ساخت مدل‌ سه بعدی جرقه‌های الکتریکی

به گزارش برق‌نیوز، یکی از رایج‌ترین تجربیات با جرقه‌ها پدیده‌ای موسوم به تخلیه الکتریکی است که در آن فرد با لمس پارچه پشمی یا تکه‌ای از فلز مانند بدنه خودرو، تخلیه جرقه را تجربه می‌کند که در برخی موارد دردناک است.

اگرچه جرقه‌ها در دی‌الکتریک به عنوان منشأ اولیه تجزیه الکتریکی محسوب می‌شوند و می‌توانند آسیبهای مخربی به تجهیزات الکتریکی وارد کرده و محیط اطراف را تخریب کنند اما درک این جرقه‌ها و سازوکار آغازگر، شتاب‌دهنده و منشعب کننده آنها برای ایجاد راه‌ حل‌های بهتر به منظور اجتناب از این مشکلات ضروری است.

دکتر جویا جدیدیان از مؤسسه فناوری ماساچوست و همکارانش در پژوهش خود که در مجله Applied Physics منتشر شده، یک رویکرد جامع را در مورد پژوهش جرقه‌ها صورت داده‌اند.

جدیدیان اظهار کرد: نتایج مدلسازی ما حتی برای افراد بدون دانش پیشرفته در مورد فیزیک نیز قابل درک است؛ چرا که ما طرحهای سه بعدی کاملا بصری از سازه‌های درختی جرقه‌ها را ایجاد کرده‌ایم که به سازوکارهای انشعاب جرقه کمک می‌کند تا به سادگی استنتاج شود.

این مدل همچنین خواص فیزیکی جرقه‌ها را به پارامترهای ریز مداری مانند ولتاژ، جریان و تاخیر زمانی که در همه آزمایشگاهها سنجیده می‌شوند، مرتبط کرده است. نتایج بدست آمده بسیار دقیق بوده و نمایشگر شباهت زیادی بین نتایج مدلسازی و تصاویر تجربی بدست آمده از جرقه‌های نورافشان بوده است.

پژوهش جدیدیان در این حوزه موفق به کسب جایزه گونتر موسسه مهندسان برق و الکترونیک و جایزه بنیاد Chorafas در سال 2013 شد.

ساخت این مدل شامل چند چالش واقعی است. تصویربرداری سه بعدی در گازها با استفاده از فناوری کنونی قابل اجرا نیست و تصویربرداری جرقه‌ها در دی‌الکتریک مایع بسیار مشکل است. ساخت یک مدل جرقه سه بعدی جامع همچنین بار عددی قابل توجهی به همراه داشته که نیازمند کد مدلسازی بسیار کارآمد و ابزار محاسباتی قوی است.

به گفته جدیدیان، ساختار مولکولی و رفتار مایعات بسیار پیچیده‌تر از گازها و جامدات است و حتی در خالص‌ترین مایعات نیز مقادیر قابل ردیابی از ناخالصی وجود دارد که جداسازی سازوکارهای تجزیه الکتریکی را مشکل می‌کند.

گام بعدی در این پژوهش، اعمال این نتایج بر چالشهایی مانند کاهش اندازه دستگاههای پزشکی بزرگ مانند ام‌آر‌آی‌ها و تجهیزات نیروی بزرگ مانند ترانسفورماتورهای نیرو، ارتقای مواد عایق و شناسایی فناوریهای جدید درمان پلاسمای بالقوه در آینده مانند ضدعفونی کردن صنعتی و پزشکی مواد غذایی، تجهیزات جراحی و حتی دست جراح با استفاده از پلاسما خواهد بود.

جدیدیان که کارشناسی و کارشناسی ارشد خود را در رشته مهندسی برق از دانشگاه تهران و دکترای خود را از موسسه فناوری ماساچوست دریافت کرده و اکنون در مقطع فوق دکترا در آزمایشگاه هوش مصنوعی و علوم رایانه این موسسه مشغول به فعالیت است، اظهار کرد: این مدل بسیار نویددهنده بوده و یکی دیگر از پیامدهای این پژوهش می‌تواند بهینه‌سازی مواد دی‌الکتریک مانند نانومایعات باشد که می‌توانند انشعاب جرقه را سرکوب و حتی از آن اجتناب کرده و در نتیجه شتاب جرقه محدود شده و امکان نارسایی الکتریکی کاهش یابد.