کمیکار

کمیکار چیست؟

کمیکار یا خودروهای مهندسی شیمی، خودروهای هستند که از نیرو محرکه­‌ای که از یک واکنش شیمیایی ایجاد می‌شود به حرکت درمی­‌آیند. لفظ کمیکار برگرفته از واژه Chemistry- engineering- car می‌باشد. شرط نوین بودن و زیست سازگاری، دوشرط مهم در ساخت کمیکار می‌باشد. هر روز رسانه­‌های جمعی بر ایجاد خودروهایی با سوخت­‌های زیست سازگار تاکید می‌کنند و این موضوع موجب توجه شرکت­‌های بزرگ خودروسازی بر این امر شده است. هر ساله خودروهای متفاوتی با این رویکرد طراحی و به بازار ارائه می‌گردد. کمیکار در اصل یک مدل ساده از این خودروها می‌باشد.
بر اساس واکنش­‌های شیمیایی که در کمیکارها استفاده می‌شوند، کمیکارها را به ۲ دسته پیل ‌های الکتروشیمیایی و جت گاز می‌توان دسته‌بندی 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 می‌آید و از این طریق نیروی خود را فراهم می‌کند.
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 می‌شود.

ویژگی‌های کمیکار

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

ماشین هیبریدی

رویکرد دیگر خودروهایی با پیل سوختی و همچنین خودروهای الکتریکی می­‌باشد. 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 می‌کنند. کمیکار در اصل یک مدل ساده از ماشین‌های زیست سازگار است که آموزش اصول اولیه این خودروها و ایجاد نوآوری جدید در این صنعت را می‌توان هدف کمیکار دانست.

انواع کمیکار

همانطور که در بالا اشاره شد، کمیکارها براساس نیروی محرکه خود به ۲ دسته طبقه‌بندی می­‌شوند: کمیکار گالوانیک و کمیکار جت گاز.

کمیکار گالوانیک

این کمیکار براساس اصول الکتروشیمی کار می‌کند. در اصل برای ایجاد نیروی محرکه این کمیکار شروع به ساخت یک باتری دست ساز می‌شود. این باتری همانطور که ذکر گردید، بر اساس اصول الکتروشیمی کنترل می‌گردد. 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 می‌کند. لذا کمیکارهای گالوانیک نیازمند موتور الکتریکی است.

کمیکار گالوانیک
بسیاری از واکنش های شیمیایی با تولید گاز همراهند؛ بدین معنا که تعداد مول‌های گاز در سمت فرآورده‌ها بیشتر از واکنشگرهاست. اصولی از شیمی که بیشتر در نوع جت گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد، شیمی تجزیه است. با خروج گاز تولیدی از محفظه واکنش، گاز نیرویی به طرف جلو به ظرف وارد می‌کند که از این نیرو می‌توان به عنوان نیروی محرکه ماشین استفاده نمود. در مسابقه کمیکار، با تنظیم مقدار واکنشگر ورودی به محفظه واکنش می‌توان میزان گاز تولید شده را تنظیم و از این طریق مسافت طی شده توسط ماشین را برآورد نمود. نحوه استفاده از این فشار به ۲ صورت است، یا خود گاز خروجی به صورت نیروی پیشرانه استفاده می‌شود یا با استفاده از یک توربین، گاز خروجی اقدام به حرکت کمیکار می‌کند. همچنین، ماشینی که با جت گاز کار می‌کند، نیازی به موتور الکتریکی نخواهد داشت. شایان ذکر است که به دلیل مسائل ایمنی، استفاده از جت گازهای داغ در دوره اخیر مسابقات کمیکار ممنوع اعلام شد و استفاده از جت گاز منحصر به واکنش‌هایی شد که در دمای پائین صورت می‌گیرند.


اهداف
هدف‌گذاری از ساخت این ماشین‌ها را می‌توان در ۳ بخش مد نظر قرار داد:
ایجاد علاقه
آموزشی
کار گروهی
ایجاد علاقه
مسلما هم‌راستا بودن فعالیت دانش آموزان در کلاس‌های پژوهشی در جهت مباحث درسی فراگیری شده در مدرسه، می‌تواند به علاقه­‌مندی آنان به فراگیری مطالب آموزشی بیفزاید. علاوه براین، سعی در ایجاد یک فضای مناسب برای آموزش بهتر، می‌تواند کمک به‌سزایی در این مبحث بکند. ارتباط مباحث پژوهشی با رشته‌های دانشگاهی، می‌تواند 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، می‌تواند انتخاب آنان با تجربه‌ای تلخ در آینده همراه باشد. این تجربه با کلاس‌های پژوهشی می‌تواند در دانش آموزان فراهم شود.

آموزشی
در بحث آموزشی می‌توان 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 محلول‌سازی ← فصل ۳ شیمی ۲ دبیرستان دوره دوم
آشنایی با خصایص اسید و بازها ← 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 شاخه‌ها که دبیر تدریس می‌کند، نظیر الکترونیک و همچنین نرم افزارهایی مانند AutoCAD آشنا می‌شوند.
دانش آموز با مشاهده‌ی کارکرد این مطالب در کمیکار و آشنایی با آن‌ها، هنگام یادگیری این دروس در کلاس مطالب را بهتر فرا می‌گیرد.

 

کار گروهی

یکی از مهمترین اهدافی که در دوره‌های پژوهشی سعی در پیگیری آن می‌شود، تمرین کار گروهی دانش آموزان است. این موضوع که دانش آموزان بتوانند در یک فعالیت علمی- عملی در کنار یکدیگر کار کنند، موجب بالا رفتن این توانایی اجتماعی در آنان می‌شود. کلاس‌های پژوهشی که به صورت تیمی برگزار می‌شوند، یکی از بهترین روش‌ها برای آن سن دانش آموزان است تا بتوانند علاوه بر سعی در کسب موفقیت، این خصیصه را در خود بالاتر ببرند.