دانلود مقاله انرژی آب

مصرف آب به عنوان دومین منبع انرژی (بعد از آتش) برای بشر محسوب می‎شود.

از این‎رو چرخهای آبی در تاریخ توسعه و مصرف انرژی، نقش مهمی ایفا می‎کنند.

چرخ های آبی دستگاه‎های مکانیکی ساده‎ای هستند که ما می‎توانیم برای درک برخی مفاهیم هم و کلیدی از آنها یاری جوئیم.

انرژی جنبشی برای درک و روشن شدن، مطلب را با مثال ساده‎ای آغاز می‎کنیم.

اگر در حال عبور از نهر ابی باشیم، این حس در ما ایجاد می‎شود که آب در جهت خلاف پاهای ما به شدت عبور می‎کند.

در نهرهایی که جریان آب در آنها تند باشد باید مراقب باشیم که شدت (فشار) آب باعث افتادن ما نشود.

همین‎طور کشش و فشار امواج را هنگام گذر از کنار دریا حس می‎کنیم.

گاهی اوقات هنگام نزدیک شدن امواج،‌ می‎توانیم سریع پاهایمان را کنار بکشیم، یقیناً اگر در زیر یک آبشار باشیم، فشار آب را روی بدنمان احساس می‎کنیم.

اگر اندکی این چرخ را در نحری که آب در آن جریان دارد،‌ داخل کنیم.

جریان آب در جهت خلاف آن بر آن فشار می‎آورد، درست همانند زمانی که ما داخل آب هستیم شویم.

فشار آب موجود در جهت فاضلاب فقط یک پدال (پرگا)، موجب چرخش چرخ می‎شود.

اگر محور چرخ را به یک دستگاه وصل کنیم قادر به انجام کار مفید، نظیر آسیا کردن غلات می‎باشیم.

پایه و اساس چرخ آبی، درک مفهوم فوق می‎باشد.

حال، مشاهده‎ای مرتبط در این زمینه را در نظر مجسم سازید: زمانی که داخل یک استخر یا حوض مخصوص شنا ایستاده‎ایم و یا در حال گذشتن از آن هستیم، هیچ نگران این قضیه نیستیم که جریان آب موجب عدم تعادل و نهایتاً افتادن ما شود.

مشابه آن در مورد چرخ آبی هم صدق می‎کند.

قرار دادن چرخ آبی در استخر شنا، مانع حرکت چرخ می‎شود.

به تفاوتی بین شرایط فعلی و شرایطی که قبلاً راجع به آن بحث شد، وجود دارد؟

در استخر شنا با حوض، جریان آب، ثابت و یا اینکه خیلی کند می‎باشد.

تنها آب جریا (متحرک) باعث هل دادن و به حرکت درآوردن ما و همین‎طور باعث چرخاندن، چرخ آبی می‎شود.

به حرکت درآمدن ما و چرخ آبی، بیانگر انجام کار می‎باشد.

تنها آب جاری،‌ توان انجام کار را دارد.

مطلب فوق مبین این مسئله است که آب جاری (آبی که دارای حرکت باشد) دارای نوع انرژی می‎باشد.

همان‎طوری که قبلاً گفته شد، اگر چرخ آبی را به یک دستگاه مکانیکی وصل کنیم، دستگاه قادر به انجام کار نظیر: آسیا کردن فلات یا اره کردن چوب می‎باشد.

تعمیم عبارت فوق بیان این مطلب است که: «انرژی جنبشی، باعث انجام کار می‎شود.» انرژی پتانسیل حال روش مقرون به صرف نیز، استفاده از یک چرخ آبی را در نظر مجسم سازید،‌با در نظر گرفتن مزیت آبشار و انرژی جنبشی آبی که از آن سرازیر می‎شود، چرخ‎های چرخ‎دنده می‎چرخد و کار انجام می‎گیرد.

حجمی از آب را درست در نقطه ‎A در نظر بگیرید، آیا آن مقدار از اب قادر به انجام کار می‎باشد؟

خیر؟

(حداقل، حالانه)، حجم آب در آن نقطه، فاقد انرژی جنبشی می‎باشد.

البته باید بر این مسئله واقف باشیم که آب در نقطه ‎A انرژی جنبشی ندارد اما پتانسیل کسب انرژی جنبشی را دارد.

برای درک مطلب فوق می‎توانیم بگوئیم که آب در نقطه ‎A دارای انرژی پتانسیل می‎باشد.

چه عاملی باعث سرازیر شدن آب می‎گردد؟

نیروی جاذبه زمین، آب را به مرکز زمین می‎کشد، باید گفت که آب در نقطه «A» انرژی پتانسیل جاذبه را دارا میباشد.

انرژی پتانسیل جاذبه، نیتولی می‎باشد که باعث کشیده شدن اشیاء به طرف مرکز ثقل می‎شود.

حال سه نکته دیگر را به آن اضافه می‎نمائیم.

اولاً: انرژی پتانسیل بالقوه انرژی جنبشی می‎باشد یا (انرژی پتانیل قابل تبدیل به انرژی جنبشی می‎باشد).

ثانیاً‌ در نقطه ‎B آب به پره‎های چرخ آبی ضربه می‎زند و موجب انتقال انرژی جنبشی آب به چرخ و نهایتاً حرکت چرخ که همان انجام کار می‎باشد می‎شود.

در واقع نقطه ‎B مکانی فعال است.

تصور کنید که برای حجم آب در نقطه ‎C چه روی می‎دهد؟

ممکن است این‎طور در ذهن تداعی شود که انرژی پتانسیل در نقطه ‎C به آخر می‎رسد.

اما قضیه فوق کاملاً درست نیست زیرا عملاً به آبشاری دیگر که در حال سرازیر شدن در نهر است برخورد می‎کند، پس آب در نقطه ‎C، هنوز انرژی پتانسیل جاذبه را دارا می‎باشد،‌ در واقع آب همشیه، قدری انرژی پتانسیل جاذبه را دارا می‎باشد مگر آنکه نقطه ‎C مرکز ثقل زمین باشد.

بیشترین و بالاترین میزان انرژی پتانسیل در نقطه ‎A می‎باشد.

آب هنگام سرازیر شدن از آبشار قدری از انرژی پتانسیلش، به انرژی جنبشی تبدیل می‎شود و انرژی جنبشی آب در حال سرازیر شدن از آبشار، قادر به انجام کارو چرخاندن چرخ آبی می‎باشد.

تغییر خودبخود و نمودار انرژی از مشاهدات و دانسته‎های خود بر این مسئله واقف هستیم که اشیاء همواره در حال سقوط می‎باشند.

این مسئله شامل حال ما هم می‎شود به عنوان مثال: هنگام سکندری خودرن و افتادن.

هر شیئی متحرک، خودبخود از انرژی پتانسیل جاذبه بالا به سمت نیروی پتانسیل جاذبه پایین، سقوط می‎کند همچنین می‎دانیم که اشیاء، خودبخود به سمت بالا نمی‎روند.

(گاهی اوقات، ممکن است در سینما یا تلویزیون، هنگامی که فیلم به عقب برمی‎گردد، شاهد این مسئله باشیم که اشخاص یا اشیاء به طرف بالا می‎روند.

این مسئله جنبه فکاهی دارد و کاملاً برخلاف تجارب همول و قابل انتظار می‎باشد.

برای هر رویداد طبیعی یک مسیر معقول و غیرمعقول وجود دارد.

سیب از درخت می‎افتد، اما دوباره به سمت شاخه برنمی‎گردد.

ذرات شکر در قهوه حل می‎شوند آنها دوباره در فنجان شکل نمی‎گیرند.

بنابراین، اشیاء از پتانسیل جاذبه بالا به پتانسیل جاذبه پایین حرکت می‎کنند هنگام استفاده از چرخ آبی، اگر تغییر انرژی از پتانسیل بالا به پتانسیل پایین باشد می‎توانیم انرژی جنبشی را از آن استخراج نمائیم.

در واقع می‎توانیم سیستم را (آب، آبشار و چرخ آبی) در ‌نموداری ساده تعریف نمائیم نمودار فوق، تا حدودی، مشابه نموداری می‎باشد که پیش از این در نمودار (505) برای سیستمی دیگر (یک اتم کربن، 4 اتم هیدروژن و چهار اتم اکسیژن) معرفی نمودیم و از آن می‎توانیم انرژی، استخراج نمائیم در مورد تغییرات شیمیایی فوق، از سیستمی با انرژی پتانسیل شیمیائی بالا که همسان با سیستم انرژی پتانسیل جاذبه بالا می‎باشد، صحبت می‎شود.

در واقع این دو تودار به قدری شبیه به هم هستند که می‎توانیم از آنها نمودار انرژی واحدی ترسیم نمائیم.

که هر دو سیستم در آن کاربرد دارد.

نمودار فوق به منظور شرح و توصیف یک سری از سیستمهای مشابه استفاده می‎شود.

مفهوم کلیدی نمودار فوق مطلب زیر می‎باشد: «زمانی که سیستم به دستخوش یک سری تغییرات خودبخود از پتانسیل جاذبه بالا به پتانسیل جاذبه پایین می‎شود ما می‎توانیم انرژی (یا کار) را از آن استخراج نمائیم.

انواع چرخ آبی ساده‎ترین و اساسی‎ترین طراحی در چرخهای آبی، چرخ آبی ‎undershot (چرخ آبی که آب از زیر آن می‎گذرد و موجب چرخیدن چرخ می‎شود) می‎باشد.

ابتدائی‎ترین طراحی، چرخ پره‎دار ساده‎ای بود که داخل نهر یا رودخانه قرار داشت.

چرخ آبی فوق در مناطقی همچون دانمارک شمالی و چین قرار داشت و از آن برای آسیا کردن برنج استفاده می‎شد.

این چرخ آبی در مخروبه‎های پمپی ‎(Pompei) که شهری مدفون در زیر گدازه‎های آتشفشان بود، پیدا شد.

همچنین، چرخ قوماً عملاً دارای یک سری مشکلات بود.

کاری که به وسیله این چرخ آبی انجام می‎گرفت، ‌نشأت گرفته از انرژی جنبشی آب و شدت جریان آب بود.

تغییرات فصلی، موثر در جریان آب رودخانه و نتیجتاً کار و نیروی انجام گرفته تسوط چرخ بود.

نوسانات فصلی، در میزان ذخیره آب خیلی مؤثر بودند.

در آب و هوای داغ و در زمان خشکسالی، سطح آب رودخانه، به قدری پایین بود که آب کافی برای چرخاندن چرخ وجود نداشت.

هنگام سیل، به قدری آب رودخانه بالا می‎آمد که تمام چرخ در آب فرو می‎رفت.

علی‎رغم تمام نقایص، چرخ فوق ‎- ‎undershot‎- برای مدتها، در سراسر دنیا قابل استفاده بود.

سهولت، سادگی و همین‎طور کم هزینه بودن آن باعث استفاده طولانی و مستمر از این چرخ شد.

در چرخ آبی، خصوصاً چرخ آبی پره‎داری که آب برای چرخاندن آن، از زیر چرخ می‎گذرد، میزان قابل ملاحظه‎ای از انرژی، هنگام ضربه زدن آب به پره‎های چرخ، به هدر می‎رود.

تا سال 1800، هیچ تغییر و تحولی در طراحی چرخ آبی بوجود نیامد.

بازنگری و تغییر در طراحی چرخ، کاملاً ساده و اسان بود: شکل پره‎ها تغییر کرد.

در طرخح پیشرفته که چرخ آبی پاسلت ‎Povcelet undershot wheel یا به طور ساده‎تر چرخ پانسلت نامیده می‎شد، پره‎ها یا پدال‎های چرخ طوری طراحی شده بودند که تلاطم آب، موجب اتلاف حداقل میزان انرژی می‎شد.

انحنای پدال‎ها، موجب سرعت چرخش چرخ و انتقال انرژی جنبشی به آن برای چرخش چرخ می‎شد.

آب با سرعت تقریباً صفر،‌ باعث انتقال انرژی جنبشی آب به چرخ و نهایتاً چرخش چرخ می‎شود.

چرخ پانسلت ‏‎-‎Poncelet‏‎- هفتاد الی هشتاد و پنج درصد در انتقال انرژی جنبشی آب به کار مؤثر بود.

اما چرخ یا پره‎های مسطح بیست الی بیست و پنج درصد در این انتقال مؤثر بود.

در چرخ ‎overshot، آب از بالای چرخ به پایین سرازیر می‎شود.

نمودار (808).

در مواردی که جریان آب رودخانه، کند باشد، چرخ ‎overshot به ‎undershot ارجحیت دارد.

در واقع چرخ ‎overshot در هرنری که مجهز به سد باشد، قابل استفاده می‎باشد.

در چنین نهری، همواره میزان ثابتی از آب را در طول سال خواهیم داشت.

در فصول گرم و خشک سال، همیشه، ذخیره آب را در نهر داریم و در فصل سرما نیز آب مازاد از مجرای سد، می‎گذرد.

تاریخچه چرخ ‎overshot به قرن سوم بعد از میلاد بازمی‎گردد و تصاویری از آن بر دیواره‎های گورستان دوم باستان حک شده است.

ساده‎ترین و اساسی‎ترین طراحی در چرخهای آبی، چرخ آبی ‎undershot (چرخ آبی که آب از زیر آن می‎گذرد و موجب چرخیدن چرخ می‎شود) می‎باشد.

چرخ ‎overshot عمود بر یک محور افقی می‎باشد.

تیغه‎های چرخ طوری طراحی شده‎اند که آن را به دو بخش مجزا تقسیم می‎کنند.

آب از بالا، داخل یان دو بخش (سطل) مجزا می‎ریزد.

در چرخ فوق، تنها جزئی از کار در اثر برخورد آب با تیغه‎ها، صورت می‎گیرد و قسمت اعظم آن از شدت جریان آب سرازیر شده از سطلها می‎باشد که موجب چرخش چرخ می‎شود.

میزان کارآئی و بازدهی چرخ فوق شصت و پنج الی هشتاد درصد می‎باشد.

با نصب سد که چرخ در مکانی پایین‎تر از آن که به منظور سرازیر شدن آب از بالا بر آن شود، قرار می‎گیرد.

این مجرا به عنوان گذرگاه اصلی ‎- مبدأ ‎- ‎head race‎- شناخته می‎شود.

مجرای دیگری نیز در اینجا لازم می‎باشد که موجب جاری شدن آب به سطح پایین‎تر (انرژی پتانسیل جاذبه زمین) می‎شود.

آبی که از گذرگاه مبدأ اصلی به داخل سطل می‎ریزد، موجب چرخاندن چرخ در آن زمان می‎شود.

چرخهای آبی در جهان باستان چرخ آبی، دستگاهی است که استخراج انرژی از یک سیستم را میسر می‎سازد.

به عنوان مثال آب در حال سرازیر شدن که از انرژی پتانسیل بالا به انرژی پانسیل پایین منتقل می‎شود.

اگر دستگاهی را به محور چرخ آبی متصل کنیم، می‎توانیم از انرژی جنبشی برای انجام کار استفاده نمائیم.

در واقع چرخ آبی اولین دستگاهی بود که عملاً بشر را از اتکاء به ماهیچه‎هایش یا به بیگاری گرفتن حیوانات برای انجام کار، رها نمود.

اطلاعی از زمان و مکان پیدایش چرخهای آبی در دست نیست و حتی اطلاعی از اینکه چه شخصی باعث پیشرفت و توسعه آن شد، نیست.

حدوداً 300 سال قبل از میلاد، مصارف دیگری از چرخ آبی می‎شد.

آنها،‌ با طناب به سطلهایی برای بالا آوردن آب وصل می‎شدند که از آن برای مصارف خانگی و یا آبیاری زمینهای کشاورزی استفاده می‎شد.

این، ساده‎ترین و ابتدائی‎ترین کاربرد چرخ آبی بود، ‎Noria، چرخ پره‎دار ساده‎ای بود که با جریان آب رودخانه، حرکت می‎کرد و به شتر در مدیترانه رواج داشت.

‎Noria چندان عمری نداشت زیرا بلافاصله چرخ دیگری که در پایین به شرح آن می‎پردازیم، بوجود آمد.

علت پیدایش این چرخ جدید،‌ به خاطر نیاز ‎Noria به ذخیره زیاد آب بوده است.

تا سال صد قبل از میلاد، چرخهای آبی در چندین نواحی دنیا از جمله شمال یونان، ترکیه و هند برای آسیا کردن غلات و استخراج روغن از زیتون، کاربرد داشتند.

این چرخها، معروف به چرخهای افقی می‎باشند و میله عمودی نصب شده بر روی آن، مستقیماً سبب حرکت سنگ آسیا می‎شود.

چرخهای افقی هم مشکلات و معضلاتی را با خود به همراه داشتند.

از جمله آن که باید مجهز به نوعی مجرا یا کانال باشند که موجب انتقال آب به یک طرف چرخ و نهایتاً چرخاندن چرخ شود.

از این‎رو، چرخهای افقی در نهرها که شدت جریان آب در آن شد می‎باشد (نظیر نواحی کوهستانی شمال ترکیه و یونان) کارآیی داشتند.

لازم به ذکر است که سرعت سنگ آسیا، دقیقاً برابر سرعت چرخ آبی و سرعت چرخ آبی هم بسته به سرعت جریان آب می‎باشد.

چرخ افقی گاهی اوقات با نام ‎Norse wheel شناخته می‎شود.

و اولین دستگاه قابل استفاده در منزل بود.

در آن زمان غلات با آسیاهای دستی آرد می‎شدند.

زنان مجبور به انجام این کار بودند و زمان زیادی از وقت آنها بدین کار سپری می‎شد.

این دستگاه شرایط فوق را تغییر داد.

مسئله فوق ممکن است از دو دیدگاه، چندان جالب نباشد.

اما مسئله‎ای برای ماشینی شدن کارها و رهایی از کار پرزحمت آسیا کردن غلات با دست شد و همین مسئله موجب نگرانی اختلاف‎گرایان از اوقات فراغت زنان شد،‌ استرابو ‎- ‎Strabo‎- به توصیف و شرح قدیمی‎ترین چرخ آبی پرداخت.

این چرخ در کابریا ‎cabria از سواحل جنوبی دریای سیاه، پیدا شد.

اولین اثر ادبی که به مدح و ستایش از سد پرداخت، در یونان اتفاق افتاد.

«از آسیاب کردن دست بردارید.

از ینانی که در سدها عرق می‎ریزید.

بانگ خروش، نویدبخش روزی آزاد برای شماست و به آب فرمان داده شده که جور کار دست شما زنان را بکشد.

آب باعث حرکت چرخ و محور آن برای حرکت چرخ‎دنده و سنگ آسیا می‎شود.» استرابو ‎ـ ‎strabo‎- اولین جغرافی‎دان دنیا بود.

کتاب جغرافی آن به خاطر جدیدترین اطلاعات مربوط به کشورهای و مردمش ‎- یونان و روم ‎- مشهور می‎باشد.

‎Pompey، یکی از بزرگترین ژنرال‎ها و رهبران سیاسی در روم بود.

همزمان با جولیو، سزار وی، یکی از رهبرانی بود که در سالهای 50 ‎- الی 60 قبل از میلاد بر روم حکمرانی کرد.

وی مغلوب سزار شد و روم را به مقصد مصر ترک نمود و در سال 48 قبل از میلاد در آنجا به قتل رسید.

در چین باستان، چرخهای آبی به دنباله‎هایی برای تأمین حجم زیادی از هوا در کوره‎های آهنگری، مرتبط می‎شدند.

این برای اولین بار در ‎Nanjn واقع در شرق مرکز چین روی داد.

این تغییر و تحول به توشیح‎- ‎Tushih‎- رئیس قبیله مذکور که علاقمند به ریخته‎گری برای ساختن وسایل کشاورزی بود، نسبت داده می‎شود.

توچین، چرخهای آبی تا زمان استفاده از ‎Trip hammer ‎- که برای خرد کردن سنگ هدن و یا شکل دادن آهن استفاده می‎شد، قابل استفاده بودند.

‎Trip hammer، چکش سنگین و تقریباً بزرگی است که نمی‎توان آن را در دست گرفت و برای شکستن سنگ هدن و شکل دادن فنرات به شکل دلخواه و مطلوب استفاده می‎شود.

دستگاهی مکانیکی مانند چرخ آبی یا موتور بخار، موجب بالا رفتن چکش می‎شود.

وقتی که چکش به میزان خیلی بالا می‎رود.

با یک ‎trip (اصطلاحی برای دستگاه هنگام آزاد شدن) به طرف پایین سقوط می‎کند.

در حین چرخش چرخ، چکش دوباره بالا می‎رود بر ‎trip دوباره اتفاق می‎افتد و این چرخه همین‎طور ادامه می‎یابد.

نوع دیگری از چرخ از سطل‎هایی که از آن آویزان یا متصل به لبه‎های چرخ پره‎دار می‎باشد، استفاده می‎کند.

از دستگاه فوق، همچنین برای کشیدن آب برای مصارف خانگی و آبیاری زمینهای کشاورزی استفاده می‎شد.

چرخ فوق در هند و خاورمیانه کاربرد زیادی داشت.

‎Noria، امروزه هنوز در برخی از مناطق دنیا استفاده می‎شود.

آنها،‌ خصوصاً در مصر و افریقا، رایج می‎باشند.

ویتروویوس ‎- ‎VITUVIUS‎ ‎- و اختراع چرخ دنده مهندس،‌ نویسنده و معمار رومانیائی ‎- مارکس ویتروویوس پولیو، اولین مخترع دستگاه مولد انرژی، به توصیف و شرح چرخ آبی در قالب کتاب پرداخت.

Vitruvius در کتابش با عنوان ‎De architectura، طراحی و کاربرد چرخ فوق را کاملاً توصیف می‎کند، این کتاب برای اولین بار در سده بیست و هفت بعد از میلاد منتشر و هنوز هم بعد از گذشت دو هزار سال، در دسترس می‎باشد.

وی مدعی است ایستگاه‎هایی که وی به توصیف آنها پرداخته، هنوز هم در دسترس می‎باشند و اختراعشان را به مهندسین یونانی نسبت می‎دهد.

ابتدائی‎ترین شکل این چرخ، در سده میلادی، برای به حرکت درآوردن آسیا و آرد کردن غلات استفاده می‎شد.

همچنین برای استخراج روغن از زیتون نیز کاربردداشت.

چرخهای آبی، برای به حرکت درآوردن هر ماشینی، طراحی نشده‎اند.

ویتروویوس به معرفی و توصیف چرخ عمومی می‎پردازد که داخل نهر قرار دارد و آب از زیر آن می‎گذرد، با وجود چرخ فوق،‌نیاز به چرخ دنده برای اتصال محور چرخ به محور سنگ، احساس می‎شود، وقتی این کار صورت می‎گیرد،‌دیگر نیازی به چرخش هم جهت سنگ اسیا و چرخ آبی نیست.

با انتخاب صحیح اندازه چرخ دنده، قادر به حرکت سریع‎تر و یا کندتر سنگ آسیا، نسبت به چرخ می‎باشیم.

پیشرفت چرخ دنده و تغییر سرعت چرخ، اولین و اساسی‎ترین موفقیت در طراحی دستگاه بود.

این تغییر و تحول مربوط به 2100 سال پیش می‎شود.

از دیدگاه ما، مربوط به سالها پیش می‎شود،‌ اما،‌نقطه نظرات مختلف، بشر، در طول این سالها، در تغییر و تحول آن شرکت داشته است.

اگرچه امروزه، چرخ ‎undershot مجهز به سیستم چرخ دنده، ممکن است خیلی ابتدائی و ساده به نظر رسد.

اما لازم است به علت پیشرفتهائی که در تاریخ بشر داشته، قدردان آن باشیم.

چرخهای آبی در قرون وسطی ما به ویترویوس به خاطر کتاب جامع و کامل وی مدیون هستیم، اما توسعه و پیشرفت شما در روم و ینان نبود بلکه در شمال و غرب اروپا نیز مشهود بود.

برای درک قضیه فوق، زبان‎شناسی لازم است: اغلب امکان موجود برای توصیف تکنولوژی، برگرفته از زبانهای آلمانی و سیلتیک بود.

اثری از هیچ کله لاتین یا یونانی در آن نبود.

آثار باقیمانده از آسیاب‎های آبی در قرون دوم و سوم بعد از میلاد در باتلاق‎های دانمارک کشف شده است.

اولین اثر، مربوط به آسیا در نیمه دوم قرن سوم، حوالی تارا رویت شده است.

تقریباً در سال 400 میلادی چرخای ‎overshot، توسعه و گسترش یافتند.

چرخ فوق در آلمان جنوبی علاوه بر کاربرد یا مصرف معمول ‎- تولید آرد و روغن ‎- مصارف دیگری، همچون تراشیدن سنگ نیز داشت.

چینی و رومانی‎ها، هیچ‎کدام از چرخ آبی، برای مکانیزه شدن اهداف خود، ‌استفاده ننمودند.

با این حال، چرخ آبی در قرون وسطی گسترش و توسعه یافت.

در سال 1086، ویلیام فاتح به شرح درونمائی از کشور انگلستنان در کتب ‎Domesday پرداخت.

این دورنما، بیانگر مطلب فوق بود: 5624 آسیاب آبی در انگلستان دایر می‎باشد.

بدین معنی که برای حدوداً هر پنج خانواده، یک آسیا و یا به عبارتی یک آسیا برای دویست الی چهارصد نفر وجود دارد.

بعد از گذشت هفتصد سال، هنوز تعدادی از آنها،‌ پابرجا می‎باشند و تعداد اندکی هم با کمی تغییر و تحول، در قرن بیستم قابل استفاده می‎باشند.

تقریباً در همین دوره، در جهان اسلام، آسیاهای آبی مهم و با اهمیت جلوه نمودند.

90 سال بعد نیز، ‌هنوز چرخهای آبی حدود ده تن از غلات آرد شده شهر بغداد را تأمین می‎کرد.

در قرن چهارم میلادی، رومانی‎ها، آسیا بزرگی را در ‎Barbegal، فرانسه امروزی،‌ بنا نمودند.

در آن دوره، بنای فوق، یک اثر فوق‎العاده مهندسی محسوب می‎شد.

هشت جفت چرخ ‎overshot در آن نصب شده بود.

هر چرخ هفت فوت قطر و دو فوت پهنا داشت.

آسیای فوق، روزانه توانائی تولید حجم زیادی از آراد را که 3 الی 28 تن تخمین زده می‎شود،‌ داشت.

این بازدهی، ماورای نیاز جمعیت بود و این تخمین بالا، آرد کافی برای هشتاد هزار نفر را تأمین می‎کرد.

حجم قابل ملاحظه‎ای از آرد به روم فرستاده می‎شد حدوداً، ده هزار نفر مصرف‏‎کننده داشت و مقداری هم به ارتش رومانی در ‎Gaul که همان (فرانسه جنوبی ‎- جنوب فرانسه) می‎باشد،‌ فرستاده می‎شد.

تقریباً در سال 990 نوع جدیدی از آسیا آبی در خاورمیانه ‎- ایران و عراق ‎- برای به عمل آوردن نیشکر، پدید آمد.

این آسیا در بصره‎- شهری که در طول جنگ ایران و عراق مشهور ‎شد ‎- قرار داشت.

در نواحی فوق، همچون اروپا مصرف دیگری از چرخ آبی می‎شد نظیر: فولینگ (یا منفذگیری) لباس و آماده‎سازی خمیر کاغذ.

‎Fulling (منفذگیری): مراحل بافت لباس،‌خصوصاً پارچه‎های پشمی می‎باشد.

در روزهای آغازین بافت پارچه، اغلب پارچه‎های پشمی بافته شده، دارای منفذ و سوراخ بودند.

برای رفع منفذهای موجود و محکم نمودن پارچه، آن را با نوعی گل حروف به گل چربی‎ساز قاطی می‎کردند تا منفذهای ریز آن پر شود.

با تولید ماشینهای ریسندگی جدید، فولینگ، دیگر چندان کاربردی ندارد.

اما گل چربی سازی، هنوز به عنوان پودر نرم‎کننده استفاده می‎شود.

در سال چهارصد میلادی، بعد از فروپاشی نیمه غربی، امپراطوری روم، تکنولوژی به طور شگفت‎انگیزی اهمیت آب را ملموس ساخت.

چرخهای آبی در این دوره، به طور چشمگیری مورد استفاده قرار گرفتند و طراحی آنها نیز گسترده‎تر و پیشرفته‎تر شد.

تقریباً در همان زمان،‌ همان‎طوری که در کتاب ‎Domesdaly عنوان شده، چینی‎ها، شروع به ساخت ساعت بزرگی کردند.

این ساعت با چرخ آبی که حدود یازده فوت قطر داشت، کار می‎کرد.

چرخ فوق، روزانه، دقیقاً، صد دور می‎چرخید و مکانیزم آن خیلی دقیق بود.

قبل از سال 1300 میلادی، چینی‎ها، برای بافت لباس از کنف یا الیاف، شروع به ساخت ماشین رسیندگی نمودند که با چرخ آبی کار می‎کرد.

‎amie نوعی گیاه گرمسیری می‎باشد که در قاره آسیا رشد می‎کند، ‌از الیاف ساقه آن برای بافت پارچه، طناب یا ریسمان استفاده می‎شود.

در قرون وسطی،‌ مالکان چرخهای آبی و آسیاهای آبی، درآمد و سرمایه سرشاری داشتند.

به آسیابان به خاطر تلاش و زحمتش فقط مقدار اندکی غلات آرد شده برای فروش یا تجارت پرداخت می‎شد.

نهایتاً و همانطوری که بارها در جوامع ما اتفاق افتاده، ثروت غالباً باعث احساس نوخوشاین دو ناراحتی در افرادی می‎شود که از نظر مالی در سطح پائینی هستند و این مسئله از بی‎عدالتی سرچشمه می‎گیرد.

آسیابان‎ها هم از این قضیه مستثنی نبودند.

انرژی جنبشی آب، انرژی بسیار مهمی در اروپای قرون وسطی، محسوب می‎شد از جمله کاربردهای آن می‎توان به: تبدیل گندم به آرد،‌ فولینگ پارچه (منفذگیری پارچه)، گرفتن آبجو (با له کردن سالت)، به حرکت درآوردن سنگ آسیا به منظور تیز کردن و شکل دادن ابزار،‌اشاره نمود.

تا قرن ششم، تأمین آرد کافی بر ای جمعیت از طریق آسیابهای آبی، غیرممکن بود.

با رواج صنعت کاغذ در اروپا، روند تبدیل الیاف به خمیر کاغذ، بطور مکانیکی انجام می‎گرفت.

مکانیزه شدن سیستم فوق، از نواحی اطراف بغداد آغاز شد.

تا پایان قرون وسطی چرخهای آبی،‌ همچنان سطهای مملو از سنگ را از معدن بالا می‎کشیدند.

در سده 1530 آخرین کاربرد چرخ آبی، پولیش نمودن جواهرات،‌ در پاریس بود.

در این دوره سدها و کانال‎هایی برای تأمین آب مورد نیاز چرخها، ساخته شد.

در سال 1626 یک سد خراب شد و خسارت زیادی به بار آورد.

متعاقب این خرابی، ‌سیستم آسیاب، سد و کانال و بدواً بازسازی نشد.

تقریباً استفاده از آب در قرون وسطی و دوران باستان، با هم یکسان و برابر می‎باشند.

در قرون وسطی آب به عنوان منبع انرژی برای انجام انواع کارهای مکانیکی، به شمار می‎رفت اما در دوران باستان به جز کارهای کشاورزی، تنها بخش اندکی از کارها با انرژی آب انجام می‎گرفت.

چرا؟

این سؤالی است که هیچ‎گاه به آن پاسخ داده نشد.

اما می‎توان حدس زد که به دو عامل بستگی دارد: اولاً یونان و روم باستان، جوامعی بودند که به نیروی کابرده‎هایشان متکی بودند (یک چرخ 7 فوت، قادر به آرد کردن یک تن گندم در 10 ساعت بود،‌ این کار، در جوامع فوق با 40 برده انجام می‎شد).

با تصرف‎هایی که در طول جنگ می‎گرفت،‌ برده‎ها، ‌تجدید‎ قوا می‎شدند.

دومین عامل به موقعیت جغرافیایی منطقه بستگی داشت.

در عمده نواحی جنوب ایتالیا و یونان، هیچ منبع آبی با جریان تند وجود نداشت.

به همین علت انتخاب آب به عنوان منبع انرژی، در دوران باستان، چندان جالب نبود.

در اروپای میانی به دو عامل دیگر در آسیابهای آبی مدیون هستیم.

اولاً ساخت آسیا با چرخ آبی ‎overshot (چرخی که آب برای گرداندن آن از بالا سرازیر می‎شود) نیاز به سرمایه اولیه زیادی (برای آسیا، چرخ، سد و اجزایش) داشت و برای یک نفر، داشتن چنین سرمایه‎ای مقدور نبود.

در سال 1100 این مسئله رایج شد که 2 تا 5 نفر برای ساخت سد، مشترکاً، سرمایه‎گذاری کنند.

در قرن دوازدهم، فرانسه شرکتی را که در آن سهام برای ساخت آسیا به فروش می‎رسید، تأسیس نمود.

سهام شرکتهای فوق، خریداری و یا به وسیله آنها تجارت صورت می‎گرفت.

تجربه فوق، باعث افزایش چنین شرکتهایی شد.

با شروع قرن سیزدهم میلادی، به این مسئله پی بردیم که آسیابان سهمی در آسیاب نداشت، و همین باعث شروع اختلاف در جوامع فوق شد: اختلاف بین افراد سرمایه‎گذاری که ادعای مالکیت داشتند و کارگران.

دوماً، کاملاً واضح و علنی بود که بیش از یک آسیاب در امتداد یک رودخانه ساخته می‎شد و این برنامه کاملاً خوب پیش می‎رفت و کسی در جریان آب رودخانه مداخله نکرد.

برای مثال: هنگامی که سطح آب سد آسیاب بالاست، بالا می‎رفت، بیشتر آب داخل «آبگیر آسیاب» ریخته می‎شد و کمتر قابل دسترسی آسیاب‎های نهر پایین دست بود .

در هشتم ژوئن سال 1278، یک قضیه حقوقی آب نهر پایینی را در مقابل آسیاب نهر بالادست قرار داد و قانوناً باعث بالا رفتن سطح آب سد شد.

سد شناور معروف، نمونه‎ای از سدهای قبلی می‎باشد که تنها اساس و پایه اختراع محسوب می‎شود در سال 537، ‎Ostrogothها، آنهایی که از دریای سیاه حرکت نمودند و به ایتالیا، یورش بردند و روم را تعریف نمودند، در آن زمان، امپراطوری روم در نیمه شرق واقع شده بود و مرکز آن ‎Byzantium (استانبول امروزی) بود.

‎Belisarius فرمانده شهر ‎Byzantine، معاهده‎ای را مبنی بر دفاع از روم در زمان تصرف، امضا نمود.

سیستم گسترده و منجهز آباده برای تأمین آب اکثر آسیاهای آبی آن زمان استفاده می‎شد.

محاصره ‎Goth، ممکن بود باعث گرسنه ماندن رومی‎ها به علت قطع آب از سیستم آباده شود.

بدون وجود آب برای به حرکت انداختن آسیاها، رومانی‎ها قادر به آسیا کردن غلات و تبدیل آن به آراد نبودند.

از این‎رو قادر به پخت نان نیز نبودند.

‎Belisarius به قایقهای متصل به چرخهای پره‎داری که به اسکله رودخانه ‎Tiber بسته شده بودند.

مجهز و ملح بود.

رودخانه ‎Tiber در روم جاری بود و ‎Goth هیچ راهی برای توقف جریان آب نداشت.

با اتصال این چرخها به آسیا، تأمین آب مورد نیاز حتمی بود.

در طی سالیان متمادی (هزار سال)، این طرح بتدریج و ابتدا در بغداد و ونیز، رایج شد.

در پاریس سه سد شناور در زیر پل رودخانه سن ساخته شدند.

تا پایان قرون وسطی، سدهای شناور قابل استفاده بودند.

عمدتاً برای آرد کردن غلات و پمپاژ آب از آن استفاده می‎شد.

در قرن پانزدهم و در ‎Gologne، سدهای شناوری در رودخانه راین ساخته شدند و عمر این سدها،‌ حداقل به سه قرن انجامید.

چرخهای آبی در دنیای مدرن امروز در عصر جدید، آب به عنوان مهمترین منبع انرژی محسوب می‎شود.

با وجود آنکه موتور بخار در اواخر قرن هیجدهم، توسعه و تکامل پیدا کرد، چرخهای آبی هنوز به عنوان منبع کم هزینه نیرو، همپا با موتوربخار قابل استفاده بودند.

و علت اجتماع کارخانه‎ها در محل مناسب ذخیره آب، همین موضوع بود.

در سال 1830 در انگلستان، آسیابهای آبی به عنوان منبع اصلی در انجام کارهای مکانیکی باقی ماندند.

اولین کارخانه مکانیزه، آسیابی بود که نخ ابریشمی برای بافت جوراب زنانه تولید می‎کرد.

این کارخانه در سال 1702 در ‎- ‎Derb y ‎‎- تأسیس شد.

چرخ آبی که تقریباً 12 فوت قطر داشت که این ماشین را به حرکت می‎انداخت.

کارخانه فوق متعلق به برادران لومبو ‎- توماس وجان‎- بود.

کارخانه لومبو، نمونه بارز، یک کارخانه نساجی در انگلستان بود که با انقلاب صنعتی، توسعه و رواج پیدا کرد.

کارخانه فوق با یک چرخ ‎undershot کار می‎کرد و چرخ فوق باعث حرکت ماشین‎آلات کارخانه می‎شد.

تا آن زمان، هیچ کارخانه‎ای، بدین اندازه مکانیزه نبود.

اگرچه کارخانه لومبو، از نظر تجاری، کارخانه چندان موفقی نبود، اما الگوی مناسبی برای استفاده از آب و به حرکت درآوردن ماشینهای ریسندگی بود.

چرخ آبی، منبع انرژی برای مکانیزه شدن صنعت نساجی بود و یکی از سه عامل مهم پیشرفت تکنولوژی در انقلاب صنعتی بریتانیا محسوب می‎شود.

چرخ آبی، موجب احداث کارخانجات نساجی در مناطقی می‎باشد که جریان در آنها تند باشد.

در ابتدا، کارخانجات در مثالهای مناسبی، واقع نبودند.

تعداد بچه‎های کارگری که در کارخانه‎های فوق کار می‎کردند، زیاد بود.

هفته کایر 9 روز و روزی دوازده الی سیزده ساعت کار بود.

حتی در یک کارخانه موفق که در نزدیکی منچستر قرار داشت،‌ استاندارد ساعت کاری 74 ساعت بود.

کمبود تجهیزات امنیتی در ماشین‎آلات موجب معلولیت‎های نظیر قطع عضو و یا شکستگی می‎شد.

محیط مرطوب آن نیز،‌زمینه مساعدی برای ابتلا به بیماری سل بود.

احداث کارخانجات در مناطقی با منابع آبی مناسب، باعث ازدحام جمعیت برای کار در کارخانه‎ها در مناطق فوق شد.

انتقال جمعیت به مناطق فوق و نهایتاً موجب رشد شهرها با مهاجرت افراد به خاطر واقع شدن کارخانه در مناطق فوق شد.

در ایالت متحده، هنوز آب به عنوان منبع مهم انرژی برای کارخانجات و آسیابهای نساجی محسوب می‎شود.

آمریکا و انگلستان به خاطر دارا بودن منابع آبی غنی، همزمان شروع به صنعتی شدن نمودند.

در طول دهه اول قرن نوزدهم نصب هزاران دستگاه که با نیروی آب کار می‎کردند، رایج شد.

اگر وضعیت جغرافیایی ایالت متحده را همچون سال 1850 در نظر بگیریم، متوجه خواهیم شد که اکثر رودخانه‎های پر آب در انگلستان، نیویورک و پنسیلوانیا قرار داشتند.

بنابراین اغلب کارخانه‎ها در شمال و شمارشرقی واقع بودند.

به خاطر تمرکز جمعیت در شهرهای اطراف کارخانجات، اکثریت جمعیت در شمال و شمال شرقی،‌مستقر شده بودند.

با شروع جنگلهای داخلی، ایالتهای شمالی از نظر تعداد نیرو، ارجح بودند.

در اواخر قرن نوزدهم، چرخ آبی با نوآوری دیگری همراه شد که چندان مربوط به تکنولوژی انرژی نبود.

در قرون وسطی، ‌چرخهای آبی به عنوان منبع هم انرژی، باعث چرخش انواع ماشین‎آلات می‎شدندو امروزه نیز نقش مهمی ایفا می‎کنند.

برای رمانیها و اروپائیان، احداث و ساخت چرخ آبی، اوج اقتدار مهندسی بود.

با شروع قرن بیست و یکم، با تعداد انبوهی از دستگاهها که با نیروی اندکی کار می‎کردند، مواجه شدیم.

یک چرخ آبی، ممکن است، یک دوم اسب بخار انرژی تولید نماید.

در عصر حاضر، بزرگترین و پیچیده‎ترین چرخ آبی،‌ایستگاه ماری در کشور فرانسه می‎باشد.

چرخ آبی فوق در سال 1680 ساخته شد و با قدمت 8 سال، دارای تقریباً دو هزار کارگر می‎باشد.

هدف آن تأمین آب مورد نیاز فواره‎های دادگاه فرانسه واقع در ‎V ersal می‎باشد.

ایستگاه فوق دویست و سی و پنج پمپ دارد.

چرخهای فوق با سیزده چرخ آبی ‎undershot کار می‎کنند که هر کدام از چرخها چهل و پنج فوت قعر دارد.

یک میلیون گالن از آب رودخانه.

روزانه پمپاژ می‎شود.

تولید نیروی بنای فوق 125 اسب بخار می‎باشد که ده درصد انرژی جنبشی آب را به کار منتقل می‎سازد.

در اوایل سال 1800 منابع انرژی مجتمع فوق با فقط صدو پنجاه موتور بخار جابجا و تعویض شد.

اندازه‎گیری دیگر تولید نیرو کار: یک چرخ ‎overshot با هفت فوت قطر با جریان آب 3 گالن در دقیقه نیرویی حدود 12 الی 5/2 اسب بخار تولید می‎کند که برابر با یک موتور 25 کوچک می‎باشد.