الکترومغناطیس

 

الکترومغناطیس

 

صورت های انرژی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 گردآورنده :دل آرا بذری و مهسا میرزایی پور 1/2  تجربی

 

 

 

در تاریخ تمدن  بشر ، سه روز بزرگ  و جود دارد که  نقطه عطف تحولات  علمی هستند :

1 -  روزیکه گا لیله با تلسکوپ دست ساز خود چشم به آسمانها دوخت ،  و با رصد امواج نوری به نظاره  عالم ماکروسکوپی پرداخت ،  و بد ین وسیله عصر تکنولژی الکترومغناطیسی آغاز شد 

2 - روزیکه سیب از درخت افتاد و عصر تئوری گرانش آغاز شد .

3 – روزیکه  ا ولین  آزما یش  هسته ای ا نجام و ا نرژی  هسته اتم آ زا د و پژوهشها ی     عا لم  میکرو سکپی  و  عصر  تکنو لژی  هسته ای   قوی  و ضعیف  آغاز گردید .

تمدن الکترومغناطیسی

با کشف ، کنترل و بهره برداری از الکتریسیته ، مغناطیس ، انرژی الکتریکی ، موتورهای الکتریکی ، ژنراتورها ، لیزر ، تلفن ، فرستنده گیرندههای رادیوئی و تلویزیونی ، نیروگاههای برق ، باطری ، کامپیوتر ، تلسکوپهای کیهانی، که همگی مربوط به تکنولژی الکترو مغناطیسی هستند ، تمدن الکترومغناطیسی بوجود آمد و زندگی بشر کاملا" متحول گردید .

مفاهیم بنیادی طیف الکترو مغناطیس ‎دید کلی‎:‎ ‎به طور غیر منطقی ولی به ترتیب تاریخی ، از ناحیه مرئی شروع می کنیم و به خارج از آن فرا می رویم. ‏در واقع اگر ناحیه مرئی را یک کمی به طرف فروسرخ و فرا بنفش گسترش دهیم ‏ناحیه نسبتا مشخص بین ( 1 میکرومتر ) 2000 آنگستروم به وجود می آید. که آسان ترین ناحیه براکار ‏کردن است.

کوارتز در تمامی این ناحیه و شیشه در بیشتر قسمت های آن شفاف است. لذا امکان انتخاب ‏بین منشور ، توری و تداخل سنج به عنوان پاشنده وجود دارد و مشکلی در مورد پنجره ها یا عدسی ها پیش نمی ‏آید‎.

‎جذب و اتلاف طیف الکترومغناطیسی‎:

‎طیف الکترومغناطیسی می تواند به شکل عکاسی یا فوتوالکتریکی ثبت شود. برای طیف نمایی ‏جذبی و گسیلی رده وسیعی از منابع در دسترس اند. در زیر طول موج 2000 آنگستروم ، ابتدا هوا ( ‏یا به طور دقیق اکسیژن ) سپس کوارتز شروع به جذب می کنند.

برای‎ ‎فایق آمدن به شکل اولی، ‏مسیر نوری باید تخلیه شود و نام فرا بنفش خلا ، برای این ناحیه از همین جا ناشی می شود. برای ‏گسترش برد عبور به اندازه چند صد آنگستروم ( تا 1040 آنگستروم که حد عبوری لیتیوم فلوراید است ) می ‏توان بلورهای دیگر را با اپتیک کوجایگزین ساخت، اما این امر فقط برای تکنیک های پایین عملی ‏است‎.

‎تداخل سنج ها به علت انعطاف های سطحی و باز تابندگی پایین دارای مشکلات زیادی هستند. در پایین تر ‏از حدود 1800 آنگستروم توری ها تنها پاشنده های قابل دسترس برای تفکیک بالای اند. عدسی ها و ‏‏آینه ها( که دارای باز تابندگی های کمی در این ناحیه اند ) با به کادن توری ، حذف می شوند. در ‏پایین تر از حدود 400 آنگستروم ، برای غلبه بر باز تابندگی کم ، توری ها بایستی در وضع فرود ‏خراشان به کار روند از طرف دیگر آشکار شدن گرما مسئله ساز نمی باشد‎.

‎بررسی نواحی طیفی‎:

‎روش های عکاسی یا فوتو الکتریکی می توانند در سر تا سر ناحیه ‏فرابنفش مورد استفاده قرار گیرند. مسائل مربوط به استفاده از منابع نوری مناسب ممکن است در ناحیه ‏پایین تر از 1040 آنگستروم که در آن پنجره ها نمی توانند برای در بر گرفتن یا مجزا کردن گاز های مختمورد استفاده قرار گیرند، به صورت حاد درآیند. نواحی طول موج کوتاه و بلند اطراف 1040 آنگستروم به ‏ترتیب به نام کاشفین آنها شومن و لیمن نامیده می شود‎.

‎حرکت به سوی فروسرخ ، در می یابیم که انتخاب بین منشورها و شبکه ها و تداخل ‏سنج ها تا حدود 40 میکرومتر ، حد موثر بلور آزاد است. تداخل سنج های ساخته شده از فیلم های ‏نازک نظیر پلی تن را می توان ، تا طول موج های باز هم بلند تری مورد استفاده قرار داد به طوره ‏طیف نمایی تبدیل فوریه می تواند با طیف سنجی شبکه در ناحیه فرو سرخ رقابت ‏کند‎.

‎با ایجاد لیزر های رنگی کوک پذیر طیف نمایی بدون شبکه ها یا تداخل سنج ها در ‏موارد معینی امکان پذیر می شود. به دلیل بالا بودن ضریب باز تابشان می توان آینه های متعددی را بدون ‏اتلاف قابل توجه در شدت به کار برد. مسئله اساسی در قسمت عمده ناحیه ، ناکافی بودنت است. اغلب ‏منابع در ناحیه فروسرخ انرژی نسبتا کمی را تابش می کنند و در اثر آشکار شدن گرما در معرض مسائل ‏جدی ناشی از پارازیت قرار می گیرند. اغلب لازم است که تفکیک را فدای به دست آوردن نسبت مناسبی از ‏علامت به پارازیت بکنیم.

‎طیف نمایی در فروسرخ معمولا به علت فقدان منابع خطی با کافی ، به صورت جذب انجام می شود. از ‏طرف دیگر ضرورت تخلیه در فروسرخ چندان جدی نیست زیرا اکسیژن و ازت خشک جاذب نیستند، و ‏فقط کافی است که بخار آب و گاز کربنیک حذف شوند.

‎در طول موج های حدود چند دهم میلی متر ، ناحیه فروسرخ با ناحیه که موج روی هم می افتند و یک تغییر ‏کلی در روش پیش می آید. منبع و آشکارگرهای برگزیده نخست به شکل لیزرهای زیر میلیمتر در طول موج ‏های مخصوص و سپس به صورت نوسان سازهای کلیسترون کوک پذیر به آسانیبل حصول هستند. در ‏این حالت پاشنده ها به کلی زائد شده و طیف نمایی جذب فقط شامل مشاهده تغییرات در علامت در حین ‏جاروب منبع و آشکارگر بر روی محدوده طول موج مورد لزوم می شود‎.

‎طیف نمایی فرکانس رادیویی در دوره نسبتا متفاوت قرار می گیرد. از یک طرف به سادگی گسترش ‏طیف نمایی که موج است به طرف طول موج هایی بلندتر ، از طرف دیگر ادغام روش های متعدد تشدید است ‏که برای مطالعه گذارهای بین زیر ترازهای مغناطیسی و یا ساختار فوق ریز توسداده شده اند. در این ‏روش ها ، انتقالات هر چند که به وسیله میدان فرکانس رادیویی القا شوند، معمولا نه از طریق جذب انرزی ، ‏بلکه به وسیله روش های دیگر ، نظیر انحراف حاصل از تغییر در جهت اسپین یا تغییری در جهت ‏‏قطبش تابش تشدید آشکار می شوند‎.‎


                   

 

  • ·        بررسی کشف و تکامل نیروی الکترومغناطیسی

مطالعات نشان میدهند که شروع و مسیر فعالیت ازیک روند علمی ومنطقی برخوردار بوده .

ابتدا بررسی آثار ( معلول ) پدیدهها انجام گرفته ونیروی الکترو مغناطیسی کشف گردیده . سپس عامل نیرو ( علت ) مشخص و در چرخه تکامل قرار گرفته ورشد نموده که منجر به تولد تکنولژی گردیده . رشد  تکنولژی ، تمدن رابوجود آورده و پایه گذار کشف و تکامل سایر نیروها شده است .

درفرآیند کشف نیرو، تولد تکنولژ ی و ایجاد تمدن الکترومغناطیسی ، نامداران بزرگی مانند گالیله ، نیوتون ، فاراده ، کلوین ، مکسول ، یانگ ، هرتز ، پلانک ، مایکلسن ، مورلی ،  انیشتن وبیش از 15 نفر از مشاهیر دیگر شرکت داشته اند . 

 

 

تکنولوژی الکترو مغنا طیسی

حدود 400 سال قبل ، گالیله با تلسکوپ دست ساز خود به نظاره آسمان پرداخت و چشم به ژرفای عالم دوخت و

غرق شگفتیهای عالم گردید . این روز تاریخی بدون شک بزرگترین روز تاریخ علم بشر و مبداء تحولات تکنولژی

 الکترو مغناطیسی میباشد . در حقیقت سناریوی خلقت پس از 15 میلیارد سال از آغاز خلقت در مهبانگ ، وبعد از

5 میلیارد سال از پیدایش منظومه شمسی و روند تکاملی موجودات زنده و در نهایت پیدایش انسان بر روی کره

زمین بوقوع پیوست و این پیچیده ترین موجود خلقت توانست ماموریت خویش را آغاز نماید و با وسیله ساخت دست

خود ، توانائیها و قابلیتهای طبیعی چشم خود را از دید 5 سال نوری به 100 سال نوری افزایش داده و عصر حیرت و شگفتی را آغاز نماید . راهگشائی گالیله موجب گردید اندیشمندان و شیفتگان علم براه صحیحی هدایت شده و هر یک با استقرار در پشت تلسکوپ افکار خود را به پرواز در آورد ه و در عمق کائنات به جستجوی پاسخ برای سئوالات خود و نیاکانش بپردازد ، اینجا کجاست ؟ من کی هستم ؟ از کجا آمده ام ؟ و بکجا میروم ؟

گالیله علاوه بر یک اندیشمند و متفکر برجسته ، یک سیاستمدار هنر مند بود که توانست بخوبی با محدودیتها و مشکلات زمان خودش مبارزه نماید وثابت نماید که زمین و دیگر سیارات منظومه شمسی هستند که بدور خورشید میچرخند . گالیله مانند گلی نحیف و ظریف که از زیر صخره ای عظیم سر بیرون میآورد و به خورشید چشم میدوزد ، موفق شد پیام و تلسکوپ خود را در این جهان بیادگار باقی بگذارد و برود .

تلسکوپ گالیله در حقیقت مانند یک تابلوی راهنمائی بود که شاهراه علم و تمدن را نشانه رفته و اندیشمندان را بعالم کبیر( ماکروسکپی ) هدایت میکرد . گالیله همچنین با حمایت از نظریه کپرنیکی و چاپ کتابهایش ، " مناظره در رابطه با دو دستگاه جهانی عمده " و "دو علم نوین" ماموریت علمی خوش را بنحو احسن بپایان ببرد و با تقدیم سخت افزار ونرم افزار به جهان    علم ، موفق شد که تخم حقیقت را در سر تا سر گیتی پراکنده نماید .

پس از آن بود که تمدنهای انسان شکل علمی بخود گرفت و مراحل رشد و ترقی را بسرعت پیمود و امروزه پس از 400  سال ، تکنولژی الکترو مغناطیسی ، انسان را بدرجه ای از تمدن و پیشرفت رسانده که ایستگاهها وتلسکوپهای فضائی ساخته و به شکار رخدادهای کائنات و ثبت تصاویر از میلیاردها میلیارد سال نوری  می پردازد .

پس از گالیله نو بت مکسول دانشمند برجسته بریتانیائی بود که نظریه ارزشمندی ارائه و قوانین الکترو مغناطیس را مدون و الکتریسیته و مغناطیس را با یکدیگربیامیزد . نظریه مکسول بر پایه وجود میدانها است که کنش را از جائی به جائی دیگرمنتقل میکند . میدانهائی که نوسانهای الکتریکی و مغناطیسی را جا بجا میکنند ، دینامیک هستند و در فضا حرکت میکنند .

الکترو مغناطیس را در دو معادله خلاصه کرد وثابت کرد امواج الکترو مغناطیسی با هر فرکانس ،دامنه و فازی ، با سرعت ثابت نور حرکت میکنند .

مجموعه آزمایشهای پایه ای نور و مطالعه و بررسی خواص نور و دیگر دست آوردها وپیشرفتهای انجام شده درتکنولژی الکترو مغناطیسی و همچنین عدم سازش الکترو مغناطیس با مکانیک نیوتن ، موجب تولد نظریه مکانیک کوانتوم گردید که تحول عظیمی در دنیای علم بوجود آورد و پس از 40 سال اولین آزمایش هسته ای انجام گرفت و با آزادسازی انرژی هسته اتم ، عصر تمدن هسته ای آغاز گردید .

مکانیک کوانتوم همچنین با ارائه نیمه هادیها ، ترانزیستور، آی سی ، کامپیوتر، لیزرو تکنولژی نانو ، موجب رشد و ترقی شگفت انگیزی در دنیای علم و صنعت گردید .  

 بدین وسیله سه نیروی الکترو مغناطیس ، هسته ای ضعیف و هسته ای قوی کشف ، کتترل و بهره برداری شدند . مطالعه و پژوهش در نیروهای هسته ای ضعیف و قوی تنها 100 سال و الکترو مغناطیس  400 سال سابقه دارد ولی امروزه تمام زندگی بشر تحت تاثیر تکنولژی این سه نیرو است .

مطالعه روند تکامل تمدن بشر  گویای آنست و باین نکته اشاره دارد که مرحله تکامل بعد ی ا نسا ن تمدن گرانشی خواهد بود . اما نکته جا لب اینجاست که بشر از 4000 سال قبل این نیرو را میشناسد و همواره با آن در جدال و مبارزه بوده و جهت مقابله با این نیرو ودر حقیقت برای کنار آمدن با نیروی گرانش ، اهرمها ، چرخها ود یگر وسایل و ادوات را بمنظورایجاد سهولت در جابچائی کالا و مسافر اختراع و طی هزاران سال  بخوبی از آنها جهت رشد و تکامل استفاده نموده ، ولی بدلیل عدم توانائی در کشف ماهیت گرانش ، پس از سپری شدن هزاران سال ، هنوز چیزی بنام تکنولژی گرانشی وجود ندارد .  

نیروی الکترو مغناطیس 42)  - ( 10 بار از نیروی گرانش قویتر است و همکنش ذرات بار دار الکتریکی با بارهای مثبت و منفی ، این نیرو را تولید میکند ، مانند همجواری پروتون و الکترون .

  • میدان الکتریکی زمانی بوجد میآید که دو جسم بار دار در مجاورت یکدیگر قرارمیگیرند و نسبت بهم ساکن هستند . در این صورت فضا بگونه ای خاص  در آمده ومیدان الکتریکی تولید میشود .
  • میدان مغناطیسی زمانی بوجود میآید که دو جسم بار دار با سرعت ثابت نسبت بیکدیگرحرکت داشته باشند .
  • میدان الکترو مغناطیسی زمانی تولید میشود که که دو جسم بار دار نسبت بیکدیگر  با سرعت متغیر ویا سرعت شتابدار حرکت داشته باشند .

در هر حال عامل انتقال نیروی الکترو مغناطیسی فوتون میباشد .

از آنجائیکه سرعت ذرات بار دار وقتی در محدوده کوچکی مانند حجم اتم قرار میگیرند فوق العاده زیاد ونزدیک به سرعت نور است ، دیگر نمیتوان از معادلات مکسول برای مطالعه آنها استفاده کرد ، زیرا اثر تئوریهای کوانتوم و نسبیت در مورد آنها قابل ملاحظه است .

نیروی گرانش بین دو الکترون در 2 میلیمتری مجاورت یکدیگر ، برابر با نیروی الکترو مغناطیس بین آنها در فاصله 50 سال نوری از یکدیگر است .

معادله f × E = h  پلانک توضیح علمی ارزشمندی در باره خواص و رفتار کوانتومی نور ارائه داد و انقلابی در شناخت نور بوجود آورد . نور بصورت بسته های انرژی توسط فوتون با عمر متوسط (  10(- 16× 8. 0 ثانیه ، با سرعت 000 ، 300 کیلومتر بر ثانیه  در تمام جهات عالم بصورت عرضی منتشر میشود .

 

نحوه  عملکرد امواج الکترومغناطیسی بر ذرات باردار و بدون بار

نوروقتی به ماده برخورد میکند تنها ذرات بار دار مانند پروتونها و الکترونها را تحت تاثیر قرار داده و میلرزاند و بر ذرات بدون بارمانند گراویتان تاثیری ندارند . هنگامیکه امواج گرانشی به ماده برخورد میکنند کلیه ذرات بار دار و بدون بار را میلرزانند  ، ولی امواج الکترومغناطیسی ذرات را یک تریلیون تریلیون بارشدید تر از امواج گرانشی میلرزانند . اضافه بر شدت لرزش ، نوع نوسان هم در این دو موج متفاوت میباشد . هنگامیکه یک موج الکترومغناطیسی از یک جسم عبور میکند ، کلیه ذرات بطور یکسان و همراه با هم در یک جهت واحد به عقب و جلو میروند و جهت ارتعاش ذرات عمود است بر جهت حرکت موج الکترومغناطیسی .

 

  • ·        نحوه عملکرد امواج گرانشی بر ذرات بار دارد و بدون بار

زمانیکه یک موج گرانشی از یک جسمی عبور میکند ، مانند حالت قبل جهت نوسان ذرات عمود است بر جهت انتشار موج گرانشی ولی در این حالت ذرات نسبت بیکدیگر حرکت نسبی دارند وذرات بطور یکسان و یکپارچه و باهم ارتعاش نمی کنند .  بطور مثال اگر امواج گرانشی از یک لوله استوانهای عبور کنند و ما سطح مقطع دایره ای آنرا ناظر باشیم ، مشاهده خواهیم کرد که ذرات سمت چپ و راست از مرکز دایره دور میشوند و در همان لحظه ذرات بالا و پائین به مرکز دایره نزدیک میشوند و لحظه ای بعد ، این وضعیت بر عکس میشود . نمونه کیهانی این تحولات گرانشی ، لحظه انفجار ستارگان بسیار عظیم است که جرمشان هزاران مرتبه از خورشید ما بزرگتر است وامواج گرانشی حاصل از انفجار ، بهنگام عبور از منظومه شمسی ، موجب نوسان ماه و زمین به عقب و جلو میشود .

یک جسم بزرگ مانند  خورشید ، دارای شمار برابری از بارهای مثبت و منفی است ، بنا بر این نیروهای جاذبه ودافعه بین ذرات یکدیگر را خنثی ساخته و نیروی الکترو مغناطیسی ناچیزی باقی میماند . در مقیاسهای کوچک و در درون اتمها و ملکولها ، نیروی الکترو مغناطیس دست بالا را دارد و تعین کننده است . نیروی جاذبه الکترو مغناطیسی بین الکترونها و پروتونها است که موجب گردش الکترونها بدور پروتونها میگردد . نیروی جاذبه الکترومغناطیسی بر اثر مبادله ذرات مجازی بدون جرم با اسپین یک ، یعنی فوتون بوجود میآید . هر گاه الکترونی از یک مدار بالا به مداری پائین تر منتقل میشود ، انرژی آزاد و یک فوتون حقیقی منتشر میکند و چنانچه یک فوتون حقیقی به یک اتم بر خورد کند ، ممکن است باعث شود که الکترونی از مدار پائین به مداری بالا تر منتقل شود .

 تمام امواج ،از فرکانسهای پائین رادیوئی ، میکروویو ، نور مادون قرمز ، نور مرئی ، نور ماوراء بنفش ، امواج ایکس ، امواج گاما و منابع حرارتی ، از جنس الکترو مغناطیس میباشند. 

نور خاصیت دو گانه ذره موج دارد و مایکلسن_  مورلی در آزمایش اینترفرومتر خاصیت موجی ، واینشتن در آزمایش فوتو الکتریک خاصیت ذره ای نور را ثابت کردند .

 یک با طری مصرف و خالی شده  سبکتر از زمانی است که با طری پر بوده .  طبق  قا نون انرژی انیشتن  ( (2 E = MC   جرم از د ست رفته ، به انرژی الکتریکی تبدیل و مصرف گردیده است .

بر اساس نظریه نسبیت عام و تائید رصدهای انجام شده ، انحناء فضا – زمان ، که در اثر وجود جرم در فضا بوجود میآید ، موجب انحراف مسیر نور میگردد ، و مقدار انحراف متناسب با مقدار جرم است .

 

  • بطور کلی میدان اطراف یک ذره ، میلیاردها بار بزرگتر از اندازه خود ذره میباشد . 

ستارگان انرژی خود را بصورت انرژی الکترو مغناطیسی از دست میدهند . کلیه اطلاعات نجومی و کیهانشناسی بشر از طریق دریافت و مطالعه امواج الکترو مغناطیسی است . با تجزیه نوردریافتی  ستارگان ، کهکشانها ، خوشه ها ، ابر خوشه ها و مطالعه طیف نوری  واندازه گیری تغیر فرکانس نور (  RED SHIFT  ) آنها ، مطالب بسیار زیادی در باره ماهیت منبع اصلی نور بدست میآید  . بطور مثال بررسی طیف نوری ، خطوط متعددی را در بین رنگها مشخص میکند ، از این خطوط طیفی برای مشخص کردن اتمهای خاصی که در منبع نور وجود دارند استفاده میشود . هر عنصر شیمیائی از خود یک مجموعه خطوط طیفی خاص خود بروز میدهد و آنها در واقع اثر انگشت یا امضاهای اتمها ویا ملکولهای شیمیائی موجود در منبع نور هستند . تر کیب شیمیائی ستارگان و کهکشانها را بسادگی با تشخیص خطوط موجود در طیفهای این اجسام میتوان کشف کرد . هیچ دو عنصر متفاوتی دارای طرح خطوط طیفی یکسانی نیستند . محققین با بررسی دقیق و جزئی  این خطوط طیفی و دگرگونیهای آنها از جمله پهن شدگی و شکافتگی خطوط طیفی ،  ساختار ، عناصر تشکیل دهنده ، چگالی ، دما ی سطح ستاره ، فشار جو ستاره ، شدت میدان مغناطیسی ، سرعت خطی ، سرعت چرخشی ، جهت حرکت ودیگر اطلاعات ارزشمند و نهفته از کیهان را بدست میآورند .  بطور خلاصه هر چه علم و اطلاعات وهر خبری از عالم داریم ، ( به استثناء دانش ما در با ره زمین و ماه ) و راهی که میتوان      در باره عالم ورای زمین اطلاعات کسب کرد ، مطالعه بر روی امواج الکترو مغناطیسی              ( نور ستارگان ) دریافتی از کیهان میباشد ، وآنهم مستلزم داشتن دانشی صحیح و کامل از خواص و رفتار نور است .   

فرکانس امواج الکترو مغناطیسی در صورتیکه فاصله بین فرستنده نور و دریافت کننده ثابت نباشد تغیر میکند که به " اثر داپلر " مشهور میباشد  . چنانچه در اثر سرعت فرستنده و یا گیرنده فاصله بین آنها کم شود ، فرکانس دریافتی افزایش یافته و نورگرایش به رنگ آبی خواهد داشت . در صورتیکه فاصله بین آنها زیاد شود ، فرکانس نور کاهش و رنگ آن گرایش به قرمز دارد و در واقع نور ارسالی از منبع انرژی خود را از دست مید هد ، مانند دونده ای که روی یک فرش میدود و در همان هنگام فرش در جهت مخالف کشیده میشود . در این صورت شخص خسته و انرژی خود را از دست میدهد . بنا بر این بشر نمیتواند فرا تر از فاصله معینی ( افق کیهانی ) را رصد کند و ببیند و پیشرفت تلسکوپها و تکنولژی هم آنرا تغیری نخواهد داد زیرا آنچه را با آن مواجه هستیم یک مسئله تکنیکی نیست بلکه یک قضیه بنیادی فیزیک است . بطور مثال اختر نمائی که 12 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد ، با سرعتی برابر 80 در صد سرعت نور از ما دور میشود ، و با تلسکوپهای قویتر میتوان اجرامی را دید که با سزعت 99 در صد سرعت نور از ما دور میشوند . و اما ستارگانی که 15 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند ، بر طبق قانون هابل با چنان سرعت بالائی از ما دور میشوند که فرکانس نورشان وقتی بما میرسد برابر صفر میشود و بعبارتی تمام انرژی خود را از دست میدهند و مثل یک جسم سیاه و تاریک خواهند بود . این 15 میلیارد سال نوری نهایت شعاع دید بشر است و به کره دید هابل مشهور است . 

 اثر داپلر کاربردهای فراوانی دارد و بررسی خطوط طیفی در طیفهای نور ستارگان مشخص میکنند که آیا ستاره مورد بررسی در حال حرکت بسوی ما است و اگر هست سرعت آن چقدر است . از این بررسیها همچنین سرعت انبساط ابر حاصل از انفجارات ستاره اختر نما بدست میآید  و محا سبات مربوط  به مدار ستارهها ی  د وتا ئی (NARY STARS   BI )  و سرعت دوران آنها حول مرکز جرم مشترکشان انجام میشود و با توجه به نوع انتقال خطوط در طیفهای ابرهای هیدرژنی ، طرز حرکت آنها را مشخص نموده و تصویر جامعی از کل ساختار کهکشانمان بدست میآید  .

فرکانس امواج الکترو مغناطیسی در میدان گرانشی کاهش میابد و شدت کاهش متناسب با اندازه جرمی است که آن میدان را بوجود آورده و به  " انتقال به سرخ گرانشی  " مشهور است .

                                                                                                   

در اثر انبساط عالم که ادوین هابل آن را کشف نمود ، فرکانس نور اجرام آسمانی که بما میرسند کاهش یافته و به " انتقال به سرخ کیهانی " مشهور میباشد . طبق قانون هابل ، هر چه فاصله کهکشان از ما بیشتر باشد ، سرعت دور شدن آن به همان میزان و متناسب با آن بیشتر است و در نتیجه میزان انتقال به سرخ آن هم بالا تر است . این رابطه مستقیم ، نشانگر آنست که اگر فاصله کهکشان را دو برابر کنیم ، سرعت دور شدن و فرار ستاره از ما دو برابر میشود . " ثابت هابل " فاکتور ارزنده ای است که تعین میکند  یک کهکشان در فاصله ای معیین از ما ، با چه سرعتی از ما دور میشود . محاسبات انجام شده ،  ثابت هابل را 50 کیلومتر در ثانیه در هر میلیون پارسک یعنی در حدود 15 کیلومتر در ثانیه در هر 20 میلیون سال نوری تعین نموده است  ،  یعنی جرمی که در فاصله یک میلیون سال نوری از زمین است ، با سرعت 15 کیلومتر بر ثانیه و جرمی که دو میلیون سال نوری از ما فاصله دارد ، با سرعت 30 کیلومتربر ثانیه از ما در حال دور شدن میباشد .   

امواج ضعیف و کم فروغ الکترو مغناطیسی تابش زمینه میکروویو کیهان (  CMBR  ) ،  که توسط ماهواره COBE     اندازه گیری شده اند ، مجموعه فوتونهای باز مانده از انفجار  مهبانگ میباشند و اطلاعات مهمی در باره تاریخچه کیهان بما میدهد که همه عالم را بطور همگن و همسان گرد با چگالی 400 فوتون در هر سانتیمتر مکعب پر کرده است . این امواج توسط فوتونها از زمانهای بسیار دور، هنگامی که عالم فوق العاده چگالتر و داغتر از اکنون    بود  ، در راستای مخروط نوری گذشته مان بسوی ما منتشر میشوند . طیف توزیع توان بر حسب فرکانس بدست آمده از این تابش زمینه ،  با طیف " تابش جسم " در دمای 2.7 درجه کلوین مطابقت دارد .

نکته جالب در مورد نور اینکه اگر چند نور با رنگهای مختلف به یک نقطه بتابند ، ماحصل آنها تشکیل یک رنگ را میدهند . مثلا" نور ی با طول موج 590 انگستروم رنگ زرد نامیده میشود ولی تداخل مقدار معینی از نور قرمز با طول موج 760 انگستروم ومقداری نور سبز با طول موج 535 انگستروم هم  نور زرد را بوجود میآورد ، در حالیکه در مورد امواج صوتی اینطور نیست ومخلوط چند فرکانس صوتی ، ایجاد یک فرکانس خاص نمی کند و اگر بطور همزمان از چند منبع صدا پخش شود ما قادر هستیم هر یک از اصوات را بتفکیک شنیده و آنها را درک  کنیم ، مانند گوش کردن به اجرای یک ارکستربا سازهای مختلف ، که میتوان صدای تک تک هر یک از ادوات موسیقی را همزمان و بتفکیک شنید و درک کرد .

امروزه کائنات زیر سیطره ماده یعنی اتمها ، ستارگان و کهکشانها میباشد و بازاء هر یک اتم یک میلیارد فوتون نوروجود دارد . نور انرژی نسبتا" اندکی را حمل میکند . سهم نور در نیروی جذب کنندگی جهان یک هزار بار ضعیف تر از سهم اتمهاست . اما این وضعیت در گذشته بر عکس بود و زمانی که کیهان یک میلیارد مرتبه متراکم تر بود ، ا نرژی نور سیطره داشت .

نیروی الکترومغناطیسی موجب بهم پیوستگی اتمها ، با چرخش الکترونها با بار منفی ، در مدارهای اطراف هسته اتم با بار مثبت است . از آنجا که نیروی الکترومغناطیسی ساختار مدارهای الکترونها را تعین و مشخص میکند ، بر قوانین شیمی هم حاکم است .

 نیروی الکترومغناطیسی آنچنان قوی است که براحتی بروزن اجسام غلبه میکند ، مانند مالش شانه و بلند کردن تکه های کاغذ .

 

                                           

القای الکترو مغناطیسی

 

   القای نیروی محرکه ی الکتریکی توسط تغییر شار مغناطیسی برای اولین بار دراوایل قرن نوزدهم توسط فاراده و هنری مشاهده شد. بر پایه ی آزمایش های این دانشمندان دستگاه های جدید امروزی از قبیل مولدها ، مبدل ها و مانند آن ها به وجود آمده اند. در این جا به طور عمده به فرمولبندی ریاضی القای الکترومغناطیسی و کاربرد آن در موارد ساده می پردازیم.

          معادله مشخصه الکتروستاتیک عبارت است از:

E=0

یا صورت انتگرالی آن :

 

E.dl=0

 

این معادلات مستقیما ً از قانون کولن نتیجه می شوند،و نیروی مغناطیسی ناشی از جریان های پایا در آن ها تغییری ایجاد نمی کند. لیکن ، این معادلات برای میدان های کلی ترکه وابسته به زمان اند به کار نمی روند . نیروی محرکه الکتریکی ، یا emf ،به دور یک مداررا به صورت زیرتعریف میکنیم

 

E .dl= ε

این emf ، برای میدان های EوBی ایستا همیشه برابر صفر بود. اکنون مواردی را بررسی میکنیم که این کمیت صفر نیست. میدان  Eرا نمیتوانیم توسط قانون کولن بیان کنیم، لذا این میدان به گونهای بیان می شود که نیروی لورتنس، یعنی

F=q(E+v B)

همیشه برابر نیروی الکترومغناطیسی وارد بر بار آزمون q می باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

انرژی

توانایی انجام دادن کار است. هواپیما برای پرواز کردن، آب برای جوشیدن، لامپ برای روشن شدن و شناگر برای شنا کردن به انرژی نیاز دارد. اگر انرژی نباشد، کاری انجام نمی گیرد.

انرژی یکی از اساسی ترین مفاهیم در علم است. ماده یکی دیگر از این مفاهیم اساسی است. هر آنچه در جهان یافت می شود یا ماده است یا انرژی. تا نخستین سالهای قرن بیستم میلادی دانشمندان انرژی و ماده را دو چیز کاملاً متفاوت می دانستند . اما در این زمان آلبرت اینشتین دریافت که انرژی و ماده به یکدیگر بستگی دارند، به طوری که ماده می تواند به انرژی و انرژی می تواند به ماده تبدیل شود. او رابطه میان انرژی و ماده انرژی و ماده را به صورت فرمول مشهور E=mc2 بیان کرد، که در آن E مقدار انرژی و m مقدار ماده یا جرم، و c‌سرعت نور است . چون مقدار مجذور سرعت نور بسیار بزرگ است طبق این فرمول مقدار کمی ماده می تواند به مقدار بسیار زیادی انرژی تبدیل شود، و بر عکس برای آنکه از انرژی بتوان ماده یا جرم قابل مشاهده ای به دست آورد، به مقدار بسیار زیادی انرژی نیاز است. در واکنش های هسته ای و شیمیایی تغییری در انرژی و تغییری در جرم ماده به وجود می آید. در هر دو نوع واکنش ممکن است مجموع جرم محصولات واکنش کمتر از مجموع جرم عامل های واکنش باشد. این جرم کاهش یافته به انرژی تبدیل می شود که معمولاً به صورت انرژی گرمایی آزاد می شود.

با توجه به تعریف علمی کار، به روش های گوناگون می توان کار انجام داد. در انجام دادن هر کاری انرژی مصرف می شود. برای مثال، با ضربه زدن با چکش بر روی میخ، می توان بر مقاومت یک قطعه چوب غلبه کرد و میخ را در چوب کوبید. در این کار حرکت وزنه چکش است که کار انجام می دهد . اگر چکش به آرامی روی سر میخ گذاشته شود نمی تواند آن را در چوب فرو ببرد و کاری انجام نمی گیرد. پس می توان گفت که جرم متحرک چکش دارای انرژی است. این نوع انرژی را انرژی جنبشی یا انرژی سنتیک می نامند. اگر جسمی را از سطح بالا ببریم، برای این جابجایی کار انجام می دهیم. این کار انجام شده در جسم به صورت نوعی انرژی ذخیره می شود که آن را انرژی پتانسیل گویند. هر اندازه وزن جسم بیشتر و فاصله آن از سطح زمین بالاتر باشد انرژی پتانسیل آن نسبت به سطح زمین بیشتر است .

اگر سنگی که در فاصله کافی بالای میخی نگه داشته شده است رها شود و آزادانه فرو افتد، می توان کار انجام دهد و مثلاً میخی تا حدی در چوب فرو کند، بنابراین، این سنگ دارای انرژی پتانسیل است. هر چه سنگ پایین تر می آید سرعت حرکتش بیشتر می شود . بنابراین، می توان گفت که در ضمن فرو افتادن سنگ، انرژی پتانسیل آن کاهش می یابد و انرژی جنبشی آن پیوسته زیادتر می شود. اگر مقاومت هوا ناچیز باشد، اندازه کاهش انرژی پتانسیل برابر افزایش انرژی جنبشی جسم است. مجموع انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی جسم را انرژی مکانیکی آن جسم می نامند.

یک فنر فشرده یا باز شده می تواند کار انجام دهد. بنابراین، دارای انرژی پتانسیل است. انرژی پتانسیل موجود در این فنر را انرژی پتانسیل کشسانی می نامند. انرژی پتانسیل می تواند به انرژی جنبشی تبدیل شود و ضمن این عمل کار انجام دهد. مثلاً وقتی که کش لاستیکی تیر کمان کشیده شود، در آن انرژی پتانسیل ذخیره می شود و اگر کش رها شود، انرژی پتانسیل آن بصورت انرژی جنبشی به تیر یا سنگی که در تیر کمان قرار دارد داده می شود و آن را به فاصله دور پرتاب می کند

صـورتهای انـرژی: انرژی به صورت های گوناگون موجود است این صورتها عبارتند از : انرژیهای گرمایی الکتریکی، شیمیایی، هسته ای و تابشی،


· انرژی گرمایی یکی از صورت های بسیار آشنای انرژی است که در واقع از انرژی جنبشی و پتانسیل ذرات ماده ناشی می شود. هر چه حرکت ذرات سریع تر باشد، انرژی گرمایی و دمای ماده بیشتر است . انرژی گرمایی نیز مانند همه صورتهای دیگر انرژی می تواند کار انجام دهد.

وقتی که به مایعی مانند آب گرما داده می شود، پس از مدتی مایع می جوشد و به بخار تبدیل می شود . به سبب حرکت و جابجایی بیشتر مولکول های بخار بر اثر گرفتن انرژی گرمایی، بخار نسبت به مایع اولیه حجم بیشتری را اشغال می کند. بنابراین، اگر بخار در ظرف یا محفظه بسته ای تولید شود، فشار زیادی به دیواره محفظه وارد می کند. این فشار می تواند کار انجام دهد. ترکیدن آبگرمکن یا دیگ زودپزی که دریچه اطمینان آن خراب است، به سبب افزایش فشار بخار آب استفاده می کنند و با آن ماشین هایی به نام توربین بخار را به کار می اندازند. این ماشین ها نیز ماشین های دیگری به نام ژنراتور یا مولد را می چرخانند که تولید الکتریسیته می کنند. نیروگاه هایی را که در آنها، با گرم کردن آب، بخار آب تولید می کنند و از فشار این بخار برای تولید الکتریسیته استفاده می کنند، نیروگاه های گرمایی یا حرارتی می نامند.



· انرژی الکتریکی یکی دیگر از مهمترین صورت های انرژی در دنیای امروزی است. جریان الکتریسیته می تواند موتورها و ماشین های الکتریکی را به کار اندازد. ماشین هایی مانند جاروبرقی، مته برقی، تلمبه برقی و ماشین لباسشویی وسایلی هستند که با مصرف کردن انرژی الکتریکی کار انجام می دهند و کار انسان را آسان می کنند.



انرژی الکتریکی به ساختار اساسی اتم مربوط است. هر اتم مرکز خود هسته ای سنگین با بار الکتریکی مثبت دارد که ممکن است دارای یک یا چند پروتون و نوترون باشد . در پیرامون هسته اتم یک یا چند الکترون گردش می کنند که با الکتریکی منفی دارند. هسته و الکترونها چون دارای بارهای ناهمنام هستند، یکدیگر را جذب می کنند. اما در بعضی از مواد، مانند فلزها، هسته های اتم ها نمی توانند همه الکترون های پیرامون خود را در کنار خود نگه دارند. در این گونه مواد، بعضی از الکترون ها می توانند در میان اتم ها حرکت کنند. همین حرکت الکترون های آزاد است که جریان الکتریسیته و انرژی الکتریکی را تامین می کند. کار ژنراتور و باتری ایجاد همین حرکت الکترون ها و تولید انرژی الکتریکی است. انرژی الکتریکی آثار گوناگونی دارد که یکی از آنها اثر مغناطیسی است. اگر جریان الکتریکی از سیمی که به دور میله ای آهنی پیچیده شده است عبور کند، در آن میله خاصیت مغناطیسی یا آهنربایی پدید می آید. آهنربا می تواند اجسام آهنی را بلند کند و کار انجام دهد، پس دارای صورتی از انرژی است. این صورت انرژی را انرژی مغناطیسی می نامند.



· انرژی شیمیایی صورت دیگر

/ 0 نظر / 22 بازدید