آزمایش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الکترون ) 

در آزمایش تامسون از اثر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی استفاده شده است. دستگاهی که در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهای زیر تشکیل شده است:

الف ) اطاق یونش که در حقیقت چشمه تهیه الکترون با سرعت معین می باشد بین کاتد و آند قرار گرفته است. در این قسمت در اثر تخلیه الکتریکی درون گاز ذرات کاتدی ( الکترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حرکت می کنند و با سرعت معینی از منفذی که روی آند تعبیه شده گذشته وارد قسمت دوم می شود. اگر بار الکتریکی q  تحت تاثیر یک میدان الکتریکی بشدت E  قرار گیرد، نیروییکه از طرف میدان بر این بار الکتریکی وارد می شود برابر است با:      

F= q.E

 در آزمایش تامسون چون ذرات الکترون می باشند q = -e بنابراین:

F= -eE  

از طرف دیگر چون شدت میدان E  در جهت پتانسیلهای نزولی یعنی از قطب مثبت بطرف قطب منفی است بنابراین جهت نیرویF   در خلاف جهت یعنی از قطب منفی بطرف قطب مثبت می باشد. اگرx  فاصله بین آند و کاتد باشد کار نیروی F در این فاصله برابر است با تغییرات انرژی جنبشی ذرات . از آنجاییکه کار انجام شده در این فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسیل موجود بین کاتد وآند بنابراین خواهیم داشت

ev₀ =½m₀v²

که در آن  v₀    اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند e  بار الکترون  v  سرعت الکترون و  m₀  جرم آن می باشد. بدیهی است اگر v₀  زیاد نباشد یعنی تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق می کند یعنی سرعت الکترون مقداری خواهد بود که می توان از تغییرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراین سرعت الکترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است با:

v = √(2e v₀/ m₀)

 

ب) قسمت دوم دستگاه که پرتو الکترونی با سرعت v وارد آن می شود شامل قسمتهای زیر است :

 

 

1- یک خازن مسطح که از دو جوشن  A  وB  تشکیل شده است اختلاف پتانسیل بین دو جوشن حدود دویست تا سیصد ولت می باشد اگر پتانسیل بین دو جوشن را به v₁   و فاصله دو جوشن را به d   نمایش دهیم شدت میدان الکتریکی درون این خازن E = v₁/d   خواهد بود که در جهت پتانسیلهای نزولی است.

 

2- یک آهنربا که در دو طرف حباب شیشه ای قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن: یک میدان مغناطیسی با شدت B  ایجاد می نماید . آهنربا را طوری قرار دهید که میدان مغناطیسی حاصل بر امتداد ox   امتداد سرعت - و امتداد  oy امتداد میدان الکتریکی - عمود باشد.

 

پ) قسمت سوم دستگاه سطح درونی آن به روی سولفید آغشته شده که محل برخورد الکترونها را مشخص می کند.

وقتی الکترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تاثیر ننمایند نیرویی بر آنها وارد نمی شود لذا مسیر ذرات یعنی پرتو الکترونی مستقیم و در امتداد ox   امتداد سرعت ) خواهد بود و در مرکز پرده حساس p یعنی نقطه  p₀ اثر نورانی ظاهر می سازد.

اگر بین دو جوشن خازن اختلاف پتانسیلv₁ را برقرار کنیم شدت میدان الکتریکی دارای مقدار معین E خواهد بود و نیروی وارد از طرف چنین میدانی بر الکترون برابر است با   F_E = e E  این نیرو در امتداد  oy و در خلاف جهت میدان یعنی از بالا به پایین است.

 

میدان مغناطیسی B  را طوری قرار می دهند که برسرعتv   عمود باشد . الکترون در عین حال در میدان مغناطیسی هم قرار می گیرد و نیرویی از طرف این میدان بر آن وارد می شود که عمود بر سرعت و بر میدان خواهد بود . اگر این نیرو را بصورت حاصلضرب برداری نشان دهیم برابر است با:

   F_M = q.(VXB)

در اینجا q = e    پس:

F_M = q.(VXB)

و مقدار عددی این نیرو مساوی است با  F = e v B   زیرا میدان B   بر سرعت v   عمود است یعنی زاویه بین آنها 90 درجه و سینوس آن برابر واحد است. اگر میدان B     عمود بر صفحه تصویر و جهت آن بجلوی صفحه تصویر باشد امتداد و جهت نیروی F_M در  جهت  oy یعنی در خلاف جهت F_E خواهد بود. حال میدان مغناطیسی B  را طوری تنظیم می نمایند کهF_E = F_M  گردد و این دو نیرو همدیگر را خنثی نمایند. این حالت وقتی دست می دهد که اثر پرتو الکترونی روی پرده بی تغییر بماند پس در این صورت خواهیم داشت:

         F_M = F_E

        e.v.B = e E

        v = E/ B

چون مقدار E و B  معلوم است لذا از این رابطه مقدار سرعت الکترون در لحظه ورودی به خازن بدست می اید . حال که سرعت الکترون بدست آمد میدان مغناطیسی B  را حذف می کنیم تا میدان الکتریکی به تنهای بر الکترون تاثیر نماید . از آنجاییکه در جهت ox  نیرویی بر الکترون وارد نمی شود و فقط نیروی F_E  بطور دائم آنرا بطرف پایین می کشد لذا حرکت الکترون در داخل خازن مشابه حرکت پرتابی یک گلوله در امتداد افقی می باشد و چون سرعت الکترون را نسبتا کوچک در نظر می گیریم معادلات حرکت الکترون ( پرتو الکترونی ) در دو جهت ox و oy  معادلات دیفرانسیل بوده و عبارت خواهد بود از  

m₀(d²x /dt²)/span>=0     در امتداox 

  m₀d²y /dt²)=e. E      در امتداoy

با توجه به اینکه مبدا حرکت را نقطه ورود به خازن فرض می کنیم اگر از معادلات فوق انتگرال بگیریم خواهیم داشت:

y=(1/2)(e.E)t²/m₀

x=v.t

 معادلات فوق نشان می دهد  که مسیر حرکت یک سهمی است و مقدار انحراف پرتو الکترونی از امتداد اولیه (ox  )  در نقطه خروج از خازن مقدار  y  در این لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را به L  نمایش دهیم x = L    زمان لازم برای سیدن به انتهای خازن عبارت خواهد بود از t = L / v  اگر این مقدار  t  را در معادله y   قرار دهیم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن به دست می آید:

     Y =  ½ e( E/m₀) ( L/ v )²

     e/ m₀ = ( 2y/ E ) ( v/ L )²

که در آن v سرعت الکترون که قبلا بدست آمده است. L و E بترتیب طول خازن و شدت میدان الکتریکی که هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگیریم بار ویژه یا e/m₀  محاسبه می شود.

 پس از خروج الکترون از خازن دیگر هیچ نیرویی بر آن وارد نمی شود بنابراین از آن لحظه به بعد حرکت ذره مستقیم الخط خواهد بود و مسیر آن مماس بر سهمی در نقطه خروج از خازن است . اگر a  فاصله پرده از خازن یعنی D P₀ باشد می توانیم بنویسیم:

P₀P₁ = y + DP₀ tgθ

tgθعبارتست از ضریب زاویه مماس بر منحنی مسیر در نقطه خروج از خازن و بنابراین مقدار یست معلوم پس باید با اندازه گرفتن فاصله اثر روی پرده( P₀ P₁)به مقدار y رسید و در نتیجه می توانیم e/ m₀ را محاسبه نماییم.

مقداری که در آزمایشات اولیه بدست آمده بود 10⁸×7/1 کولن بر گرم بود مقداریکه امروزه مورد قبول است و دقیقتر از مقدار قبلی است برابر 10⁸×7589/1 کولن بر گرم است.

علاوه بر تامسون، میلیکان نیز از سال 1906 تا 1913 به مدت هفت سال با روشی متفاوت به اندازه گیری بار الکترون پرداخت.

هر پالایشگاه ، دارای طرحهای تولید خاص خود است که بر اساس تجهیزات فراهم ، هزینه‌های عملیاتی و میزان تقاضا برای فراورده‌ها مشخص می‌شوند. طرح تولید بهینه برای هر پالایشگاه ، بر اساس ملاحظات اقتصادی مشخص می‌گردد و عملیات دو پالایشگاه هرگز کاملا مشابه یکدیگر نیستند.

 

فراورده‌های نفتی

درحالی‌که مصرف کننده عادی تصور می‌کند که شمار فراورده‌های نفتی نظیر بنزین ، سوخت جت ، نفت سفید و غیره محدود است، ولی بررسیهایی که موسسه نفت آمریکا ( API ) در مورد پالایشگاههای نفت و کارخانه‌های پتروشیمی انجام داده است، نشان می‌دهد که بیش از 2000 فراورده نفتی با مشخصات منحصر بفرد تولید می‌شود که در 17 گروه طبقه‌بندی می‌شوند و عبارتند از:

گازهای سوختی - گازهای مایع - انواع بنزین - سوختهای توربین گازی (جت) - نفت سفید - فراورده های میان تقطیر (سوخت دیزل و نفت کوره های سبک) - نفت کوره باقیمانده ای - روغن‌های روان‌ساز - روغن‌های سفید - فراورده های میان روغن‌های ترانسفورماتور و کابل- گریس- مومها (واکس) - آسفالتها - ککها - دوده‌ها - مواد شیمیایی ، حلالها ، متفرقه.

معمولا شمار فراورده‌هایی که طراحی پالایشگاه را جهت می‌دهند نسبتا کم است. فرایندهای اصلی پالایش را با توجه به فراورده‌هایی که تولیدشان زیاد است مانند بنزین ، سوخت جت ، سوخت دیزل طراحی می‌کنند. بعضی از اجزای نفت خام را همان‌گونه که هستند (یعنی فراورده ها تقطیر مستقیم) بفروش می‌رسانند و یا اینکه عملیات پالایش بعدی را بر روی آنها انجام می‌دهند تا فراورده‌های با ارزشتری بدست آورند.

منابع خوراک پالایشگاه

مواد خام پایه پالایشگاهها نفت خام است. اگر چه در بعضی موارد از نفت‌های سنتزی حاصل از سایر منابع (جیلسوتیت، ماسه‌های قیری ، غیره) نیز استفاده می‌شود.

 

فرایندهای پالایش در پالایشگاه

تقطیر نفت خام

دستگاه‌های تقطیر نفت خام ، نخستین واحدهای فراورش (پالایش) عمده در پالایشگاه هستند. تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می‌گیرد، اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار اتمسفر و سپس ارسال باقیمانده دیر جوش این مرحله به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلاء شدید عمل می‌کند. بنابراین ، نفت خام پس از حرارت در کوره در برج تقطیر اتمسفری به فراورده‌های زیر تفکیک می‌شود:

گازهای سوختی ( که عمدتا شامل متان و اتان است ) ، گازهای سبکتر (شامل پروپان ، بوتان و همچنین متان و اتان است) ، نفتهای سبک تثبیت نشده ، نفتهای سنگین ، نفت سفید ، نفت گاز اتمسفری و باقیمانده خام برج تقطیر اتمسفری (ARC). در برج تقطیر در خلاء نیز باقیمانده برج تقطیر اتمسفری به جریان نفت گاز خلاء و باقیمانده برج تقطیر در خلاء (VRC ) تفکیک می‌شود. نفت گاز اتمسفری و نفت گاز خلاء را غالبا برای تولید بنزین ، سوخت هواپیما و سوخت دیزل به واحد هیدروکراکینگ یا کراکینگ کاتالیزی می‌فرستند.

باقیمانده برج خلاء را نیز می‌توان در واحدهای گرانروی شکن ، کمک‌سازی و یا آسفالت‌زدایی برای تولید نفت کوره سنیگن و یا خوراک واحد کراکینگ و یا مواد خام روغن روان‌سازی پالایش کرد. باقیمانده نفت خامهای آسفالتی را می‌توان برای تولید آسفالت جاده سازی و یا پشت بام ، مورد عملیات یا پالایش دیگری قرار داد.

فرایندهای کک سازی و گرمایی

باقیمانده خام برج تقطیر در خلاء ( VRC ) در واحد کک سازی به کمک گرما شکسته می‌شود و در نتیجه گاز تر، بنزین واحد کک سازی ، نفت گاز واحد کک سازی و کک تولید می‌شود. در واقع ، در کک بدست آمده مواد فرار و یا با نقطه جوش بالا وجود دارد. برای حذف اغلب مواد فرار از کک نفتی ، باید آن را در دمای 2000 تا 2300 درجه فارنهایت تکلیس کرد. موارد استفاده اصلی از کک نفتی عبارتند از:


سوخت انواع کوره‌ها ، ساخت آند ها برای کاهش سلول الکترولیتی آلومین ، استفاده مستقیم از آن به عنوان منبع کربن شیمیایی برای تولید فسفر عنصری ، کلسیم کاربید و سیلسیم کاربید ، ساخت الکترود برای بکارگیری در کوره الکتریکی تولید فسفر عنصری ، تیتان دی اکسید ، کلسیم کاریبد و سیلیسیم کاربید ، تولید گرافیت.

 

کراکینگ و هیدروکراکینگ کاتالیزی

نفت گاز حاصل از واحدهای تقطیر اتمسفری و تقطیر در خلاء و کک سازی به عنوان خوراک واحدهای کراکینگ کاتالیزوری و یا هیدروکراکینگ بکار می‌رود. این واحدها مولکولهای سنگین را شکسته و آنها را به مواد باارزشتری مانند بنزین ، سوخت جت و نفت کوره سبک تبدیل می‌کنند. فراورده های سیر نشده واحد کراکینگ ، نخست سیر می‌شوند و سپس در واحد تبدیل و یا واحد پالایش با هیدروژن ، کیفیت بهتری پیدا می‌کنند. فراورده های واحد هیدروکراکینگ ، سیر شده هستند.

رفرمینگ (تبدیل) کاتالیزی و همپارش

نیاز اتومبیلهای امروزی به بنزینهای با عدد اکتان بالا ، محرکی برای استفاده رفرمینگ کاتالیزی شد. در رفرمینگ کاتالیزی ، تغییر در نقطه جوش ماده‌ای که از این واحد می‌گذرد، نسبتا کم است، زیرا مولکولهای هیدروکربن ، شکسته نمی‌شوند، بلکه ساختارهای آنها بازآرایی می‌شوند تا آروماتیکهای با عدد اکتان بالا تولید شوند. منابع خوراک واحد رفرمینگ کاتالیزی عبارتند از:

بنزینهای سنگن تقطیر مستقیم (HSR ) و نفت سنگین حاصل از واحدهای برج تقطیر نفت خام ، کک سازی و کراکینگ. فراوده های حاصل تبدیل کاتالیزی برای فروش به عنوان بنزین معمولی و بنزین سوپر با هم مخلوط می‌شوند.

عدد اکتان نفتهای سبک ( LSR ) را می‌توان با استفاده از فرایند همپارش که طی آن پارافینهای نرمال (راست زنجیر) به همپارهایشان تبدیل می‌شوند، بهبود بخشید.

بازیابی بخار (واحد صنعتی گاز)

جریانهای گاز تر حاصل از واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ در بخش بازیابی بخار ، به گاز سوختی ، گاز نفتی مایع ( LPG ) ، هیدروکربنهای سیر نشده (پروپیلن، انواع بوتیلن و پنتن )، نرمال بوتان و ایزوبوتان تفکیک می‌شوند. گاز سوختی در کوره‌های پالایشگاه سوزانده می‌شود و n-بوتان با بنزین و یا LPG مخلوط می‌شود. هیدروکربنهای سیر نشده و ایزوبوتان بمنظور فراورش ، به واحدهای آلکیل دار شدن فرستاده می‌شوند.

آلکیل دار کردن

افزایش یک گروه آلکیل به هر ترکیب ، یک واکنش آلکیل دار کردن است. ولی در پالایش نفت ، واژه آلکیل دار کردن در مورد واکش اولفین های دارای وزن مولکولی پایین با یک ایزوپارافین ، به منظور تشکیل ایزوپارافینهای دارای وزن مولکولی بالاتر ، بکار می رود. نیاز به سوختهای هواپیمایی با عدد اکتان بالا انگیزه خوبی برای توسعه فرایند آلکیل دار کردن بمنظور تولید بنزین‌های ایزوپارافینی با عدد اکتان بالا بود.

اگر چه آلکیل دار کردن در فشار و دمای بالا ، بدون نیاز به کاتالیزگر مسیر است، ولی تنها فرایندهایی از اهمیت اقتصادی برخورد دارند که در دمای پایین و در مجاورت سولفوریک اسید یا هیدروفلوئوریک اسید انجام می شود. با انتخاب مناسب شرایط عملیاتی ، بیشتر فراورده‌ها در گستره جوش بنزین با اعداد اکتان موتوری 88 تا 94 و اعداد اکتان پژوهشی بین 94 تا 99 قرار می‌گیرد.

اختلاط فراورده ها

هدف از اختلاف فراورده‌ها ، تخصیص اجزای اختلاطی فراهم برای دستیابی به شرایط و مشخصات فراوده مورد تقاضا با کمترین هزینه و تولید فراورده‌های فزاینده‌ای است که سود کلی پالایشگاه را بیشینه کند. فراورده‌های عمده پالایشگاهی که از طریق اختلاط بدست می‌آیند عبارتند از:

بنزین ، سوخت جت ، نفت کوره و سوخت دیزل که از مخلوط میان تقطیرهای واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ بدست می‌آیند. در برخی از پالایشگاهها ، نفت گاز خلاء سنگین و باقیمانده خام نفتهای خام نفتنی و یا پارافینی را برای تولید روغن‌های روانسازی فراورش (پالایش) می‌کنند. پس از حذف آسفالتها در واحد آسفالت زدایی با پروپان ، باقیمانده خام تقطیر در خلاء و نفت گاز خلاء ، بمنظور تولید مواد پایه روغن‌های روانساز ، در معرض یک رشته عملیات محدود قرار می‌گیرند.

نفت گازهای خلاء و منابع خام آسفالت زدایی شده را نخست بمنظور حذف ترکیبات آروماتیکی ، با حلال استخراج می‌کنند و سپس بمنظور بهبود نقطه ریزش ، موم (واکس) زدایی می‌نمایند. بعد از این مرحله ، این مواد را بخاطر بهبود رنگ و پایداری ، با خاک رسهای خاص عمل آوری کرده یا در معرض عمل آوری جدی با هیدروژن قرار می‌دهند و سپس آنها را برای تولید روغنهای روانساز مخلوط می‌کنند.

فرایندهای پشتیبانی

تعدادی از فرایندها در پالایشگاهها مستقیما در تولید سوختهای هیدروکربنی شرکت ندارند، بلکه نقش پشتیبانی ایفا می‌کنند. این فرایندها عبارتند از:

• واحد هیدروژن بمنظور تولید هیدروژن برای واحدهای هیدروکراکینگ و عمل‌آوری با هیدروژن.
  
  
• واحد فراوری گاز که هیدروربنهای زود جوش را جدا می‌سازد.
  
  
• واحد عمل آوری گاز اسیدی که هیدروژن سولفید و یا سایر گازهای اسیدی را از جریان گاز هیدروکربنی جدا می‌کند.
  
  
• واحد بازیافت گوگرد
  
  
• سیستمهای عمل‌آوری مایع خروجی (فاضلاب پالایشگاهها)
  
  
• کنترل آلودگی ناشی از گازهای احتراق و بخارهای هیدروکربنی خروجی از دستگاههای فرایندی و مخازن ذخیره مواد

 

رده بندی فراورده‌ها در پالایشگاه

در یک پالایشگاه ، اغلب سه نوع فراورده تولید می‌گردد:

• فراورده‌های نهائی که مستقیما قابل عرضه به بازار می‌باشد (بنزین- نفت گاز).
  
  
• فراورده‌های نیمه نهائی که باید مجددا عملیاتی بر روی آنها انجام گیرد (برش هائی که بهینه روغن های معدنی بکار می‌روند).
  
  
• فراورده‌های حد واسط ، شامل ترکیباتی می‌گردد که بعنوان مواد اولیه در صنعت پتروشیمی بکار برده می‌شوند.
  
  

و بطور کلی فراورده های حاصل از پالایشگاهها عبارتند از:

• گازها ، شامل هیدروژن و هیدروکربورهای گازی شکل (گازهای صنعتی و پتروشیمیایی) و گازهای مایع شده ( L.P.G ) مثل بوتان و پروپان‌های تجارتی جهت مصارف خانگی و صنعتی
  
  
• کربوران‌ها جهت موتورهای اتومبیل و هواپیما و موتورهای دیزل
  
  
• اسانس‌های مخصوص و حلال‌ها ، بعنوان پاک‌کننده لکه‌ها ، حلال در نقاشی ، حلال در صنعت
  
  
• کروزن یا نفت لامپا برای روشنایی و یا ایجاد حرارت
  
  
• مازوت خانگی ، ماده قابل احتراق برای تاسیسات حرارتی خانگ یا صنعتی با قدرت کم
• روغن ها ، روغن های سبک جهت چرب‌کردن دستگاههای مکانیکی کوچک (چرخ خیاطی) ، روغن‌های سنگین جهت ساخت روغن موتور ، روغن سیلندر مورد استفاده در ماشین‌های بخار
  
  
• پارافین و موم ، جهت محافظت مواد غذائی و عایق الکتریسته
  
  
• مازوت سنگین ، بعنوان سوخت برای تاسیسات حرارتی با قدرت زیاد مانند نیروگاههای برق و کشتی
  
  
• آسفالت ، بصورت قید جهت استفاده در جاده‌ها یا در ساختمان‌ها و همچنین بمنظور قالب‌گیری و بسته‌بندی
• کک ، بعنوان سوخت برای صنایع و یا ماده مورد استفاده جهت تهیه الکترودها

نفت خام حاصل از چاه دارای مواد نا خواسته از قبیل آب و جامداتی مانند شن ، قیر و گازهای متان و اتان می‌باشد. برای جداسازی اینگونه عوامل ، آنرا وارد مخازنی می‌کنند تا جامدات موجود در آن ته‌نشین شده و گازهای آن خارج شود. سپس وارد جداساز سانتریفوژی شده که نقش آن جدا کردن تتمه آب ، گاز و جامدات معلق در آن می‌باشد. برای حذف نمکهای معدنی ، نفت را با آب ولرم می‌شویند. آنگاه قسمتی از نفت توسط لوله به پالایشگاه فرستاده شده و قسمتی جهت صدور به بنادر تلمبه می‌شود.

 

تقطیر

برای تفکیک برش‌های متشکله نفت خام ، عملیات فیزیکی و شیمیایی چندی بر روی آن بعمل می‌آورند تا فرآورده‌های مورد نیاز جامعه امروزی را تولید نمایند. از مهمترین آنها تقطیر جزء به جزء نفت است که در برج تقطیر صورت می‌گیرد. تقطیر جزء به جزء عبارت است از یک سری تبخیر و تبرید که در سینی‌های یک برج استوانه‌ای صورت می‌گیرد. مایعات خالص در فشار محیط ، در دمایی به جوش می‌آیند که در آن دما ، فشار بخار آن برابر فشار محیط گردد. مایعات مخلوط در حدود دمایی که حاصل جمع فشار‌های جزئی عوامل تشکیل دهنده آنها برابر فشار محیط گردد به جوش می‌آید.

در نقطه جوش ، فازهای بخار و مایع در حال تعادل می‌باشند. چنانچه فشار ، کاهش یابد، تبخیر صورت می‌گیرد و در حالت معکوس ، تبرید اتفاق می‌افتد. از فشار بخار برای محاسبه ترکیب گازهای مخلوط در حالت تعادل استفاده می‌شود. وقتی که اجزا تشکیل دهنده یک محلول در برج تقطیر بطور دائم جدا می‌شوند بخارهایی که به سمت بالا حرکت می‌کنند، با ترکیبات فرارتر مایع برگشت کننده که به سمت پایین سرازیر است برخورد کرده و غلیظ‌تر می‌شوند.

انواع تقطیر

• تقطیر در فشار محیط: در این روش ، فرآیند تقطیر در فشار محیط صورت می‌گیرد.
  
  
• تقطیر با بخار آب: وقتی که تقطیر در مجاورت بخار ماده مخلوط نشدنی صورت می‌گیرد، فشار بخار یکی تحت تاثیر دیگری قرار نگرفته و مخلوط در دمایی که مجموع فشارهای جزئی آنها برابر فشار محیط گردد تقطیر می‌شود.
  
  
• تقطیر در خلا: در این روش ، فرآیند تقطیر در خلاء (در فشار 40 میلی‌متر جیوه) صورت می‌گیرد.
  
  
• تقطیر در خلاء و بخار: این روش با انتقال گرما توسط بخار آب و با استفاده همزمان از پمپ خلاء جهت کاهش فشار کلی صورت می‌گیرد. بطور کلی این روش دارای اشکالاتی بوده و از آن زیاد استفاده نمی‌شود.
  
  
• تقطیر در فشار: این روش برعکس تقطیر در خلاء بوده و باعث می‌شود که فرایند تقطیر ، در دمای بیشتری نسبت به آن در فشار محیط صورت گیرد و دمای بالاتر باعث گسسته شدن مولکولهای نفت گردیده و ترکیب آنها را تغییر می‌دهد.
  
  
• روشهای جدید تقطیر: این روشها شامل یک یا دو مرحله تقطیر در فشار محیط بوده که توسط تقطیر با بخار همراه می‌شود.

از آنجایی که اغلب سنگهای مخزن از نوع رسوبی بوده و به این دلیل تقسیم بندیهای توصیفی و ژنتیکی سنگهای رسوبی در مورد سنگهای مخزن نیز بکار برده می‌شود. سنگهای مخزن نیز مفید بایستی دارای خلل به هم پیوسته تا ذخیره ورودی را بتواند در خود نگهداری کند. به این دلیل سنگ مخزن از نوع ماسه سنگی لازم است مچور تا کاملا مچور بوده ، مشروط بر این که پدیده سیمان شدگی بطور کامل عمل نکرده باشد. بطور طبیعی ماسه سنگهای گری وکی و یا لیتارنیت از جمله سنگهای مخزن مفید محسوب نمی‌شوند.

خلل و معابر سنگهای آهکی یا موثر از محیط رسوبی بوده و یا این که ناشی از تحولات ثانویه به خصوص انحلال و شکستگی می‌باشد. به این دلیل سنگهای آهکی دانه‌ای و یا اسپارایتها که بالاحض در محیط بین موجی و در ناحیه مرجانی و تپه‌های دریایی تشکیل شده‌اند، از جمله سنگهای مخزن بسیار مفید محسوب می‌شود. در ضمن سنگهای آهکی دانه ریز که بعد از آن شکسته شده‌اند همانند سازند آسماری نیز مکانی بسیار مناسب جهت تجمع و ذخیره سازی هیدروکربور محسوب می‌شود.

نامگذاری سنگهای مخزن

سنگهای مخزن بر مبنای مختلفی نامگذاری می‌شود. بطور کلی به هر سنگ مخزن به اصطلاح پی Pay گفته می‌شود. به فرض ، آسماری پی که نشانگر مخزن آسماری است. گاهی نام مخزن از نام سازندی که در آن نفت ذخیره شده اخذ می‌شود. مانند مخزن بنگستان که نام آن از گروه بنگستان ناشی شده است. در بعضی مواقع نام مخزن به ناحیه و یا موقعیت جغرافیایی مخزن نسبت داده شده ، مانند مخزن گچساران و یا مخازن نفتی خاورمیانه.

سنگهای مخازن دریایی و غیر دریایی

از آنجایی که تشخیص نوع سنگ و جغرافیای گذشته سنگهای مخازن در تشخیص حدود و گستردگی و مقدار ذخیره نفت این سنگها اهمیت بسزایی داشته و به لحاظ اینکه هیدروکربورها در سنگهای با منشا دریایی و غیر دریایی نیز ذخیره شده‌اند، به این دلیل ویژگیهای زیر مشخص کنند، سنگهای دریایی و غیر دریایی از هم می‌باشد.

1. محتویات فسیلی گویای دریایی و یا غیر دریایی بودن آنها می‌باشد.
2. بلورهای فلدسپات موجود در صورت داشتن شکل اوهدرال گویای منشا دریایی سنگ است.
   
   
3. رشد فلدسپات ثانویه در اطراف فلدسپات تخریبی حاکی از محیط دریایی است.
4. توده‌های لایه‌ای ، گسترده و پهن نشانگر رسوب در محیط دریایی است.
   
   
5. مقاومت قابل ملاحظه‌ای از لایه‌های عاری از فسیل ، فاقد جورشدگی قطعات و عدسی مانند ، منعکس کننده ، محیط غیر دریایی است.
   
   
6. بهم ریختگی و بی‌نظمی در رسوبات ممکن است نشانگر واریزه‌های زیر دریایی بوده و یا ناشی از پدیده یخچالی باشد.
   
   
7. لایه‌های زغال سنگی و عدسیهای ماسه‌ای همراه ، محیط غیر دریایی را نشان می‌دهد.
8. بسیاری از رسوبات رودخانه‌ای و کانالی گویای محیط غیر دریایی می‌باشد.

فشار هر بخار در حالت تعادل با مایع خود در دمای معین را فشار بخار تعادل آن مایع می‌نامیم.

حالت تعادل

اگر مایعی در یک ظرف سربسته بخار شود، مولکولهای بخار نمی‌توانند از نزدیکی مایع دور شوند و تعدادی از مولکولهای بخار ضمن حرکت نامنظم خود ، به فاز مایع بر می‌گردند. این فرآیند را برای آب می‌توان با پیکان دوگانه نشان داد:

(H₂O(l)→H₂O(g

سرعت برگشت مولکولهای بخار به فاز مایع ، به غلظت مولکولها در بخار بستگی دارد. هر چه تعداد مولکولها در حجم معینی از بخار باشد، تعداد مولکولهایی که به سطح مایع برخورد کرده ، مجددا گیر می‌افتند، بیشتر خواهد بود. در آغاز ، چون تعداد کمی مولکول در بخار وجود دارد، سرعت بازگشت مولکولها از بخار به مایع کم است. ولی ادامه تبخیر ، موجب افزایش غلظت مولکولها در بخار می‌شود و در نتیجه ، سرعت تراکم افزایش می‌یابد.

سرانجام ، سیستم به حالتی می‌رسد که در آن حالت ، سرعت تراکم و تبخیر برابر می‌شود. حالتی که در آن ، سرعتهای دو تمایل مخالف ( تبخیر و تراکم ) با هم برابر می‌شوند، حالت تعادل نامیده می‌شود.

وضعیت مولکولها در حالت تعادل

در حالت تعادل ، غلظت مولکولها در فاز بخار ثابت است، زیرا مولکولها با همان سرعتی که بر اثر تراکم ( میعان ) از فاز بخار خارج می‌شوند، بر اثر تبخیر در این فاز وارد می‌شوند. به همین منوال ، مقدار مایع نیز در حالت تعادل ثابت است، زیرا مولکولها با همان سرعتی که به مایع برمی‌گردند، بر اثر تبخیر آن را ترک می‌کنند.

باید توجه داشت که حالت تعادل ، دال بر این نیست که هیچ حادثه ای رخ نمی‌دهد؛ در هر سیستمی ، ثابت ماندن تعداد مولکولها در هر یک از دو فاز مایع و بخار نه به‌علت متوقف شدن تبخیر و تراکم ، بلکه به علت برابری این دو تغییر متقابل است.

 

فشار بخار و حالت تعادل

چون در حالت تعادل ، غلظت مولکولها در فاز بخار ثابت است، فشار بخار نیز ثابت است. فشار هر بخار در حالت تعادل با مایع خود در دمای معین را فشار بخار تعادل آن مایع می‌نامیم. فشار بخار هر مایع ، تابع دماست و با افزایش آن زیاد می‌شود. افزایش دما با افزایش فشار بخار همراه است. فشار بخار در دمای بحرانی است. بالاتر از دمای بحرانی تنها یک فاز می‌تواند وجود داشته باشد، یعنی فازهای گاز و مایع متمایز از یکدیگر نیستند.

فشار بخار و نیروهای جاذبه بین مولکولی

مقدار فشار بخار یک مایع ، معیاری از قدرت نیروهای جاذبه بین مولکولی آن مایع را بدست می‌دهد. مایعاتی که نیروهای جاذبه قوی دارند، فشار بخار آنها کم است. در ˚ 20 سانتی‌گراد ، فشار بخار آب ، اتیل الکل و دی اتیل اتر به ترتیب 0.023 atm 0,058 ، atm و 0.582 atm است. از این رو ، نیروهای جاذبه در آب قویترین و در دی‌اتیل اتر ضعیف‌ترین است.

برای اینکه یک جسم ، دیگری را گرم کند تماس واقعی بینشان ضروری نیست. مثلا خورشید از فاصله دور همه چیز را گرم می‌کند. گرما به روشهای مختلف ، که هر کدام تحت شرایط مختلفی قابل انجام است، انقال می‌یابد. تنها وجه مشترک این راههای انتقال ، آزمایشهای مربوط به گرما و تعریف بنیادی گرماست. به عبارتی در هر کدام از روشهای انتقال آزمایشهای مربوط به گرما ، انتقال انرژی از جسم گرمتر به جسم سردتر صورت می‌گیرد.

انتقال رسانشی آزمایشهای مربوط به گرما

اگر یک انتهای سیخی را به مدت زیادی داخل اجاقی گرم نماییم، انتهای دیگر آن نیز گرم می‌شود. آزمایش‌های مربوط به گرما از طریق بدنه سیخ ، از انتهای داغ به انتهای سرد منتقل می‌شود. این روش انتقال آزمایشهای مربوط به گرما ، یا شارش انرژی از طریق مادهرا رسانش گرمایی می‌گویند. فلزات ، بویژه نقره ، مس و آلومینیوم رساناهای خوب آزمایشهای مربوط به گرما و بیشتر غیر فلزات رساناهای ضعیف آزمایشهای مربوط به گرما هستند. ته مسی ماهی‌تابه آزمایشهای مربوط به گرما را در تمام جهات و بطور یکنواخت در ته ماهی‌‌تابه پخش می‌کند. دسته ماهی‌تابه از جنس چوب یا پلاستیک است که رساناهای ضعیفی هستند. وقتی از این مواد برای جلوگیری از رسانش آزمایشهای مربوط به گرما استفاده می‌شود، عایق حرارتی نامیده می‌شوند.

انتقال همرفت آزمایشهای مربوط به گرما

آب رسانای بسیار ضعیف گرماست. اگر یک ظرف آب را زیر شعله اجاق گاز قرار دهید، ممکن است سطح آب به جوش آید، در حالی که ته آب هنوز سرد باشد. برای اینکه آب بطور یکنواخت گرم شود باید آنرا روی شعله اجاق گاز گذاشت. در این حالت ، آب در ته ظرف گرم و منبسط می‌شود و چگالی آن کاهش می‌یابد. در نتیجه آب گرم از ته ظرف بالا می‌آید و آب سرد پایین رفته و به شعله نزدیکتر می‌شود. این فرآیند را که انتقال همرفت می‌نامند، آنقدر ادامه می‌یابد تا تمامی حجم آب داخل ظرف به نقطه جوش برسد.

انتقال آزمایشهای مربوط به گرما از طریق همرفت فقط تحت شرایط معینی اتفاق می‌افتد. اولین شرط این است که ماده شاره باشد (مایع یا گاز) تا بخش گرم کننده آن بتواند از میان بخش سردتر بالا برود. همچنین شاره باید از پایین گرم یا از بالا سرد شود. در خانه بخاری نزدیک کف اتاق قرار دارد در حالیکه قسمت سردکن یخچال در بالای آن واقع است. وسایل زیادی برای جلوگیری از انتقال آزمایشهای مربوط به گرما از طریق رسانش وجود دارد.

این وسایل با جلوگیری از جریان هوا مانع انتقال آزمایش‌های مربوط به گرما می‌شوند. برای همین ، فضاهای میان دیوارهای خانه را با اسفنج پر می‌کنیم، خودمان را با لایه‌های پشمی می‌پوشانیم و کولمنهای مسافرتی را از اسفنج می‌سازیم. آزمایشها نشان می‌دهد هوا رسانای ضعیفی است و اگر ما بتوانیم آنرا گیر بیاندازیم، می‌توانیم از انتقال همرفتی گرما هم جلوگیری کنیم.

انتقال آزمایشهای مربوط به گرما از طریق تابش

آزمایشهای مربوط به گرما از خورشید از طریق یک فضای وسیع خلا و تهی به زمین می‌رسد و این مسیر را بصورت اشعه ، مانند نور ولی نامرئی طی می‌کند. هر جسم گرم ، حتی انسان از خود اشعه‌هایی گسیل می‌کند. اجسام سرد این آزمایشهای مربوط به گرما را جذب می‌کنند ، بنابراین مثل همیشه انتقال خالص آزمایشهای مربوط به گرما از جسم گرم به جسم سرد صورت می‌گیرد. از اینرو ، آزمایش‌های مربوط به گرما همانند نور از طریق تابش و به خط مستقیم منتقل می‌شود. برای همین ، وقتی در آزمایشهای مربوط به هوا باز مقابل آتش می‌نشینیم، صورت ما از آزمایشهای مربوط به گرما سرخ می‌شود و پشت ما سردتر می‌شود.

کارایی یک جسم در تابش یا جذب آزمایشهای مربوط به گرما به رنگ سطح آن بستگی دارد. جسم سیاه هر تابشی را به سرعت و با کارایی زیاد جذب می‌کند. توانایی تابش انرژی گرمایی از سطح بستگی نزدیکی به توانایی جذب انرژی تابشی توسط آن سطح دارد. جسم سیاه هنگامی که گرم است، یک تابنده عالی است. به همین دلیل پرده‌های خنک کننده موتورها را همواره رنگ سیاه می‌زنند. اما جسم سفید نه جذب کننده خوبی است و نه تابشگر خوب است. به عنوان مثال سطح نقره مانند اغلب فلزات همانند جسم سفید عمل می‌کنند. برای عایق بندی اتاقکهای زیر شیروانی از یک لایه ورق آلومینیوم نیز استفاده می‌شود. ورق آلومینیوم از تابش گرمای داخل به خارج در زمستان و از تابش گرمای خارج به داخل در تابستان جلوگیری می‌کند.

از نظر رفتار الکتروستاتیکی مواد را به دو دسته بزرگ تقسیم می‌کنند. این دو دسته بزرگ شامل مواد عایق و اجسام رسانا هستند. رساناها مانند فلزات ، موادی هستند که تعداد بسیار زیادی حامل بار اساسا آزاد دارند. این حاملهای بار می‌توانند آزادانه در سرتاسر جسم رسانا حرکت کنند.

دی الکتریکها یا مواد عایق دسته دیگری از مواد هستند که در آنها تمام ذرات باردار به نحوی نسبتا محکم به مولکولهای تشکیل دهنده مواد مقید هستند. این ذرات باردار ممکن است تحت تاثیر میدان الکتریکی اندکی جابجا شوند، اما از مجاورت مولکولهایی که به آنها مقیدند، دور نمی‌شوند. به بیان دیگر ، این تعریف فقط در مورد یک ماده عایق کامل یا ایده‌آل ، یعنی دی الکتریکی که در حضور میدان الکتریکی خارجی به هیچ وجه رسانایی از خود نشان ندهد، صادق است. اما مواد عایق واقعی اندکی رسانایی از خود نشان می‌دهند.

قدرت دی الکتریک

فرض کنید که یک ماده عایق تحت تاثیر یک پتانسیل ثابت قرار دارد. حال اگر مقدار پتانسیل را اندک اندک افزایش دهیم، زمانی فرا می‌رسد که ماده دیگر عایق بودن خود را از دست داده و یه یک جسم رسانا تبدیل می‌شود. بر این اساس مقدار میدان الکتریکی را که در بالاتر از آن ماده عایق تبدیل به رسانا می‌شود، قدرت دی الکتریکی آن عایق می‌گویند.

مواد نیمه رسانا

گفتیم که از نظر الکتریکی مواد مختلف به دو دسته عایق و رسانا تقسیم می‌شوند، اما خواص الکتریکی برخی از مواد در حد فاصل میان رساناها و دی الکتریکها قرار دارد. این دسته از مواد را اصطلاحا نیمه رسانا می‌گویند. رفتار این مواد در یک میدان الکتریکی ایستا خیلی به رفتار اجسام رسانا شبیه است، اما پاسخ گذرای آنها از پاسخ رساناها اندکی کندتر است. برای این مواد مدت بیشتری طول می‌کشد تا در یک میدان الکتریکی ایستا به حالت تعادل برسند.

مواد عایق قطبیده

ماده عایق یا دی الکتریک ایده‌آل آن است که بار آزاد نداشته باشد. با وجود این محیطهای دی الکتریکی ، از مولکولها و مولکولها نیز به نوبه خود از ذرات بارداری (هسته‌های اتمی و الکترونها) تشکیل شده‌اند، بنابراین مولکولهای دی الکتریک یقینا تحت تاثیر میدانهای الکتریکی قرار می‌گیرند. میدان الکتریکی سبب می‌شود که نیرویی به هر ذره باردار وارد شود، ذرات با بار مثبت در جهت میدان رانده می‌شوند و ذرات با بار منفی در جهت مخالف آن، به گونه‌ای که قسمتهای مثبت و منفی هر مولکول از مواضع حالت تعادل خود خارج و در دو جهت مخالف جابجا می‌شوند.

مقدار جابجایی فوق به دلیل ایجاد نیروهای قوی بازگرداننده‌ای که در اثر تغییر پیکربندی مولکولها بوجود می‌آیند، محدود است. تاثیر کلی از لحاظ ماکروسکوپی را می‌توان این طور تجسم کرد که تمامی بار مثبت دی الکتریک نسبت به بار منفی آن جابجا شده است. در این صورت اصطلاحا گفته می‌شود که ماده دی الکتریک قطبیده شده است.

 

قطبش مواد عایق

مواد عایق روی هم رفته از لحاظ الکتریکی خنثی هستند، اما هرگاه ماده دی الکتریک قطبیده شود، در این صورت جدایی بارهای مثبت و منفی تحقق پیدا می‌کند. به هر مولکول ماده دی الکتریک کمیتی به نام گشتاور دو قطبی الکتریکی نسبت می‌دهند و چون هر ماده از تعداد زیادی مولکول تشکیل شده است، بنابراین گشتاور دوقطبی الکتریکی واحد حجم ماده قطبش نامیده می‌شود. قطبش کمیت فوق‌العاده مهمی است که برای محاسبه میدان الکتریکی حاصل از مواد عایق بسیار مهم است.

کاربرد مواد عایق به عنوان دی الکتریک در خازنها

دو رسانا که بتوانند بارهای مساوی و مختلف‌العلامه را در خود ذخیره کنند و اختلاف پتانسیل میان آنها به باردار بودن سایر رساناهای دیگر دستگاه بستگی نداشته باشد، به عنوان خازن معروف هستند. معمولا میان دو صفحه خازن ماده دی الکتریک قرار می‌دهند. قرار دادن ماده دی الکتریک بین صفحات خازن سه اثر دارد:

• اول اینکه مسئله مکانیکی جدا نگاه داشتن دو صفحه نازک فلزی با فاصله بسیار کم ، بی آنکه با هم تماس حاصل کنند، حل می‌شود.
  
  
• دوم اینکه هر جسم دی الکتریک وقتی در میدان نسبتا قوی قرار گیرد، دستخوش فرو ریزش دی الکتریکی می‌شود که به معنی یونیده شدن نسبی و عامل ایجاد نوعی رسانایی است که در یک عایق ایجاد می‌شود. بسیاری از عایقها می‌توانند میدان الکتریکی قویتر از آنچه را که باعث فروریزی هوا می‌شود، تحمل کنند، بی آنکه خود فرو ریزند.
  
  
• نکته آخر اینکه ظرفیت خازنی با ابعاد معین ، با قرار دادن لایه دی الکتریک بین صفحات آن ، نسبت به موقعی که بین صفحات هوا یا خلا است، افزایش می‌یابد. این اثر عملا با یک الکترومتر حساس (وسیله‌ای که اختلاف پتانسیل بین دو صفحه خازن را بدون تغییر بار آن اندازه می‌گیرد) قابل مشاهده است.

ماری کوری در سال 1867 در لهستان متولد شد. او، به عنوان یک کودک، مردم را با حافظه خارق‌العاده‌اش، شگفت‌زده می‌کرد. او خواندن را وقتی تنها چهار سالش بود، آموخت.

 پدرش یک پروفسور علوم بود. ابزارهایی که او در جعبه‌ای شیشه‌ای نگهداری می‌کرد، ماری را مجذوب می‌کرد. ماری رؤیای دانشمند شدن را در سر می‌پروراند، اما میدانست این کار آسان نخواهد بود. خانواده‌اش خیلی فقیر شدند و در سن 18 سالگی، ماری یک معلم سرخانه شد و به خواهرش برای درس خواندن در پاریس کمک مالی می‌کرد. بعدها خواهرش نیز او را در تحصیلش یاری کرد.
 در آن روزها، برای دختران دانشگاهی در لهستان نبود. بنابراین، در سال 1891، ماری به دانشگاه سوربن در پاریس رفت. او به قدری فقیر بود که تنها نان و کره می‌خورد و چای می‌نوشیدو لباسهای کهنه‌ای را که با خود از Warsaw آورده بود می‌پوشید.

هر روز تا 10 شب در کتابخانه درس می‌خواند، پس از آن به اتاق سرد کوچکش می‌رفت و تا ساعت 2 یا 3 صبح مطالعه می‌کرد.
بعد از 4 سال در سوربن، ماری با Pierre Curie یک فیزیکدان مشهور، ازدواج کرد. (یک فیزیکدان یک دانشمند است که طبیعت فیزیکی جهان را مطالعه می‌کند ـ اشیاء از چه ساخته شده‌اند و چرا اینطور رفتار می‌کنند).

همراه با Curie به دنبال عناصر جدید گشتند. آنها سنگ معدن اورانیوم را گرفتند، آسیاب کردند و جوشاندند. آنها، آنرا با اسیدها و سایر مواد شیمیایی مورد آزمایش قرار دادند. سرانجام پس از چهار سال کار سخت ومصرف تن‌ها سنگ معدن، آنها یک دهم گرم رادیوم خالص داشتند. آنها نخستین عنصر رادیواکتیو را کشف کرده بودند

در سال 1903، ماری، پیر و یک دانشمند دیگر به نام Henry Becquerel، جایزه نوبل در فیزیک را به خاطر کشف رادیوم و مطالعه رادیواکتیویته بردند. ماری کوری اولین زنی بود که جایزه نوبل فیزیک را برد. بعدها، او یک جایزه نوبل دیگر در شیمی برد

در زمان جنگ جهانی اول، ماری بر روی اشعه‌های X کار می‌کرد. او باور داشت که آنها می‌توانند در درمان بیماریهایی مانند سرطان کمک کنند. او هیچ‌گاه سعی نکرد که از کشفیاتش برای مال‌اندوزی استفاده کند، زیرا معتقد به کمک به دیگران بود

رادرفورد در 30 اوت سال 1871 در حومه برایت واتر شهر نلسون واقع در ساحل شمالی جزیره جنوبی نیوزلندبه دنیا آمد.چهارمین فرزند از دوازده فرزند جیمز و مارتا رادرفورد ¸ نیوزلندی های نسل اولی که در کودکی از اسکاتلند به زلاندنو آورده شده بودند.

خانواده رادرفورد یک خانواده پرجمعیت دوازده بچه ای بود که اعضای آن همه در انجام کارهای روزمره خانواده مشارکت می کردند. اهل خانواده همگی افرادی جدی¸کلیسا رو¸خوش حال وبا فرهنگ بودند.علاقمندی رادر فورد به علوم از کودکی بروز کرد. او ده ساله بود که کتاب پر طرفداری به نام خواندنی های اولیه در فیزیک تالیف بلفورت استوارت را به دست آورد. کتاب استوارت مشابه کتاب های خود آموز امروزی بود که در آنها نحوه نمایش اصول پایه فیزیک با استفاده از اشیای ساده موجود در خانه مانند :سکه ¸ شمع¸سنگ وزنه و وسایل آشپزخانه به خواننده یاد داده می شد. رادرفورد سخت شیفته آن کتاب شده بود. نخستین بورس از بورس های تحصیلی متعدد زندگی خود را در 1887 به دست آورد که 16 ساله بود . بورس تحصیلی بعدی وی را قادر به ثبت نام در دانشکده کنتربوری کرد . وی رشته های تحصیلی اصلی خود را فیزیک و ریاضی انتخاب کرد که از بخت مساعد در هر دوی آنها معلمان خوبی هم داشت . رادرفورد در پایان دوره آموزشی سه ساله خود ¸درجه کارشناسی ریاضی و فیزیک – ریاضی و(به طور کلی )علوم فیزیکی را به پایان رسانید . رادرفورد در پی انتشار دو مقاله مهم درباره فعالیت تشعشعی مواد در سال 1895 جایزه مهمی به شکل یک بورس تحصیلی دریافت کرد . مقررات اعطای جایزه حق انتخاب موسسه آموزشی را به برنده جایزه می داد که رادرفورد آزمایشگاه کاوندیش دانشگاه کمبریج به مدیریت جی. جی تامسون (نظریه پرداز پیشتاز الکترومغناطیسی )را برگزید. در آن سال ویلهلم کنراد رونتگن فیزیک دان آلمانی موفق به کشف اشعه X شد . کشف مهم دیگری که منجر به شروع کار اصلی رادرفورد شد ¸ کشف هانری بکرل فرانسوی در سال 1898 بود.رادرفورد به کمبریج آمد و تامسون که استاد فیزیک تجربی بود¸ رادرفورد را فعالانه در آزمایشگاه به کار گرفت .رادرفورد در اوایل کار تحقیقاتی خود با انجام آزمایشی که فکر آن از خودش بود دو تابش رادیواکتیو ناهمانند را شناسایی کرد. او پی برد بخشی از تابش با برگه ای به ضخامت یک پانصدم سانتیمتر قابل ایستادن بود اما برای متوقف کردن بخش دیگر¸برگه های بس ضخیم تر لازم بود.اولین اشعه را که با بار الکتریکی مثبت و یونیزه کننده ای قوی بود و به سهولت در مواد جذب می شد اشعه آلفا نام نهاد . اشعه دوم را که تابشی با بار الکتریکی منفی بود و تشعشع کمتری ایجاد می کرد اما قابلیت نفوذ آن در مواد بیشتر بود بتا نامیدتابش نوع سومی که شبیه پرتو X بود در سال 1900 به وسیله پل اوریچ ویلارد(فیزیکدان فرانسوی)کشف شد.این پرتو نافذ ترین تابش را داشت . طول موج آن بسیار کوتاه و بسامد آن فوق العاده زیاد بود .تابش جدید پرتو گاما نام گرفت . رادرفورد و همکارانش کشف کردند فعالیت تشعشعی طبیعی مشهود در اورانیوم فرآیند خروج ذره آلفا از هسته اتم اورانیوم به صورت یک هسته اتم هلیم و بر جای ماندن اتمی سبک تر از اتم اورانیوم در اورانیوم به ازای هر خرج ذره آلفا از آن است . از کشف آنها نتیجه گیری شد که رادیم تنها عنصر از عناصر حاصل از فعالیت تشعشعی اورانیوم است . رادرفورد در سال 1903 به عضویت انجمن سلطنطی لندن درآمد و در سال 1904 نخستین کتاب خود را به نام فعالیت تشعشعی که هنوز از کتابهای کلاسیک این زمینه به شمار می رود را چاپ کرد. شهرت روز افزون رادرفورد در جوامع علمی از طرف دانشگاه ها تصدی کرسی های زیادی به وی پیشنهاد شود . او در سال1907 به انگلستان بازگشت تا تصدی مقام مذکور را در دانشگاه منچستر به عهده بگیرد. رادرفورد در دانشگاه منچستر رهبر گروهی شد که به سرعت دست به کار تدوین نظریه های تازه درباره ساختار اتم زدند. آن دوره از پرثمرترین دوره زندگی دانشگاهی او بود . رادر فورد به پاس کوشش های علمی خود در دانشگاه منچستر نشان ها و جوایز زیادی دریافت کرد که دریافت جایزه علمی نوبل سال1907 در شیمی نقطه اوج آن بود. این نشان افتخار البته برای کارهایی که در زمینه فعالیت تشعشعی عناصر کرده بود به او دادند . بزرگترین دستاوردرادرفورد در دانشگاه منچستر کشف ساختار هسته اتم بود . پیش از رادرفورد اتم به گفته خود او یک موجود نازنین سخت قرمز یا به حسب سلیقه خاکستری بود اما اینک یک منظومه شمسی بسیار ریز متشکل از ذرات بیشمار بود که مظنون به نهفته داشتن اسرار ناگشوده متعدد دیگر در سینه هم بود . رادرفورد در سال 1937 در اثر یک فطق محتقن در گذشت . او در آن هنگام 66 ساله و هنوز سرزنده و قوی بود . سهم رادرفورد در شکل گیری درک کنونی ما از ماهیت ماده از هر کس دیگری بیشتر است و او را پدر انرژی هسته ای نامیده اند .