد.
بر اساس شکل ظاهری، برج خنک‌کننده به دو شکل مخروطی یا گرد و مکعبی تقسیم می‌شوند. در کولینگ تاورهای مخروطی توزیع آب توسط آب پخش کن یا اسپرینکلر صورت می‌گیرد. در کولینگ تاور مکعبی، توزیع آب توسط نازل‌های ثابت انجام می‌شود. با توجه به توزیع مناسب آب در برج‌های خنک‌کننده مکعبی، راندمان این نوع برج‌های خنک‌کننده بیشتر از برج‌های خنک‌کننده مخروطی می‌باشد. مشکل عمده برج‌های خنک‌کننده مخروطی، رسوب گرفتگی اسپرینکر می‌باشد که نیاز به تعمیرات و نگهداری بیشتری دارد.

جعبه دنده یا گربکس یکی از اجزای بسیار مهم در ساختمان خودرو است که به زبان ساده، وظیفه انتقال نیروی موتور خودرو به چرخ ها را بر عهده دارد. جعبه دنده در دو نوع اصلی قابل شناسایی است: خودکار یا اتوماتیک و دستی. در این مقاله قصد داریم به معرفی گیربکس و کارکرد آن در خودرو بپردازیم. مرور کلی بر موضوعات:
کارکرد جعبه دنده در خودرو
انواع جعبه دنده
گیربکس خودکار و دستی
کنترل قدرت موتور

جعبه دنده چه کارکردی در خودرو دارد
موتور بنزینی باید در زمان روشن شدن و خلاصی از چرخ های محرک مجزا شود. این ویژگی وجود یک نوع دستگاه درگیر و خلاص کننده را که پس از استارت خودرو اجازه اعمال تدریجی بار بر موتور را بدهد، ضروری می سازد. گشتاور یا نیروی دورانی که موتور می تواند تولید کند، در سرعت های کم میل لنگ، اندک است و با افزایش به یک حداکثر به سرعت بالا و یا یک حداکثر گشتاور با میزان از قبل تعیین شده ای از اسب بخار می رسد.

بازده یک خودروی بنزینی وقتی که بار زیادی روی آن باشد، حداکثر است و در این زمان دریچه گاز تقریبا کاملا باز است. در سرعت های متوسط در جاده مسطح نیروی لازم برای به حرکت درآوردن خودرو فقط جزء کوچکی از این نیرو است. در شرایط معمول رانندگی و در سرعت متوسط آرام، کارکرد موتور ممکن است غیر اقتصادی و در یک شرایط بار سبک باشد مگر این که وسیله ای وجود داشته باشد که سرعت و نیروی خروجی آن را کاهش داده باشد.

جعبه دنده دستگاهی برای تغییر سرعت خودرو است. جعبه دنده که در زنجیره قدرت بین موتور و چرخ های محرک قرار گرفته به موتور اجازه میدهد در مواقعی که نیروی کامل مورد نیاز باشد در سرعتی بالاتر کار کند و مواقعی که نیروی کمتری مورد نیاز است در سرعت اقتصادی تر پایین کار کند. در بعضی شرایط مثل زمان استارت یک خودروی ایستاده یا در شیب های تند سربالایی، گشتاور موتور به حد کافی نیست و نیاز به تقویت دارد. اکثر دستگاه هایی که برای تغییر نسبت سرعت موتور به سرعت چرخ های محرک به کار گرفته میشوند با ضرب کردن گشتاور موتور به همان نسبت عمل میکنند.
جعبه دنده و انواع آن را بشناسیم
ساده ترین جعبه دنده خودرو نوع چرخ دندانه دار جابه جا شونده است که سه دنده یا بیشتر برای جلو و یک دنده برای عقب دارد. نسبت مناسب دنده با حرکت یک دسته دنده که چرخ دندانه دارها را به موقعیت مناسب دنده های مختلف جابجا میکند، انتخاب می شود. برای درگیر یا جدا کردن چرخ دنده ها در حین فرایند انتخاب دنده به یک کلاج نیاز است. با به وجود آمدن جعبه دنده های اتوماتیک نیاز به آموزش نحوه کار با کلاج مرتفع می گردد. اکثر جعبه دنده های اتوماتیک از یک مبدل گشتاور هیدرولیکی بهره می برند، دستگاهی که برای چند برابر کردن و انتقال گشتاور تولیدی موتور به کار گرفته می شود.
تفاوت جعبه دنده اتوماتیک و دستی
هر نوع از این جعبه دنده ها برای انتخاب دستی دنده معکوس و دورهای پایین تر یا افزایش اتوماتیک دنده جلوگیری می کنند و یا نسبت دنده پایین تری را از آنچه موتور در حال کار درآن است ارائه می کنند. از تمهیدات دنده با درجه عقب انداز نیز در بعضی از مواقع استفاده شده تا در شیب ها، یک ترموز موتور (خفه کن موتور) پویا را ایجاد نماید. دنده اتوماتیک نه فقط  در کارکرد به مهارت کمتری نیاز دارد بلکه عملکرد بهتری را نسبت به طراحی هایی با کاربرد کلاچ، امکان پذیر می سازد. در جعبه دنده هیدرولیک عمل تعویض دنده، به وسیله دستگاه تنظیم کننده ای که به سرعت حساسیت دارد و موقعیت سوپاپ های کنترلی جریان روغن هیدرولیک را تغییر می دهد، انجام می شود. سرعت هایی از خودرو که در یک دنده خاص ایجاد می شود، بستگی به موقعیت پدال گاز دارد و راننده می تواند تا سرعت گیری بیشتر که با فشار بر روی پدال اتفاق می افتد، بالا رفتن دنده را به تعویق بیندازد.
جعبه دنده چطور قدرت موتور را کنترل می‌کند
عمل کنترل در جعبه دنده از طریق باندهای درگیر شونده هیدرولیکی و دیسک های چندگانه کلاج که داخل روغن می چرخند صورت می گیرد که یا به وسیله حرکت دسته دنده توسط راننده (در جعبه دنده دستی) و یا توسط دستگاه کنترلی الکترونیکی حساس به سرعت و بار که در طراحی های جدید تر دیده می شود، انجام می گیرد. زنجیره چرخ دنده های ترکیبی سیاره ای با چرخ دنده های چندگان خورشیدی و پینیون های سیاره ای در ایجاد دنده سبک کم سرعت، دنده سرعت متوسط و دنده عقب و تمهیدات قفل کننده لازم برای حرکت مستقیم طراحی و ساخته شده اند. این واحد، با بهبودیابی های مختلفی که روی آن انجام شده تقریبا در کلیه مبدل های گشتاور جعبه دنده به کار گرفته شده است. کلیه واحدهای کنترلی جعبه دنده ها با سیستم های کنترل کننده گازهای خروجی که زمان بندی موتور و نسبت سوخت به هوا را برای کاهش گازهای خروجی تنظیم می کنند، متصل شده اند.
همانطور که در شکل نشان داده شده است، روغن درون محفظه با عکس العمل پره پروانه توربین پمپ به صورت یک حرکت دورانی در جهت خارج شتاب می گیرد و آن ها را می چرخاند سپس روغن از پره های استاتور عبور می کند که مسیر برگشت دوباره آن به پمپ می باشد. استاتور به عنوان عضو ایجاد کننده عکس العمل که گشتاور بیشتری از آنچه توسط پمپ اعمال شده را به توربین باز می گرداند. بنابراین گشتاور موتور را در یک ضریب 5/2 به یک ضرب می کند.

گشتاور تولیدی توسط موتور پس از انتقال توسط کلاچ به گیربکس یا جعبه دنده می رسد. وظیفه گیربکس یا جعبه دنده انتقال دور موتور با نسبتهای گوناگون و رساندن آن به خطوط انتقال و میل گاردان در خودروهای دیفرانسیل عقب یا مستقیماً به دیفرانسیل در خودروهای دیفرانسیل جلو است.

به گزارش خودروتک، قبل از معرفی قطعات و نحوه‌ی عملکرد جعبه‌دنده‌ی دستی، ابتدا باید با‌یکی از ابتدایی‌ترین و اساسی‌ترین قطعات مکانیکی موجود در جعبه‌دنده‌ها؛ چرخ‌دنده، آشنا شویم. چرخ‌دنده‌ها قطعاتی دندانه‌دار هستند که داخل آن‌ها سوراخی به اندازه‌ی قطر محور وجود دارد و چرخ‌دنده روی آن محور سوار می‌شود. هنگامی‌که بخواهیم ارتباطی بین دو محور برقرار کنیم، باید روی هر دوی آن‌ها، چرخ‌دنده قرار دهیم. در حقیقت چرخ‌دنده می‌تواند گشتاور را با تغییر جهت منتقل کند که با استفاده از آن‌ها، گشتاور و سرعت دورانی کنترل می‌شود.

اندازه‌ی دنده‌های چرخ دنده‌های درگیر باید یکسان باشد ولی قطر آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد؛ اگر قطر چرخ‌دنده‌ها با یکدیگر برابر باشد، سرعت آن دو محوری که چرخ‌دنده‌ها روی آن‌ها سوار است، یکسان خواهد بود، اما اگر قطر آن‌ها برابر نباشد، چرخ‌دنده‌ای که قطر کم‌تری دارد، (کوچک‌تر است) تعداد دور بیش‌تری می‌زند و در نتیجه سرعت بیش‌تری دارد.
جعبه دنده از تعدادی چرخ دنده تشکیل شده است ، به طوریکه همواره با ثابت بودن توان ورودی آن ،می توان دور و گشتاور خروجی را تغییر داد ، به نحوی که توان خروجی نیز ثابت و برابر با توان ورودی به جعبه دنده می باشد .

با توجه به رابطة (1-2) ، چنانچه تعداد دندانه های چرخ دنده های متحرک را به تعداد دندانه های چرخ دنده های محرک موجود در مسیر انتقال قدرت ،تقسیم گردد ، عددی بدست می آید که به آن نسبت دنده یا نسبت انتقال گفته می شود .

چنانچه i >1 باشد ، دور خروجی کمتر از دور ورودی و گشتاور خروجی بیشتر از گشتاور ورودی خواهد بود. به این حالت ، وضعیت کم دورانی (Under Drive ) گفته می شود و معمولاً در دنده های عقب ،1 ،2 و بعضاً 3 مورد استفاده قرار می گیرد .
چنانچه  i=1 باشد ، دور و گشتاور ورودی با دور و گشتاور خروجی برابر بوده و به این حالت ، وضعیت مستقیم (Direct Drive ) گفته می شود که معمولا در دنده های 3 یا 4 مورد استفاده قرار می گیرد .
اگر 1 >i باشد ، دور خروجی بیشتر از دور ورودی و گشتاور خروجی کمتر از گشتاور ورودی خواهد بود . به این حالت ، وضعیت  بیش دورانی (Over Drive) گفته می شود که در دندة 5 و بعضاً 4 مورد استفاده قرار می گیرد .
از طرفی باید توجه داشت که ، چنانچه تعداد چرخ دنده های درگیر با یکدیگر زوج باشند ، جهت اولین و آخرین چرخ دنده  برعکس هم می باشد در حالیکه اگر تعداد چرخ دنده های درگیر با یکدیگر فرد باشند ، جهت اولین و آخرین چرخ دنده برعکس یکدیگر خواهد بود .
شکل (1) اجزای یک جعبه دندة چهار سرعته را نشان می دهد .

1- چرخ دندة دنده عقب 2- گلدانی یا پوستة عقب گیربکس 3- شفت خروجی گیربکس 4- چرخ دندة هرزگرد دنده عقب 5- چرخ دندة دنده دو 6- کشویی و توپی دندة یک و دو 7- چرخ دندة دنده یک 8- درپوش جلویی گیربکس 9- پوستة گیربکس 10- چرخ دندة دنده چهار و شفت ورودی گیربکس 11- کشویی و توپی دندة سه و چهار 12- چرخ دندة دنده سه 13- چرخ دنده های شفت زیر از کوچک به بزرگ به ترتیب مربوط به دنده های یک تا چهار 14- شفت زیر 15- چرخ دندة هرزگرد دنده عقب که با چرخ دندة شماره (4) یکپارچه می شود 16- ماهک 17- اهرم های محرک ماهک ها 18- دنده برنجی
توجه به نکات ذیل جهت بررسی عملکرد گیربکس حائز اهمیت می باشد :

1-تمامی چرخ دنده های موجود برروی شفت خروجی(3) ، (چرخ دنده های مربوط به دنده های یک تا سه با شماره های 7 ، 5 و 12)هیچگونه درگیری با شفت خروجی نداشته و همگی در حالت عادی ،  برروی شفت خروجی هرز می چرخند ، به عبارتی دیگر تمامی این چرخ دنده ها در حالت عادی حول محور شفت خروجی و بدون ارتباط با شفت خروجی دوران می کنند .

2-چرخ دندة دنده عقب (1) همواره به شفت خروجی وصل بوده و دوران آن با دوران شفت خروجی یکسان است .

-تمامی چرخ دنده های شفت زیر (13) با هم یکپارچه بوده ، قدرت را از محور ورودی و چرخ دندة دنده چهار (10) دریافت نموده و همواره دوران کرده و قدرت را به چرخ دنده های دنده های یک تا سه (7 ، 5 و 12) منتقل نموده و این چرخ دنده ها نیز در حالت عادی به صورت هرزگرد حول محور شفت خروجی (3) دوران می کنند .

4-چرخ دنده های هرز گرد دنده عقب (4) و (15) به یکدیگر وصل بوده و برروی شفت خود آزادانه دوران می کنند و فقط در دندة عقب مورد استفاده قرار گرفته و قدرت را منتقل می کنند  و در سایر حالت ها عمل خاصی انجام نمی دهند .
با توجه به مطالب فوق و شکل (2) ، ملاحظه می گردد که در حالت خلاص ، شفت ورودی تمامی چرخ دنده های شفت زیر را می چرخاند . از طرفی چرخ دنده های شفت زیر به تمامی چرخ دنده های واقع شده بر روی شفت خروجی و یکی از چرخ دنده های هرزگرد دندة عقب وصل می باشند و همة این چرخ دنده ها به صورت هرز دوران می کنند و چون هیچ کدام از چرخ دنده ها به شفت خروجی وصل نیستند ، قدرتی به شفت خروجی منتقل نمی شود.

شکل 2- شماتیک گیربکس چهار سرعته

دقت کنید که دو عدد چرخ دندة هرزگرد مربوط به دندة عقب در کنار چرخ دنده های شفت زیر قرار گرفته اند در حالیکه چرخ دنده های واقع شده بر روی شفت خروجی در قسمت بالای چرخ دنده های شفت زیر قرار گرفته اند .

عدد ماخ

همان‌طور که از فرمول بالا نیز می‌توان دید، سرعت صوت خاصیتی ترمودینامیکی است که مقدار آن در نقاط مختلف، متفاوت است. زمانی که جریانی با سرعتی بسیار بالا روی جسم صلبی عبور کند، اثر تراکم‌پذیری سیال بسیار مشهود است. نرخ سرعت محلی (V) به سرعت صوت را عدد ماخ می‌نامند. بنابراین این عدد به شکل زیر قابل بیان است.

عدد ماخ را می‌توان در قالب گذاره‌های زیر تفسیر کرد.
۱. عدد ماخ معیاری از میزان تراکم‌پذیری سیال است. برای نمونه جریانی که ماخ آن کمتر از ۰.۳ باشد،‌ تراکم‌ناپذیر در نظر گرفته می‌شود.
۲. می‌توان نشان داد که عدد ماخ معادل با نسبت انرژی جنبشی به انرژی درونی است. در معادله زیر این تفسیر اثبات شده است.

۳. عدد ماخ نشان دهنده نسبت انرژی جنبشی گاز به انرژی تصادفی مولکول‌های تشکیل دهنده آن است.

در مکانیک سیالات، ماخ به عددی بی‌بعد گفته می‌شود که توصیف کننده میزان سرعت یک جسم نسبت به سرعت صوت است. به بیانی دقیق‌تر عدد مذکور نشان دهنده نسبت سرعت محلی جسم به سرعت صوت است. با توجه به این توصیفات عدد ماخ را می‌توان با استفاده از رابطه‌ی زیر محاسبه کرد.M=V/Cدر رابطه فوق M برابر با عدد ماخ، u سرعتِ جسم و c نشان دهنده‌ی سرعت صوت در سیالی است که جسم در آن در حال حرکت است. برای نمونه اگر جسم در هوایی با دمای ۲۵ درجه در حال حرکت است، c نیز سرعت صوت را در همان هوا نشان می‌دهد. برای نمونه سرعت صوت در هوای ۲۵ درجه حدود ۳۴۳ متر بر ثانیه است. هواپیمای SR-71 معروف به پرنده سیاه که متعلق به ارتش الایات متحده است، با سرعتی معادل با ۳.۲ ماخ پرواز می‌کند.با توجه به تعریف و رابطه‌ی فوق، M=1 نشان دهنده‌ی حالتی است که در آن سرعت صوت و سرعت جسم با هم برابر هستند. در ماخ برابر با ۰.۶۵، سرعت جسم ۶۵ درصد سرعت صوت و در ماخ ۱.۳۵ سرعت صوت ۳۵ درصد بیشتر از سرعت صوت است. انیمشین زیر حرکت یک جنگده و امواج صوتی جدا شده از آن را در لحظه نشان می‌دهد. بدیهی است که ماخ این جنگده بیشتر از ۱ است. چراکه در هر لحظه از امواج خود جلو می‌افتد.

سرعت محلی صوت و در نتیجه‌ی آن، عدد ماخ وابسته به ویژگی‌های محلی سیال است. برای نمونه سرعت صوت در هوای ۲۵ درجه نسبت به سرعت صوت در هوای ۲۰ درجه متفاوت است. عدد ماخ معیاری از میزان تراکم‌پذیری سیال است. در حقیقت معمولا رژیم جریان سیال را در حالتی که عدد ماخ کمتر از ۰.۲ باشد (M<0.2)، به‌صورت تراکم‌ناپذیر در نظر می‌گیرند. هم‌چنین در حالتی که ماخِ جریان بیشتر از ۰.۲ باشد، مدل‌سازی پدیده‌‌های فیزیکی با در نظر گرفتن جریان تراکم‌ناپذیر نتیجه‌ای مغایر با واقعیت را در پی خواهد داشت.دسته‌بندی عدد ماخدر علم آیرودینامیک از واژه‌های زیرصوت (Subsonic) و بالای صوت (Supersonic) به‌ترتیب به‌منظور توصیف حالاتی استفاده می‌شود که در آن‌‌ها سرعت جسم در حال پرواز، کمتر و بیشتر از سرعت صوت باشد. به ناحیه‌ای که در آن سرعت جسم در نزدیکی‌های سرعت صوت (بیشتر و کم‌تر از سرعت صوت) قرار دارد، ناحیه‌ی گذرصوتی گفته می‌شود.
نکته مهم این است که در ناحیه‌ی گذرصوتی دیگر نمی‌توان از تقریب ناویر-استوکس جهت شبیه‌ سازی جریان استفاده کرد. دلیل این امر این است که ممکن است ماخ جریان روی جسم کمتر از ۱ باشد، اما در ناحیه‌ی نزدیک به جسم، ماخ می‌تواند به بیشتر از ۱ افزایش یابد. در ماخ‌های بیشتر از ۱ علاوه بر حالت بالای صوت، دسته‌بندی‌های دیگری نیز وجود دارد که هرکدام توصیف کننده حالتی خاص از عدد ماخ هستند. در جدول زیر این دسته‌بندی‌ عدد ماخ،‌ بر حسب مقدار آن نشان داده شده است.

جالب است بدانید سرعت مورد نیاز جهت به چرخش در آمدن یک ماهواره در نزدیکی زمین برابر با ۷.۵km/s است. این عدد با توجه به سرعت صوت در هوای اطراف زمین حدود 25.4 ماخ است!

زمانی که ماخ جسمی از ۱ بیشتر می‌شود، اختلاف فشارِ قابل توجهی در جلوی جسم ایجاد می‌شود. به این اختلاف فشار، «موج ضربه‌ای» (Shock Wave) گفته می‌شود. این ناحیه به‌صورت مخروطی‌ اطراف جسم توسعه می‌یابد (در حالتی که ماخ جریان کاملا بیشتر از ۱ باشد). شکل زیر ناحیه بخار مخروطی شکل تشکیل شده اطراف یک جنگنده را نشان می‌دهد.
در جریان گذرصوتی،‌ در بخشی از ناحیه‌ی اطراف جسم، جریان به‌صورت زیرصوتی و در بخشی دیگر به‌صورت مافوق‌ صوت است. ناحیه گذرصوتی در اطراف یک ایرفویل به‌ دو صورت رخ می‌دهد. حالت اول زمانی است که جریان ورودی به ایرفویل دارای ماخی کمتر از ۱ باشد. در این حالت جریان پس از عبور از روی ایرفویل شتاب گرفته و ماخ آن به بیشتر از ۱ افزایش می‌یابد. در شکل زیر این حالت نشان داده شده است.

حالت دوم نیز زمانی رخ می‌دهد که جریان ورودی به ایرفویل دارای ماخی کمتر از ۱، اما نزدیک به آن است. در این حالت ممکن است موجی ضربه‌ای ایجاد شده و ماخ جریان به بیشتر از ۱ افزایش یابد. بنابراین در این حالت ماخ جریان ورودی کمتر از ۱ و تا پشت ایرفویل ماخ جریان بیشتر از ۱ خواهد بود. در شکل زیر این حالت نیز نشان داده شده است.

رژیم جریان تراکم‌پذیربه‌منظور توضیح رژیم جریان تراکم‌پذیر، بهتر است جریانی را تصور کنیم که حول جسمی آیرودینامیکی جریان دارد. در شکل زیر چنین وضعیتی را در ماخ‌های مختلف نشان داده.

در عمل دیده شده که شرایط فراصوت زمانی اتفاق می‌افتد که ماخ جریان آزاد بیشتر از ۵ باشد. جالب است بدانید که اگر هواپیمایی با سرعت مافوق صوت از کنار شما عبور کند در ابتدا خود هواپیما را می‌بینید و سپس صدای آن را می‌شنوید! نکته دیگر در مباحث مرتبط با صوت، اثر دوپلر است که در مطلب «اثر دوپلر» به صورت دقیق به آن پرداخته شده است.

پدیده موج ضربه‌ای مفهومی بسیار مهم و پیچیده در آیرودینامیک است که در طراحی اجسام پرنده بسیار تاثیرگذار است. 

ویژگی های لوله های نانو کربنی
نانولوله‌های کربنی استوانه‌هایی بدون دوخت از یک یا چند لایه گرافنی با انتهای باز یا بسته هستند که به آن ها تک دیواره یا چند‌دیواره اطلاع می شود.
اتم‌های کربن در این ساختارهای تمام کربنی در همه جای ساختار به جز انتهای لوله در یک شبکه 6 ضلعی به هم متصل شده‌اند.
 فلزی بودن لوله های چند دیواره وانتقال جریان های تا 109 آمپربر سانتی متر مربع
نانولوله‌های مجزا بسته به جهت‌گیری شبکه گرافنی نسبت به محور لوله، که کایرالیته نامیده می‌شود، می‌توانند فلزی یا نیمه‌هادی باشند
نانولوله تک‌دیواره منفرد می‌توانند هدایت حرارتی 3500 در دمای اتاق داشته باشند بر اساس مساحت دیواره، این مقدار از هدایت حرارتی الماس بیشتر است.نتیجه ی تولید انبوه نانو کربنی شامل بازیابی شکل ، چسبندگی خشک ، ضربه پذیری بالا،پلاریزاسیون تتراهرتز، فعالسازی با پالس های جدید ،جذب نزدیک به جسم سیاه و خواص گسیل گرمایی صوت است.

روند تحقیق در در مورد لوله های نانو کربنی :
سال 1980:مشاهدات ثبت شده از نانو الیاف کربنی توخالیسال 1990:سابقه تحقیقات گسترده درمورد نانولوله‌های کربنی که به اولین سنتز صنعتی آنچه که امروز نانولوله چنددیواره نامیده می‌شود.سال 2006: ده برابر شدن ظرفیت تولید جهانی

روش تولید انبوه لوله های کربنی(CVD)
فرایند چگالش بخار شیمیایی پیشتاز روش‌های تولید انبوه نانولوله است.  (CVD)

استفاده از راکتورهای بسترسیال  با وجود نفوذ یکنواخت گاز و انتقال حرارت به نانو ذرات کاتالیستی فلزی
فواید تولید انبوه لوله های کربنی از طریق این روش :  
1) به صرفه بودن از نظر اقتصادی 2) استفاده از مواد اولیه ی کم هزینه 3) افزایش استحصال
4)کاهش مصرف انرژی 5)کاهش تولید ضایعات
عیوب تولید انبوه لوله های کربنی:
ناخالصی هایی ایجاد میکند که راه حل برای حذف آن مراحل انیلینگ
کاربرد تولید انبوه »»» قایق های امنیت دریایی تولید ورقه ونخ های نانو لوله به طور مستقیملوله های نانو کربنی:1)تک دیواره 2)چند دیواره

کاربردهای لوله های نانو کربنی
نانولوله چند‌دیواره در ابتدا به عنوان فیلر‌های رسانای الکتریکی در پلاستیک‌ها استفاده می‌شدند

استفاده ازپلاستیک‌های نانولوله‌ای رسانا درصنعت خودرو،امکان رنگ الکترواستاتیکی قاب های آیینه ای ،
دستیابی به خطوط انتقال سوخت و فیلترهایی که بار الکترواستاتیک را از بین می‌برند را فراهم آورده است.
پودر نانولوله با پلیمرها یا رزین‌های پیش‌ماده می‌تواند سختی، استحکام، یا چقرمگی را بالا ببرد .
لغزش نانومتری ومهندسی‌شده بین نانولوله‌ها و اتصالات نانولوله کربنی-پلیمر می‌تواند جذب انرژی مواد را افزایش دهد و کابرد صنعتی  آن افزایش کارایی کالاهای ورزشی :راکت تنیس ، چوب بیسبال و شاسی دورچرخه
رزین های نانو لوله ای باعث ارتقای کامپوزیت های لیفی می شود ازنتایج آن: پره های محکم و سبک توربین های بادی و بدنه برای قایق‌های امنیت دریایی است.
باعث مرتب شدن آرایش کربن در الیاف پیرولیز شده می شود .
1) از کاربردهای لوله های نانو کربنی تک دیواره:می تواند با ریسندگی انعقادی با محلول نانو لوله ها ریسیده شوند.افزودن مقادیر اندک نانولوله کربنی به فلزات، استحکام و مدول کششی بالایی ایجاد کرده است که می‌تواند کاربردهایی در سازه‌های هوافضا و خودروسازی داشته باشد 
2) نانو لوله چند دیواره :

1-2) به عنوان افزودنی‌های ضدشعله به پلاستیک‌ها افزود. این تأثیر عمدتا ناشی از تغییرات در رئولوژی به دلیل حضور نانولوله‌ها است. این افزودنی‌های نانولوله‌ای از نظر تجاری به عنوان جایگزینی برای مواد ضدشعله شیمیایی هالوژنه، که استفاده از آنها به دلایل زیست‌محیطی محدود شده است، دارای جذابیت هستند.
2-2)باعث کاهش خوردگی بدنه ی کشتی ها با جلوگیری از اتصال جلبک ها و قارچ ها
3-2)جایگزین مناسب برای رنگ های آفتکش مضر برای حفظ محیط زیست4-2) وارد کردن نانولوله‌های کربنی در رنگ‌های ضدخوردگی برای فلزات می‌تواند سختی پوشش و استحکام را افزایش دهد و در عین حال یک مسیر الکتریکی برای محافظت کاتدی را فراهم کند.
کاربرد نانو کربنی در میکروالکترونیک
1) استفاده درترانزیستورها به علت پراکنده سازی الکترونی و لوله های نانو کربنی تک دیواره قابل مقایسه با معماری‌های ترانزیستوری اثر میدانی و دی‌الکتریک‌هایی با ثابت دی‌الکتریک است.علیرغم کارایی نویددهنده ابزار‌های نانولوله تک‌دیواره مجزا، کنترل قطر، کایرالیته و جایگذاری نانولوله‌ها برای تولید تجهیزات میکروالکترونیک به ویژه برای سطوح بزرگ، ناکافی است، از این رو، ساخت ابزارهایی مثل ترانزیستورهایی با فیلم‌هایی متشکل از ده‌ها تا هزاران نانولوله تک‌دیواره سریع‌تر عملی می‌شود. استفاده از دسته‌های نانولوله‌ها، خروجی جریان را افزایش می‌دهد و عیوب و تفاوت‌های کایرالیته را جبران و یکنواختی ابزار و تکرارپذیری تولید آن را زیاد می‌کند.
2) پیشرفت‌های تجاری امید دهنده الکترونیک مبتنی بر نانولوله شامل چاپ کم‌هزینه ترانزیستورهای و همچنین برچسب‌های‌شناسایی فرکانس رادیویی است .

3) تحقیقات اخیر، حفظ انتخابی نانولوله تک ‌دیواره نیمه ‌رسانا را در فرایند پوشش‌دهی دورانی و کاهش حساسیت آنها به ماده جذب ‌شده را به ممکن می‌سازد.
کاربرد نانو کربنی در ذخیره ی انرژی محیط زیست
نانولوله های کربنی چند دیواره :الف) در باتری های یون لیتیم در رایانه ها و تلفن های همراه استفاده می شود

ب)در بهترین باتری ها مقدار کمی نانو لوله چند دیواره با مواد فعال + یک اتصال دهنده ی پلیمری و آند گرافیتی یک درصد وزنی نانو لوله کربنی licoOج) در کاتد
د) اتصال الکتریکی باتری ویکپارچگی مکانیکی وچرخه ی عمرباتری ونرخ استفاده ازباتری را افزایش می دهد.
ه) کارایی قابل توجه ای از نانو لوله ها در تک دیواره ی عمودی در ابر خازن ها
ل) در پیل‌های سوختی، استفاده از نانولوله‌های کربنی به عنوان پایه کاتالیستی می‌تواند مصرف پلاتین را 60 درصد در مقایسه با کربن سیاه کاهش دهد
ع) نانو لوله ی آلاینده که در آن پیل سوختنی تولید می کنند که نیاز به پلاتین ندارند.
غ) برای سلول های خورشیدی آلی خواص نانو لوله ها را برای کاهش بازتلفیق ناخواسته حامل‌ها و افزایش مقاومت به اکسیداسیون نوری ارتقا دهند.
ن) پیل‌های خورشیدی می‌تواند از الکترودهای نانولوله تک‌دیواره شفاف استفاده کنندف)برای خالص سازی آب برای اکسید کردن الکتروشیمیایی آلاینده‌های آلی، باکتری‌ها و ویروس‌ها استفاده می‌شوند و از نانو لوله ها با قطر کم برای جداسازی نمک آب دریا
نانو لوله های کربنی در بیو تکنولوژی
الف) از نانو لوله ها به عنوان اجزای حس گرهای زیستی و ابزار پزشکی به جهت سازگاری شیمیایی و ابعادی آنها زیست مولکول‌هایی مثل دی ان ای و پروتیین ها استفاده می شود.

ب ) نانولوله می‌تواند تصویربرداری فلورسنت و فوتوآکوستیک را در کنار قابلیت حرارت‌دهی موضعی با استفاده از تابش فروسرخ نزدیک امکان‌پذیر کند.
ج) تاثیر حسگرهای زیستی نانولوله های کربنی در امپدانس الکتریکی و خواص نوری   
د) محصولات تحت توسعه شامل نوار‌های چاپی برای تشخیص استروژن و پروژاسترون، میکروآرایه‌های تشخیص دی ان ای و پروتویین و حسگرهای نیتروژن دی اکسید و تروپونین قلب هستند. حسگرهای نانولوله‌ای مشابه برای تشخیص گاز و سموم در صنعت غذایی، نظامی و کاربرد‌های زیست‌محیطی استفاده می‌شوند.
ه) از کابرد بدنی می توان برای مثال، به یک تحقیق،(داروی ضدسرطان دوکسوربیسین تا 60 درصد وزنی روی نانولوله‌ها بار شد، در صورتی که این مقدار برای لیپوزوم‌ها 8 تا 10 درصد بود)اشاره کرد.
نکته: با وجود پتانسیل سمی بودن هندسه و شیمی سطح نانولوله به شدت بر سازگاری زیستی آن تأثیر دارد، و بر این اساس سازگاری زیستی نانولوله قابل مهندسی است
خ) استفاده از آنها در پوشش کاتترها به منظور کاهش ترومبوز است.ف) با تزریق مقادیر بالای نانولوله چند‌دیواره به ریه موش، مرضی مشابه بیماری ناشی از آزبست ایجاد می‌شود؛ با این حال، یک مطالعه دیگر نشان داد که التهاب ریه ناشی از تزریق نانولوله‌های تک‌دیواره کاملا توزیع شده، هم در مقایسه با آزبست و هم در مقایسه با ذرات موجود در هوای شهر واشینگتون، ناچیز بود.
روش تولید نانو لوله های کربنی
در روش تخليه قوس الکتريکي ساده شده، براي توليد نانو لوله هاي کربني چند جداره استفاده شده است. اين روش، به علت عدم نياز به تجهيزات خلا، سيستم مبدل حرارتي و گازهاي فعال يا بي اثر، نسبت به روش تخليه قوس الکتريکي در فاز گازي، به مراتب ساده تر و ارزان قيمت تر است. با استفاده از اين روش، نانو لوله هاي کربني با ايجاد تخليه قوس الکتريکي بين دو الکترود گرافيتي که در داخل يک محلول آبي قرار دارند، توليد مي شوند.