کمیکار چیست ؟

کمیکار یا خودروهای مهندسی شیمی، خودروهای هستند که از نیرو محرکه­ای که از یک واکنش شیمیایی ایجاد می شود به حرکت درمی­آیند. لفظ کمیکار بر گرفته از واژه Chemistry- engineering- car می باشد. شرط نوین بودن و زیست سازگاری، دوشرط مهم در ساخت کمیکار می باشد.  هر روز رسانه­های جمعی بر ایجاد خودروهایی با سوخت­های زیست سازگار تاکید می کنند و این موضوع موجب توجه شرکت­های بزرگ خودرو سازی بر این امر شده است. هر ساله خودروهای متفاوتی با این رویکرد طراحی و به بازار ارائه می گردد. کمیکار در اصل یک مدل ساده از این خودرو ها می باشد.

بر اساس واکنش­های شیمیایی که در کمیکار ها استفاده می شوند، کمیکار ها را به ۲ دسته پیل ­های الکتروشیمیایی و جت گاز می توان دسته بندی کرد. در نوع اول یعنی پیل الکتروشیمیایی، با تهیه پیل و کنترل واکنش آن، ماشین به کار می­افتد و اما در نوع دوم با انجام یک واکنش شیمیایی که با تولید گاز همراه است، توربین نصب گشته بر روی محور به حرکت در می آید و از این طریق نیروی خود را فراهم می کند.

بعد از به حرکت در آوردن کمیکار، سیستم ترمز آن است که از اهمیت بالایی برخوردار است، به طوری هیچگونه سیستم مکانیکی و یا فیزیکی نباید به طور مستقل در توقف ماشین دخالت داشته باشد. در مسابقات، مسافت طی شده و مقدار آب همراه ماشین معین نبوده، لذا باید بتوان ماشین را برای گستره­ی مسافتی که از قبل معرفی گشته است، تنظیم کرد. کسب توانایی در تنظیم کردن مسافت از طریق کنترل واکنش شیمیایی، در دوره آموزشی، موجب آشنایی دانش آموزان با شیمی و کارآیی دروس در حال مطالعه می شود.

ویژگی های کمیکار

به علت کمبود منابع سوخت­های فسیلی و همچنین آلودگی­های زیست محیطی این سوخت­ها، تحقیقات برای بکارگیری و توسعه خودروهایی که از این سوخت­ ها استفاده نکنند توسط کارخانه­های خودرو سازی و دانشگاه­ ها آغاز گردید. این تحقیقات منجر به تعریف جدیدی به نام خودروهای سبز گردید. لفظ خودروهای سبز به دسته خودروهایی اتلاق می شود که هیچگونه آلودگی زیست محیطی ندارند. خودروهای مختلفی با رویکردهای مختلف به بازار ارائه گردیده است. یکی از رویکردها، خودروی هیبریدی می باشند که دارای دو موتور مکانیکی و الکتریکی بوده و از این طریق مصرف سوخت فسیلی را کاهش می دهند.

11

ماشین هیبریدی

رویکرد دیگر خودروهایی با پیل سوختی و همچنین خودروهای الکتریکی می­ باشد. خودروهای الکتریکی نیازمند شارژ بوده اما خودروهای پیل سوختی با استفاده از هیدروژن و اکسیژن و انجام واکنش بین آنها که با تولید آب همراه است، انرژی لازم جهت حرکت خودرو را فراهم می کنند. کمیکار در اصل یک مدل ساده از ماشین های زیست سازگار است که آموزش اصول اولیه این خودرو ها و ایجاد نوآوری جدید در این صنعت را می توان هدف کمیکار دانست.

 انواع کمیکار 

همانطور که در بالا اشاره شد، کمیکار ها براساس نیروی محرکه خود به ۲ دسته طبقه بندی می­ شوند: کمیکار گالوانیک و کمیکار جت گاز.

کمیکار گالوانیک

این کمیکار براساس اصول الکتروشیمی کار می کند. در اصل برای ایجاد نیروی محرکه این کمیکار شروع به ساخت یک باتری دست ساز می شود. این باتری همانطور که ذکر گردید، بر اساس اصول الکتروشیمی کنترل می گردد. هر باتری یا پیل دارای اجزای مشخصی نظیر آند، کاتد و الکترولیت است. تبادل الکترون بین آند و کاتد، ولتاژ و آمپراژ مورد نیاز باتری دست ساز را فراهم می کند. لذا کمیکار های گالوانیک نیازمند موتور الکتریکی است.

 

.....

 پیل گالوانیک

 

کمیکار گالوانیک

کمیکار گالوانیک

کمیکار جت گاز

بسیاری از واكنش هاي شيميايي با توليد گاز همراهند؛ بدين معنا كه تعداد مول هاي گاز در سمت فرآورده ها بيشتر از واكنشگرهاست. اصولی از شیمی که بیشتر در نوع جت گاز مورد استفاده قرار می گیرد، شیمی تجزیه است. با خروج گاز توليدي از محفظه واكنش، گاز نيرويي به طرف جلو به ظرف وارد مي كند كه از اين نيرو مي توان به عنوان نيروي محركه ماشين استفاده نمود. در مسابقه كميكار، با تنظيم مقدار واكنشگر ورودي به محفظه واكنش مي توان ميزان گاز توليد شده را تنظيم و از اين طريق مسافت طي شده توسط ماشین را برآورد نمود. نحوه استفاده از این فشار به ۲ صورت است، یا خود گاز خروجی به صورت نیروی پیشرانه استفاده می شود یا با استفاده از یک توربین، گاز خروجی اقدام به حرکت کمیکار می کند. همچنين، ماشيني كه با جت گاز كار مي كند، نيازي به موتور الكتريكي نخواهد داشت. شايان ذكر است كه به دليل مسائل ايمني، استفاده از جت گازهاي داغ در دوره اخیر مسابقات كميكار ممنوع اعلام شد و استفاده از جت گاز منحصر به واكنش هايي شد كه در دماي پائين صورت مي گيرند.

jet gaz

 کمیکار جت گاز
 اهداف

هدف گذاری از ساخت این ماشین ها را می توان در ۳ بخش مد نظر قرار داد:

  • ایجاد علاقه
  • آموزشی
  • کار گروهی
ایجاد علاقه

مسلما همراستا بودن فعالیت دانش آموزان در کلاس های پژوهشی در جهت مباحث درسی فراگیری شده در مدرسه، می تواند به علاقه­مندی آنان به فراگیری مطالب آموزشی بیفزاید. علاوه براین، سعی در ایجاد یک فضای مناسب برای آموزش بهتر، می تواند کمک بسزایی در این مبحث بکند. ارتباط مباحث پژوهشی با رشته های دانشگاهی، می تواند موجب آشنایی دانش آموزان با رشته های دانشگاهی شده و انتخاب آینده ی آنان را آگاهانه تر کند. علاقه­مندی و توانایی ۲ عامل موثر در انتخاب رشته دانشگاهی است. در صورتی که محکی جدی بر توانایی دانش آموزان قبل از رفتن به دانشگاه زده نشود، می تواند انتخاب آنان با تجربه ای تلخ در آینده همراه باشد. این تجربه با کلاس های پژوهشی می تواند در دانش آموزان فراهم شود.

آموزشی

در بحث آموزشی می توان سر فصل مطالب را به صورت زیر بیان نمود:

  آشنایی با عناصر شیمیایی  ←  فصل ۲ شیمی ۱ دبیرستان دوره دوم
  آشنایی با پیوند یونی و خصلت آن  ← فصل ۳ شیمی ۱ دبیرستان دوره دوم
  آشنایی با استوکیومتری  ← فصل ۱ شیمی ۲ دبیرستان دوره دوم
  آشنایی با محلول سازی ← فصل ۳ شیمی ۲ دبیرستان دوره دوم
  آشنایی با خصایص اسید و باز ها ← فصل ۳ شیمی ۳ دبیرستان دوره دوم
  آشنایی با الکتروشیمی  ← فصل ۴ شیمی ۳ دبیرستان دوره دوم

علاوه بر این مطالب، دانش آموزان با سایر شاخه ها که دبیر تدریس می کند، نظیر الکترونیک و همچنین نرم افزارهایی مانند AutoCAD آشنا می شوند.

دانش آموز با مشاهده ی کارکرد این مطالب در کمیکار و آشنایی با آن ها، هنگام یادگیری این دروس در کلاس مطالب را بهتر فرا می گیرد.

کار گروهی

یکی از مهمترین اهدافی که در دوره های پژوهشی سعی در پیگیری آن می شود، تمرین کار گروهی دانش آموزان است. این موضوع که دانش آموزان بتوانند در یک فعالیت علمی- عملی در کنار یک دیگر کار کنند، موجب بالا رفتن این توانایی اجتماعی در آنان می شود. کلاس های پژوهشی که به صورت تیمی برگزار می شوند، یکی از بهترین روش ها برای آن سن دانش آموزان است تا بتوانند علاوه بر سعی در کسب موفقیت، این خصیصه را در خود بالاتر ببرند.