۱
۱   ۱
۱   ۲   ۱
۱   ۳   ۳   ۱
۱   ۴   ۶   ۴   ۱
۱   ۵  ۱۰  ۱۰   ۵   ۱
شش سطر نخست از مثلث خیام[۱]

مثلّث خیام، مثلّت پاسکال، مثلّث تارتالیا یا مثلّث خیام-پاسکال به آرایش مثلث‌شکل ضرایب بسط دوجمله‌ای گویند.

 

[ویرایش] نام گذاری و تاریخچه

مثلث خیام را در برخی منابع به ندرت «مثلث خیام-پاسکال-نیوتن» نیز می‌گویند. این مثلث در زبان‌های گوناگون نام‌های دیگری نیز دارد در زبان انگلیسی «مثلث پاسکال»، ایتالیایی «مثلث تارتالیا» و در زبان چینی «مثلث یانگ هویی» نام گرفته‌است. در آثار متون سانسکریتِ پینگالا ریاضی‌دان هندی نشانه‌هایی از استفاده از این بسط دیده می‌شود. در همان دوران عمر خیام ریاضی‌دان ایرانی ادعای کشف روشی جبری برای به دست آوردن ضرایب بسط دوجمله‌ای می‌کند. کتاب «مشکلات الحساب»، کتابی که اثبات‌های این ادعا در آن آمده هنوز کشف نشده ولی در آثار طوسی تأثیر گرفته از او ضرایب را تا توان ۱۲ می‌توان دید[۲]. بعد از او در قرن ۱۲ میلادی در آثار یانگ هویی ریاضی‌دان چینی، شکل مثلث به چشم می‌خورد. در قرن ۱۶ میلادی ریاضی‌دان ایتالیایی تارتالیا هم از خود این مثلث را به جا گذاشته و پس از یک قرن پاسکال ریاضی‌دان فرانسوی هم دوره با نیوتون روی این بسط و مثلث حسابی آن کار کرد.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳٩۱/٢/٢٩ | ۱٢:۱۳ ‎ق.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

سیارک ۳۰۹۵ عمر خیام (به انگلیسی: ‎3095 Omarkhayyam، نامگذاری: 1980RT2) سه هزار و نود و پنجمین سیارک کشف شده‌است[۱] که در ۸ سپتامبر ۱۹۸۰ کشف شد.[۲] این سیارک به افتخار عمر خیام دانشمند و شاعر ایرانی نامگذاری شده‌است.

قدر مطلق سیارک برابر ۱۱٫۳۰ است.[۳]



تاريخ : ۱۳٩۱/٢/٢٩ | ۱٢:۱۱ ‎ق.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

چهارضلعی خیام-ساکری (Saccheri quadrilateral) را نخستین بار عمر خیام مورد بحث قرار داد اما در غرب با کارهای ساکری معرفی شد. خیام این چهارضلعی را بیش از هفت سده قبل از ساکری در کتاب «شرح ما اشکل» مطرح کرده است ساکری ریاضیدان ایتالیایی و نویسنده کتاب «اقلیدوس به دور از همه نارسایی ها» در سال ۱۷۷۳ بود.

 



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳٩۱/٢/٢٩ | ۱٢:٠۸ ‎ق.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

بزرگترین و پیچیده‌ترین آزمایش علمی تاریخ بشر در تونلی واقع مرز فرانسه و سوئیس مجددا روز شنبه 21 نوامبر 2009 مطابق با (30 آبان 1388) آغاز شد. مهندسان سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای سرن، موفق شده‌اند دو پرتو پروتون را در جهت عکس یکدیگر در دستگاه برخورد دهنده به حرکت درآورند. در صورتی که از سرگیری فعالیت این طرح موفقیت آمیز باشد، محققان سرن برای افزایش انرژی تولید شده به وسیله این دستگاه، به میزان یک و دو دهم تریلیون الکترون ولت تلاش خواهند کرد. تاکنون بیشترین انرژی که به وسیله یک دستگاه شتاب دهنده ایجاد شده، در شیکاگو و به میزان یک تریلیون الکترون ولت بوده است.

برخورد دهنده بزرگ هادرون، بزرگترین دستگاه ساخت بشر است و در یک تونل زیرزمینی در 27 کیلومتری مرز فرانسه با سوئیس قرار دارد. این طرح ده میلیارد دلاری با هدف برخورد پرتوهای پروتون برای بررسی راز خلقت کیهان و بازسازی شرایط انفجار (بیگ بنگ) راه‌اندازی شده است. «برخورد دهنده بزرگ هادرون» سال گذشته پس از راه‌اندازی به علت ایجاد اختلال در بعضی از قسمت هایش از کار افتاد. اختلال ایجاد شده باعث شد حرارت حدود 100 عدد از ادوات تولید کننده میدان مغناطیسی که در این دستگاه باید در درجه حرارت بسیار پایین فعالیت کنند، به 100 درجه سانتی گراد افزایش پیدا کند. در نتیجه محققان مرکز سرن مجبور شدند پنجاه و سه آهن ربای ابررسانا را جایگزین کنند. وظیفه این قطعات شتاب دادن به ذرات در حد سرعت نور است. حلقه اصلی «برخورد دهنده بزرگ هادرون» از 1200 آهن‌ربای ابررسانا تشکیل شده است. این آهن ربا پرتوهای پروتون را در جهت‌های مختلف و با سرعتی نزدیک به سرعت نور منحرف می‌کنند. در بعضی از نقاط مشخص شده در طول تونل «برخورد دهنده بزرگ هادرون»، پرتوهای پروتون با هم برخورد خواهند کرد و انرژی آزاد می‌کنند. لحظه برخورد این پرتوها به وسیله حس گرهای ویژه‌ای ثبت می‌شود تا با بررسی آنها دانش فیزیک ارتقا پیدا کند.

این شتاب دهنده عظیم که Large Hadron Collider نام دارد با هزینه 10 میلیارد دلار و بزرگترین و پیچیده‌ترین دستگاهی است که تاکنون توسط بشر ساخته شده است. این شتاب دهنده پروتون‌ها را با بیش از 99.99 در صد سرعت نور به حرکت در می‌آورد، سپس آنها را به هم می‌کوباند. بر اثر این برخورد دمایی بیش از 1000,000 برابر دمای خورشید در مقیاس کوچک ایجاد می‌شود! این دستگاه قادر است شرایط پس از بیگ بنگ (Big Bang) یا شروع کائنات را در مقیاس میکروسکوپی شبیه سازی کند.

Large Hadron Collider، یا LHC‌ که به نام «برخورد دهنده هادرونی بزرگ» به فارسی ترجمه شده است، برای برخی حکم ماشین قیامت را پیدا کرده است. این برخورد دهنده یا به عبارت دیگر «شتاب دهنده ذره‌ای» در حقیقت یک آزمایشگاه فیزیک است شامل یک تونل 27 کیلومتری که در زیر زمین ساخته شده است . در این تونل ذرات کوچکتر از اتم (ذرات بنیادی) تا سرعتهای حیرت آوری نزدیک به سرعت نور شتاب داده میشوند تا پس از جمع کردن حدود 14 تریلیون الکترون ولت انرژی، با هم برخورد کنند. با دنبال کردن و مطالعه این برخوردها و نتایج حاصل از آن، فیزیکدانان امیدوارند به اسراری از دنیای زیر اتمی دست یابند که تاکنون خود را از چشم و ابزار و دوربین‌های آنان پنهان نگه داشته است.

برخورد دهنده هادرونی بزرگ (Large Hadron Collider) که متعلق به سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای (CERN) میباشد، در اعماق 175 متری زمین، نزدیک شهر ژنو در ناحیه مرزی سوئیس و فرانسه بنا شده است و به علت اندازه بزرگ آن، بخشی از آن در خاک فرانسه و بخشی دیگر در سوئیس قرار گرفته است.






















سیر تکمیل پروژه این برخورد دهنده از ایده به عمل بیش از دو دهه طول کشیده است، اما سرانجام در روز چهارشنبه (دهم سپتامبر 2008) اینکار میسر شد و برای اولین بار این ماشین غول پیکر به راه‌انداخته شد بطوریکه نخستین پرتو پروتون در دهم سپتامبر 2008طول تونل «برخورد دهنده بزرگ هادرون» را طی کرد ولی نه روز بعد به علت اختلال ایجاد شده، فعالیت این طرح متوقف شد ولی دوباره 2 روز پیش (شنبه 21 نوامبر 2009) مطابق با (30 آبان 1388) فعالیت طرح «برخورد دهنده بزرگ هادرون» پس از یک وقفه 14 ماهه از سرگرفته شده است.

یکی از اولین اهدافی که برای این شتاب دهنده بزرگ در نظر گرفته شده، تولید و مطالعه برخوردهای بنیادینی است که به عقیده فیزیکدانان مشابه هستند با آنچه که در لحظات آغازین شروع کائنات، یا انفجار بزرگ (بیگ بنگ، Big Bang) اتفاق افتاده است.

اگر چه دانشمندان و علاقه مندان بسیاری در اروپا و گوشه و کنار دنیا با بیقراری در انتظار به راه افتادن این برخورد دهنده بزرگ و شروع به آزمایشهای مختلف برای مطالعه ذرات بنیادی بودند، خبر آماده شدن و به راه افتادن عنقریب این دستگاه عده دیگری را در وحشتی عمیق فرو برده بود : وحشت روز قیامت !
و اما نکاتی در مورد این ماشین شتاب دهنده CERN که قرار است شرایط مشابه با Big Bang یا لحظات آغازین شروع کائنات را ایجاد کند، بصورت اختصار مرور کنید :

1. مدت 20 سال است که این پروژه در حال اجرا است.

2. گروهی متشکل از 7 هزار دانشمند و فیزیکدان با مشارکت 80 کشور جهان در این پروژه کار کرده‌اند !

3. این ماشین که شبیه یک تیوپ است محیطی برابر با 27 کیلومتر دارد و در 175 متری زیر زمین نصب شده است بطوریکه یک قطار به راحتی می‌تواند از داخل آن عبور کند.

4. هدف از آزمایشات این شتاب دهنده، پاسخ به سوالات بزرگ فیزیک از طریق اصابت و برخورد پروتون‌ها با یکدیگر با سرعت نور (300 هزار کیلومتر در ثانیه) است.

5. دمای تولید شده در آن 1000.000 بار از دمای مرکز خورشید بیشتر است!

6. مگنت‌های ابر رسانای به کار گرفته شده در این ماشین، می‌تواند دما را همانند اعماق فضا پایین بیاورد.

7. این پروژه با هزینه‌ای بیش از 10 میلیارد دلار آغاز شده است و مهندسان پیچیدگی آن را بسیار بیش از پیچیدگی ماموریت سفر انسان به ماه می‌دانند.

8. آنها امیدوارند در این چند میلیونیوم ثانیه،‌ اتحاد نیروهای اصلی، ‌ابعاد اضافی عالم، ‌ماده تاریک، ‌ضد ماده و همینطور بسیاری از ذرات بنیادی ابتدایی را آشکار کنند.

9. فیزیکدانان ذرات معتقدند در این آزمایش می‌توانند شرایط اولیه شکل گیری عالم بر مبنای نظریه مهبانگ را شبیه سازی کنند.

10. این شتاب دهنده به شکل دایره‌ای غول پیکر در زیر زمین و زیر خاک کشورهای فرانسه و سوئیس می‌گذرد و دایره‌ای به محیط 27 کیلومتر را شکل می‌دهد.

11. بسیاری از محققان امیدوارند با انجام این آزمایش و تکرار آن در ماه‌ها و سالهای آینده به شرایط اولیه کیهان دست یابند.

12. تا این لحظه همه مراحل آزمایش مطابق برنامه از پیش تعیین شده به پیش رفته است.

ادامه تصاویر جدید این ماشین عجیب و غریب، که قرار است بزودی به سوالات بسیاری از عجایب خلقت و کائنات که برای همه جهانیان مطرح است پاسخ دهد:


































تصاویر زیر مرکز مدیریت تحقیقات «سرن» و کنترل این پروژه عظیم را نشان می‌دهد:





















 



تاريخ : ۱۳٩٠/۱٠/٥ | ۱٢:۳٤ ‎ق.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()


نیکلا لئونار سعدی کارنو (زادهٔ ۱۷۹۶ - درگذشتهٔ ۱۸۳۲ میلادی) که بیشتر با نام سعدی کارنو شناخته می‌شود، فیزیکدان فرانسوی بود که قانون دوم ترمودینامیک را کشف کرد و چرخه کارنو در ماشین‌های گرمایی به نام اوست. کارنو در یک خا نوادهٔ برجسته و ممتاز فرانسوی به دنیا آمد. پدرش لازار کارنو (۱۷۵۳ تا ۱۸۲۳ ) ریاضی دان انقلابی، ،طراح نقشه‌های جنگی، پدید آورندهٔ چهارده ارتش جمهوری فرانسه و از شخصیت ها ی برجستهٔ دولتی محسوب می شد که به علت ا بداع روش ها ی نوین و موثر جنگی برای مقا بله با دول اروپایی “طراح پیروزی “نام گرفته بود .برادرش آزادی خواه و سیاست مداری برجسته بود و برادر زاده اش به ریاست جمهوری فرانسه رسید پدر کارنو به فرهنگ و ادب فارسی عشق می ورزید و به علت علاقهٔ وافرش به سعدی شاعر پرآوازهٔ ایرانی نام او را سعدی نهاد کارنودرسن شا نزده سالگی وارد مدرسهٔ پلی تکنیک شد.

گی لوساک، .پویسون، آراگو و آمپراز جملهٔ استادان او بودند پس از طی مدرسهٔ پلی تکنیک با درجهٔ افسری وارد ارتش فرانسه شد ولی پس از سقوط ناپلئون و تبعید پدرش از ارتش خارج شد سپس در پاریس اقامت گزید درپاریس با سوربون و کالج دوفرانس در ارتبا ط بود. به موسیقی وتئاتر دلبستگی داشت و حتی درباره رقص و شمشیربازی تحقیق می کرد .در همین زمان به صنعت علاقه مند شد و شروع به مطا لعهٔ نظریهٔ گازها کرد. اولین اثر مهم کارنو جزوه‌ای بود که در ۱۸۲۲ تا ۱۸۲۳ نگاشت و در آن برای تعیین رابطهٔ ریاضی کار تولید شده به وسیلهٔ یک کیلوگرم بخار تلاش کرد. پس از انتشار این اثر به تحقیقا ت خود ادامه داد و نظریات خود را کامل تر کرد که یاداشت ها یی از آن ها به جای مانده است.در آن زمان ماشین بخار به وسیلهٔ جیمز وات اختراع شده بود و در صنعت نقش مهمی ایفا می کرد با این حال علی رغم کوشش ها ی صنعت گران بازده آن بسیار اندک بود. بد نیست بدانیم که در آن زمان هنوز اطمینان کاملی نسبت به قانون بقای انرﮊی وجود نداشت انرﮊی و گرما متفاوت از هم انگا شته می شدند و اصولا گرما به عنوان ماده یی بی وزن و نا مریی پنداشته می‌شد کارنو سعی کرد موضوع ایجاد نیروی محرک را مستقل از هر نوع دستگاه به کار گرفته شده در نظر گیرد و سرانجام به این نتیجه رسید که بیشترین بازده‌ای که می توان از هر نوع ماشین گرمایی گرفت به اختلاف دمای دو چشمه ( یا دیگ) سرد و داغ بستگی دارد برای این کار او چرخه یی را معرفی کرد که اکنون به افتخار او چرخهٔ کارنو نامیده می‌شود و بنا به آن مادهٔ واسطه در طی پروسهٔ تبد یل از مایع به گاز و انجام کار و برگشت به حالت مایع دو فرایند آرمانی بی درو و دو فرایند آرمانی هم دما انجام می دهد در این پروسه جریان خود به خودی گرما(یا آن گونه که کارنو و هم عصرانش تصور می کردند “جریان کالریک") همواره از چشمهٔ داغ به سوی چشمهٔ سرد روان می‌شود و مادهٔ واسطه با دریافت گرما از چشمهٔ داغ و انجام کار بقیه را به جشمهٔ سرد می فرستد. اثر کارنو تحت عنوان “تفکرات دربارهٔ قدرت حرکتی آتش “به هنگام انتشار چندان مورد توجه قرار نگرفت و مدت ها پس از مرگ زود هنگام کارنو و چاپ اثرش به وسیلهٔ برادرش در سال ۱۸۷۸ توجه ها را به سوی خود جلب کرد. اندیشه ها ی کارنو به وسیلهٔ کلوین و کلوزیوس تکمیل و تصحیح شد. اکنون می دانیم که بازده کارنو یا بیشترین با زده یک ماشین آرمانی برابر است با نسبت تفا ضل دما ها ی چشمه ها ی سرد و داغ به دمای مطلق چشمهٔ داغ. کارنو در جوانی و در اوج فعالیت علمی اش در سی وشش سالگی بر اثر ابتلا به بیماری وبا که در آن زمان همه گیر شده بود چشم از جهان فروبست.



تاريخ : ۱۳٩٠/۱٠/٥ | ۱٢:٢٦ ‎ق.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

به ادامه مطلب بروید



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳٩٠/۱٠/٥ | ۱٢:٠۱ ‎ق.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

ممکن است در یک سفر قطب نما نداشته باشیم و یا قطب نمای ما از کار افتاده باشد. در این حالت نیاز داریم تا راه خود را بدون استفاده از قطب نما و به کمک خورشید، ماه و ستارگان و طبیعت اطرافمان بیابیم.
   برای یافتن موقعیتمان در یک سفر صحرایی ممکن است بالا رفتن از یک تپه و مشاهده اطراف ایده خوبی به نظر برسد. در بالای تپه خوب به اطرافمان نگاه می کنیم و آثار فعالیت انسان ها را می یابیم و می توانیم تصمیم بگیریم که به کدام سمت حرکت کنیم. اما اگر نقشه و قطب نما به همراه نداشته باشیم نمی توانیم مشخص کنیم که کدام جهت شمال است. پس برای تعیین جهات جغرافیایی می توانیم از یکی از روش های زیر استفاده کنیم.
   
   ١. روش خورشید و سایه:
   یکی از دقیق ترین روش ها استفاده از سایه و خورشید است. در این روش به یک آسمان صاف و مقداری زمان نیاز داریم. در این روش به وسیله ای برای اندازه گیری جهات نیاز نیست. تنها به یک چوب صاف به طول یک متر و دو قطعه چوب یا سنگ کوچک نوک تیز و یک تکه نخ یا طناب نیاز داریم. در صبح و کمی قبل از ظهر، درجه بندی را شروع می کنیم. چوب بلند را به صورت قائم در زمین فرو می کنیم. زمین اطراف چوب باید افقی و هموار باشد. حال یکی از چوب های کوچک را در زمین و درست در جایی که سایه چوب بلند تمام می شود، فرو می کنیم. طناب را به پایه چوب بلند بسته و سر دیگر آن را به چوب بلند نوک تیز می بندیم به صورتیکه وقتی طناب را کاملا می کشیم چوب نوک تیز به قطعه دیگری که در خاک فرو کرده ایم برسد. حال به کمک چوب نوک تیز یک نیم دایره بر روی زمین می کشیم و تا بعدازظهر صبر می کنیم. در طول روز سایه کوتاه و کوتاهتر شده و از ظهر به بعد دوباره بر طول آن افزوده می گردد. در ظهر و هنگامی که سایه در کوتاه ترین حالت خود قرار دارد بر روی نیم دایره راستای سایه را علامت می زنیم. در این حالت سایه راستای شمال را نشان می دهد. سرانجام سایه بلند شده و دوباره به نیم دایره رسم شده می رسد. این نقطه را باچوب نوک تیز علامت می زنیم. اگر طناب یا ریسمانی برای رسم دایره نداشتیم می توانید از یک چوب صاف بلند یا هر وسیله دیگری که بتوان با آن یک نیم دایره رسم کرد استفاده می کنیم.

سایه اجسام در صبح به سمت غرب است

سایه اجسام در عصر به سمت شرق است

 

حال خطی که دو چوب کوچک را به هم وصل می کند راستای شرقی – غربی را نشان می دهد. در حقیقت باید نقاط را به صورت دقیق مشخص نمائیم، زیرا هر دو نقطه که فاصله های مشابهی از قاعده چوب بلند داشته باشند برای ما خط شرقی – غربی را مشخص می کنند. 
   یک راه سریع تر و البته تقریبی برای این روش وجود دارد که البته در پایین خط استوا نادرست خواهد بود. در اینحال نیاز به چوب تیز و طناب نداریم. نشانه اول را مشخص می کنیم و تنها 20 دقیقه صبر کرده و نشانه دوم را در زمین در انتهای سایه می کاریم و خط مابین این دو سایه تقریبا خط شرقی – غربی خواهد بود.

 

٢. استفاده از ستارگان و ماه:
   در شب می توانیم به کمک ستاره ها مسیر خود را مشخص نمائیم. در نیمکره شمالی ستاره ای که در هر لحظه و در تمامی اوقات در شمال قرار دارد ستاره قطبی (Polaris) نامیده می شود. حال چگونه این ستاره را در آسمان شب بیابیم؟ به راحتی این کار امکان پذیر است. چنانچه دب اکبر (Big Dipper) را که شبیه به یک ملاقه دسته دار است در آسمان بیابیم و فاصله دو ستاره انتهایی نوک کاسه ملاقه را به میزان 5 برابر امتداد دهیم به ستاره پر نوری که همان ستاره قطبی است می رسیم. این ستاره جزئی از دب اصغر بوده و همیشه جهت شمال را نشان می دهد.

در نیمکره شمالی ستاره قطبی جهت شمال را نشان می دهد.

در نیمکره جنوبی چلیپا جهت جنوب را نشان می دهد.

در نیمکره جنوبی باید چلیپا یا صلیب جنوبی (Southern Cross) را در آسمان بیابیم. تا راستای جنوب را به ما نشان دهد.

  به کمک ماه می توان ستاره قطبی را در آسمان مشخص نمود. اگر بتوانیم ماه را در آسمان ببینیم می توانیم جهت شمال را مشخص نمائیم. دو راه برای این کار وجود دارد.
   الف: هنگامی که ماه کامل است اگر به سمت ماه بایستیم رو به شمال ایستاده ایم.

ماه کامل جهت شمال را نشان می دهد.

با کمک هلال ماه می توان ستاره قطبی و جهت شمال را یافت

 

 ب: زمانی که ماه به صورت هلال است اگر دو نوک هلال را بوسیله خطی به هم وصل کرده و ادامه دهیم به ستاره قطبی می رسیم که جهت شمال را نشان می دهد. اگر فاصله ماه را تا ستاره قطبی در شب اندازه گیری کنیم می توانیم از این فاصله در روز که ماه مشخص است و ستاره قطبی ناپیداست برای یافتن شمال استفاده نمائیم.

٣. استفاده از ساعت:
   با کمک یک ساعت عقربه دار نیز می توان راستای شمال و جنوب را مشخص کرد. ساعت خود را جلوی چشمان خود گرفته و ساعت را به صورتی می گیریم تا عقربه کوچک که ساعت را مشخص می کند به سمت خورشید قرار گیرد. خط نیمساز زاویه بین عقربه کوچک و ساعت 12 راستای جنوب را نشان می دهد و جهت مخالف آن جهت شمال را مشخص می کند. 
   در هنگام شب نیز ( از 6 عصر تا 6 صبح) چون خورشید در آسمان نیست. محل آن را معادل ساعتی که در آسمان هست در نظر می گیریم. دلیل تقسیم کردن ساعت به دو بخش این است که ساعت در شبانه روز 2 دور می زند ولی خورشید یک دور که البته این حالت مشکلی در تعیین جهت ایجاد نمی کند.

 

موقعیت یابی به کمک ساعت

بسیاری از مردم امروزه دارای ساعت دیجیتالی هستند. برای تعیین جهت کافی است ساعت را خوانده و روی یک کاغذ ساعتی عقربه دار که همان زمان را نشان دهد بکشیم و آن را روی صفحه ساعت خود قرار داده و به روشی که در بالا گفته شد جهت شمال و جنوب را مشخص نمائیم.
   این روش در هوای مه آلود و هنگامی که تنها هاله ای از خورشید مشخص است و جایگاه آن به خوبی قابل تشخیص نیست نیز کاربرد دارد. در این حالت کافی است یک تکه چوب نازک داشته باشیم و آن را به صورت قائم در زمین فرو کنیم و سایه آن در روی زمین هم راستا با جهت تابش خورشید بر روی زمین می افتد که نوک سایه دقیقا در جهت مخالف خورشید قرار می گیرد. حال که جایگاه خورشید مشخص شده است می توان از روش شرح داده شده راستای شمال و جنوب را مشخص کرد.

۴.سنجاق مغناطیسی:
   روش دیگری که می توان برای مشخص کردن راستای شمال و جنوب استفاده کرد، ساختن یک قطب نمای ساده است. برای این کار نیاز به یک سنجاق آهنی و یک لیوان آب است. سنجاق باید سبک باشد تا روی آب شناور بماند و یا می توانی از یک کاغذ یا برگ درخت در زیر آن استفاده نمود تا سنجاق به زیر آب فرو نرود. البته با چرب کردن سنجاق به کمک روغن نیز می توان از فرو رفتن آن جلوگیری نمود. 
   چنانچه سنجاقی که به کار می بریم مغناطیسی باشد در این حالت آن را روی آب قرار می دهیم و سنجاق می چرخد وبرای ما راستای شمال – جنوب را نشان می دهد. اما اگر سنجاق مغناطیسی نباشد باید به کمک یک پارچه پشمی آن را مغناطیسی کنیم. و سپس این روش را به کار بگیریم. این روش دارای اشکالی می باشد، تنها راستای شمال-جنوب را مشخص می کند و برای ما محل شمال یا جنوب را مشخص نمی کند و ما باید به کمک روش های دیگر محل قطب ها را مشخص کنیم یا آنها را حدث بزنیم.

سوزن مغناطیس شده راستای شمال - جنوب را نشان می دهد.

 ۵. آثار طبیعی:
   روش دیگر استفاده از آثار طبیعی موجود است. هنگامی که قطب نمایی در اختیار نبود و خورشید و سایه ای وجود نداشت و ستاره ها در آسمان دیده نمی شدند می توان از این آثار در جهت یافتن قطب ها استفاده کرد.
   
   • در جنگل ها و در کنار درخت ها می توان آثاری را یافت که در یافتن جهت قطبین به ما کمک نمایند. یکی اینکه بیشتر شاخه های درختان به جهت جنوب رشد می کند و شاخه های کمتری در جهت شمال می رویند. این را می توان با ایستادن در راستای تنه درخت به خوبی مشاهده کرد.
   • بخش شمالی تنه درخت مرطوب تر از بخش رو به جنوب آن است و این به دلیل تابش کمتر خورشید به بخش شمالی می باشد. این را می توان از گلسنگ های روییده در بخش شمالی تنه درختان متوجه شد. 
   • همچنین برخی جانوران مانند مورچه ها و موریانه ها لانه خود را در سمت روبه جنوب درختان که آفتابگیر است حفر می کنند.

جهت یابی با عوامل طبیعی

   • در بهار برف های روی دامنه های رو به جنوب زود تر از دامنه های شمالی ذوب می شوند. 
   • همچنین گیاهان و بوته ها در دامنه هایی که رو به جنوب شیب دارند دارای ضخامت بیشتری می باشند.
   • میوه های درختانی که در دامنه های جنوبی قرار دارند سریعتر می رسد.
   
   این روش های طبیعی به صورت کامل قابل اطمینان نیستند و شرایط محیطی و می تواند توسط عوامل مختلف مانند باد تغییر کند. قبل از استفاده از این علائم بهتر است از روش های مطمئن تری که ذکر شد استفاده نمائیم.

 

  


تاريخ : ۱۳۸٩/۳/٢٤ | ٧:٥٥ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()
امواج نوری که از خورشید به زمین می رسند دارای طول موجهایی بین 106 تا 1014 سانتیمتر می باشند که در آنها فقط امواج بین 380 نانومتر (بنفش) و 760 نانومتر (سرخ) قابل رویت است و طیف مرئی را تشکیل می دهد.طیف مرئی خورشید نشان داده شده است : (واحد طول بر حسب نانومتر)
بخار آب موجود در هوا، گرد و غبار و ابرها مقداری از نور خورشسید را جذب ، منعکس و پخش می کند. اُزُن موجود در جو نیز مقداری از نور فرابنفش را که برای انسان و گیاه مضر است جذب می کند. اثر نور بر روی گیاهان را از سه جنبه کمیت و کیفیت و مدت تابش مورد مطالعه قرار می دهند :
کمیت نور : کمیت یا شدت نور عبارتست از مقدار امواج نورانی که در واحد زمان به واحد سطح می رسد و واحد اندازه گیری آن فوت کندل ( Lux7/10=Foot candle) یا لوکس (Lux) می باشد. در بیشتر نقاط ایران شدت نور به اندازه کافی و گاهی چندین برابر بیشتر از نیاز گیاه است. در روزهای آفتابی ، شدت نور اغلب به 10000 فوت کندل می رسد. شدت نور بر روی پاره ای از اعمال گیاهی از جمله فتوسنتز اثر می گذارد.
کیفیت نور : نورهای مختلف کارهای مختلفی در گیاه انجام می دهند، مثلاً گیاه در نور سبز قادر به عمل فتوسنتز نیست در حالیکه نور سرخ و آبی باعث حداکثر عمل فتوسنتز می شوند، یا برای تولید رنگ قرمز در سیب و یا بنفش در بادمجان، نور آبی بنفش لازم است (به همین جهت قسمت زیر کلاهک بادمجان که نور بدان نمی رسد سفید باقی می ماند). اگر روی قسمتی از میوه نارس سیب که هنوز رنگ نگرفته را با موم بپوشانیم (یعنی مانع رسیدن نور به آن قسمت از پوست میوه بشویم) و بر روی موم مطالبی را بنویسیم بطوریکه موم سوراخ دار بشود، پس از یکی دو ماه مطلب نوشته شده، به خط قرمز روی سیب ظاهر خواهد شد. برای گل دادن، گیاهان احتیاج به نور سرخ و فرو سرخ دارند.
3- طول مدت تابش : مقدار نوری که به نقاط کره زمین تابیده می شود به طول مدت تابش و زاویه تابش بستگی دارد. به علت کرویت زمین، نور خورشید در نقاط مختلف و در ساعات مختلف روز با زوایای مختلفی می تابد. یعنی در استوا بصورت عمودی و در قطب ها کاملاً مورب به زمین تابیده می شود. بنابراین نور خورشید بر حسب زوایه تابش خود، فاصله کمتر یا بیشتری را در جو (اتمسفر) طی می کند و از همین روست که میزان انرژی دریافتی زمین در نقاط مختلف و در فصلهای مختلف فرق می کند. طول مدت تابش و به عبارت دیگر نور گاه بر روی رشد و گل دهی تعداد بسیار زیادی از گیاهان اثر مستقیم دارد که در همین بخش مورد بحث قرار خواهد گرفت.



تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:۱۸ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()


تصویر

دید کلی

رنگهایی که در آسمان می‌بینیم درسهایی است در زمینه اپتیک.


  • چرا آسمان صاف در هنگام روز اغلب آبی ، ولی در نزدیکی افق سفید است؟
  • چرا خورشید در حال غروب سرخ و آسمان درست در بالای آن همچون پرده‌ای رنگارنگ است؟
  • چرا در شامگاه سایه‌ای منحنی با حاشیه‌ای سرخ در آسمان شرق پدیدار می‌شود؟
  • چرا گاهی اندکی پس از غروب خورشید لکه‌ای ارغوانی در آسمان مغرب نمایان و سپس ناپدید می‌شود؟

    این پرسشها مارا به بررسی چه چیزی فرا می‌خوانند. بسیاری از طرحواره‌های مشهور در آسمان صاف بیشتر شامل انتشار نور خورشید از مواد موجود در هواست. از قبیل غبار ، افشانه‌ها ، بلورهای یخ و قطرکها و طرحواره‌های دیگر مبتنی بر جذب انتهای سرخ طیف مرئی بوسیله آب و اوزون در جو. هرگاه یک مه دود مصنوعی بوسیله یک باریکه نور سفید روشن شود و از زاویه معین مورد ملاحظه قرار گیرد، مانند رنگ آسمان بسیار صاف دیده می‌شود. آیا گاز خالص مانند هوا که عاری از همه درات باشد نمی‌تواند نور را منتشر کند و آن را به رنگهای مختلف تجزیه خواهد کرد؟



تصویر




پدیده انتشار

انتشار نور و تفکیک رنگها مربوط به خود مولکولهای هواست، حتی در غیاب ذرات خارجی هم آسمانی آبی خواهیم داشت. طول موج نور از آبی به سبز ، زرد و سرخ افزایش می‌یابد و طول موج مربوط به نور قرمز حدود 1.68 برابر طول موج نور آبی است. هر یک از اجزای نور خورشید در همه جهتها از مولکول منتشر می‌شود، ولی شدت آن همسان نیست. درخشانترین انتشار در جهت روبرو (مانند اینکه نور یک راست از مولکول می‌گذرد) و رو به پشت (بسوی خورشید) است.

به نظر نیوتن رنگهای ظاهری اجسام طبیعی بستگی به این دارد که از آنها چه رنگی شدیدتر منعکس یا بسوی بیننده پراکنده می‌شود . بطور کلی ، شیوه ساده‌ای وجود ندارد که بر اساس ساختار سطح ترکیب شیمیایی و مانند آنها پیش بینی کنیم که آن ماده چه رنگهایی را منعکس یا پراکنده می‌کند. با این همه ، علت آبی بودن رنگ آسمان را با استدلال ساده‌ای می‌توان توضیح داد.

همانطور که تامس یانگ با آزمایش نشان داد، طول موجهای گوناگون نور رنگهای متفاوت دارند، طول موج نور را با واحد نانومتر یا با واحد آنگستروم می‌سنجند. دامنه طیف قابل رؤیت برای آدمی nm 400 برای نور بنفش تا حدود nm 700 برای نور قرمز است. مانعهای کوچک می‌توانند انرژی یک موج فرودی را در همه جهتها پراکنده کنند و مقدار پراکندگی بستگی به طول موج دارد. به عنوان یک قاعده کلی ، هر چه طول موج در مقایسه با اندازه مانع بزرگتر باشد، موج بوسیله مانع کمتر پراکنده می‌شود. برای ذراتی کوچکتر از یک طول موج ، مقدار پراکندگی نور با عکس توان چهارم طول موج تغیـــیــر می‌کند. مثلاً ، طول‌ موج نور قرمز در حدود دو برابر طول موج نور آبی است. بنابراین پراکندگی نور قرمز در حدود یک شانزدهم پراکندگی نور آبی است.

نوری که نسبت به مسیر اولیه خورشید در زاویه قائم منتشر شود، تنها نیمی از درخشندگی را خواهد داشت. همه رنگها به این شیوه منتشر می‌شوند. ولی شدت انتشار هر یک از این رنگها در هر جهتی متفاوت است. شدت با عکس توان چهارم طول موج متناسب است. از اینرو نور موج کوتاه (مانند آبی) خیلی شدیدتر از نور سرخ منتشر می شود که طول موج بلندتری دارد. از آنجا که نسبت طول موج آنها 1.68 است، نسبت انتشار نور آبی 8 برابر درخشانتر از نور سرخ است.



img/daneshnameh_up/4/47/Alamkoh.jpg




آسمان آبی

اکنون می‌توانید بفهمید که چرا رنگ آسمان آبی است. نور خورشید بوسیله مولکولها و ذرات گرد و غبار موجود در آسمان ، که معمولاً در مقایسه با طول موجهای نور مرئی بسیار کوچکند، پراکنده می‌شود. به این ترتیب ، نور طول موجهای کوتاه (نور آبی) بسیار شدیدتر از نور طول موجهای بلندتر بوسیله این ذرات پراکنده می‌شوند. وقتی که به آسمان صاف نگاه می‌کنیم ، بیشتر این نور پراکنده شده است که به چشم ما می‌رسد. دامنه طول موجهای کوتاه پراکنده شده (و حساسیت چشم آدمی به رنگ) منجر به احساس رنگ آبی می‌شود.

کوتاهترین طول موجهای طیف مرئی بیشتر مطابق بنفش است تا آبی ، پس چرا آسمان بجای آنکه بنفش باشد آبی است؟ نور خورشید اولیه در رنگ بنفش تا حدی ضعیفتر از آبی آست و بنفش کمتر از آبی به ما می‌رسد. دلیل مهمتر اینکه چشم انسان نسبت به بنفش کمتر از آبی حساس است. اینکه مردم آبی بودن آسمان را بوجود بخار آب در جو نسبت بدهند، شاید به این دلیل باشد که اغلب توده‌های آب آبی رنگ است.

از دلایل آبی بودن دریا این است که وقتی نور سفید چند متر از میان آب می‌گذرد، مولکولهای آب بخشی از انتهای سرخ طیف را جذب می‌کند و نوری که سرانجام به چشم بیننده منعکس می‌شود بیشتر آبی شده است. و در آسمان آب کافی برای چنین جذبی وجود ندارد. لایه اوزون نیز نور سرخ را تضعیف می‌کند، ولی نقش ناچیزی در آبی شدن آسمان دارد. از سوی دیگر ، فرض می‌کنیم که در یک روز مه آلود به آسمان نگاه می‌کنیم.

در این صورت ، نور آبی باریکه‌ای که به چشم ما می‌رسد بطور کامل پراکنده شده است، در حالی که طول موجهای بلندتر پراکنده نشده‌اند. بنابراین، احساس می‌کنیم که رنگ خورشید متمایل به قرمز شده است. اگر آسمان جوی نداشت، آسمان سیاه به نظر می‌رسید و ستارگان در روز دیده می‌شدند. در واقع از ارتفاع Km 16 به بالا ، که در آنجا جو زمین بسیار رقیق می‌شود، همان طوری که فضانوردان دریافته‌اند، آسمان سیاه به نظر می‌رسد و ستارگان در روز دیده می‌شوند.

تأثیر شرایط جوی

گاهی هوا دارای ذرات گرد و غبار یا قطره‌های آبی به بزرگی طول موج نور مرئی است. اگر چنین باشد، رنگهایی جز رنگ آبی ممکن است به شدت پراکنده شوند. مثلاً ، کیفیت رنگ آسمان با بخار آب موجود در جو زمین تغییر می‌کند. روزهایی که هوا صاف و خشک است، آسمان آبی‌تر از روزهایی است که رطوبت هوا زیاد است. آسمان نیلگون ایتالیا و یونان ، که قرنها الهام ‌بخش شاعران و نقاشان بوده است، به سبب خشکی استثنایی هوای این سرزمینهاست.

مه آبی ـ خاکستری رنگی که گاهی شهرهای بزرگ را می‌پوشاند بیشتر به سبب ذراتی است که از موتورهای درون‌ سوز (اتومبیلها ، کامیونها) و کارخانه های صنعتی منتشر شده‌اند. موتور اتومبیل ، حتی وقتی که در حالت خلاص کار می‌کند، در هر ثانیه بیشتر از 100 میلیارد ذره منتشر می‌کند. بیشتر این ذرات نامرئی هستند و اندازه آنها در حدود m 0/000001 است.

چنین ذره‌هایی کالبدی برای تجمع گازها ، مایعات و ذرات جامد دیـگــــــر می‌شوند. این ذره‌های بزرگتر سبب پراکندگی نور و تیرگی هوا می‌شوند. گرانش بر این ذره‌ها تا وقتی که بر اثر تجمع مواد بیشتر در اطراف آنها خیلی بزرگ نشده‌اند چندان تأثیری ندارد. این ذرات اگر بر اثر باران و برف مکرر شسته نشوند ممکن است ماهها در جو زمین بمانند. تأثیر چنین ابرهای غبارآلودی بر آب و هوا و بر سلامتی آدمی بسیار مهم است.



img/daneshnameh_up/e/eb/Gashgair.jpg




رنگ غروب

وقتی به آسمان روز نگاه می‌کنید نوری را می‌بینید که از لایه اوزون اندکی گذشته و جذب بوسیله آن ناچیز بوده است. در هنگام غروب وقتی شعاعهای نور از میان لایه اوزون مسیری مورب (و از اینرو طولانیتر) دارند تا یه ما برسند، جذب بوسیله اوزون اهمیت پیدا می‌کند، ولی در آن موقع نیز دلیل آبی بودن آسمان ساز و کارهای مربوط به پراکندگی (انتشار ریلی) می‌باشد، که قبلا بیان شده.

همین تأثیرها رنگ کوههای تیره را در یک روز آفتابی توضیح می‌دهد. اگر کوهها زیاد دور نباشند، تصویرشان آبی رنگ است. چون نور مسلط آبی بوسیله مولکولهای میان شما و کوهها منتشر می‌شود، کوههای تا حدی دور هم باز آبی است. ولی کوههایی که در فاصله دوری قرار دارند سفید هستند، درست همانگونه که افق سفید دیده می‌شود. نور خور شید در حال غروب در واقع نارنجی رنگ است (بین سرخ و زرد)، در حالی که اگر در مسیرشان بسوی ما تنها از میان مولکولهای هوان می‌گذشت، رنگش سرخ بود. دلیل اینکه رنگ آن سرخ یک دست نیست، این است که نور نه تنها از میان مولکولها ، بلکه از میان ذرات ریز و افشانکهای جو هم منتشر می‌شود.

در هر موقع از روز وقتی در جهت خورشید نگاه کنید، بخشی از نور درخشان آن را دریافت می‌کنید که از میان همان ذرات ریز و افشانکها منتشر می‌شود و از اینرو آن بخش از آسمان روشنتر از آن است که در غیاب ذرات می‌توانست باشد. وقتی خورشید در بالای آسمان روشنتر از آن است که در غیاب ذرت می‌توانست باشد. وقتی خورشید در بالای آسمان است، اطرافش سفید روشن است. ولی وقتی پایینتر قرار دارد، هر چه غلظت ذرات بیشتر باشد، اطراف خورشید در حال غروب درخشانتر و محیط آن مشخصتر است.



img/daneshnameh_up/4/46/sun-set-3.gif




در جریان غروب آفتاب در هوای صاف ، سمت الرأس (آسمان درست در بالای سر) آبی‌تر از هنگام روز می‌شود. با توجه به این که افق نزدیک خوشید ممکن است سرخ باشد، این افزایش رنگ آبی عجیب به نظر می‌رسد. برای این ‌آبی بودن چندین توضیح داده شده که محتملترین آنها مربوط به لایه اوزون است. وقتی هنگام غروب نور خورشید مسیر اریب تری را از میان لایه طی می‌کند، جذب انتهای سرخ طیف بوسبله اوزون ،‌موجب تسلط انتهای آبی بر بامه نور می‌شود. برخلاف انتشار ریلی که بامه در طی مسیر با آن روبرو می شود.

آسمان پس از غروب

درست پس از غروب خورشید ، سایه زمین از افق خاور بالا می شاید. مرز سایه ، سرخ یا ارغوانی است. رنگ آن بستگی به نوری دارد که بر اثر انتشار ریلی در مسیر طولانی اش از لایه های پایین جو سرخ شده است. در نزدیکی جایی که لبه بالایی سایه را می بینید بخشی از نور در معرض انتشار ریلی قرار دارد و بسوی ما می آید. وقتی نور را دریافت میکنید، رنگ سرخ را در لبه بالا مشاهده می کنید. بخش بالایی سایه زیر لبه ممکن است آبی کم رنگ باشد.

به احتمالی بامه آبی ناشی ار نور خورشید است که از میان بخش بالایی و کم چگالتر جو می‌گذرد، از آنجایی که جزء آبی بامه ، به اندازه‌ای تضعیف نمی‌شود که در عبور از بخشهای پایین جو امکان آن وجود دارد، زیرا با مولکولهای هوای بیشتری درگیر بوده است. نزدیک به 10 دقیقه پس از آنکه خورشید غرو ب می‌کند، گه گاه لکه‌ای ارغوانی بر فراز آن در جایی میان 30 و 75 درجه از سمت الرأس پدید می‌آید. این لکه که اغلب نور ارغوانی نامیده می‌شود، به ظاهر ناشی از وجود لایه‌ای از ذرات در ارتفاع 16 تا 20 کیلومتری و در بخش زیرین لایه اوزون است.




این ذرات ممکن است غبار بیابان یا ذرات خاکستر یک فوران آتشفشان یا آتش سوزی بزرگی در جنگل باشد. لکه ارغوانی حاصل نور بسیار سرخ و بسیار آبی است که از ناحیه‌های مختلف آسمان منتشر می‌شود. اجزای سرخ از نور خوشید در حاشیه زمین است و از جو زمین می‌گذرد که انتشار ریلی نور را سرخ می‌کند. بخشی از این نور از لایه ذرات عبور کرده و به همین خاطر نور خیلی سرخ دریافت می‌شود. اجزای آبی از نور خورشیدی می‌رسد که از بخشهای فوقانی جو می‌تابد و از اینرو به آن اندازه سرخ نشده است.

بخشی از نور در معرض انتشار ریلی قرار می‌گیرد و نور آبی بسوی شما فرستاده می‌شود. وقتی به مسیر نگاه می‌کنید، هر دو اجزای نور سرخ و آبی در مسیر خط دید شما حرکت می‌کنند و ترکیبشان احساس نور ارغوانی را پدید می‌آورد. دلیل اینکه بخشهای دیگر آسمان ارغوانی نیست، این است که بجای رنگ سرخ و آبی تنها ترکیبهای متفاوتی از ته رنگها را دریافت می‌کنیم. وقتی بسوی آنها نگاه می‌کنیم، ممکن است بسته به زاویه دیدمان اقسام ته رنگها را داشته باشند.

نور ارغوانی دیگر ولی نادر که در حوالی همان بخش نور اولی در آسمان ظاهر می‌شود، اما یک و نیم تا دو ساعت پس از غروب آفتاب اتفاق می‌افتد. احتمال می‌رود این نور نیز بوسیله همان لایه ذراتی بوجود می‌آید که نور ارغوانی اولی پدید آمد. اگر لایه گسترده باشد، بخشی از نور که از لایه زیر افق منتشر می‌شود ، ممکن است دوباره از لایه مرئی منتشر شود. نور تولید شده بخوبی درخشان است و در آن صورت یک لکه ارغوانی کمرنگ دیده می‌شود.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:۱٥ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()
نور پلاریزه یا قطبیده به نوری گفته می‌شود که ارتعاش آن در یک امتداد باشد.

دید کلی

img/daneshnameh_up/9/90/PH_N_GH_01.jpg
نور را می‌توان به عنوان یک موج الکترومغناطیسی عرضی مورد بررسی قرار داد، نور قطبیده خطی یا قطبیده تخت یعنی نوری که سمتگیری میدان الکتریکی آن ثابت است هر چند بزرگی و علامت آن با زمان تغییر می‌کند. بنابراین میدان الکتریکی یا آشفتگی نوری در صفحه‌ای به نام «صفحه ارتعاش» جای می‌گیرد . این صفحه ثابت هم بردار الکتریکی E و هم بردار انتشار K را در راستای حرکت در بر می‌گیرد فرض کنیم که دو موج نوری هماهنگ قطبیده خطی با بسامدهای یکسان داریم‌ که در ناحیه واحدی از فضا و در راستای یکسان حرکت می‌کنند. اگر بردارهای میدان الکتریکی آنها هم‌خط باشند، آشفتگی‌های بر هم نهاده با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا موج قطبیده خطی برآیندی را تشکیل دهند، اگر این دو موج نوری چنان باشند که امتدادهای میدان الکتریکی مربوطه آنها متقابلاً بر هم عمود باشند ممکن است موج برآیند قطبیده خطی باشد یا نباشد.

روشهای قطبیده کردن نور

قطبش بوسیله انعکاس

اگر بر سطح آینه‌ای نور بتابانیم شعاع بازتاب بطور جزئی قطبیده خواهد بود، موقعی که زاویه تابش به 57 درجه برسد شعاع بازتاب کاملاً قطبیده می‌شود. اگر نور قطبیده را به آینه دوم که سطح آن با اولی موازی است با زاویه 57 درجه بتابانیم نور منعکس قطبیده خواهد ماند. حال اگر برآیند دوم را 90 درجه بچرخانیم، منعکس از آن حذف خواهد شد و اگر دوباره 90 درجه بچرخانیم شعاع منعکس قطبیده ظاهر خواهد شد و این عمل در هر 90 درجه چرخاندن تکرار خواهد شد در این حالت آینه اول را پلاریزور و آینه دوم را آنالیزور می‌گویند.

قطبش در اثر شکست مضاعف

اگر شعاع نور معمولی را به (کربنات کلسیم) بتابانیم انکسار مضاعف پیدا می‌کند و قطبیده می‌شود و دو شعاع قطبیده خواهد داد که معمولا با O شعاع عادی و به شکل E نور غیرعادی نامگذاری شده‌اند که هر دو قطبیده‌اند نورعادی از قوانین شکست پیروی می‌کند ولی شعاع غیرعادی پیروی نمی‌کند.



تصویر

قطبش با جذب انتخابی

اگر شعاع نورانی طبیعی را به بلور تورمالین بتابانیم انکسار مضاعف پیدا خواهد شد، تورمالین نور عادی را جذب کرده نور قطبیده غیر عادی را عبور خواهد داد. اگر بلور تورمالین دوم را در مسیر این نور قطبیده شده غیرعادی داده آن را جای آنالیزور بکار ببریم با چرخاندن آن شدت نور قطبیده تغییر خواهد کرد محور دو بلور اگر موازی باشد نور شدید و اگر عمود بر هم باشند نور ضعیف خواهد شد و خارج نخواهد شد.

قطبش در اثر پراکندگی نور و رنگ آبی آسمان

شعاع نور طبیعی خورشید که به مولکولهای هوا و ذرات گروه غبار می‌تابد مولکولها و ذرات فوق بزرگی و انرژی ارتعاشی الکترونهایشان طوری است که نور تابیده را جذب نموده و در جهات دیگری غیر از جهت تابش اولیه ، نور تابش می‌کنند این پدیده را پراکندگی نور می‌نامند. نور پراکنده شده توسط ذرات قطبیده است. پراکندگی با توان چهارم طول موج نسبت معکوس دارد.

بنابراین نورهای آبی و نیلی و بنفش بیشتر از نورهای دیگر بطرف زمین پراکنده می‌شوند و اثر این نورها بر چشم آبی است‌، به همین دلیل آسمان به رنگ آبی دیده می‌شود. با افزایش گرد و غبار و مولکولها در هوای شهرها ، طیف های بیشتر نور پراکنده شده آسمان از حالت آبی بودن به حالت سفیدی می گراید اگر این پدیده نبود، یعنی جو زمین وجود نداشت آسمان تیره دیده می‌شد رنگهای مختلف آب دریا از ساحل به طرف داخل آن نیز در اثر وجود ذرات مختلف پراکنده کننده نور است.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:۱٤ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()
  (cached)

img/daneshnameh_up/d/df/PH_GH_01.jpg

مقدمه

نور یک نوع تابش الکترومغناطیسی است که از ترکیب دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تشکیل یافته است. تابش الکترومغناطیسی شامل میدان الکتریکی متغیر با زمان و میدان مغناطیسی متغیر با زمان می‌باشد که این دو میدان بر هم عمودند و موج در امتداد عمود بر هر دوی آنها انتشار می‌یابد. هر تک موج الکترومغناطیسی یک میدان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی مشخص دارد، ولی از آنجا که نور خالص وجود ندارد که فقط شامل یک طول موج باشد (ما همواره با گروه موج روبرو هستیم) لذا با میدانهای الکتریکی و مغناطیسی درجهتهای مختلف مواجه خواهیم بود. میدان الکتریکی نور بزرگتر از میدان مغناطیسی آن می‌باشد و بیشتر خصوصیاتی که میدان الکتریکی دارد میدان مغناطیسی هم از آن تبعیت می‌کند و نیز چشم ما به میدان الکتریکی حساس است، از این رو ما در مبحث نور اغلب با میدان الکتریکی نور سر و کار داریم.

تعریف قطبش

میدانهای الکتریکی امواج تشکیل دهنده به صورت اتفاقی در هر جهتی قرار می‌گیرند، لذا احتمال وجود میدان الکتریکی در تمام جهات یکسان خواهد بود. حال در مواردی لازم است که میدان الکتریکی را فقط در جهت خاصی داشته باشیم. بنابراین باید به طریقی در جهات دیگر میدان را حذف کنیم و فقط آن یک جهت مورد نظر را داشته باشیم، این عمل قطبش نام دارد. البته بحث قطبش را در مورد عایقها تحت عنوان قطبش عایقها دنبال خواهیم کرد. نوری که عمل قطبش را روی آن انجام داده‌ایم، نور قطبیده و وسیله‌ای که این عمل را با آن انجام داده‌ایم، قطبشگر نور می‌نامند.



img/daneshnameh_up/3/3f/p2v.gif

انواع قطبش

قطبش را از لحاظ منحنی که نوک پیکان میدان الکتریکی در صفحه مختصات رسم می‌کند و اختلاف فازی که دو مؤلفه ارتعاشی میدان الکتریکی باهم دارند، به دو دسته عمده تقسم می‌کنند که عبارتند از:

قطبش خطی

اختلاف فاز بین مؤلفه‌های ارتعاشی میدان برابر (0 یا 180 درجه) می‌باشد و ارتعاش روی یک خط راست صورت می‌گیرد. و از ترکیب قطبشهای دایروی راستگرد و چپگرد بوجود می‌آیند. این نوع قطبش به نوبه خودش به لحاظ منحنی فضایی‌اش بصورت زیر دسته بندی می‌گردد:
  • افقی
  • عمودی
  • مایل



img/daneshnameh_up/f/f9/p3.gif

قطبش بیضیوار

در حالت کلی اختلاف فاز بین مؤلفه‌های ارتعاشی در قطبش بیضیوار هر زاویه‌ای می‌تواند باشد که ترکیب دو ارتعاش ، منحنی بیضی به خود می‌گیرد. این قطبش نیز به نوبه خودش بصورت زیر دسته بندی می‌گردد:


  • قطبش دایروی: در طبیعت فقط این نوع قطبش را داریم که مؤلفه‌های ارتعاش آن عمود بر هم هستند و دامنه‌های ارتعاشات باهم برابرند و به لحاظ اختلاف فاز (90 یا 270 درجه) به دو دسته قطبش دایروی راستگرد و قطبش دایروی چپ گرد تقسیم می‌شوند.

  • قطبش بیضوی: از ترکیب مناسب قطبشهای دایروی راستگرد و چپگرد بوجود می‌آید که مؤلفه‌های ارتعاشی آن عمود بر هم هستند و برخلاف قطبش دایروی دامنه ارتعاشات برابر ندارد و به لحاظ اختلاف فازی که دارند به دو دسته قطبش بیضوی راستگرد و قطبش بیضوی چپ گرد تقسیم می‌شوند.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:۱٠ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

دید کلی

بعد از اینکه پلانک فرمول اساسی خود را در مورد تابش جسم سیاه ارائه داد و چنین استدلال نمود که تابش دارای طبیعت کوانتومی‌ است، یعنی تابش الکترومغناطیسی از مجموعه‌ای از کوانتومهای انرژی به نام فوتون تشکیل شده است، تحول شگرفی در علم فیزیک حاصل شد. بطوری که با استفاده از این مفهوم اندرکنشهای مختلف تابش با ماده که نظریه کلاسیک در توجیه آنها ناتوان بود، بطور کامل تشریح گردید. از جمله این اندرکنشها ، اندرکنشی است که به نام فوتوالکتریک معروف است.



تصویر




اگر یک صفحه فلزی را تحت تابش امواج پر انرژی قرار دهیم، پرتو کاتدی و یا الکترونهای شتابدار از صفحه فلزی منتشر می‌شود. و همچنین اگر بین دو صفحه فلزی اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی ایجاد کنیم، الکترونهای لایه ظرفیت اتمهای فلز ، انرژی زیادی دریافت می‌کنند و در نتیجه سطح فلز را ترک می‌کنند و به سمت آند پیش می‌روند. در این عمل چون هم نور و الکتریسیته دخالت دارند به این پدیده ، اثر فوتو الکتریک می‌گویند. در واقع تمام مواد (جامد ، مایع و گاز) می‌توانند در شرایط خاصی تحت تأثیر اثر فوتوالکتریک ، پرتو کاتدی از خود گسیل کنند، گاهی به پرتو کاتدی ، فتوالکترون نیز می‌گویند.

اثر فتوالکتریک هر جسمی با گسیل فرکانس مشخصی از موج انجام می‌شود. اگر فرکانس موج برای جسم خاصی کمتر از حد معین باشد، که به آن بسامد قطع می‌گویند، اثری از فتوالکتریک مشاهده نخواهد شد. اما طبق قوانین الکترودینامیک کلاسیک ، موج با برخورد به صفحه فلزی مقداری انرژی به آن منتقل می‌کند و به مرور زمان این انرژی انباشته می‌شود تا اینکه انرژی مورد نیاز برای گسیل الکترون فراهم شود. اما در آزمایشگاه خلاف آنچه که در فیزیک کلاسیک گفته شد، روی می‌دهد، یعنی گسیل موج با فرکانس کمتر از حد معین به فلزی هرگز پرتو کاتدی منتشر نمی‌کند.

تاریخچه

در سال 1887 ، اثر فوتو الکتریک توسط هرتز کشف شد. او در حالی که سرگرم آزمایشهای معروف خود درباره امواج الکترومغناطیسی بود، دریافت که طول جرقه القا شده در مدار ثانویه هنگامی ‌کاهش می‌یابد که دو انتهای شکاف جرقه در برابر نور ماورا بنفش که از جرقه در مدار اولیه می‌آمد، پوشانده شود.

ساختار فوتو الکتریک




img/daneshnameh_up/4/48/PH_A_F_E_02.jpg




یک محفظه شیشه‌ای در نظر بگیرید که در دو انتهای آن ، آند و کاتدی تعبیه شده است و داخل محفظه خلا می‌باشد. اگر بر سطح کاتد ، نوری با فرکانس معین بتابانیم، با احراز شرایط خاص ، فلز کاتد الکترون گسیل می‌کند. اگر آند و کاتد را به یک مدار خارجی وصل بکنیم، الکترون گسیل شده ، جذب آند شده و یک جریان فوتو الکترونی در مدار خارجی برقرار می‌گردد.

مشخصات اثر فوتوالکتریک

  • هر فلزی دارای یک فرکانس‌ ویژه است، بطوری که اگر فرکانس نور تابشی کمتر از این مقدار ویژه باشد، هیچ الکترونی از سطح کاتد گسیل نمی‌شود. این فرکانس‌ ویژه را فرکانس‌ آستانه می‌گویند. شایان ذکر است که فرکانس‌ آستانه از فلزی به فلز دیگر ، تغییر می‌کند و هر فلزی دارای فرکانس‌ آستانه مخصوص به خود است. بر اساس نظریه کلاسیک این خصوصیت غیر قابل ‌توجیه بود.

  • بزرگی جریان فوتو الکترونی با شدت نور تابیده بر سطح کاتد مناسب است، بطوری که اگر شدت افزایش یابد، مقدار جریان فتو الکترونی نیز افزایش پیدا می‌کند. این موضوع توسط نظریه کلاسیک قابل توجیه بود.

  • انرژی فوتو الکترونها از شدت نور تابیده بر سطح کاتد مستقل است، ولی با فرکانس نور تابشی بصورت خطی تغییر می‌کند. این خاصیت در نظریه کلاسیک غیرقابل‌توجیه بود.

  • گسیل الکترون از سطح کاتد بصورت آنی صورت می‌گیرد، یعنی بلافاصله بعد از تابش ، الکترون گسیل می‌شود. به عبارت دیگر ، تأخیر زمان بین تابش و گسیل الکترون هرگز مشاهده نشده است، یا لااقل زمانی بیشتر از 10-9 ثانیه ، حتی با تابش فرودی با شدت بسیار کم نیز مشاهده نشده است.

  • اثر فتو الکتریک توسط الکترونهای تقریبا آزاد صورت می‌گیرد، یعنی الکترونهای لایه‌های داخلی فلز در این اثر دخالت ندارند.

اساس کار فوتو الکتریک




img/daneshnameh_up/6/69/PH_A_F_E_03.jpg




انیشتین تابش را متشکل از مجموعه‌ای از کوانتومهایی با انرژی hv در نظر گرفت که در آن v فرکانس‌ نور و h ثابت پلانک معروف است. جذب تک کوانتوم بوسیله الکترون ، فرآیندی که ممکن است در زمانی کمتر از 10-9 ثانیه صورت گیرد، انرژی الکترون را به اندازه hv افزایش می‌دهد. مقداری از این انرژی باید صرف جدا کردن الکترون از فلز شود. از طرف دیگر ، گفتیم که هر فلزی دارای یک فرکانس آستانه است که در فرکانسهای پایینتر از آن فتوالکتریک غیر ممکن است.

بنابراین اگر فرکانس‌ آستانه را با v0 نشان دهیم، در این صورت کمیت w = hv0 به عنوان تابع کار فلز تعریف می‌شود. بنابراین شرط ایجاد اثر فوتوالکتریک این است که hv (انرژی نور تابشی بر سطح کاتد) بیشتر یا مساوی w باشد. اگر سرعت الکترون گسیل شده از کاتد را با V نشان دهیم، همواره بین فرکانس‌ نور تابشی ، سرعت فتوالکترونها و تابع کار رابطه زیر برقرار است:


mv2/2 = hv - w


رابطه فوق از قانون بقای انرژی حاصل می‌گردد. این رابطه به فرمول انیشتین نیز معروف است. میلیکان آزمایشهای جامعی انجام داد و صحت فرمول انیشتین را تثبیت نمود. آنچه آزمایشهای میلیکان و پیشینیان ثابت کرد این بود که بعضی اوقات نور نظیر مجموعه‌ای از ذرات رفتار می‌کند و این ذرات می‌توانند بطور انفرادی عمل کنند، طوری که می‌توان به موجودیت یک تک فوتون فکر کرد و به دنبال خواص آن بود. (ماهیت ذره‌ای نور) نتیجه جنبی این آزمایشها حاکی از اطلاعاتی در مورد فلزات بود، آشکار شد که تابع کار W از مرتبه چند الکترون ولت است (1ev=1.6x10-19j) و این می‌توانست با سایر خواص فلزات هم بسته باشد.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:٠۸ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

دیدکلی

چرا اندازه گیری می‌کنیم؟
قوانین و نظریات فیزیک بصورت معادلات ریاضی بیان می‌شوند. حال ما از کجا بدانیم که هر معادله خاص ، رفتار چیزی را بیان می‌کند؟ باید این قاعده امتحان شود و به مرحله آزمون گذاشته شود. بنابراین ، اندازه گیری مهارتی است که میان نظریه علمی و دنیای واقعی رابطه ایجاد می‌کند. این رابطه دو طرفه می‌باشد. هر رویداد اندازه گیری شده‌ای که قبلا پیشگویی نشده باشد، باید نظریه جدید آنرا توجیه کند.

اشخاصی که کار تجربی انجام می‌دهند باید اطلاعات فنی جامعی از اصول اندازه گیری داشته باشند. نحوه اندازه گیری و محدودیتهای ناشی از وسایل اندازه گیری را بشناسد. هر دانشمندی فقط با دانستن اینکه چه اندازه گیریهایی انجام شده است و نحوه اندازه گیریها چگونه بوده است، می‌تواند اثر و کشفیات دانشمندان دیگر را خوب بفهمد. بنابراین ، اندازه گیری هنری است که در حال حاضر تکنولوژی پیشرفته حامی آن است.



تصویر




دقت در اندازه گیری

در اندازه گیریها جواب کامل نداریم، هر کسی که نتیجه اندازه گیری خود را گزارش می‌کند، همواره بهترین تخمین خود را از مقدار اصلی ، همراه با خطای اندازه گیری آن ، ارائه می‌دهد. یعنی اگر طول جسمی بصورت 183±5mm نوشته شود، منظور نویسنده این است که مقدار واقعی طول بین 178 و 188mm قرار دارد. صحت اندازه گیری از روی تطابق آن با واقعیت نتیجه می‌شود. خطای زیاد بیانگر عدم اعتماد آزمایشگر بر اندازه گیری است. اندازه گیری دقیق ، اندازه گیریی است که خطای آن ، در مقایسه با مقدار اندازه گیری شده بسیار کوچک باشد.

در مثال اخیر خطای نسبی اندازه گیری برابر است با: %100=± %2. 74 × (±5/183). دقت اندازه گیری به مهارت آزمایشگر در تخمین زنی ، مکانیزم عمل اندازه گیری ، حد تفکیک وسیله اندازه گیری ، حد تفکیک چشم و غیره بستگی دارد. البته درستی اندازه گیری به طبیعت جسمی که اندازه گیری می‌شود نیز وابسته است. بنابراین ، صحت تمامی اندازه گیریها ، به دلیل محدودیت در دقت (تکرار پذیری آزمایش) و خطای ناشی از طبیعت وسیله اندازه گیری و جسمی که اندازه گیری می‌شود، محدود است.

ارقام با معنی

پذیرش میزان خطا در اندازه گیری و نوع ریاضیاتی که در تخمین و محاسبات داده‌ها‌ی آزمایش و نحوه قرائت آنها بستگی دارد. یک روش اصولی برای ارزیابی صحت اندازه گیری و پذیرش آن توجه به تعداد ارقام با معنی آن است. تعداد ارقام بامعنی ، درستی و دقت اندازه گیری را می‌رساند. به عبارتی هر چه اندازه گیریی دقیقتر باشد مقدار ارقام با معنی نتیجه اندازه گیری بیشتر خواهد بود. آخرین رقم با معنی در اندازه گیری همیشه تخمینی است. مثلا اگر در اثر اندازه گیری طول اتاقی 720cm باشد، مفهوم این است که اندازه گیری با سه رقم معنی دار انجام شده است که رقم آخر آن صفر می‌باشد که ممکن است درست یا غلط باشد.

صفرهای موجود در عدد گزارش شده ممکن است با معنی باشند یا محل ممیز را نشان دهند. مثلا طول 802mm که یک عدد دو رقمی است، بر حسب متر برابر 0.0082 است، چون نتیجه تغییر نکرده پس این طول بر حسب متر هم یک عدد دو رقمی است. بنابراین قاعده کلی این است که: صفرهای سمت چپ هرگز معنی دار نیستند. صفرهای پایانی نیز ممکن است معنی دار باشند یا نباشند. اگر طول زمینی را 230m اندازه بگیرید، در این اندازه گیری عدد گزارش شده دارای 4 رقم با معنی است، البته بدون ممیز تشخیص معنی دارابودن یا نبودن رقم آخر با قطعیت مشخص نمی‌شود ، مگر اینکه از نحوه اندازه گیری اطلاعی داشته باشیم.

در مورد اندازه گیری مذکور بهتر است داشته باشیم 230.0 ، در چنین حالتی می‌گوییم دقت اندازه گیری تا 0.1 اعشار درست است. در جمع و تفریق اندازه گیریها انتشار خطا خواهیم داشت. مثلا خطای اندازه گیری با دقت 0.1 به اندازه گیری با دقت 0.001 سرایت می‌کند. البته در اندازه گیریها ، پردازش داده‌های اندازه گیری ، روش گرد کردن و محاسبه خطا (نسبی و مطلق) وجود دارد که میزان اعتبار و دقت اندازه گیری را بیان می‌نماید. معیار اصلی در گزارش اندازه گیری و مقادیر حاصل از آنها ، کاربرد دقیق تعداد ارقام با معنی است.

نمادگذاری علمی

اگر تمامی فواصل در متریک SI نوشته شود، هنگام نوشتن فاصله تا نزدیکترین ستاره (عدد بزرگ) یا هنگام نوشتن قطر هسته اتم (عدد کوچک) کار مشکل خواهد بود. در مورد ستاره 15 صفر در پایان و در هسته 15 صفر در ابتدای عدد وجود دارد. تنها تکلیف این صفرها مشخص نمودن محل ممیز می‌باشد. بهترین راه برای حل مشکل استفاده از نماد گذاری علمی است. در این روش در هر عدد ممیز را بعد از اولین رقم غیر صفر نوشته و سپس آنرا در توانی از 10 ضرب می‌کنند تا محل ممیز را نشان دهند. مثلا عدد 142000 در نماد گذاری علمی بصورت زیر در می‌آید:


105×100000 = 1.42 × 142000 = 1.42

در واقع بهترین راه نوشتن اعداد بسیار بزرگ و کوچک همین است. البته در این روش تشخیص تعداد ارقام با معنی و محل ممیز راحت است. بخصص در مورد صفرها که کار بسیار راحت شده است. مزیت مهمی که نمادگذاری علمی دارد، این است که حساب در نماد گذاری علمی راحت صورت می‌گیرد. یعنی افزودن به توانهای 10 راحتتر از شمردن صفرهاست. یعنی محاسبات اعشاری چه در اعداد کوچک و چه در اعداد بزرگ به محاسبات توانی تبدیل می‌شود که براحتی انجام می‌گیرد. البته در جمع و تفرق اعداد که توان برابر ندارند، ابتدا بایستی ممیز را در یکی از اعداد جابجا کرده و توان آنها را یکی نمود.

بعد اندازه گیری

هر اندازه گیری از دو قسمت عدد و نشان تشکیل شده است. مثلا اگر بگویید وزن من 60 است، مخاطب چیزی از این عدد نمی‌فهمد. مگر اینکه بگویید قد من 60 کیلوگرم است. برای کلیه اندازه گیریها باید یک شاخصی برای معرفی عدد در کنارش باشد تا به آن عدد ریاضی مفهوم واقعی دهد. برای کمیات مختلف یکاهای متعددی مطرح شده که در محاسبات و اندازه گیریها باید آنها را به یک یکای مشترک تبدیل کرد. به عبارت دیگر باید در یک متریک واحد اندازه گیریها را انجام داده و نتیجه را هم یا در آن متریک و یا با تبدیلات مربوطه در دستگاه دیگری بیان کرد. زیرا در اندازه گیریها و محاسبات فقط کمیاتی را که بعد یکسانی دارند، می‌توان با استفاده از یکاهای تبدیل باهم جمع یا از هم تفریق و یا باهم مقایسه کرد.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:٠٦ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()
برای تعریف میدان الکتریکی در یک نقطه معین از فضا ، یک بار الکتریکی مثبت به اندازه واحد در آن نقطه قرار داده ، سپس مقدار نیروی الکتریکی وارد بر این واحد بار را به عنوان شدت میدان الکتریکی تعریف می‌کنند. بار مثبت را نیز به عنوان بار آزمون تعریف می‌کنند. به بیان دقیقتر می‌توان میدان الکتریکی را به صورت حد نسبت نیروی الکتریکی وارد بر یک بار آزمون بر اندازه بار آزمون ، زمانی که مقدار بار آزمون به سمت صفر میل می‌کند، تعریف کرد.

 

مقدمه

از قانون کولن می‌دانیم که دو بار الکتریکی بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. این نیرو را می‌توان با استفاده از مفهوم جدیدی به نام میدان الکتریکی توضیح داد، یعنی واسطه‌ای که بارهای الکتریکی بواسطه آن بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. به بیان دیگر هر بار الکتریکی در فضای اطراف خود یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند که هرگاه بار الکتریکی دیگری در محدوده این میدان قرار گیرد، بر آن نیروی وارد می‌شود.

معمولا خطوط میدان الکتریکی در اطراف هر بار الکتریکی با استفاده از مفهوم خطوط نیرو نشان داده می‌شود. به عنوان مثال اگر یک بار الکتریکی نقطه‌ای مثبت را در نقطه‌ای از فضا در نظر بگیریم، در این صورت خطوطی از این نقطه به طرف خارج رسم می‌شوند. این خطوط بیانگر جهت میدان الکتریکی هستند. همچنین با استفاده از چگالی خطوط میدان الکتریکی می‌توان به شدت میدان الکتریکی نیز پی برد.

تصویر





علت بسیار کوچک بودن بار آزمون

فرض کنید یک توزیع بار با چگالی حجمی یا سطحی معین در یک نقطه از فضا قرار دارد و ما می‌خواهیم میدان الکتریکی حاصل از این توزیع بار را در یک نقطه معین پیدا کنیم. اگر چنانچه مقدار بار آزمون خیلی کوچک نباشد، به محض قرار دادن بار آزمون در نزدیکی توزیع بار ، توزیع بار حالت اولیه خود را از دست داده و تحت تاثیر بار مثبت آزمون قرار می‌گیرد. لذا فرض بسیار کوچک بودن بار آزمون بدین خاطر است که بتوانیم از اثرات بار آزمون بر توزیع بار صرفنظر کنیم. البته با تعریف میدان بصورت حد نیرو بر بار زمانی که بار به صفر میل می‌کند، این اشکال رفع می‌شود.

مشخصات میدان الکتریکی

میدان الکتریکی کمیتی برداری است، یعنی در میدان الکتریکی علاوه بر مقدار دارای جهت نیز می‌باشد. برداری بودن این کمیت را می‌توان از تعریف آن نیز فهمید. چون میدان الکتریکی را به صورت نسبت نیرو بر بار تعریف کردیم و نیز چون نیرو بردار است، لذا میدان الکتریکی نیز بردار خواهد بود. میدان الکتریکی در داخل یک جسم رسانا همواره برابر صفر است.

چون اگر درون جسم رسانا میدان الکتریکی وجود داشته باشد، در این صورت بر همه بارهای درون آن نیرو وارد می‌شود. این نیرو باعث به حرکت در آمدن بارهای آزاد می‌شود. حرکت بار را جریان می‌گویند. بنابراین در اثر ایجاد جریان در داخل جسم رسانا بارها به سطح آن منتقل می‌شوند، باز میدان درون آن صفر می‌شود. در بیشتر موارد میدان الکتریکی از نظر اندازه و جهت از یک نقطه به نقطه دیگر تغییر می‌کند. اما اگر چنانچه اندازه جهت میدان در منطقه‌ای ثابت باشد، در این صورت میدان الکتریکی را یکنواخت یا ثابت می‌گویند.

تصویر





میدان الکتریکی حاصل از یک بار نقطه‌ای

فرض کنید که یک بار الکتریکی به اندزه 'q در نقطه‌ای از فضا که با بردار مکان 'r مشخص می‌شود، قرار داشته باشد. حال می‌خواهیم میدان الکتریکی حاصل از این بار را در نقطه دیگری که با بردار مکان (r) مشخص می‌شود، تعیین کنیم. طبق تعریف یک بار نقطه‌ای مثبت آزمون در این نقطه قرار می‌دهیم. فرض کنید که اندازه بار آزمون (q) باشد. در این صورت از طرف بار q بر این بار آزمون نیرویی وارد می‌شود که از قانون کولن بصورت زیر محاسبه می‌شود.


F = 1/4πε0 X q'q/(r-r')2


محاسبه می‌شود. چون نیروی F یک کمیت برداری است، لذا علاوه بر اینکه مقدار آن از رابطه گفته شده حاصل می‌شود، دارای یک جهت نیز هست که جهت آن با رابطه|(r-r')/|(r-'r) نشان داده می‌شود. در واقع این کمیت یک بردار یکه است. حال اگر نیروی F را بر (q) تقسیم کنیم، کمیتی حاصل می‌شود که همان میدان الکتریکی است. یعنی اگر میدان الکتریکی را با E نشان دهیم، در این صورت میدان الکتریکی حاصل از بار نقطه‌ای به فاصله 'r از مبدا از رابطه زیر محاسبه می شود.

|'F=1/4πε0xq'q(r-r')3/|r-r

 

میدان الکتریکی حاصل از توزیعهای مختلف بار

اگر چنانچه بجای بار نقطه‌ای یک توزیع بار به صورت حجمی یا سطحی وجود داشته باشد و یا اینکه چندین بار نقطه‌ای وجود داشته باشد و بخواهیم میدان حاصل از اینها را محاسبه کنیم، برای این منظور در مورد چند بار نقطه‌ای ، میدان حاصل از هر بار را تعیین نموده و همه را بصورت برداری جمع می‌کنیم. اما در مورد توزیع بارها باید از یک رابطه انتگرالی استفاده کنیم. بدیهی است که در مورد توزیع حجمی بار انتگرال حجمی بوده و در مورد توزیع سطحی بار ، انتگرال سطحی خواهد بود.

محاسبه نیروی الکتریکی با استفاده از میدان الکتریکی

اگر بخواهیم مقدار نیروی الکتریکی را که از طرف یک توزیع بار بر بار دیگری که در یک نقطه معین قرار دارد محاسبه کنیم، کافی است که میدان الکتریکی حاصل از توزیع بار را در نقطه معین تعیین کرده ، مقدار نیروی وارده را از حاصلضرب میدان الکتریکی در اندازه باری که نیروی وارده بر آن را محاسبه می‌کنیم، مشخص کنیم.

 



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:٠٥ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

دید کلی

  • چرا به عقب بدنه تانکرهای نفت جاده‌ای زنجیر کوتاهی که با سطح زمین تماس دارد؟

  • آیا زدن رعد و برق بین ابرها نیز به علت وجود الکتریسیته ساکن در آنهاست؟

  • چرا اگر میله فلزی را در دست بگیریم و مالش دهیم بار الکتریکی در آن ظاهر نمی‌شود؟

  • چگونه می‌توان نشان داد یک میله فلزی هم در اثر مالش الکتریسیته‌دار می‌شود؟



تصویر

تاریخچه

یوناینان باستان از مشاهدات خود نتیجه گرفتند که هرگاه کهربا را با پارچه پشمی یا پوست مالش دهند، اجسام سبکی را به خود جذب می‌کند. واژه الکتریسیته از کلمه یونانی الکترون به معنی کهربا گرفته شده است. این واژه اولین بار در نوشته‌های تالس ( 547 ـ 640 ق . م ) بکار رفته است. ویلیام گیلبرت ( 1544 ـ 1603 م )با انتشار کتابی درباره مغناطیس نظریات گذشتگان را مورد بررسی قرار داد. و نتیجه گرفت که نیروهای الکتریکی و مغناطیسی از هم جدا می‌باشند.

برای مثال سنگ مغناطیس می‌تواند آهن و فقط چند ماده دیگر را جذب کند. در صورتی که کهربا و اجسامی که خاصیت الکتریکی دارند می‌توانند ذرات کوچک و سبک اجسام گوناگون را جذب کنند. وی عقیده داشت که اجسام الکتریکی اثر دافعه ندارد. در سال 1646 سرتوماس برادن تجربه‌های خود را درباره اثر دافعه الکتریکی منتشر نمود و اظهار کرد که بین مواد الکتریکی نیز همانند مواد مغناطیسی نیروهای جاذبه و داففه وجود دارند.

سیر تحولی و رشد

در سال 1663 اتونون گریکه ماشینی ساخت که بوسیله آن بار الکتریکی زیادی تولید می‌شد. آنگاه دانشمندان دیگری چون استن گری ( 1670 ـ 1736 ) و شارل دونی ( 1698 ـ 1739 ) تجربه‌های دقیقتری انجام دادند، به خود و نوع الکتریسیته پی بردند. برای ایجاد الکتریسیته ساکن‌تری که می‌توانستند جرقه‌ها و تکانهای ترسناک الکتریکی تولید کنند.

برای مثال یکی از استادان فیزیک دانشگاه لندن بارهای الکتریکی این گونه ماشینها را در یک بطری پر از مایع جمع کرد. مقدار الکتریسیته در بطری لیدن آن قدر زیاد بود که اگر شخصی بطری را در دست می‌گرفت و دست دیگر خود را به میله سر بطری می‌زد تکان شدیدی در بدن خود احساس می‌کرد.

در قرن هیجدهم میلادی بطری لیدن مورد توجه بنیامین فرانکلین (1756 ـ 1790) قرار گرفت، وی پس از آزمایشهای متعدد نتایج کار خود را در سال 1747 منتشر کرد. او معتقد بود که دو نوع الکتریسیته که قبل از وی کشف شده بود اساسا باهم تفاوتی ندارد، بلکه حتی جسمی در اثر مالش دارای الکتریسیته می‌شود. یکی از دو جسم دارای الکتریسیته اضافی یعنی بار مثبت و دیگر دارای الکتریسیته منفی می‌شود.



تصویر

قانون بقای بار الکتریکی

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد و این بارهای الکتریکی که می‌توانند ساکن یا متحرک باشند و آثاری از خود ظاهر می‌سازند. از نظریه فارنکلین این نتیجه درست نیز بدست آمد که: «بارهای الکتریکی ایجاد نمی‌شوند و از بین نیز نمی‌روند بلکه از قسمتی از یک جسم به قسمت دیگر منتقل می‌شوند، همچنین بارهای مثبت و منفی از یکدیگر را خنثی می‌کنند، ولی هیچگاه نابود نمی‌شود.» این نتایج امروزه قانون بقای بار الکتریکی نامیده می‌شود که مانند قانون بقای جرم و انرژی از قوانین اساسی طبیعت محسوب می‌شود.

خواص بارهای الکتریسیته

با بررسی خواص بارهای الکتریکی بهتر به ماهیت ماده پی می‌بریم. مثلا این خاصیت که بارهای الکتریکی ممنوع یکدیگر را می‌رانند و بارهای الکتریکی یا نوع مخالف یکدیگر را می‌ربایند. این واقعیت را نشان می‌دهد که درون ماده نیروهای الکتریکی موجود است. نیروهای پیوستگی بین مولکول‌ها اجسام جامد یا مایع به سبب وجود نیروهای جاذبه الکتریکی بین بارهای الکتریکی از نوع مخالف است.

نیروهای متعددی که به هنگام تراکم ماده ظاهر می‌شود به علت وجود نیروهای رانشی بین بارهای الکتریکی ممنوع است. حرکت این بارهای الکتریکی ، موجب تولید جریان الکتریسیته و یا به اصطلاح متداول ، جریان برق می‌شود که ما در خانه و صنعت از آن استفاده می‌کنیم.

تولید الکتریسیته بوسیله مالش

می‌دانید هرگاه شانه یا یک میله پلاستیکی را با لباس خود یا با یک تکه پارچه پشمی خشک مالش دهید. ذره‌های گرد و غبار یا خرده‌های کاغذ را جذب می‌کند. همچنین اگر در هوای خشک ، سطح آینه یا شیشه پنجره را با یک تکه پارچه خشک تمیز کنید این پدیده اتفاق می‌افتد و ذره‌های گرد و غبار معلق در هوا و کرکهای جدا شده از پارچه به سطح آینه یا شیشه می‌چسبند. به طوری که پاک کردن سطح آنها از این ذره‌ها دشوار است. عاملی که سبب جذب این ذرات می‌شود جاذبه الکتریکی نام دارد و اجسامی که در اثر مالش این خاصیت را پیدا می‌کنند دارای الکتریسیته ساکن می‌شوند.



تصویر

الکتریسیته مثبت و منفی

پدیده وضع الکتریکی نخستین بار در سال 1672 میلادی توسط اتوفن گریکه که با نام او آشنا هستید بیان شد. او مشاهده کرد که پرهای مرغ نخست جذب یک گلوله گوگردی باردار شده و سپس از آن رانده می‌شوند. صد و پنجاه سال بعد ، در فرانسه محققی به نام شارل دونی کشف کرد که دو جسم باردار همیشه یکدیگر را نمی‌رانند بلکه گاهی هم یکدیگر را می‌ربایند و به این نتیجه رسید که دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. بطوری که بارهای الکتریکی ممنوع یکدیگر را می‌رانند و بارهای الکتریکی که نوع آنها مختلف است یکدیگر را می‌ربایند.

دونی برای تشخیص این دو نوع الکتریسیته یکی را الکتریسیته شیشه‌ای و دیگری از الکتریسیته صمغی (رزینی) نامید. الکتریسیته شیشه‌ای از مالیدن شیشه به پارچه ابر پشمی تولید می‌شود و الکتریسیته ضمغی از مالیدن کهربا ، گوگرد ، لاک و ابونیت و بسیاری از مواد دیگر به پشم یا پوست حیوان بدست می‌آید.

بعدها معلوم شد که این طرف نامگذاری در پاره‌ای از موارد گمراه کننده است. زیرا مثلا شیشه سنگی زبر و آن در اثر مالش ، الکتریسیته ضمغی تولید می‌کند و ابونیت بسیار صیقلی شده دارای نوع الکتریسیته شیشه‌ای می‌شود. از اینرو فرانکلین دانشمند آمریکایی اصطلاح امروزی الکتریسیته مثبت و منفی را بجای دو نوع شیشه‌ای و ضمغی وضع کرد.

آزمایش ساده برای تولید الکتریسیته ساکن

بنا به روش سنتی و قدیمی ، در آزمایشهای الکتریسیته ساکن برای تولید الکتریسیته مثبت شیشه را با ابریشم و برای تولید الکتریسیته منفی ، ابونیت را با پوست حیوان و مانند پوست گربه مالش می‌دهند. ولی امروزه استات سلولز برای تولید الکتریسیته مثبت و پلیتن برای تولید الکتریسیته منفی مناسبتر تشخیص داده شده است. زیرا رطوبت هوا بر روی آنها کمتر اثر می‌گذارد.

مواد الکتریسیته ساکن

  • الکتروفور:

    در سال 1775 میلادی آلساندرو داتا که در ایتالیا معلم فیزیک بود. نامهای به پریستلی (کاشف اسپزن) نوشت و در آن نامه شرح داد. که اسبابی به نام الکتروفور اختراع کرده است. الکتروفور را می توان یک نوع ماشین مولد الکتریسیته ساکن نامید. در این دستگاه صفحه نارسانا در اثر مالش با پوست حیوان دارای بار الکترون منفی می‌شود و با قرار دادن صفحه فلزی روی آن ، قسمت بالایی صفحه در اثر القا دارای بار منفی و قسمت پایین صفحه دارای بار مثبت می‌شود.

    سطح پایینتر فلز بوسیله چند نقطه با سطح صفحه نارسانای زیرین تماس دارد. هرگاه سطح بالایی قرص بطور موقت به زمین وصل شود. الکترونها سطح بالایی زمین منتقل می‌شوند به این ترتیب صفحه فلزی دارای بار مثبت می‌شود.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:٠٢ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

دید کلی


  • چرا وقتی لباس پلاستیکی را از تن خود در می‌آورید لباس به تن شما می چسبد؟
  • چرا بعد از شانه نمودن سر ، شانه می‌تواند خرده‌های کاغذ را بلند کند؟
  • چرا بعد از راه رفتن روی فرش ، اگر به دستگیره در دست بزنید به دست شما شوک وارد می‌شود؟

اینها نمونه‌هایی از نیرویی هستند که از بسیاری جهات شبیه به نیروی گرانشی است. زیر ظاهرا از راه دور و از طریق خلا اثر می‌کند. اگر شانه‌ای را به سر خود بزنید و آن را به توپ پینگ پنگ آغشته به گرافیت آویزان نزدیک کنید، شانه توپ را از فاصله‌ای جذب می‌کند. اما این نیرو از نوع گرانشی نیست زیرا خیلی قویتر از آن است. جاذبه گرانشی بین توپ پینگ پنگ و شانه به قدری ضعیف است که قابل آشکارسازی نیست. برای اینکه نیروی گرانشی آشکار سازی شود، جسمی در اندازه کره زمین یا ماه لازم است.

نیروی جدید یک خاصیت موقتی دارد. زیرا اگر بعد از شانه زدن مدتی صبر کنید، احتمالا اثر این نیرو ناپدید خواهد شد. برای اینکه شانه توپ را جذب کند باید بار الکتریکی به آن داده شود. اگر توپ را به شانه باردار شده نزدیک نمایید، توپ از شانه دور خواهد شد. یعنی بین شانه و توپ نیروی دافعه وجود دارد و این چیزی است که هرگز در نیروی گرانشی دیده نشده است. اگر دو شانه باردار را به هم نزدیک کنید هدیگر را دفع خواهند کرد.

برهمکنش انواع بار الکتریکی

  • بارهای همنام همدیگر را دفع می‌کنند. نیرویی که این نوع بارها بر هم وارد می‌کنند، از نوع دافعه است. اگر دو جسم را با میله شیشه‌ای یا هر دو با میله پلاستیکی باردار کنیم همدیگر را دفع می‌کنند.

  • بارهای غیر همنام همدیگر را جذب می‌کنند. نیرویی که این نوع بارها برهم وارد می‌کنند از نوع جاذبه می‌باشد. اگر یکی از اجسام را با میله شیشه‌ای و دیگری را با میله پلاستیکی باردار کنیم همدیگر را جذب خواهند کرد.

  • آزمایش ها و نتایج حاصل از بررسیها نشان می‌دهد که ظاهرا دو نوع بار متفاوت وجود دارد که نوع مثبت آن در میله شیشه‌ای و نوع منفی آن در میله پلاستیکی تولید می‌گردد.

بار الکتریکی

آیا می توان مقدار بار الکتریکی را اندازه گیری کرد؟ برای پاسخ به این سوال باید چگونگی وابستگی نیروی الکتریکی به بارهای الکتریکی را پیدا کنیم. بر طبق قانون کولننیروی میان بارها با مقدارشان نسبت مستقیم دارد و با مربع فاصله میان بارها نسبت عکس دارد.
Fee=Kq1q2/r2

در رابطه فوق q نشانگر بار ذرات و r نشانگر فاصله میان بارهاست. ثابت K ، ثابت جهانی کولن است و مقدار آن به متریکهای استاندارد انتخابی وابسته است. در سیستم SI با یکای بار الکتریکی ، کولن مقدار آن برابر K=9.00x109 Nm2/c2 می‌باشد.

آزمایش ساده

برای تقسیم بار الکتریکی به کسرهای مشخص و بررسی نیروی الکتریکی بین ذرات ، آزمایش زیر را انجام می دهیم:

  • دو توپ پینگ پنگ را با گرافیت آغشته کنید تا رسانا شوند، به گونه ای که هر باری که با آن داده شود به طور یکسان میان خود تقسیم کنند.

  • دو توپ را باردار کنید و باهم تماس دهید تا مقدار بارشان یکسان شود.

  • نیروی میان بارها را با استفاده از زاویه انحراف بینشان هنگامی که آویزانند، بیابید.

  • انگشت خود را به یکی از آنها بزنید تا تمام بارشان به بدن شما منتقل شود «اتصال زمین).

  • دوباره آنها را باهم تماس دهید تا بار باقیمانده میان آنها به طور یکسان تقسیم شود در این صورت مقدار بار هرکدام نصف مقدار قبلی خواهد بود.

  • یک بار دیگر نیروی میان آنها را به کمک زاویه انحراف بینشان پیدا کنید. با تکرار چندین مرحله‌ای این آزمایش نتیجه جالبی حاصل می‌شود.

  • آزمایش اخیر نیروی میان بارها را به مقدار بارها و فاصله بینشان مربوط می‌کند که به طور تجربی قانون کولن را تایید می‌کند.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٥:٠٢ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()


img/daneshnameh_up/e/e4/Lightning.jpg

دید کلی

پدیده زیبا ولی خطرناک آذرخش یا برق ، تخلیه الکتریکی در جو زمین است. همه شما تا به حال غرش آسمان (رعد و برق) و نیز تلاطم ابرها و ایجاد نورهای درخشان لحظه‌ای در آسمان را دیده‌اید. و سؤالات زیادی که ... .


  • این صدا چه بود؟
  • این نور چگونه تولید می‌شود؟
  • چگونه از نور آذرخش استفاده کنیم؟
  • برق آسمان چه فواید و مضراتی دارد؟ و هزاران سؤال از این قبیل



تصویر

تاریخچه

تشابه بین آذرخش و جرقه الکتریکی در همان اوایل قرن هجدهم مورد توجه قرار گرفت. تصور می‌شد که ابری طوفانی بار الکتریکی زیادی حمل می‌کنند، و آذرخش جرقه غول آسایی است که فقط از نظر اندازه با جرقه بین الکترودهای ماشین ویمچورست متفاوت است. این مطلب را مثلاً لومونوسوف (M. V. Lomonosov) فیزیکدان و شیمیدان روسی که الکتریسته جو را همراه با مسائل علمی دیگر مطالعه کرد، خاطر نشان نمود. این مطلب با آزمایشهایی که لومونوسوف در سالهای 1752 و 1753 و فرانکلین (B. Franklin) پژوهشگر آمریکایی بطور مستقل انجام دادند، تأیید شده است.

ماشین تندر لومونوسوف

لومونوسوف یک ماشین تندر ساخت. خازنی که در آزمایشگاه او نصب شده بود و با سیمی که انتهایش از اتاق خارج و بر تیرک بلند بالا برده شده بود، با الکتریسته جو باردار می شد. در مدت طوفانهای تندری ، با لمس کردن خازن می شد جرقه را از آن خارج کرد.



img/daneshnameh_up/4/46/Azarakhsh1.jpg

آزمایش فرانکلین

فرانکلین در مواقع طوفان تندری بادبادکی را با یک میله آهنی به هوا فرستاد. انتهای پایین ریسمانی که به بادبادک متصل بود به کلید دری بسته می‌شد. وقتی که ریسمان مرطوب و به رسانای الکتریکی تبدیل می‌شد، فرانکلین می‌توانست جرقه‌ها را از کلید بگیرد، بطری لید را پرکند. و سایر آزمایشهایی را که معمولاً با ماشین ویمچورست صورت می‌پذیرفت، انجام دهد.

باید خاطرنشان کرد که چنین آزمایشاتی بسیار خطرناکند زیرا آذرخش ممکن است به بادبادک بخورد و آن وقت بار زیادی از بدن آزمایشگر به زمین برسد (برق گرفتگی شدید). در تاریخ فیزیک چنین موارد دردناکی وجود دارند. مثلاً در سال 1753ریچمن (G. Richman) که با لومونوسوف کار می‌کرد در سن پترزبورک توسط آذرخش کشته شد.

البته با این آزمایشات نشان دادند که ابرهای طوفانی واقعا بار الکتریکی دارند.

چگونگی شکل گیری آذرخش

قسمتهای مختلف ابر بارهایی با علامتهای مختلف حمل می‌کنند. در بیشترین موارد پایین ابر (که به زمین است) دارای بار منفی است. در حالیکه قسمت بالا بطور مثبت باردار است. بنابراین اگر دو ابر چنان بهم نزدیک شوند که قسمتهایی که بار غیر همنام دارند، به طرف یکدیگر باشند، ممکن است بین آنها جرقه آسمانی (آذرخش) بوجود آید.

همچنین تخلیه آذرخش ممکن است به طریقه دیگری نیز صورت گیرد، ابر طوفانی با حرکت در بالای زمین بار زیادی بر سطح زمین القا می‌کند و ابر سطح زمین بصورت صفحات خازنی بزرگی در می‌آیند. اختلاف پتاسیل الکتریکی بین ابر و زمین به مقادیر عظیم صدها میلیون ولت می رسد و میدان الکتریکی شدیدی در هوا به وجود می‌آید. اگر شدت این میدان به قدر کافی زیاد باشد، ممکن است جرقه زنی روی دهد یعنی آذرخش به زمین بربخورد. گاهی آذرخشها به زمین می‌خورند یا باعث آتش سوزی می‌شوند.

پارامترهای مشخص کننده آذرخش

بنا بر مشاهدات دراز مدت تخلیه الکتریکی آذرخش با عوامل زیر مشخص می‌شود.
  • ولتاژ بین ابر و زمین که حدودا 108 ولت است.
  • جریان در آذرخش که حدودا 105 آمپر است.
  • مدت آذرخش که حدودا 6-10 ثانیه است.
  • قطر کانال تابان آذرخش که حدودا 10 تا 20 سانتیمتر است.

تندر آذرخش

تندر که بعد از آذرخش شنیده می‌شود، دارای همان منشأ ترق ترقی است که در مدت جرقه در آزمایشگاه بوجود می‌آید. یعنی هوای درون کانال تابان آذرخش به شدت گرم و منبسط می شود و موجهای صوتی ایجاد می‌کند. در نتیجه بازتاب از ابرها ، کوه ها و غیره پژواک غرشهای تندر را اغلب می‌توان شنید.

فواید و برکات رعد و برق

آبیاری

برقها معمولا حرارت فوق العاده زیاد گاه در حدود 15 هزار درجه سانتیگراد تولید می‌کنند و این حرارت کافی است که مقدار زیادی از هوای اطراف را بسوزاند و در نتیجه فشار هوا فورا کم شود و می‌دانیم در فشار کم ، ابرها می‌بارند و به همین دلیل غالبا بعد از جهش برق رگبارهایی شروع می‌شود و دانه‌های درشت باران فرو می ریزند. از اینرو برق در واقع یکی از وظایفش آبیاری است.

سمپاشی

هنگامی که برق با آن حرارتش آشکار می‌شود، قطرات باران با مقداری اکسیژن اضافی ترکیب می‌شوند و آب سنگین یعنی آب اکسیژنه ایجاد می‌کنند و هنگام بارش تخم آفت و بیماریهای گیاهی را از میان می‌برد و در واقع عمل سمپاشی انجام می‌دهد. هر سال که رعد و رق کم باشد آفات گیاهی بیشتر است!

تغذیه و کود رسانی

قطرات باران بر اثر برق و حرارت شدید ، ترکیب اسید کربنی پیدا می‌کنند و به هنگام پاشیده شدن بر زمین و ترکیب با آن یک نوع کود مؤثر گیاهی می‌سازند و گیاهان از این طریق تغذیه می‌شوند. بعضی از دانشمندان گفته‌اند مقدار کودی که در یک سال از مجموع برقهای آسمان در کره زمین بوجود می‌آید دهها میلیون تن است، که رقم فوق العاده بالایی می‌باشد.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٤:٥٩ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()

مقدمه

اگر یک روز خشک و آفتابی روی قالی راه بروید، به محض این که دستتان با دستگیره فلزی تماس پیدا می‌کند، جرقه ایجاد می‌شود. و یا هنگام باریدن باران ، آذرخش و رعد و برق را بارها ملاحظه کرده‌ایم. تمام این موارد حاکی از این است که مقدار زیادی بار الکترونی در اجسام پیرامون ما و حتی در بدن ما ذخیره شده است. خنثی بودن غالب اشیا مشاهده‌ پذیر و قابل لمس جهان ، از لحاظ الکتریکی ، این واقعیت را تایید می‌کند که تمام اشیا حاوی تعداد زیادی بار الکتریکی مثبت و منفی هستند که چون تعداد این دو نوع بار الکتریکی یکسان است، لذا از نظر آثار خارجی کاملا اثر یکدیگر را بی‌اثر می‌کنند. فقط هنگامی که این توازن زیبای الکتریکی از بین برود، طبیعت آثار بارهای مثبت و منفی آشکار می‌شود. بنابراین زمانی که گفته می‌شود، جسمی باردار است، منظور این است که بار الکتریکی در جسم اندکی نامتوازن شده است.



تصویر

یک آزمایس ساده

یک میله شیشه‌ای را در دست خود گرفته و با پارچه ابریشمی مالش دهید. عمل مالش سبب می‌شود که مقدار کمی بار الکتریکی از یک جسم به جسم دیگر منتقل شود، و لذا خنثایی الکتریکی آن دو به هم می‌خورد. حال اگر این میله باردار بوسیله یک رشته نخ از نقطه آویزان کنیم وسیله شیشه‌ای دیگری را که به صورت مشابه باردار شده است به این میله نزدیک کنیم، دو میله یکدیگر را می‌رانند. اما اگر یک میله پلاستیکی را که با یک پوست خز باردار شده است به این میله نزدیک کنیم، در این صورت میله پلاستیکی انتهای باردار میله شیشه‌ای آویزان شده را جذب می‌کند.

بنابراین نتیجه می‌گیریم که دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. یک نوع از آن ، یعنی بار الکتریکی که روی شیشه مالش داده شده ایجاد می‌شود را بار مثبت و نوع دیگر ، یعنی بار الکتریکی ایجاد شده روی میله بار منفی می‌نامیم همچنین نتیجه می‌گیریم که بارهای الکتریکی همنام یکدیگر را دفع می‌کنند و برعکس بارهای الکتریکی غیر همنام همدیگر را جذب می‌کنند.

تاریخچه انتخاب نامهای مثبت و منفی

انتخاب نامهای مثبت و منفی برای بارهای الکتریکی مربوط به بنجامین فرانکلین (Benjamin Franklin) است. او علاوه بر کارهای بزرگی که انجام داد، دانشمندی با شهرت بین المللی بود. فرانکلین واژه‌های بار و باتری را وارد فرهنگ الکتریسیته کرد. بنابراین به رسم احترام شاید بد نباشد که ، هرگاه باتری ماشین حسابمان خالی می‌شود و ما در حین تعویض باتری علامتهای + و – را روی باتری مشاهده می‌کنیم، که نشان دهنده قطبهای مثبت و منفی باتری هستند، به یاد فرانکلین این دانشمند بزرگ عالم فیزیک بیافتیم.



تصویر

بررسی کمی نیروی موجود میان ، بارهای الکتریکی

در مبحث الکترواستاتیک که بارهای الکتریکی ساکن و یا با سرعت فوق العاده کم مورد بحث قرار می‌گیرد، نیروهایی که بارهای الکتریکی هم‌نام و غیر هم‌نام به یکدیگر وارد می‌کنند توسط قانون کولن مورد بررسی قرار می‌گیرد. با استفاده از این قانون می‌توان علاوه بر مقدار این نیروها ، نوع آنها را از لحاظ جاذبه یا دافعه بودن مشخص نمود.

کاربرد نیروهای الکتریکی بین اجسام باردار

نیروهای الکتریکی موجود بین اجسام باردار در صنعت کاربردهای زیادی دارند، که از آن جمله می‌توان به رنگ افشانی الکتروستاتیکی ، گردنشانی ، دود گیری ، مرکب پاشی چاپگرها و فتوکپی اشاره کرد. به عنوان مثال در یک دستگاه فتوکپی دانه‌های حامل ماشین با ذرات گرد سیاه رنگی که تونر نام دارد، پوشیده می‌شوند. این ذرات بوسیله نیروهای الکتروستاتیکی به دانه حامل می‌چسبند.

ذرات با بار منفی تونر ، سرانجام از دانه‌های حاملشان جدا می‌شوند. جذب این ذرات توسط تصویر با بار مثبت متن مورد نسخه برداری ، که بر روی یک غلتک چرخان قرار دارد، صورت می‌گیرد. آنگاه ورقه کاغذ باردار ذرات تونر را روی غلتک جذب می‌کند و بعد از پخته شدن و نشستن ذرات بر روی کاغذ ، کپی مورد نظر به دست می‌آید.



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٤:٥٥ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()
قانون کولن بیان می‌کند که نیروی که دو بار الکتریکی بر یکدیگر وارد می‌کنند، با حاصل‌ضرب اندازه دو بار نسبت مستقیم و با مجذور فاصله آنها نسبت عکس دارد.

 

دید کلی

در اواخر قرن هیجدهم علوم تجربی به درجه‌ای از رشد و پیشرفت رسیده بود که بتوان مشاهدات دقیقی درباره نیروهای میان بارهای الکتریکی به عمل آورد. نتایج این مشاهدات را که در آن زمان فوق‌العاده مجادله‌آمیز بودند، نمی‌توان به این صورت بیان نمود. دو نوع و فقط دو نوع بار الکتریکی وجود دارد که ما اینها را به نام بارهای الکتریکی مثبت و منفی می‌شناسیم. همچنین دو بار نقطه‌ای نیروهایی بر یکدیگر اعمال می‌کنند که بزرگی این نیروها با مربع فاصله بین دو بار نسبت عکس و با حاصل‌ضرب اندازه بارها نسبت مستقیم دارد. این نیرو برای بارهای همنام دافعه و در مورد بارهای غیرهمنام جاذبه است (نیروی کولن).

آنچه گفته شد به افتخار شارل آرگوستن کولن (Chorles Augustim Coulumb) که از پیشروان الکتریسیته در قرن هیجدهم بود، به نام قانون کولن معروف است.

ترازوی پیچشی کولن

کولن دستگاهی ساخت که به وسیله آن می‌توانست نیرویی را که دو ذره باردار بر یکدیگر وارد می‌کنند، اندازه بگیرد. در ترازوی کولن میله‌ای دمبل مانند قرار دارد که به دو انتهای آن کره‌های کوچکی متصل شده است. این دمبل بوسیله یک رشته که از وسط دمبل می‌گذرد، آویخته شده است. هر گاه کره باردار دیگری را به یکی از کره‌های دمبل که قبلا باردار شده است، نزدیک کنیم، بر اساس قانون کولن با توجه به نوع بارها ، این دو یکدیگر را جذب یا دفع می‌کنند، بنابراین در اثر این نیرو دمبل خواهد چرخید و رشته تاب می‌خورد. با اندازه گیری زاویه انحراف دمبل می‌توان نیروی میان دو بار الکتریکی را سنجید. کاوندیش بعدها با الهام از ترازوی پیچشی کولن وسیله‌ای ساخت که برای اندازه گیری نیروی جاذبه گرانش بکار می‌رود (ترازوی کاوندیش).

به این ترتیب قانون کولن به صورت تجربی مورد تائید واقع شد. البته لازم به ذکر است که باور ما در مورد قانون کولن ، از نظر کمی مبتنی بر تجربه‌های کولن نیست. دقت اندازه گیریهای ترازوی پیچشی کولن به زحمت از چند درصد تجاوز می‌کند. به عنوان مثال ، چنین اندازه گیریهایی نمی‌تواند ما را متقاعد سازد که در رابطه قانون کولن توان فاصله بارها از یکدیگر دقیق برابر 2 است.

گستره عمل قانون کولن

قانون کولن در مورد بارهای نقطه‌ای بکار می‌رود. از لحاظ ماکروسکوپی بار نقطه‌ای باری است که ابعاد فضایی آن در مقایسه با هر طول دیگری در مسئله مورد نظر بسیار کوچک است. قانون کولن در مورد برهمکنش‌های ذرات بنیادی ، مانند پرتونها و الکترونها نیز صادق است. در مورد دفع الکترواستاتیکی میان هسته‌ها در فواصل بیشتر از نیز این قانون صدق می‌کند، اما در فواصل کمتر نیروهای پر قدرت و کوتاه‌برد هسته‌ای عمل می‌کنند.

مشخصات قانون کولن

نیرویی که قانون کولن بیان می‌کند، به نیروی کولن معروف است. نیروی کولن بسته به نوع بارهای الکتریکی می‌تواند جاذبه یا دافعه باشد. قانون کولن یک قانون تجربی است، ولی با وجود این شواهد تجربی و نظری هر دو نشان می‌دهند که قانون عکس مجذور فاصله‌ای کولن دقیق است. آنچه قانون کولن بیان می‌کند، یک رابطه تناسبی است. با ضرب کردن طرف دوم در یک ثابت تناسب این رابطه تناسبی به یک تساوی تبدیل می‌شود. مقدار ثابت تناسب بستگی به دستگاه یکایی دارد که مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به عنوان مثال ، در سیستم یکای گاوسی این مقدار ثابت را برابر یک فرض می‌کنند و یکای بار الکتریکی را به گونه‌ای انتخاب می‌کنند که رابطه با تجربه سازگار باشد. اما دستگاه SI که بار الکتریکی را بر حسب کولن ، فاصله را بر حسب متر و نیرو را بر حسب نیوتن بیان می‌کنند، ثابت تناسب باید کمیتی باشد که دارای بعد است. بوسیله آزمایشهای تجربی مقدار این ثابت تناسب بصورت زیر محاسبه می‌شود:



در بعضی از موارد به منظور ساده‌تر کردن محاسبه به جای مقدار فوق عبارت به ظاهر پیچیده را قرار می‌دهند که در آن کمیتی است که به عنوان ضریب گذردهی الکتریکی خلا معروف است و مقدار عددی آن برابر است.

اهمیت قانون کولن

مفهوم قانون کولن فراتر از توصیف نیروهای میان کره‌های باردار است. این قانون می‌تواند در فیزیک کوانتومی نیروهای الکتریکی که الکترونهای یک اتم را به هسته آن پیوند می‌دهد، نیروهایی که اتمها را به هم پیوند می‌دهند تا مولکول تشکیل شود و نیروهایی که برای تشکیل جامدات ، مایعات ، اتمها یا مولکولها را به هم پیوند می‌دهند، را به درستی توصیف کند. از این رو بیشتر نیروهایی که در زندگی روزمره خود با آنها سر و کار داریم، گرانشی نیستند، بلکه الکتریکی هستند.

در هسته اتم نیروی جدیدی وجود دارد که نه دارای ماهیت گرانشی است و نه الکتریکی. این نیروی جاذبه قوی که پروتونها و نوترونهای تشکیل دهنده هسته را به هم پیوند می‌دهد، نیروی هسته‌ای یا برهمکنش قوی هسته‌ای نام دارد. اگر این نیرو وجود نداشت، هسته در اثر نیروی دافعه کولنی قوی میان پروتونهای آن به یکباره متلاشی می‌شد. 



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٤:٥٠ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()



نیرویی که دو ذره به جرمهای و و به فاصله r از هم به یکدیگر وارد می‌کنند، نیروی جاذبه‌ای است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر می‌کند و بزرگی آن برابر است با:



در رابطه فوق G ثابت جهانی گرانش است که مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است.





اطلاعات اولیه

آنچه اشاره شد، تحت عنوان قانون جهانی گرانش نیوتن معروف است. این قانون مقدار ، جهت و نوع نیروی گرانشی را که دو ذره بر یکدیگر اعمال می‌کنند، بیان می‌کند. بهتر است بدانیم که نیروهای گرانش میان دو ذره ، همان زوج نیروهای عمل و عکس‌العمل هستند. ذره اول نیرویی به ذره دوم وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره اول و در امتداد خطی است که دو ذره را به هم وصل می‌کند. به همین ترتیب ، ذره دوم هم نیرویی به ذره اول وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره دوم و در امتداد خط واصل دو ذره است. بزرگی این نیروها مساوی ، ولی جهت آنها خلاف یکدیگر است و از قانون سوم نیوتن تبعیت می‌کنند.

ثابت جهانی گرانش




img/daneshnameh_up/b/b2/p16.gif





بر اساس قانون گرانش ، نیروی جاذبه گرانش میان دو ذره با حاصلضرب جرم آن دو ذره نسبت مستقیم و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. بنابراین برای اینکه این تناسب به یک رابطه تساوی تبدیل شود، در طرف دوم یک ثابت تناسب اضافه می‌شود. این ثابت به نام ثابت جهانی گرانش معروف است. ثابت گرانش یک کمیت نرده‌ای است و دارای دیمانسیون می‌باشد.

خصوصیات قانون جهانی گرانش

قانون جهانی گرانش نیوتن برای هیچ یک از کمیتهای فیزیکی (نیرو ، جرم ، طول) موجود در این قانون یک معادله تعریف کننده نمی‌باشد، اما اساس این قانون بر این فرض استوار است که می‌توان نیروی وارد بر یک ذره را ، طوری که در این قانون تعریف شده است، به طریق ساده‌ای به خواص قابل اندازه گیری ذره و محیط مربوط کرد. یعنی می‌توان قوانین ساده نیرو را قبول کرد. بنابراین قانون جهانی گرانش یک چنین قانون ساده‌ای است. در این رابطه مقدار جهانی گرانش (G) از طریق آزمایش (مانند ترازوی کاوندیش) قابل محاسبه است.

قانون جهانی گرانش نیروی میان ذرات جرم‌دار را بیان می‌کند. اگر بخواهیم نیروی میان دو جسم بزرگ مثل کره زمین و ماه را تعیین کنیم، باید هر جسم را به صورت مجموعه‌ای از ذرات در نظر بگیریم و سپس نیروی برهمکنش این ذرات را محاسبه کنیم. این محاسبات با روشهای انتگرالگیری قابل حل هستند.

در قانون جهانی گرانش بطور ضمنی فرض می‌شود که نیروی گرانش میان دو ذره از اجسام دیگر مستقل است و به خواص فضای اطراف آنها بستگی ندارد. درستی این فرض به درستی نتایج حاصل از آن بستگی دارد و بر همین مبنا تاکنون تائید شده است. برخی فیزیکدانان از این واقعیت برای رد امکان وجود حایلهای گرانشی استفاده می‌کنند.

مقایسه قانون جهانی گرانش با قانون کولن

مشابهت قانون جهانی گرانش و قانون کولن در این است که هر دو یک قانون عکس مجذور فاصله هستند و در هر دو نیروهای موجود یعنی نیروی گرانش و نیروی کولن ، نیروی مرکزی هستند، اما تفاوت این دو در این است که نیروی کولن بسته به علامت بار ذرات باردار می‌تواند جاذبه یا دافعه باشد، در صورتی که نیروی گرانشی همواره یک نیروی جاذبه است. 



ادامه مطلب
تاريخ : ۱۳۸٠/٦/۱٧ | ٤:٤٩ ‎ب.ظ | نویسنده : عدالت قلی پور | نظرات ()
.: Weblog Themes By VatanSkin :.