تخمک

تُخمَک، یاخته‌ای است که پس از ترکیب با اسپرم هستهٔ اولیهٔ جنین (یاخته تخم یا زیگوت) را تشکیل می‌دهد.

تخمک گامت ماده‌است که درون تخمدان جاندار ماده قرار گرفته و پس از بارورسازی به یاختهٔ تخم تبدیل می‌شود. بارورسازی عبارت است از ترکیب گامت ماده با گامت نر یا اسپرم.

در متازوئرها تولید مثل جنسی به وسیلهٔ یاختههای ویژه‌ای صورت می‌گیرد که نشانهٔ دو جنس گوناگونند. این یاخته‌ها که گامت نام دارند و توسط اندامهای ویژه یا غده‌های تناسلی به وجود می‌آیند و از یکی شدن و ترکیب این دو یاخته، یعنی گامت نر یا اسپرم با گامت ماده یا تخمک است که فرد جدیدی که تمام ویژگیهای گونه را در بر دارد، پدید می‌آید. جانداری که سازندهٔ اسپرم است جاندار نر و سازندهٔ تخمک را جاندار ماده می‌گویند.[۱]

تخمک، یاختهٔ نسبتاً بزرگی به شمار می‌آید و به دلیل داشتن انباشتهٔ غذایی فراوان، حدود ۰/۱ میلی‌متر قطر دارد و به همین دلیل می‌توان آن را با چشم غیرمسلح دید. در سطح تخمک هر نوع جانور، پادگنهای ویژه‌ای وجود دارد که معمولاً فقط با اسپرم همان گونهٔ جانور توانایی آمیزش دارد.

تعیین دقیق زمان تخمک‌گذاری می‌تواند در تعیین جنسیت فرزند موثر باشد. در طول یک دورهٔ ماهیانه یک بار تخمک‌گذاری رخ می‌دهد و ۴ تا ۵ روز احتمال بارداری برای زن وجود دارد.[۲]

هنگامی که دختری زاده می‌شود، تخمک فرزندی را که در آینده قرار است بزاید در تخمدان خود دارد.[۳]
باروری
ورود یک یاخته اسپرم به تخمک.

تخمک‌گذاری بخشی از چرخهٔ قاعدگی ماهانهٔ یک زن سالم است و معمولاً در میانه‌های این چرخه، عادت ماهانه رخ می‌دهد. تخمک‌گذاری به آزاد شدن تخمک بالغ و در دسترس قرار گرفتن آن برای بارورسازی گفته می‌شود. هنگامی که یک دختر زاییده می‌شود، تخمدانهایش دارای میلیون‌ها تخمک نابالغ است. به طور معمول در هر ماه تنها یک تخمک، بالغ و رها می‌شود.[۴]

به محض اتصال یک اسپرم به تخمک، دیگر تخمک در واقع بارور شده و زن آبستن می‌شود و در این مرحله ساز و کاری را اجرا می‌کند که باعث می‌شود دیگر هیچ اسپرمی توانایی نفوذ به تخمک را پیدا نکند. به این صورت که با آغاز آبستنی تخمک بارورشده، یک مادهٔ خلطی‌شکل را به نام زونا پلوسیدا (به انگلیسی:Zona pellucida)، که بسیار هم محکم است، پیرامون خود تولید می‌کند و به این طریق از ورود دیگر اسپرم‌ها به درون تخمک جلوگیری می‌نماید. در این هنگام است که تخمک وارد رحم شده و آغاز به رشد می‌کند. البته گاهی هم به دلیل چسبندگی لولهٔ رحمی تخمک وارد رحم نمی‌شود و همانجا آغاز به رشد می‌کند که در این صورت وضعیت خطرناکی را پیش می‌آورد.[۵]

یاخته‌ای که از پیوند تخمک و اسپرم پدید می‌آید، تخم نام دارد. در عرض ۲ روز پس از بارداری، تخم سفر خود را از طریق لولهٔ حمل تخمک به سمت رحم آغاز می‌کند که این امر با فعالیت ماهیچه‌های دیوارهٔ لوله میسر می‌شود. در همین زمان، تخم خود را چندین بار تقسیم می‌کند تا گروهی از یاخته‌ها به نام مورولا حاصل شود. پس از۵ تا ۷ روز این مجموعهٔ یاخته به رحم می‌رسد. این مجموعه خود را به صورت امنی در سطح داخلی رحم جای می‌دهد و به رشد خود ادامه می‌دهد.

ماده (جنس)

ماده، مادینه، مونث (♀) جنس یک سازواره (موجود زنده) است که سلول جنسی تخمک را می‌سازد.

میدان مغناطیسی

در الکترو مغناطیس کلاسیک تعریف میدان مغناطیسی به صورت «میدان حاصل از بار الکتریکی در حال حرکت در اطراف آن» می‌باشد. به بیان ساده تر میدان مغناطیسی حاصل تاثیر دو میدان الکتریکی (مثلا دو بار مثبت و منفی) بر روی هم است که منجر به درست شدن یک میدان مغناطیسی می شود.

میدان مغناطیسی از تک بارها، سیمهای حامل جریان، جهتگیری دوقطبی‌های مغناطیسی (آهنرباهای دایمی)، جریان سیال رسانا (میدان مغناطیسی زمین) ایجاد می‌شوند.
نقشه ساده‌ای از میدان مغناطیسی کره زمین که منبع میدان مغناطیسی زمین را به صورت یک آهنربا نشان می‌دهد. قطب شمال زمین در نزدیکی بالای تصویر و قطب جنوب نزدیک پایین آن است. توجه کنید که قطب جنوب آهنربا در اعماق داخل زمین در زیر قطب جنوب مغناطیسی آن است. میدان مغناطیسی زمین حاصل عبور جریان دائم الکتریکی در هسته مایع خارجی آن است

در الکترو دینامیک نسبیتی بین میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی تفاوتی وجود ندارد و تعریف میدان الکترو مغناطیسی به صورت «اثر بار الکتریکی در اطراف آن» تعریف می‌شود. چون حرکت کاملاً نسبی در نظر گرفته می‌شود و نمی‌توان بین بار ثابت و بار متحرک تفاوتی قایل شد(متحرک بودن یا ثابت بودن برای ناظرهای مختلف تفاوت می‌کند). نیروی حاصل از این میدان را نیروی لورنتس می‌خوانند.

به بیانی دیگر میدان مغناطیسی میدانی است که توسط یک جسم مغناطیسی یا ذرات، و یا با تغییر میدان الکتریکی، تولید شده‌است [۱] و توسط نیرویی که روی دیگر مواد مغناطیسی و یا حرکت بار الکتریکی اعمال می‌شود شناسایی می‌شود. میدان مغناطیسی در هر نقطه داده شده توسط هر دو پارامتر جهت و شدت (یا مقاومت) مشخص می‌شود، که به عنوان یک میدان برداری شناخته می‌شود.[۲] اشیایی که خود میدان مغناطیسی تولید می‌کنند آهنربا نامیده می‌شوند. آهن رباها توسط نیروها و گشتاورهایی که توسط میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند بر یکدیگرتاثیر می‌گذارند. آهن ربا معمولاً خود را در جهت میدان مغناطیسی موضعی تراز می‌کند. قطبنماها از این اثر برای اندازه گیری جهت میدان مغناطیسی موضعی، تولید شده توسط زمین استفاده می‌کنند. ریاضیات پیچیده که میدان مغناطیسی یک شی را نشان می‌دهد با استفاده از خطوط میدان مغناطیسی نشان داده می‌شوند. این خطوط صرفا یک مفهوم ریاضی است وبه صورت فیزیکی وجود ندارد. با این حال، برخی پدیده‌های فیزیکی از قبیل تراز شدن براده‌های آهن در یک میدان مغناطیسی، به مانند خطوط در یک الگوی مشابه با خطوط فرضی میدان مغناطیسی از جسم را تولید می‌کند. جهت خطوط میدان مغناطیسی که تراز دلخواه برای براده آهنی که بر روی کاغذی که بر روی یک نوار آهنربا قرار دارد، پاشیده شده‌است.نشان می‌دهد. جاذبه متقابل قطب مخالف براده آهن منجر به تشکیل خوشه‌های دراز از براده در امتداد خطوط میدان شده‌است.
قاعده دست راست

جریان الکتریسیته و انتقال شار الکتریکی میدان مغناطیسی تولید می‌کند. حتی میدان مغناطیسی از یک ماده مغناطیسی را می‌توان به عنوان مدل حرکت شار الکتریکی الگو گرفت. [۳] میدان مغناطیسی نیز بر روی حرکت شارالکتریکی نیرو وارد می‌کند. میدان‌های مغناطیسی در داخل و با توجه به مواد مغناطیسی می‌تواند کاملا پیچیده باشد.میدان مغناطیسی با مواد دیگر اثر متقابلی دارد، بنابر این میدان مغناطیسی متقابلی با مواد دیگر ایجاد می‌کند. شرح میدان مغناطیسی در داخل آهنربا شامل دو رشته جداگانه‌است که می‌تواند هر دو به نام میدان مغناطیسی، میدان مغناطیسی B و میدان مغناطیسی H نامیده شود. اینها توسط یک میدان سوم که توصیف حالت مغناطیسی مواد مغناطیسی در درون آنهاست، که مغناطیس کنندگی نامیده می‌شود تعریف می‌شود. انرژی مورد نیاز برای ایجاد میدان مغناطیسی می‌تواند زمانی که میدان از بین می‌رود اصلاح شود. و این انرژی می‌تواند، به عنوان "ذخیره شده" در میدان مغناطیسی در نظر گرفته شود. انرژی ذخیره شده در مواد مغناطیسی به مقادیر B و H بستگی دارد. میدان الکتریکی میدانی است که توسط شار الکتریکی ایجاد شده‌است و این میدان‌ها به طورتنگاتنگی به میدانهای مغناطیسی مربوط می‌شوند؛ تغییر در میدان مغناطیسی میدان الکتریکی و تغییر در میدان الکتریکی میدان مغناطیسی تولید می‌کند. (رجوع کنید به الکترومغناطیس.) ارتباط کامل بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی و جریان وشار که آنها را ایجاد می‌کنند، توسط مجموعه‌ای از معادلات ماکسول توصیف می‌شوند. با در نظرگرفتن این ارتباط خاص، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی دو جنبهٔ مرتبط از یک موضوع منفرد، به نام میدان الکترو مغناطیسی هستند.یک میدان الکتریکی خالص، در یک چارچوب مرجع، به عنوان ترکیبی از هر دو میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی که در یک چارچوب مرجع حرکت می‌کند، مشاهده می‌شود. در فیزیک کوانتومی، میدان مغناطیسی خالص (و الکتریکی) را توسط اثرات ناشی از فوتون‌های مجازی می‌توان درک کردو در زبان مدل استاندارد، نیروی الکترومغناطیسی در تمام مظاهر توسط فوتون واقع می‌شود.در اغلب موارد این شرح میکروسکوپی مورد نیاز نمی‌باشد چرا که نظریه کلاسیک ساده، قانع کننده‌است؛ تفاوت تحت میدان با انرژی پایین تردر اکثر شرایط قابل اغماض است.
جهت میدان مغناطیسی در نزدیکی قطب‌های آهنربا با قرار دادن قطب نما در نزدیک آن مشخص می‌شود. همانطور که دیده می‌شود میدان مغناطیسی به سمت قطب S آهنربا و به سمت خارج از قطب N آن است

میدان‌های مغناطیسی در جوامع قدیمی و مدرن استفاده‌های بسیار داشته‌است. زمین میدان مغناطیسی خود را تولید می‌کند.که در جهت یابی ای که توسط قطب شمال قطب نما که به سمت قطب جنوب میدان مغناطیسی زمین منحرف شده‌است، بسیار حایز اهمیت است.از چرخش میدان مغناطیسی در موتور الکتریکی و ژنراتور بهره گرفته شده‌است. نیروهای مغناطیسی ارائه دهنده اطلاعاتی در مورد حرکت شار از طریق اثر هال هستند. تداخل میدان‌های مغناطیسی در دستگاه‌های برقی مانند ترانسفورماتورها در نظم حوزه‌های مغناطیسی مورده مطالعه قرار گرفته‌اند. مطالعه میدان مغناطیسی به عنوان یک موضوع مجزا از آهنربا در قرن 13 هنگامی که پترو پرگرینوس د ماریکور میدان مغناطیسی آهنربای کروی را مطالعه کردو فرض نمود که زمین خود یک آهنربا است.، آغاز شد. تمایزمدرن بین میدان‌های B و H در قرن 19 کشف شد. رابطه بین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در مجموعه‌ای از معادلات ماکسول در نیمه دوم قرن 19کشف شد. و مفهوم الکترومغناطیس متولد شد. روندی که در پشت معادلات ماکسول قرار داشت در نیمه اول قرن 20 مشخص شد، هنگامی که ارتباط خاص آنها نشان داده شد.. شرح کاملی از الکترومغناطیس، الکترودینامیک کوانتومی و یا QED نامیده می‌شود، که شامل مکانیک کوانتومی که در اواسط قرن 20 کشف شد، است.

محتویات

    ۱ B و H
    ۲ نیروی الکترومغناطیسی سیم حامل جریان
    ۳ میدان مغناطیسی اطراف سیم راست
    ۴ میدان مغناطیسی داخل پیچه مسطح حامل جریان
    ۵ میدان مغناطیسی داخل سیملوله حامل جریان
    ۶ میدان مغناطیسی و آهن ربای دائم
    ۷ گشتاور در آهنربا مربوط به میدان B
    ۸ کاربرد در پژوهش‌ها
    ۹ منابع

B و H

میدان مغناطیسی برای دو میدان برداری مختلف استفاده می‌شود، که میدان‌های B و H نامیده می‌شوند توجه [۴] بسیاری از نام‌های جایگزین برای هر دو وجود دارد )نگاه کنید به جداول زیر) برای اجتناب از اشتباه، در این مقاله از میدان B و میدان H استفاده کرده‌است.در هر مورد که هر دوی آنها استفاده شده‌اند از میدان مغناطیسی نام برده شده‌است.
Alternative names for B name     used by
magnetic flux density     electrical engineers
magnetic induction     applied mathematicians
electronics engineers
magnetic field     physicists
Alternative names for H name     used by
magnetic field intensity     electrical engineers
magnetic field strength     electronics engineers
auxiliary magnetic field     applied mathematicians
magnetizing field     physicists

خارج از مواد، میدان‌های B و H غیر قابل تشخیص هستند. (آنها تنها در واحدهای خود و مقدار، متفاوتند و درتغییرات زمانی و مکانی تفاوتی ندارند .) تنها در داخل ماده‌ای که تفاوت مهم است. میدان B به جریان بستگی دارد(هم ماکروسکوپی وهم میکروسکوپی مانند حرکت الکترون به دور هسته آن). در حالی که میدان H به جریان‌های ماکروسکوپی و برداری که به پدیده شار مغناطیسی بسیار نزدیک است، بستگی دارد.

میدان B را می‌توان در بسیاری جهات مشابه، بر اساس اثرات آن بر روی محیط اطراف آن تعریف کرد. به عنوان مثال، یک ذره با بار الکتریکی ، q، و حرکت در میدان B با سرعت ، v، نیرویی به نام ، F، ایجاد می‌کند که نیروی لورنتس نامیده می‌شود.(پایین را ببینید.( در واحد SI، نیروی لورنتس برابر است با: \mathbf{F}=q\left(\mathbf{v}\times\mathbf{B}\right) که در آن × بردار ضرب خارجی است.یک تعریف متناوب کاری از میدان B را میتوان از لحاظ گشتاور دو قطبی مغناطیسی در میدان B ارایه داد:

    \boldsymbol{\tau}=\mathbf{m_m}\times\mathbf{B}

برای دو قطبی مغناطیسی لحظه‌ای m (در آمپر متر مربع). میدان B در واحد SI تسلا ودر واحد cgs گاوس نامیده می‌شود. (1 تسلا = 10000 گاوس). در واحد SI تسلا برابر است با: (کولن × متر) / (نیوتن × ثانیه) همان طور که از قسمت مغناطیسی قانون نیروی لورنتس می‌توان دید: Fmag = (qv × B). H به عنوان اصلاحی برای B به علت میدان مغناطیسی تولید شده توسط مواد واسطه خواهد بود، به طوری که (در SI) :

    \mathbf{H}\ \equiv \ \frac{\mathbf{B}}{\mu_0}-\mathbf{M},

که در آن M مغناطیسی شدن ماده و μ0 نفوذ پذیری مغناطیسی در فضای خالی است (یا پایداری مغناطیسی).[۵] میدان H با یکای آمپر بر متر در SI.(A/m) و اورستد (Oe) در cgs اندازه گیری می‌شود. در موادی که M متناسب باB است، رابطه بین B و H را می‌توان به فرم ساده تر نوشت : H = B/μ که در آن μ پارامتر وابسته به مواد به نام نفوذ پذیری است. در فضای خالی، هیچ مغناطیسی وجود نداردM به طوری که H = B/μ هر چند، برای بسیاری از مواد، هیچ رابطهٔ ساده‌ای بین B و M وجود ندارد به عنوان مثال، مواد فرومغناطیسی و ابررساناها خاصیت مغناطیسی شدنی دارند که یک تابع چند ارزشی از B مربوط به پسماند مغناطیسی است.
نیروی الکترومغناطیسی سیم حامل جریان

اگر سیمی را که حامل جریان برق است در یک میدان مغناطیسی قرار دهیم بر این سیم نیرویی وارد میشود.این نیرو با طول سیم(L)ومیدان مغناطیسی(B)رابطه مستقیم دارد و از رابطه F=L I B SINα بدست می آید.بنابر این رابطه اگر سیم در راستای میدان مغناطیسی قرار گیرد نیروی وارد بر آن صفر است زیرا: α=0 OR π در نتیجه 0=F واگر سیم به صورت عمود قرار گیرد نیروی آن به حد اکثر میرسد.اگر سیم دارای شکلی نا منظم باشد آن را به دو مولفه(عمودی و افقی)تقسیم می کنیم و از مولفه عمودی استفاده می کنیم.برای پیدا کردن جهت میدان بر اساس قاعده دست راست عمل می شود.
میدان مغناطیسی اطراف سیم راست
میدان مغناطیسی داخل پیچه مسطح حامل جریان
میدان مغناطیسی داخل سیملوله حامل جریان
میدان مغناطیسی و آهن ربای دائم

آهنرباهای دائم اشیائی هستند که میدانهای مغناطیسی مداوم خود را تولید می‌کنند. همه آهنرباهای دائم دو قطب شمال و جنوب دارند. آنها از مواد فرومغناطیسی مانند آهن و نیکل که مغناطیسی شده‌اند ساخته شده‌اند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آهنرباها، مغناطیسی شدن و در زیر فر
شعاع‌های الکترون در یک دایره حرکت می‌کنند. نور نتیجه برانگیختگی اتم‌های گاز در لامپ است

متاسفانه مفهوم قطبهای 'شار مغناطیسی' با دقت آنچه در داخل آهنربا اتفاق می‌افتد را منعکس نمی‌کند (نگاه کنید به فرو مغناطیسی شدن)؛ شار مغناطیسی وجود ندارد. به عنوان مثال، بر خلاف شارالکتریکی، آهن رباها نمی‌تواند قطب‌های جداگانه ای در شمال و جنوب قطب داشته باشند؛ همه آهنرباها جفت شمال و جنوب دارند. علاوه بر این، آهنربای کوچک داخل آهنربا بزرگتر در جهت مخالف به آن چه از میدان H انتظار می‌رود پیچیده می‌شود. شرح فیزیکی صحیح تر مغناطیسی شدن شامل حلقه‌های اتمی جریان که در سراسر آهنربا توزیع شده‌است، می باشد. [۶] در این مدل، یک آهنربا از بسیاری از آهنرباهای کوچک، به نام دو قطبی مغناطیسی که هر کدام یک جفت قطب شمال و جنوب مربوط به جریان الکتریکی دارند، تشکیل شده‌است. هنگامی که در ترکیب آنها به صورت یک آهنربا که قدرت مغناطیسی دارد m. که برای راحتی محاسبات ریاضی است، همچنین با توجه به جهت متناظر با جهت گیری‌های میدان مغناطیسی آن را تعریف می‌کنند. برای آهنرباهای ساده ، m در جهت خط از جنوب تا قطب شمال آهن ربا کشیده شده‌است. نیروی گرانش بین دو آهنربا کاملا پیچیده و وابسته به قدرت و جهت گیری هر دو آهنربا و وابسته به مسافت و و جهت آهنرباهای متصل به یکدیگر.است. نیرو حساس به چرخش از آهن ربا به علت گشتاور مغناطیسی است. نیروی هر آهنربا در هر لحظه بستگی به خود آهنربا و میدان مغناطیسی B [۷] از سوی دیگر، دارد. میدان B یک آهنربا ی کوچک بسیار پیچیده تر است. در ریاضیات، نیرو در یک آهنربای که یک مغناطیسی شدن لحظه‌ای m، مربوط به میدان مغناطیسی Bدارد برابر است با : [۸]

    \mathbf{F} = \mathbf{\nabla} \left(\mathbf{m}\cdot\mathbf{B}\right),

که در آن∇ شیب تغییرات مقدار m B. در هر واحد از فاصله و جهت است که افزایش حداکثر m.B را محصول است(نقطه معادله زیر را ایجاد می‌کند.ضرب داخلی:(m · B = mBcos(θکه در آن m و B نشان ازاندازه بردارهای m و B است و θ زاویه بین آنها است .) این معادله صرفا فقط برای آهنرباهای صفر اندازه معتبر است، اما اغلب می‌توان به عنوان تقریبی برای آهن رباهای نچندان بزرگ استفاده کرد. نیروی مغناطیسی در آهنرباهای بزرگتر از تقسیم آنها به مناطق کوچکتر با m مشخص و سپس جمعبندی نیروهای در هر یک از این مناطق تعیین می‌شود.
گشتاور در آهنربا مربوط به میدان B
طرحواره‌ای از آهنربای چهار قطبی. چهار نوک ثابت قطب‌های آهنربا هستند که دو تای آنها با قطب N و دو تا با قطب S مخالفت می‌کنند

گشتاور در آهنربا مربوط به میدان مغناطیسی خارجی می‌تواند با قرار دادن دو آهنربا در نزدیکی یکدیگر در حالی که یکی از آنها شروع به چرخش می‌کنند مشاهده می‌شود. گشتاور مغناطیسی برای به کار انداختن موتورهای ساده الکتریکی استفاده می‌شود. در یک طرح موتور ساده، آهنربابر روی یک شفت که آزادانه چرخش می‌کند ثابت شده‌است که تحت میدان مغناطیسی ردیفی از الکترو مغناطیسیها قرار دارد.. با سوئیچینگ مداوم جریان الکتریکی از هر کدام از آهنرباهای الکتریکی، با توجه به تغییر میدان مغناطیسی آنها، مانند قطب شمال و جنوب کنار روتور، گشتاور حاصل به شافت منتقل می‌شود. میدان مغناطیسی دوار را مشاهده کنید. گشتاور مغناطیسی τ تمایل دارد قطب مغناطیسی با خطوط میدان B در یک امتداد قرار دهد (تا زمانی که m در جهت قطب‌های مغناطیسی است می‌توان گفت m تمایل دارد با B در یک امتداد قرار بگیرد.)به همین دلیل است سوزن مغناطیسی قطب نما به سمت قطب شمال زمین منحرف می‌شود. با این تعریف، جهت میدان محلی مغناطیسی زمین جهتی است که در آن قطب شمال قطب نما (یا هر آهنربایی) تمایل به آن نقطه دارد. به طور ریاضی وار، گشتاور τ آهنربای کوچک متناسب با هر دو ی میدان B اعمال شده مغناطیسی شدن آهنربا m می‌باشد:

    \boldsymbol{\tau}=\mathbf{m}\times\mathbf{B}, \,

که در آن × نشان دهنده بردار ضرب خارجی است. در نظر داشته باشید که این معادله شامل تمام اطلاعات کیفی شامل بالامی باشد. هیچ گشتاور مغناطیسی در صورتی که m در امتداد B قرار بگیرد، وجود ندارد (مفهوم ضرب خارجی.) علاوه بر این، در تمامی جهت‌ها گشتاوری که آنها را به جهت B متمایل می‌کند احساس می‌شود.
کاربرد در پژوهش‌ها

    در ژانویه ۲۰۱۳ فیزیکدانان ذرات یک گاز کوانتومی بر پایه پتاسیم ساختند. این گاز هنگامی که تحت تأثیر لیزر و میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد به دماهای منفی می‌رسد. در این دمای ترمودینامیکی، ماده شروع به بروز دادن خواص ناشناخته پیشین می‌کند.

گالوانومتر

گالوانومتر، نوعی وسیله اندازه گیری است:ابزار برای تشخیص جریان الکتریکی است.و یک مبدل آنالوگ الکترومکانیکی است که در واکنش به جریان الکتریکی که از طریق سیم پیچ آن که در یک میدان مغناطیسی قرار دارد ،یک انحراف دوار در یک عقربه ایجاد می کند.[۱]گالوانومتر اولین وسیله ای بود که برای تشخیص و اندازه گیری جریان مورد استفاده قرار گرفت.از گالوانومترهای حساس برای تشخیص سیگنال کابل های زیردریایی و کشف فعالیت های الکتریکی قلب و مغز استفاده می شود.در بعضی گالوانومترها از عقربه و عدد برای نمایش اندازه و در دیگر نمونه های خیلی حساس از آینه و شعاع نور برای تقویت مکانیکی سیگنال ضعیف استفاده می شود.

آمپرسنج

آمپرسنج یا آمیتر (Ammeter)، دستگاهی است که برای اندازه گیری جریان عبوری از یک مدار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اولین آمپرسنج توسط دی‌آرسون‌وال ساخته شد که آمپرسنجی با سیم‌پیچ چرخان (گالوانومتر) است.

از آمپرسنج برای سنجش جریان استفاده می‌شود

آمپر (یکا)

آمپر یکای سنجش جریان الکتریکی در دستگاه SI است که به افتخار فیزیکدان فرانسوی، آندره-ماری آمپر نامگذاری شده است.

محتویات

    ۱ تعریف یک آمپر
    ۲ اندازه گیری جریان الکتریکی
    ۳ جستارهای وابسته
    ۴ پانویس
    ۵ منابع

تعریف یک آمپر

تعریف یک آمپر در سامانهٔ بین‌المللی یکاها: اگر از دو سیم دراز و نازک که به فاصله یک متری به طور موازی از هم در خلا قرار گرفته باشند و جریانهای مساوی در یک جهت از سیم ها عبور کند به گونه‌أی که بر یک متر از طول یکی از سیم‌ها نیرویی برابر 2\times 10^{-7} نیوتن وارد شود جریانی که از هر یک از سیم ها می‌گذرد، (یک آمپر) است.

تعریف یک آمپر بر حسب یکای کولن: اگر یک کولن بار در مدت یک ثانیه از سطح مقطع یک جسم رسانا بگذرد، جریان یک آمپر از آن عبور کرده است.
اندازه گیری جریان الکتریکی

عده آمپرها را معمولاً آمپراژ می‌گویند. برای اندازه گیری جریان الکتریکی از دستگاهی که آن را آمپرسنج می نامند استفاده می‌شود.

چگالی جریان

چگالی جریان کمیتی برای اندازه‌گیری چگالی جریان الکتریکی است. چگالی جریان برداری است که اندازه‌اش برابر با جریان الکتریکی بر واحد سطح است. واحد اندازه‌گیری این کمیت در سیستم آحاد SI برابر است با آمپر بر متر مربع.

جریان الکتریکی

جریان الکتریکی به صورت نرخ تغییر بار الکتریکی نسبت به زمان تعریف شده و با نماد I نشان داده می‌شود. این رابطه را با مشتقات جزیی (کلی‌ترین حالت) به صورت زیر نشان می‌دهیم:

I=\frac{\partial q}{\partial t}

در این رابطه، جریان می‌تواند نسبت به زمان تغییر کند. جریان الکتریکی برای تعریف شدن (یا اندازه گیری) باید از سطح معینی عبور کند (مثلاً از سطح مقطع یک رسانا) از این رو تابعی نقطه‌ای به شمار می‌آید. مقدارهای لحظه‌ای، متوسط و موثر برای جریان الکتریکی تعریف شده و به صورت ساده شده‌ای در سیم‌های رسانا قابل محاسبه‌اند.

جهت قراردادی جریان از ابتدا در جهت عبور بارهای مثبت تعریف شده است. هرچند می‌دانیم که در صورت داشتن رسانای فلزی، جریان الکتریسته، ناشی از عبور بارهای منفی، یعنی الکترون‌ها، (در خلاف جهت جریان) است.

محتویات

    ۱ وجه تسمیه
    ۲ مشخصات جریان الکتریکی
    ۳ شدت جریان در نقاط گوناگون یک رسانا
    ۴ سرعت رانش
    ۵ اشکال مختلف جریان الکتریکی
    ۶ اندازه‌گیری جریان الکتریکی
    ۷ چگالی جریان
    ۸ منابع

وجه تسمیه

از نظر تاریخی نماد جریان I، از واژه فرانسوی intensité de courant که به معنی شدت جریان است، گرفته شده است.[۱][۲] این نماد برای نخستین بار توسط دانشمند فرانسوی، آندره ماری آمپر که واحد شدت جریان الکتریکی به نام اوست، به کار برده شد. [۳] واحد جریان الکتریکی در دستگاه SI، آمپر است. به همین علت بعضی اوقات جریان الکتریکی بطور غیر رسمی و به دلیل همانندی با واژه ولتاژ، آمپراژ خوانده می‌شود.
مشخصات جریان الکتریکی
یک سیم معمولی برای هدایت الکتریسیته، سیم مسی به هم بافته شده است

شدت جریان الکتریکی، مقدار بار الکتریکی خالصی است که در واحد زمان از سطح مقطع خاصی از رسانا عبور می‌کند. شدت جریان در فرمول‌ها معمولاً با نماد I نمایش داده می‌شود.

شدت جریان یک کمیت اسکالر(نرده‌ای) است زیرا از قوانین جمع برداری تبعیت نمی‌کند. (مثلاً در قوانین کیرشهف برای حلقه‌ها (KCL) زاویهٔ سیم‌ها نسبت به گره هیچ تأثیری در جواب مسئله ندارد.)

اگر بار خالص dq در بازهٔ زمانی dt از سطحی بگذرد، می‌گوییم جریان i در مدار برقرار شده‌است و داریم:
i=\frac{dq}{dt}

یکای شدت جریان در سیستم SI، آمپر (A) است. اگر یک کولن بار در مدت یک ثانیه از سطح مقطع یک جسم رسانا بگذرد، جریان یک آمپر از آن عبور کرده است.
شدت جریان در نقاط گوناگون یک رسانا

شدت جریان در هر سطح مقطع از رسانا مقدار ثابتی است و بستگی به مساحت مقطع ندارد. مانند این که مقدار آبی که در هر سطح مقطع از لوله عبور می‌کند، همواره در واحد زمان همه جا مساوی است، حتی اگر سطح مقطع‌ها مختلف باشد. ثابت بودن جریان الکتریسیته از این امر ناشی می‌شود که بار الکتریکی در هادی حفظ می‌شود. در هیچ نقطه‌ای بار الکتریکی نمی‌تواند روی هم متراکم شود و یا از رسانا بیرون ریخته شود. به عبارت دیگر در هادی چشمه یا چاهی برای بار الکتریکی وجود ندارد.
سرعت رانش
شکل بالا نماد کاری جریان قراردادی را نشان می‌دهد. بار الکتریکی از بخش مثبت به بخش منفی می‌رود

میدان الکتریکی که بر روی الکترون‌های هادی اثر می‌کند، هیچ گونه شتاب برآیندی ایجاد نمی‌کند. چون الکترون‌ها پیوسته با یون‌های هادی برخورد می‌کنند. لذا انرژی حاصل از شتاب الکترون‌ها به انرژی نوسانی شبکه تبدیل می‌شود و الکترون‌ها سرعت جریان متوسط ثابتی (سرعت رانش) در راستای خلاف جهت میدان الکتریکی به‌دست می‌آورند. پیوستگی جریان الکتریکی در مدارهای الکتریکی، قانون جریان کیرشهف نامیده می‌شود.
اشکال مختلف جریان الکتریکی

در رساناهای فلزی، مانند سیم‌ها، جریان ناشی از عبور الکترون‌ها است، اما این امر در مورد اکثر رساناهای غیرفلزی صادق نیست. جریان الکتریکی در الکترولیت‌ها، عبور اتم‌های باردار شده به صورت الکتریکی (یون‌ها) است، که در هر دو نوع مثبت و منفی وجود دارند. برای مثال، یک پیل الکتروشیمیایی ممکن است با آب نمک (محلولی از کلرید سدیم) در یک طرف غشا و آب خالص در طرف دیگر ساخته شود. غشا به یون‌های مثبت سدیم اجازه عبور می‌دهد، اما به یون‌های منفی کلر این اجازه را نمی‌دهد. بنابراین یک جریان خالص ایجاد می‌شود.
طبق قانون آمپر، جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی تولید می‌کند

جریان الکتریکی در پلاسما عبور الکترون‌ها، مانند یون‌های مثبت و منفی است. در آب یخ زده و در برخی از الکترولیت‌های جامد، عبور پروتون‌ها، جریان الکتریکی را ایجاد می‌کند. نمونه‌هایی هم وجود دارد که علیرغم اینکه در آن‌ها، الکترون‌ها بارهایی هستند که از نظر فیزیکی حرکت می‌کنند، اما تصور جریان مانند «حفره»های مثبت متحرک (نقاطی که برای خنثی شدن از نظر الکتریکی نیاز به یک الکترون دارند)، قابل فهم‌تر است. این شرایطی است که در یک نیم‌رسانای نوع p وجود دارد.
اندازه‌گیری جریان الکتریکی

شدت جریان الکتریکی را می‌توان مستقیماً با گالوانومتر اندازه‌گیری کرد. اما این روش نیاز به قطع مدار دارد که گاهی مشکل یا نامطلوب است. جریان را می‌توان بدون قطع مدار و با اندازه گیری میدان مغناطیسی که جریان تولید می‌کند، محاسبه کرد. ابزارهای مورد نیاز برای این کار شامل حسگرهای اثر هال، کلمپ گیره‌های جریان و سیم پیچهای روگووسکی است.
چگالی جریان

جریان I مشخصه هر رسانای بخصوصی است و این جریان یک کمیت ماکروسکوپی مانند جرم یا حجم جسم است. کمیت میکروسکوپی مربوط، چگالی جریان J است. J یک کمیت برداری است و بیشتر مشخصه نقطه‌ای در داخل رسانا است تا تمامی آن. هر گاه جریان در سرتاسر رسانایی با سطح مقطع A به طور یکنواخت توزیع شده باشد، بزرگی چگالی جریان برای تمام نقاط واقع بر روی مقطع عبارت است از: J = I/A. چگالی جریان الکتریکی توسط قانون اهم به میدان الکتریکی مربوط می‌شود:

{J=\sigma E}
منابع

قاعده راست‌گرد

با این قاعده می‌توانیم جهت حرکت (عکس العمل ) یک سیم را که جریان برق از آن گُذر میکند دریک میدان مغناطیسی تشریح نماییم! انگشت شست مسیر جریان برق ( از مثبت به منفی ) نشانگر است. انگُشت سبابه خطوط میدان مغناطیسی را نشان میدهد و هرگاه برق از سیم پیچ بگذرد سیم حامل جریان برق در جهت انگُشت وسط ( بخاطر حرکت الکترون ها ) و قانون لورنتز تکان می‌خورد.
Rechte-hand-regel.jpg

قاعده دست راست برای تعیین جهت جریان الکتریکی بکار می‌رود، بدین صورت که اگر کف دست خود را طوری نگه داریم که خطوط میدان مغناطیسی به کف دست ما وارد شود انگشتان باز شده جهت جریان الکتریکی و شصت جهت حرکت هادی را نشان میدهد.

سرعت زاویه‌ای

در فیزیک سرعت زاویه‌ای (به انگلیسی: angular velocity) به برداری می‌گویند که بسامد زاویه‌ای یک جسم و راستایی که آن جسم پیرامونش می‌گردد را مشخص می‌کند. یکای سرعت زاویه‌ای در SI رادیان بر ثانیه است البته از دیگر یکاها مانند درجه بر ثانیه، دور بر ثانیه، دور بر دقیقه و دور بر ساعت و... نیز برای اندازه‌گیری آن استفاده می‌شود. همچنین گاهی سرعت زاویه‌ای را با نام سرعت دورانی نیز می‌شناسند که در آن صورت آن را بر حسب تعداد دایره‌ها یا تعداد دورها در یکای زمان (مانند دور بر دقیقه) اندازه‌گیری می‌کنند. نماد سرعت زاویه‌ای امگا(ω) است.

جهت بردار سرعت زاویه عمود بر صفحهٔ گردش جسم است و به کمک قانون دست راست بدست می‌آید.[۱]

محتویات

    ۱ سرعت زاویه‌ای جسم نقطه‌ای
        ۱.۱ جسم نقطه‌ای در دو بُعد
    ۲ جستارهای وابسته
    ۳ منابع
    ۴ پیوند به بیرون

سرعت زاویه‌ای جسم نقطه‌ای
جسم نقطه‌ای در دو بُعد
سرعت زاویه‌ای جسم نقطه‌ای در نقطهٔ P نسبت به مبدا O به کمک تجزیهٔ بردار سرعت v به دو بردار عمود بر هم بدست می‌آید.
سرعت زاویه‌ای، در هر لحظه گویای سرعت گردش و راستای محوری است که جسم به دور آن می‌گردد. جهت سرعت زاویه‌ای هم راستای محور گردش است و در این شکل رو به بالا است.

در دو بعد سرعت زاویه ای ω جسم نقطه ای چنین بدست می آید:

    \omega = \frac{d\phi}{dt}

سرعت مماسی آن برابر می شود با:[۱]

    \mathrm{v}_\perp=r\,\frac{d\phi}{dt}

مقدار v⊥ برحسب v و θ برابر است با:

    \mathrm{v}_\perp=|\mathrm{\mathbf{v}}|\,\sin(\theta).

با ترکیب رابطه های بالا برای ω خواهیم داشت:

    \omega=\frac{|\mathrm{\mathbf{v}}|\sin(\theta)}{|\mathrm{\mathbf{r}}|}.

توربین آبی

توربین آبی موتور متحرکی که از آب متحرک انرژی می‌گیرد. اولین توربین‌های آبی چرخ‌های آبی بودند که برای گذر از چرخ‌های آبی به توربین‌های مدرن ۱۰۰ سال سپری شد. در ادامه swirl در توربین‌ها تحقق پیدا کرد که انرژی به یک جزء چرخان منتقل می‌شد. (البته در توربین‌های ضربه‌ای swirl وجود ندارد.)

محتویات

    ۱ تاریخچه
    ۲ نظریه عملی
    ۳ طراحی و کاربرد
    ۴ سرعت خاص
    ۵ قوانین میل
    ۶ سرعت فراری
    ۷ توربین واکنش
    ۸ اثرات زیست محیطی
    ۹ توربین‌های عکس العملی
    ۱۰ توربین‌های ضربه‌ای
    ۱۱ توان خروجی
    ۱۲ سرعت فرار
    ۱۳ قوانین وابستگی
    ۱۴ تلمبه‌ای ذخیره‌ای

تاریخچه

چرخ آب برای هزاران سال برای قدرت‌های صنعتی مورد استفاده قرار گرفته‌است. ضعف اصلی ان اندازه بوده‌است، که محدودیت سرعت جریان که می‌تواند مهار شود. انتفال از چرخ آب به توربین‌های مدرن در زمان حدود یک صد سال صورت گرفت. توسعه ان در دوران انقلاب صنعتی با استفاده از اصول علمی رخ داده‌است. آنها همچنین با استفاده گسترده از مواد جدید و روش ساخت در آن زمان ساخته شده‌اند.

چرخش

واژه توربین توسط مهندس فرانسوی کلود Burdin در اوایل قرن ۱۹th معرفی شده‌است و از کلمه لاتین " whirling " و یا " vortex " مشتق شده‌است. تفاوت اصلی بین آب توربین اولیه و چرخ آب این است که آب از چرخ عبور می‌کند و انرژی را به یک روتور چرخان برساند. این بخش اضافی حرکت، به توربین اجازه می‌دهد کوچکتر از چرخ آب باشد با همان قدرت. آنها توسط اسپین می‌تواند آب بیشتری راسریعتر پردازش کند و می‌تواند سر بسیار بیشتری را مهار کند.(بعدها، توربین ضربه که پیشرفت کردن در آن هااز چرخش استفاده نمی‌شد).
نظریه عملی

جریان آب بر روی تیغه‌های توربین می‌رود، یک نیرو را در پره ایجاد می‌کند. از آنجا که اسپین، این نیرو از طریق یک فاصله (نیروی اقدام از طریق یک فاصله تعریف کار) عمل می‌کند. در این روش، انرژی است که از جریان آب به توربین منتقل می‌شود.

توربین‌های واکنش و ضربه، آب توربین‌ها به دو گروه تقسیم می‌شود.

شکل دقیق پره‌های توربین آب تابعی از فشار عرضه آب است، و نوع پروانه انتخاب شده‌است.
طراحی و کاربرد

انتخاب توربین است که عمدتاً بر سر آب در دسترس است، و کمتر بر روی میزان جریان در دسترس است. به طور کلی، توربین ضربه برای سایت سر بالا استفاده می‌شود، و توربین واکنش برای سایت‌های کم سر مورد استفاده قرار می‌گیرند. توربین کاپلان با زمین تیغه قابل تنظیم به خوبی اقتباس شده به محدوده وسیعی از شرایط جریان و یا سر، از بهره‌وری به اوج خود می‌تواند بیش از یک طیف گسترده‌ای از شرایط جریان به دست آورد.

توربین‌های کوچک (اغلب کمتر از ۱۰ مگاوات) ممکن است شفت افقی داشته باشد، و حتی نسبتاً بزرگ توربین نوع لامپ تا ۱۰۰ مگاوات یا افقی ممکن است. بسیار بزرگ فرانسیس و کاپلان ماشین‌های معمولاً دارای شفت عمودی چرا که این کار باعث می‌شود بهترین استفاده را از سر موجود، و نصب و راه‌اندازی ژنراتور مقرون به صرفه تر می‌سازد. چرخ Pelton ممکن است به صورت عمودی یا افقی ماشین آلات شفت به دلیل اندازه از ماشین بسیار از سر کمتر است. برخی از توربین ضربه با استفاده از جت آب متعدد در دونده برای افزایش سرعت خاص و محوری شفت تعادل.
سرعت خاص

سرعت خاص از یک توربین را مشخص شکل توربین در راه است که به اندازه آن نیست. این اجازه می‌دهد تا طراحی توربین‌های جدید از طرح‌های موجود از عملکرد شناخته شده کوچک شده‌است. سرعت خاص است نیز معیارهای اصلی برای تطبیق سایت آبی خاص با توجه به نوع توربین صحیح است. سرعت خاص است که با سرعت توربین تبدیل Q ترشحات خاص، با سر واحد و در نتیجه قادر به تولید قدرت واحد است.
قوانین میل

قوانین میل اجازه می‌دهد تا خروجی از یک توربین در آزمون مدل پیش بینی می‌شود بر اساس. ماکت مینیاتوری از طرح پیشنهادی، در حدود یک فوت (۰٫۳ متر) در قطر، می‌تواند به آزمایش و اندازه‌گیری آزمایشگاه شیمی کاربرد نهایی با اعتماد به نفس بالا. قوانین میل نیاز به شباهت بین مدل آزمون و کاربرد مشتق شده‌است.

جریان از طریق توربین یا توسط یک شیر بزرگ و یا توسط دریچه مرتب در اطراف خارج از دونده توربین کنترل شده‌است. سر دیفرانسیل و جریان را می‌توان برای تعداد مقادیر مختلف بازشدن دروازه رسم می‌شود، تولید یک نمودار تپه مورد استفاده قرار گیرد برای نشان دادن بهره‌وری از توربین در شرایط متفاوت است.
سرعت فراری

سرعت فرار توربین آب، سرعت خود را در جریان کامل و بدون بار محور است. توربین طراحی شده برای زنده ماندن نیروهای مکانیکی از این سرعت است. سازنده امتیاز سرعت فرار را فراهم کند.
توربین واکنش

توربین واکنش با آب، که تغییرات فشار را به عنوان آن را از طریق توربین حرکت می‌کند و می‌دهد تا انرژی خود را عمل کرده‌است. آنها باید روکشی برای جلوگیری از فشار آب (یا مکش)، یا آنها باید به طور کامل در جریان آب غوطه ور شده‌است.

قانون سوم نیوتن توصیف انتقال انرژی برای توربین واکنش است.

بیشتر آب توربین‌ها در استفاده از توربین واکنش هستند و در برنامه‌های کاربردی کم سر (<۳۰m/۹۸ فوت) و متوسط (۳۰-۳۰۰m/۹۸-۹۸۴ فوت) استفاده می‌شود. در واکنش افت فشار توربین رخ می‌دهد در هر دو پره‌های ثابت و متحرک است. توربین ایمپالس

توربین ایمپالس تغییر سرعت جت آب می‌باشد. جت هل بر روی تیغه‌های منحنی توربین است که تغییر جهت جریان می‌باشد. تغییر در نتیجه حرکت (ضربه) باعث می‌شود نیرو را در پره‌های توربین است. از آنجا که توربین در حال چرخش است، این نیرو از طریق از راه دور (کار) عمل می‌کند و جریان آب منحرف شده‌است با انرژی کاهش باقی‌مانده‌است.

قبل از ضربه زدن به پره‌های توربین، فشار آب (انرژی پتانسیل) توسط یک نازل به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود و با تمرکز بر روی توربین شده‌است. تغییر فشار در پره‌های توربین رخ می‌دهد، و توربین مسکن برای عمل نیاز ندارد.

قانون دوم نیوتن توصیف انتقال انرژی برای توربین ضربه‌است.

توربین ایمپالس اغلب در برنامه‌های کاربردی سر بسیار بالا (> ۳۰۰m/۹۸۴ فوت) استفاده می‌شود.
اثرات زیست محیطی

آب توربین‌ها به طور کلی به عنوان یک تولید کننده قدرت تمیز، به عنوان توربین باعث می‌شود اساساً هیچ تغییری به آب است. آنها با استفاده از یک منبع انرژی تجدید شونده و طراحی شده‌اند تا برای چندین دهه به کار گیرند. آنها تولید مقادیر قابل توجهی از منبع تغذیه الکتریکی در جهان است.

از لحاظ تاریخی نیز وجود دارد پیامدهای منفی، عمدتاً در ارتباط با سدها به طور معمول برای تولید برق مورد نیاز بوده‌است. سدها محیط زیست طبیعی از رودخانه‌ها را تغییر می‌دهد، به طور بالقوه کشتن ماهی، توقف مهاجرت، و اخلال در معیشت مردم است. به عنوان مثال، قبایل هندی آمریکایی در شمال غربی اقیانوس آرام تا به حال معیشت ساخته شده در اطراف ماهیگیری ماهی قزل آلا، اما تهاجمی سد سازی، راه خود را از زندگی را نابود کردند. سدها نیز باعث کمتر آشکار است، اما عواقب، از جمله افزایش تبخیر آب (به خصوص در مناطق خشک)، ساخت تا از گل و لای در پشت سد، و تغییرات به درجه حرارت آب و الگوهای جریان است. بعضی از مردم [که؟] بر این باورند که ممکن است به ساخت سیستم‌های برق آبی است که منحرف، ماهی‌ها و دیگر موجودات زنده را از شما دور از مصرف توربین بدون آسیب و یا از دست دادن قابل توجه قدرت عملکرد تاریخی سازه‌های انحراف فقیر شده‌اند. در ایالات متحده، در حال حاضر غیر قانونی برای جلوگیری از مهاجرت ماهی، برای مثال ماهی خاویاری سفید در معرض خطر بزرگ در شمال امریکا، بنابراین نردبان ماهی باید توسط سازندگان سد ارائه شده‌است. عملکرد واقعی از نردبان ماهی اغلب ضعیف است.
توربین‌های عکس العملی

در این توربین‌ها آب با گذر از بین پره‌های توربین فشار خود را از دست داده و باعث حرکت رانر می‌شود. توصیف انتقال انرژی بوسیله قانون سوم نیوتن انجام می‌گیرد. مانند:

    توربین فرانسیس (Francis)
    توربین کاپلان (Kaplan, Propeller, Bulb, Tube, Straflo)
    Tyson
    Water wheel

توربین‌های ضربه‌ای

در این نوع تغییر فشار بوجود نمی‌آید و با یک نازل سرعت آب افزایش داده می‌شود و آب به پره‌ها ضربه می‌زند. مانند:

    توربین پلتون (Pelton)
    Turgo
    Michell-Banki یا Crossflow یا Ossberger

توان خروجی

توان از فرمول زیر محاسبه می‌شود:
توان خروجی

که در آن η راندمان، ρ چگالی آب، g شتاب ثقل، h ارتفاع آب و v. دبی آب می‌باشد. بهره مکانیکی توربین‌ها (نه بهره ترمودینامیکی!!!) بیش از ۹۰ درصد می‌باشد.

در مورد نصب توربین‌ها هم می‌توانند دارای محور افقی و هم عمودی باشند. پلتون به هر دو نوع ساخته می‌شود اما فرانسیس و کاپلان‌های بزرگ معمولاً عمودی هستند. همچنین در مورد ارتفاع و دبی هم تقسیم بندی می‌شوند. (البته ارتفاع به مراتب مهمتر از دبی است.) ضربه‌ای‌ها در ارتفاع خیلی بالا استفاده می‌شوند و عکس العملی‌ها هم در رنج وسیعی از ارتفاع (H همان ارتفاع و به متر است) به کار می‌روند.


سرعت نامی، ns، مشخصه‌ای است که تعیین می‌کند چه توربینی به چه موقعیت سدی سازگاری دارد. این سرعت می‌تواند به صورت توان یک واحد بازای یک واحد ارتفاع بیان شود. فرمول زیر سرعت نامی را بیان می‌کند (در این فرمول n سرعت دور بر دقیقه‌است.):

رابطه فوق باید در ۲۶۲۶/۰ ضرب شود تا از واحذ انگلیسی به واحد متریک تبدیل شود. البته می‌توان با استفاده از Ω که سرعت زاویه‌ای با واحد رادیان بر ثانیه‌است فرمول بی واحد زیر را به دست آورد:

حال با استفاده از ارتفاع و دبی موجود و سرعت خواسته شده، سرعت نامی را به دست می‌آوریم. از این پس با روابط تحلیلی می‌توان ابعاد توربین را به دست آورد. معمولاً توربین‌های کمترین سرعت را در رنج ۱ تا ۱۰ دارند. توربین‌های فرانسیس بین ۱۰ تا ۱۰۰ بوده و کاپلان هم حداقل ۱۰۰ است.
سرعت فرار

سرعت با حداکثر جریان و بدون بار. همچنین با استفاده از مدل‌های آزمایشگاهی در ابعاد ۱ فوت می‌توان آزمایش‌ها را انجام داد و با استفاده از قوانین وابستگی (Affinity Law) نتایج را به مدل واقعی تعمیم داد.
قوانین وابستگی

اگر ابعاد توربین ثابت باشد: سرعت ارتباط مستقیم با دبی ورودی دارد:

N_2/N_1 =Q_2/Q_1

سرعت متناسب با جذر ارتفاع است.

N_2/N_1 =sqrt(H_2/H_1)

در نتیجه سرعت برابر جذر ۳ توان هیدرولیکی ورودی است.

(N_2/N_1)3 =(P_2/P_1)
تلمبه‌ای ذخیره‌ای

نیروگاه آبی می‌تواند در زمان غیر پیک برق اضافه شبکه را گرفته و به صورت پمپ کار کرده و آب را به بالای سد ببرد و در هنگام پیک مانند دیگر توربین‌ها آب را رها کرده و برق را تولید کند. بین ۷۰ تا ۸۰ درصد توانی که برای پمپ مصرف می‌شود دوباره احیا می‌شود.