موتور الکتریکی

یک موتور الکتریکی(الکتروموتور)، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.

ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمال می‌شود، می‌گردد.

اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. اگر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند.

همه ی الکتروموتورها از یک اصل برای تولید حرکت استفاده می‌کنند و آن اصل مغناطیس می‌باشد. قاعده کلی این است که وقتی یک ماده حامل جریان الکتریکی تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌گردد. بیشتر موتورهای الکتریکی دوار هستند. در یک الکتروموتور بخش دوار که معمولا داخل الکتروموتور است، روتور و بخش ثابت، استاتور نام دارد.

برخی از الکتروموتورها را می‌توان بعنوان ژنراتور مورد استفاده قرار داد. به الکتروموتور و ژنراتور ماشین الکتریکی گفته می‌شود.

الکتروموتورها در صنایع مختلف کاربرد فراوان دارند. الکتروموتور درصنایع دریایی، صنایع هیدرولیک، صنعت سیمان، صنعت فولاد،  فن‌های صنعتی، دمنده، ابزارهای برقی، وسایل خانگی، ابزارهای قدرت و دیسک درایوها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

 

موتورها چگونه کار می­ کنند؟

موتورهای الکتریکی می‌توانند توسط جریان مستقیم(DC) یا متناوب(AC) برقرار شوند. موتورهای DC اولین بار توسعه یافتند و مزیت­ها و نقص­های مشخصی داشتند. هر نوع از موتورها به شکلی متفاوت عمل می­ کند اما آن­ها تماماً از توان میدان الکترومغناطیسی استفاده می­ کنند.

موتورهای الکتریکی AC از یک سیم­ پیچ (مگنت) اولیه و ثانویه استفاده می­ کنند، اولیه به شبکه قدرت AC متصل است (یا مستقیماً به یک ژنراتور) و انرژی دار می­ شود. ثانویه، انرژی را از اولیه بدون اتصال مستقیم به آن دریافت می‌کند. این امر به کمک پدیده‌ پیچیده‌­ای که القاء نامیده می­شود، صورت می‌گیرد.

تاریخچه اولین کامپیوترها

نخستین ماشین محاسبه، ماشین مکانیکی ساده ای بود که بلز پاسکال آن را ساخته و به وسیله چند اهرم و چرخ دنده، می توانست عملیات جمع و تفریق را انجام بدهد. پس از آن لایبنیتز با افزودن چند چرخ دنده به ماشین پاسکال ماشینی ساخت که می توانست ضرب و تقسیم را هم انجام دهد و آن را (ماشین حساب) نامید.

بعدها چارلز بابیج ماشینی برای محاسبه چندجمله ای ها ابداع کرد که آن را ماشین تفاضلی نامیدند و سپس به فکر ساخت وسیله ی محاسباتی کامل تری افتاد که می شد به آن (برنامه) داد این ماشین شباهت فراوانی به کامپیوترهای امروزی داشت و به همین دلیل نام بابیج به عنوان پدر کامپیوتر در تاریخ باقی مانده است.

در گذشته دستگاه‌های مختلف مکانیکی ساده‌ای مثل خط‌ کش محاسبه و چرتکه، نیز کامپیوتر خوانده می‌شدند. در برخی موارد از آن‌ها به‌عنوان کامپیوتر آنالوگ نام برده می‌شود. چراکه برخلاف کامپیوتر رقمی، اعداد را نه به‌ صورت اعداد در پایه دو بلکه به‌ صورت کمیت‌های فیزیکی متناظر با آن اعداد نمایش می‌دهند. چیزی که امروزه از آن به‌عنوان «کامپیوتر» یاد می‌شود در گذشته به عنوان «کامپیوتر رقمی (دیجیتال)» یاد می‌شد تا آن‌ها را از انواع «کامپیوتر آنالوگ» جدا سازند.

کامپیوتر یکی از دو چیز برجسته‌ای است که بشر در سدهٔ بیستم اختراع کرد. دستگاهی که بلز پاسکال در سال ۱۶۴۲ ساخت، اولین تلاش در راه ساخت دستگاه‌های محاسب خودکار بود. پاسکال آن دستگاه را که پس از چرتکه دومین ابزار ساخت بشر بود، برای یاری رساندن به پدرش ساخت. پدر وی حسابدار دولتی بود و با کمک این دستگاه می‌توانست همه اعداد شش رقمی را با هم جمع و تفریق کند.

لایبنیتز ریاضی‌دان آلمانی نیز از نخستین کسانی بود که در راه ساختن یک دستگاه خودکار محاسبه کوشش کرد. او در سال ۱۶۷۱ دستگاهی برای محاسبه ساخت که کامل شدن آن تا ۱۹۶۴ به درازا کشید. همزمان در انگلستان ساموئل مورلند در سال ۱۶۷۳ دستگاهی ساخت که جمع و تفریق و ضرب را انجام می داد.

در سده هیجدهم میلادی هم تلاش‌های فراوانی برای ساخت دستگاه‌های محاسب خودکار انجام شد که بیشترشان نافرجام بود. سرانجام در سال ۱۸۷۵ میلادی استیفن بالدوین نخستین دستگاه محاسب را که هر چهار عمل اصلی را انجام می‌داد، به نام خود ثبت کرد.

از جمله تلاش‌های نافرجامی که در این سده صورت گرفت، مربوط به چارلز بابیچ ریاضی‌دان انگلیسی است. وی در آغاز این سده در سال ۱۸۱۰ در اندیشهٔ ساخت دستگاهی بود که بتواند بر روی اعداد بیست و شش رقمی محاسبه انجام دهد. او بیست سال از عمرش را در راه ساخت آن صرف کرد اما در پایان آن را نیمه‌کاره رها کرد تا ساخت دستگاهی دیگر که خود آن را دستگاه تحلیلی می‌نامید آغاز کند.

او می‌خواست دستگاهی برنامه‌پذیر بسازد که همه عملیاتی را که می‌خواستند دستگاه بر روی عددها انجام دهد، قبلا برنامه‌شان به دستگاه داده شده باشد. قرار بود عددها و درخواست عملیات بر روی آن‌ها به یاری کارت‌های سوراخ‌دار وارد شوند. بابیچ در سال ۱۸۷۱ مرد و ساخت این دستگاه هم به پایان نرسید.

کارهای بابیچ به فراموشی سپرده شد تا این که در سال ۱۹۴۳ و در بحبوحه جنگ جهانی دوم دولت آمریکا طرحی سری برای ساخت دستگاهی را آغاز کرد که بتواند مکالمات رمزنگاری‌ شدهٔ آلمانی‌ها را رمزبرداری کند. این مسئولیت را شرکت IBM و دانشگاه هاروارد به عهده گرفتند که سرانجام به ساخت دستگاهی به نام ASCC در سال ۱۹۴۴ انجامید.

این دستگاه پنج تنی که ۱۵ متر درازا و ۲٫۵ متر بلندی داشت، می‌توانست تا ۷۲ عدد ۲۴ رقمی را در خود نگاه دارد و با آن‌ها کار کند. دستگاه با نوارهای سوراخ دار برنامه‌ریزی می‌شد و همهٔ بخش‌های آن مکانیکی یا الکترومکانیکی بود از زمان کامپیوترهای اولیه که در سال ۱۹۴۱ ساخته شده بودند تا کنون فناوری‌های دیجیتالی رشد زیادی نموده‌است.

بررسی ۶ نسل از کامپیوترها

نسل اول کامپیوترها
اولین کامپیوتر در سال ۱۹۳۷ در آمریکا اختراع شد. پروفسور«ایکن» با استفاده از لامپهای خلاء(Diode) این کار را به انجام رسانید(لامپهای خلاء Diode و Triodeیا دوقطبی و سه قطبی، اغلب در رادیوها استفاده می‌شود. این لامپها خاصیت یک سو کننده جریان برق را دارند). با دیودها مشکل ایجاد حافظه و دسترسی به آن حل شد. اما، در سال ۱۹۳۷ دیودها، لامپی و حجیم بودند و با روشن شدن حرارت زیادی تولید می‌کردند. اولین پیشرفت در جهت استفاده بهتر از کامپیترهای نسل اول جایگزینی مبنای دودویی به جای مبنای ۱۰ بود. زیرا در طرح پروفسور ایکن، برای معرفی هر کاراکتر وجود ده دیود ضروری بود که باید یکی روشن و بقیه خاموش می‌ماندند. این امر، در افزایش خانه‌های حافظه در کامپیوترهای آن زمان، محدودیت مهمی به شمار می‌رفت. به هر حال، در سال ۱۹۴۷، دانشگاه پنسیلوانیا با استفاده از این روش، کامپیوتری به نام ENIAC را طراحی کرد. با اختراع EDSAC[1] در سال ۱۹۴۹، انگلستان اولین کامپیوتر به معنای واقعی را عرضه داشت. این دستگاه برنامه و دستورالعمل ها را در خود ذخیره می‌کرد. در سال ۱۹۵۱، رمینگتون، UNIVAC-1 که بزرگترین کامپیوتر آن زمان برای مقاصد بازرگانی بود را عرضه داشت.نسل دوم کامپیوترها
در سال ۱۹۴۸، باردین، ترانزیستور را اختراع کرد ولی ده سال طول کشید که از سطح آزمایشگاهی به سطح استفاده صنعتی برسد. ترانزیستور، در پیشرفت صنایع الکترونیک نقش مهمی را برعهده داشت. ترانزیستور از لامپ خلاء به مراتب کوچکتر است. به انرژی کمی نیاز دارد، حرارت کمتری تولید می‌کند و ارزان‌تر نیز هست. به این دلایل ترانزیستور به زودی جای خود را در ساختمان کامپیوتر گشود و جایگزین لامپ های خلاء در حافظه شد. به این ترتیب، نسل دوم کامپیوتر به دنیا آمد. کامپیوترهایی با تعداد خانه‌های حافظه بیشتر و امکانات و کارآیی وسیع‌تر. ترانزیستور، کامپیوترهای نسل دوم را کوچک‌تر و ارزان‌تر کرد. تحول مهم دیگری که در نسل دوم کامپیوترها پدید آمد، زبانهای برنامه نویسی کامپیوتری بود. در نسل اول کامپیوترها، از زبانهای سطح پایین، که در آنها آشنایی با جزئیات ماشین ضرورت داشت، استفاده می‌شد. یعنی، مجموعه‌ای از اعداد و ارقام که کدهایی قابل فهم برای کامپیوتر بود. در نسل دوم، زبانها برای کاربردهای عمومی‌تر آماده شد. این امر رواج استفاده از کامپیوتر در امور تجاری و اداری را سرعت بخشید. کامپیوترهای این نسل، حصار دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی را شکستند و به گونه‌ای گسترده در مؤسسات دولتی و شرکهای صنعتی و بازرگانی به کار گرفته شدند.

نسل سوم کامپیوترها
از سال ۱۹۶۴، به جای لامپ ها و ترانزیستورها، از خاصیت آهن ربایی حلقه‌ها یا میله‌ها در اثر عبور جریان برق استفاده شد. در حقیقت، به جای لامپ و ترانزیستور مورد استفاده در نسلهای پیشین، سمت عبور جریان برق را قطب‌های آهنربا تعیین می‌کرد. در نتیجه دو حالت صفر یا یک به وجود می‌آمد. اما انتخاب جنس حلقه و آلیاژ لازم برای حلقه مطرح بود. در نسل دوم، اکسید آن به سبب توانایی خود پاسخگوی این نیاز بود. معروف‌ترین کامپیوتر این نسل IBM/360 می‌باشد.

نسل چهارم کامپیوتر
کامپیوترهای نسل های اول، دوم و سوم از نظر مشخصات به سادگی قابل تفکیک اند. ولی مرز بین نسل سوم و چهارم چندان مشخص نیست. آنچه مسلم است آنکه کامپیوترهای نسل چهارم از نظر طرح واحد پردازش مرکزی و دستگاه های پیرامونی، توانایی بیشتر، عمر طولانی‌تر قطعات و اطمینان بیشتری را عرضه می‌کنند. مهمترین تغییرات سخت اافزاری در کامپیوترهای نسل چهارم؛ به کارگیری مدارهای مجتمع با تراکم زیاد، استفاده از «ریزپردازنده»، توسعه امکان پردازش مستقیم به جای پردازش با رسانه‌های ورودی(Batch) می باشد.

نسل پنجم کامپیوترها
در نسل پنجم کامپیوترها، به سادگی استفاده کاربران از کامپیوتر و برنامه نویسی توجه بسیار زیادی شده است. چرا که با کاهش قیمت سخت افزار، مخارج استفاده از کامپیوتر به مراتب از قیمت خود آن بیشتر خواهد بود. استفاده کنندگان می توانند بدون اطلاع از طرز کار و جزئیات داخلی قسمتهای مختلف، آنها را به صورت آماده تهیه کرده و به دلخواه خود سیستم‌هایی کامپیوتری(نرم‌افزارهای کاربردی) بسازند. امروزه، به کمک نرم‌افزارهای موجود، مهندسین تعمیرات کامپیوتر، می‌توانند بسیاری از خرابی‌ها را تشخیص دهند. ارتباط با کامپیوتر از طریق صوت و تصویر نیز امکان پذیر خواهد بود. اطلاعات از همان زمان پیدایش به صورت مناسب برای کامپیوتر ذخیره شده و در هنگام لزوم، از طریق سیستم‌های کامپیوتری مورد استفاده قرار خواهد گرفت. استفاده از حافظه‌های نوری، حافظه‌هایی با حجم کم و گنجایش غیر قابل تصور ویژگی مهم این نسل است. استفاده از هوش مصنوعی و قدرت تفکر و استنتاج کامپیوتری، از دیگر ویژگی های کامپیوترهای این نسل می باشد.

نسل ششم کامپیوترها
کامپیوترهای نوع پنتیوم را می‌توان نسل ششم نامید. از جمله ویژگی‌های محسوس این نسل می‌توان استفاده غیر قابل اجتناب از سیستم چند رسانه‌ای را بر شمرد. امکانات جانبی، جاذبه‌های بسیاری را برای کامپیوترهای فراهم می‌آورد.

تاریخچه ی هوش مصنوعی

 تاریخچهٔ‌هوش مصنوعی از آنجا شروع شد که دو پژوهشگر به نام‌های McCulloch و Pitts در سال ۱۹۴۳، مدلی از سلول‌های عصبی مصنوعی را ارائه نمودند (سلول‌های عصبی مصنوعی،‌مشابه آنچه که در زیست‌شناسی به سلول‌های عصبی طبیعی اطلاق می‌شود، نورون نامیده می‌شوند). ویژگی‌خاص این مدل این بود که در آن هر نورون می‌توانست On و یا Off باشد و هنگامی که تعداد زیادی از نورون‌های پیرامون یک نورون، تحریک می‌شدند، آن نورون نیز روشن می‌شد. McCulloch و Pitts نشان دادند که توابع محاسباتی را می‌توان با شبکه‌ای از نورون‌های به هم پیوسته انجام داد.

در سال ۱۹۴۹، پژوهشگری به نام Donald Hebb استحکام اتصال نورون‌های این مدل را با یک قاعدهٔ ساده اصلاح نمود که این قاعده امروزه به نام قاعدهٔ Hebbian شناخته می‌شود و سرانجام در سال ۱۹۵۱، Marvin Minsky و Dean Edmonds موفق شدند تا نخستین کامپیوتری را بسازند که در آن از شبکه‌عصبی استفاده شده بود. این کامپیوتر SNARC نام داشت و شبکهٔ عصبی آن از ۴۰ نورون تشکیل شده بود. تقریباً در همین زمان بود که پژوهشگری به نام Turing، مفاهیمی همچون تست تورینگ، یادگیری ماشینی، الگوریتم‌های ژنتیکی و یادگیری تقویت‌شده را معرفی نمود.

در سال ۱۹۵۶ در ورک‌شاپی که توسط شرکت IBM در دانشگاه Dortmouth برگزار شد که در این ورک‌شاپ McCarthy کلمهٔ Artificial Intelligence (هوش مصنوعی) را معرفی کرد. این معرفی که به منزلهٔ تولد رسمی هوش مصنوعی بود که فصل مهمی را در تکامل و پیشرفت این علم رقم زد.

پس از آن بود که Newell ،Show و Simon برنامه‌ای با قابلیت استدلال را ایجاد نموده و آن را Logic Theorist نامیدند. نظریهٔ‌ Chomsky نیز در همین زمان مطرح شد و تحلیل زبان را تحت تأثیر خود قرار داد. در سال ۱۹۵۸، John McCarthy یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی تخصصی در صنعت هوش مصنوعی به نام LISP را ایجاد نمود.

در سال ۱۹۶۵، پژوهشگری به نام Robinson یک روش استنتاجی را برای حل مسئله ارائه داد و در همین زمان بود که نخستین سیستم خبره (Expert System) مبتنی بر دانش، به نام DENDRAL را در دانشگاه Stanford توسط Laderberg ،Feigenbaum و Djerassi توسعه یافت (در سال‌های بعد Feigenbaum ،Buchanan و Shortlife سیسم خبرهٔ دیگری ساختند که در تشخیص عفونت‌های خونی کاربرد داشت).

در سال ۱۹۶۸، پژوهشگری به نام Winograd برنامه‌ای به نام SHRDLU را توسعه داد که می‌توانست درک اولیه‌ای از زبان انسانی داشته باشد و در سال ۱۹۷۰ نخستین روبات انسان‌نما به نام WABOT-1 در دانشگاه Waseda در ژاپن ساخته شد.

یک سال بعد یعنی در سال ۱۹۷۲، یک سیستم خبره به نام MYCIN در دانشگاه Stanford ایجاد شد که در تشخیص عفونت‌های شدید باکتریایی و تجویز داروی مناسب کاربرد داشت و در سال ۱۹۸۰ روبات انسان‌نمای WABOT-2 که یک روبات نوازنده بود در دانشگاه Waseda در ژاپن تولید شد. در واقع، این روبات می‌توانست موسیقی‌هایی با درجه دشواری متوسط را با کیبورد الکترونیک بنوازد!

نخستین اتومبیل بدون راننده که یک ون مرسدس بنز مجهز به دوربین و سنسور بود، در دانشگاه ‌‌Bundeswehr در مونیخ ساخته شد. در سال ۱۹۸۸،‌Rollo Carpenter چت‌باتی به نام Jabberwacky را ایجاد نمود که می‌توانست به طرز جالب و سرگرم‌کننده‌ای در گفتگو با انسان شرکت نماید.

در ادامهٔ پیشرفت‌های هوش مصنوعی، Deep Blue که یک برنامه‌ٔ کامپیوتری شطرنج‌باز بود، در سال ۱۹۹۷ برای نخستین بار توانست یکی از قهرمانان مسابقات جهانی شطرنج را شکست دهد. همچنین نخستین روبات حیوان خانگی و روباتی که قادر به تقلید احساسات بود به ترتیب در سال‌های ۱۹۹۸ و ۲۰۰۰ تولید شدند.

۲۰۰۶ سالی بود که Etzioni ،Banko و Cafarella اصطلاح Machine Reading را معرفی نمودند و آن را به صورت درک ماندگار و بدون نظارت از متن توصیف نمودند.

در سال ۲۰۰۹، گوگل توسعهٔ ماشین‌های بدون راننده را -به صورت غیرعلنی- آغاز نمود. دستیار‌های مجازی Google Now ،Siri و Cortana به ترتیب در سال‌های ۲۰۱۱، ۲۰۱۲ و ۲۰۱۴ در اختیار کاربران پلتفرم‌های مختلف قرار گرفتند و در حال حاضر هم شاهد مشارکت و سرمایه‌گذاری بیش از پیش شرکت‌های بزرگ تکنولوژی در پیشرفت و توسعهٔ هوش مصنوعی هستیم و این روند همچنان ادامه خواهد داشت.

تاریخچه اولین ترانزیستورها

 

در اولیــن ماههــای سـال ۱۹۴۸ نخسـتین نمـونـه از یـک ترانزیـسـتـور (Transistor) که بدنه فلزی داشت در مجموعه آزمایشگاه های Bell ساخته شد.

این ترانزیستور که قرار بود جایگزین لامپهای خلاء الکترونیک شود، Type A نام گرفت. Type A که کاربرد عمومی داشت و بسیار خوب کار می کرد یکسال بعد به تعداد ۳۷۰۰ عدد تولید انبوه شد تا در اختیار دانشگاه ها، مراکز نظامی، آزمایشگاه ها و شرکت ها بمنظور آزمایش قرار گیرد.

این اختراع در زمان خود آنقدر مهم بود که هر عدد از این ترانزیستورها در بسته بندی جداگانه با شماره سریال و مشخصات کامل نگهداری می شدند. این ترانزیستور تنها دارای دو پایه بود. Collector (کلکتور) و Emitter (امیتر) و پایه Base (بیس) به بدنه فلزی آن متصل بود.

تولید ترانزیستورهای بدنه فلزی تا سال ۱۹۵۰ ادامه داشت تا اینکه در این سال در آزمایشگاه های Bell اولین ترانزیستور با بدنه پلاستیکی ساخته شد. طبیعی بود که در این حالت ترانزیستور می بایست سه پایه داشته باشد. اما به دلیل مشکلاتی که در ساخت این ترانزیستور وجود داشت تولید آن به حالت انبوه نرسید و در همان سال ترانزیستورهای جدید دیگری با پوشش پلاستیکی جایگزین همیشگی آن شدند.

لازم به ذکر است که به عقیده بسیاری از دانشمندان، ترانزیستور بزرگترین اختراع بشر در قرن نوزدهم بوده که بدون آن هیچ یک از پیشرفت های امروزی در علوم مختلف امکان پذیر نبوده است. تمامی پیشرفت های بشر که در مخابرات، صنعت حمل و نقل هوایی، اینترنت، تجهیزات کامپیوتری، مهندسی پزشکی و … روی داده است همگی مرهون این اختراع می باشد.

ترانزیستور وسیله ای است که جایگزین لامپ های خلاء الکترونیک شد و توانست همان خاصیت لامپ ها را با ولتاژهای کاری پایین تر داشته باشد. ترانزیستورها عموما” برای تقویت جریان الکتریکی و یا برای عمل کردن در حالت سوییچ بکار برده می شوند. ساختمان داخلی آنها از پیوندهایی از عناصر نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم تشکیل شده است.