تبلیغات
علم و دانش - مطالب امواج الکترومغناطیسی(فیزیک)
آموختن علم و دانش بیشتر

روش ساخت یک طیف سنج ساده

تاریخ:سه شنبه 17 دی 1392-06:56


وسایل مورد نیاز

1- یک حلقه سی‌دی یا دی‌وی‌دی

2- جعبه‌ی مقوایی که بتواند سی‌دی یا دی‌وی‌دی را نگه‌دارد .

3- دو عدد تیغ

4- لوله‌ی مقوایی کوچک

5- نوار چسب شفاف.

6- مقداری نوار چسب آلومینیومی ( یا ورق آلومینیوم و چسب)


روش ساخت در <ادامه مطلب>


ادامه مطلب


داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

مادون قرمز

تاریخ:جمعه 22 شهریور 1392-12:10


اطلاعات اولیه
کشف هرسل اولن گام در ایجاد پدیده‌ای که ما آن را طیف الکترومغناطیسی مینامیم. نور مرئی و پرتوهای مادون قرمز دو نمونه اشکال فراوانی از انرژی هستند که توسط تمام اجسام موجود در زمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند. مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی دارای محدوده طول موجی بین ۰.۷۸ تا ۱۰۰۰ میکرو متر است. تنها با مطالعه این تشعشعات است که میتوانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری کامل از چگونگی ایجاد جهان و تغییرات آن بدست آوریم. در سال ۱۸۰۰ سر ویلیام هرشل یک نمونه نامرئی از تشعشعات را کشف کرد که این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت. او این شکل از تشعشعات را مادون قرمز نامید.
● سیر تحولی و رشد
Greathouse و همکارانش طی مطالعه‌ای تاثیر لیزر مادون قرمز را به انتقال عصبی ، عصب رادیال بررسی کردند. زمان تاخیر ، دامنه پتانسیل عمل و دما ، متغیرهای مورد آزمایش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همکارانش اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر زمان تاخیر شاخه حسی عصب رادیال در دو گروه لیزر و پلاسبو بررسی نمودند و مشاهده کردند که در گروه لیزر ، افزایش معنی دارا در زمان تاخیر حسی پس از بکارگیری لیزر ایجاد گردیده است.
Bas Ford و همکارانش طی مطالعه‌ای اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر شاخه حسی اعصاب رادیال و مدین بررسی کردند. هیچ اختلاف معنی داری در دامنه پتانسیل عمل ، زمان تاخیر و دما ساعد بعد از بکارگیری لیزر مشاهده نشد.Baxter و همکارانش افزایش معنی دار در زمان تاخیر عصب مدین بعد از بکارگیری لیزر گرارش کردند. Low و همکارانش کاهش دما را به دنبال تابش لیزر کم توان مادون قرمز دیدند.
● نتایج اشعه مادون قرمز
گرمایی که ما از خورشید یا از یک محیط گرم احساس میکنیم، همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است. حتی اجسامی ‌که فکر میکنیم خیلی سرد هستند، نیز از خود انرژی گرمایی منتشر میسازند (یخ و بدن انسان). سنجش و ارزیابی انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومی ‌به علت اینکه بیشترین جذب را در اتمسفر زمین دارند مشکل است. بنابراین بیشتر ستاره شناسان برای مطالعه انتشار گرما از این اجرام از تلسکوپهای فضایی استفاده میکنند.
● مادون قرمز در نجوم
تلسکوپها و آشکارسازهایی که توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار میگیرند نیز از خودشان انرژی گرمایی منتشر میسازند. بنابراین برای به حداقل رساندن این تاثیرات نامطلوب و برای اینکه بتوان حتی تشعشعات ضعیف آسمانی را هم آشکار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسکوپها و تجهیزات خود را به درجه حرارتی نزدیک به ۴۵۰?F ، یعنی درجه حرارتی حدود صفر مطلق ، میرسانند. مثلا در یک ناحیه پرستاره ، نقاطی که توسط نور مرئی قابل رویت نیستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبی نشان داده میشود. همچنین مادون قرمز میتواند چند کانون داغ و متراکم را همره با ابرهایی از گاز و غبار نشان دهد. این کانونها شامل مناطق پرستاره‌ای هستند که در واقع میتوان آنها را محل تولد ستاره‌ای جدید دانست. با وجود این ابرها ، رویت ستاره‌های جدید با استفاده از نور مرئی به سختی امکانپذیر است.
اما انتشار گرما باعث آشکار شدن آنها در تصاویر مادون قرمز میشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهای بلند مادون قرمز میتوانند به مطالعه توزیع غبار در مراکزی که محل شکل گیری ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موجهای کوتاه میتوان شکافی در میان گازها و غبارهای تیره و تاریک ایجاد کرد تا بتوان نحوه شکل گیری ستاره‌های جدید را مورد مطالعه قرار داد. فضای بین ستاره‌ای در کهکشان راه شیری ما نیز از توده‌های عظیم گاز و غبار تشکیل شده است. این فضاهای بین ستاره‌ای یا از انفجارهای شدید نواخترها ناشی شده‌اند و یا از متلاشی شدن تدریجی لایه‌های خارجی ستاره‌هایی جدید از آن شکل میگیرند. ابرهای بین ستاره‌ای که حاوی گاز و غبار هستند، در طول موجهای بلند مادون قرمز خیلی بهتر آشکار میشوند (۱۰۰ برابر بیشتر از نور مرئی).
اخترشناسان برای دیدن ستاره‌های جدید که توسط این ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهای کوتاه مادون قرمز برای نفوذ در ابرهای تاریک استفاده میکنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهای نجومی ‌مجهز به مادون قرمز صفحات دیسک مانندی از غبار را کشف کردند که اطراف ستاره‌ها را احاطه کرده‌اند. این صفحات احتمالا حاوی مواد خامی ‌هستند که تشکیل دهنده منظومه‌های شمسی هستند. وجود آنها خود گویای این است که سیاره‌ها در حال گردش حول ستاره‌ها هستند.
● مادون قرمز در پزشکی
اگر نگاه دقیق و علمی ‌به یک طیف الکترومغناطیسی بیندازیم، میبینیم که از یک طرف طیف تا سوی دیگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها بر اساس طول موج و فرکانس‌های مختلف قرار دارند، از آن جمله میتوان به تشعشعات گاما ، اشعه ایکس ، ماورای بنفش ، نور مرئی ، مادون قرمز و امواج رادیویی اشاره کرد. هر کدام از این پرتوها و تشعشعات همگام با پیشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هایی را در زمینه‌های علمی ‌پدید آورده‌اند که در اینجا علاوه بر کاربرد مادون قرمز در شاخه ستاره شناسی ، اشاره‌ای به کارآیی چشمگیری این پرتو در رشته پزشکی خواهیم داشت.
● کاربرد درمانی مادون قرمز
بکار بردن گرما یکی از متداولترین روشهای درمان فیزیکی است. از موارد استعمال درمانی مادون قرمز موارد زیر را میتوان ذکر کرد.
▪ تسکین درد
با وجود حرارت ملایم ، کاهش درد به احتمال زیاد بواسطه اثر تسکینی بر روی پایانه‌های عصبی ، حسی ، سطحی است. همچنین به علت بالا رفتن جریان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابولیتها و مواد دردزای تجمع در بافتها ، درد کاهش مییابد.
▪ استراحت ماهیچه
تابش این اشعه راه مناسبی برای درمان اسپاسم و دستیابی به استراحت عضلانی میباشد.
▪ افزایش خون رسانی
در درمان زخمهای سطحی و عفونتهای پوستی ، برای اینکه فرآیند ترمیم به خوبی انجام گیرد، باید به مقدار کافی خون به ناحیه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نیز افزایش گردش خون سبب افزایش تعداد گلبولهای سفید و کمک به نابودی باکتریها میکند. از این پرتو میتوان برای درمان مفصل آرتوریتی و ضایعات التهابی نیز استفاده کرد.
● کاربرد تشخیصی مادون قرمز
از مهمترین کابردهای تشخیصی آن میتوان توموگرافی را نام برد. اصطلاح ترموگرافی به عمل ثبت و تفسیر تغییراتی که در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ میدهد، اطلاق میشود. تصویر حاصل از این روش که توموگرام نامیده میشود، بخش الگوی حرارتی سطح بدن را نشان میدهد. در توموگرافی ، آشکار ساز ، تشعشع حرارتی دریافت شده توسط دوربین را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل میکند و سپس آن را علاوه بر تقویت بیشتر ، پردازش میکند تا اینکه یک صفحه کاتودیک مثل مونیتور تلویزیون آشکار شود.
تصاویر بدست آمده به صورت سایه‌های خاکستری رنگ میباشند، بدین معنی که سطوح سردتر به صورت سایه‌های خاکستری روشن دیده میشوند و در نوع رنگی آن نیز نواحی گرم ، رنگ قرمز و نواحی سرد ، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیکی ، فیزیولوژیک طبیعی یا بیماری تغییر میکند. از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشکارسازی یک بیماری استفاده میشود که مهمترین آنها به قرار زیر است.
- بیماری پستان : وسیع ترین جنبه کاربردی توموگرافی در آشکار سازی سرطانهای پستانی است.
زیرا روشی کاملا مطمئن و بدون آزار است.
از پرتوهای یونیزان استفاده نمیشود.
روشی کاملا سریع ، راحت و ارزان است.
به دلیل بی ضرر بودن از قابلیت تکراری بسیار زیادی برخوردار است.
● کاربرد ترموگرافی در مامائی
چون جفت از فعالیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است. درجه حرارت حاصله در این محل بطور قابل ملاحظه‌ای از بافتهای اطراف بیشتر است. پس میتوان از توموگرافی برای تعیین محل جفت استفاده کرد.
● ضررهای مادون قرمز
از طرف دیگر خطرهایی نیز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد که میتوان به سوختگی الکتریکی (در اثر اتصال بدن به مدارات الکتریکی دستگاه) سر درد ، تولید ضعیف در بیمار و آسیب به چشمها در اثر تابش مستقیم پرتو اشاره کرد.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

لیزر و کاربردهای آن

تاریخ:شنبه 9 شهریور 1392-14:25

کلمه لیزر از کنار هم گذاشتن حروف کلمات زیر بدست می آید: Light Amplification by Simulated Emission of Radiation لیزر وسیله ای برای تبدیل نور معمولی به پرتوی باریک و متراکم است. دستگاه لیزریک جریان الکتریکی را از ماده ای که می تواند جامد, مایع یا گاز باشد عبور می دهد. بعضی از اتم های ماده انرژی جذب می کنند و کوانتوم (بسته انرژی نورانی که اتم ها ساطع می کنند) این امر موجب می شود که اتم های دیگر نیز کوانتوم ساطع کنند. این کوانتوم ها (بسته های تشعشع) بین آینه هایی به عقب و جلو منعکس می شود و نهایتا بصورت نوری با یک طول موج واحد شلیک می شوند وقتی که نور در دستگاه لیزر توسط کوانتوم ها تولید شد با رفت و برگشت بین آینه ها متمرکز تر می شود.

کاربرد های لیزر:

1-      دیسک فشرده : هنگام ضبط دیسک فشرده صوتی هر صدا به یک کد رقمی (دیجیتال) تبدیل می شود. این کد توسط لیزر به صورت میلیون ها حفره میکروسکوپی روی دیسک فشرده حک می شود. وقتی دیسک باز نواخته می شود یک پرتو لیزر در داخل دستگاه روی دیسک حرکت می کند. یک آشکارساز که با سیستم مربوط است. پالس هایی را که نماینده الگوی حفره های حک شده بر روی دیسک است ایجاد می کند. مدارهای الکترونیکی دستگاه دیسک این پالس ها را به نسخه ای از موسیقی اصلی تبدیل می کند.

2-      جراحی : دستگاه های لیزر پر توان با موفقیت در معالجه جداشدگی شبکیه به کار رفته است (شبکیه ناحیه حساس به نور در عقب چشم است). شبکیه جدا شده را می توان توسط پرتوی از نور لیزر که حدود یک هزارم ثانیه تابانده می شود "جوش داد. جراحان از پرتو لیزر برای بریدن یا جوش دادن دیگر بخش های بدن بسیار نیز استفاده می کنند. "چاقوی لیزری کاملا استریل است همزمان با برش رگ های ریز خونی را می بندد و بنابراین خون کمتری از دست می رود. از لیزر برای درمان بیماریهای پوست و برداشتن ماه گرفتگی و خالکوبی از روی پوست نیز استفاده می شود.

3-      کاربرد های صنعتی : از لیزرهای پر توان می توان برای بریدن, سوراخ کردن, جوش دادن و کنده کاری موادی مانند فولاد, شیشه, پلاستیک و سرامیک استفاده می کنند. هیچگونه تماس فیزیکی با ماده مورد نظر نیست و بنابراین می توان سوراخ های بسیار کوچکی را بدون اثر گذاردن بر مواد پیرامون ایجاد می کنند. لیزر برای نقشه برداری نیز ارزشمند است زیرا پرتو لیزر در خطی کاملا مستقیم حرکت می کند.

4-      در فروشگاه ها : از لیزر های کم توان برای خواندن کد میله ای (بار کد) روی کالاها استفاده می شوند. این کد از یک سری خطوط سیاه با ضخامت متغیر تشکیل می شود. نواحی سیاه پرتو لیزر را جذب و نواحی سفید آن را منعکس می کنند. الگوی انعکاس کد گشایی می شود و شماره محصول را می دهد. این شماره هم قسمت محصول را به دست می دهد و هم به یک بانک اطلاعاتی مرکزی می رود که امکان نظارت بر میزان موجودی کالاها را فراهم می سازد.

هولوگرام چیست؟

یک تصویر سه بعدی که با استفاده از لیزر ایجاد می شود یا به عبارت دیگر با استفاده از لیزر می توان تصویری ایجاد کرد که هر گاه به طریق صحیح به آن نور تابانده شود سه بعدی به نظر برسد.

لیزر های نیمه رسانا

نوعی از لیزر که حریان برق را مستقیما به جریان منظمی از فوتون ها تبدیل می کند ( این عمل صرفا با گذر جریان نیرومند و صیقل دادن وجوه انتهایی بلور آرسنید گالیوم به عنوان آینه های لیزر صورت می گیرد). کشف این لیزر تقریبا تصادفی بود چون برخی از فیزیکرانان متوجه شده بودند که از دو قطبی های نیمه رسانا درخشش هایی با طول موجی در حدود 7000 آنگستروم خارج می شود و آن را به گسیل القایی نسبت دادند و بر همین پایه لیزر نیمه رسانا را طراحی کردند.

این لیزر ها از اجسامی که در الکترونیک کاملا شناخته شده است ساخته می شوند و همه این اجسام از دسته اجسام نیمه رساناها هستند مانند آرسنید گالیوم و ژرمانیوم. البته لیزر های نیمه رسانا از موادی چون InP, InAS, PbTe, PbSe نیز ساخته می شوند.

لیزر های نیمه رسانا دارای پیوند گاه p-n می باشند که وجه n به پتانسیل منفی بسته می شود و وحه P نیز به پتانسیل مثبت بسته می شود. عنصرهایی که ناحیه P را تشکیل می دهند الکترون های ظرفیتی کمتری نسبت به ناحیه n و حفره هایی در ناحیه P بوجود می آید.

ولی چه خاصیتی از نیمه رسانا ها آنها را در ساخت لیزر های نیمه رسانا ممتاز می کند؟ نیمه رساناها از نظر مقاومت الکتریکی جایی بین مواد رسانا و مواد نارسانا دارند. در آنها فاصله بین نوار رسانش و نوار ظرفیت در حدود یک الکترون ولت است و این امر اندکی رسانایی الکتریکی را موجب می شود. رسانایی نیمه رساناها بر خلاف رساناها با افزایش دما افزایش می یابد. برای شروع گسیل القایی جریان بسیار بالایی از آن می گذرانند جریان باعث ایجاد گرما می شود. همین گرما منجر به تغییر شکل بلوری این اجسام نسبت به حالت نخستین می شود و حال آنکه اندکی تغییر شکل باعث از کارافتادگی لیزر می گردد. بنابراین باید شیوه ای یافت که لیزر را خنک کند.

شرایط لازم برای عمل این مجموعه بدین ترتیب یافته شد که در دمای زیر 20 درجه کلوین (منفی 253 سانتی گراد) جریانی در حدود 200 آمپر لازم است ولی در دمای نیتروژن مایع این جریان می تواند به 750 آمپر و در 300 درجه کلوین به 50000 آمپر بر سانتی متر مربع برسد. در این هنگام است لیانی یا نور تابی الکتریکی آغاز می شود و لیزر به کار می افتد و تابش هایی با فرکانس های ده به توان ده هرتز تولید می کند.

رسانای بی آلایش مثل ژرمانیوم با ظرفیت 4 و یا اتمی با یک ظرفیت بیشتر مانند فسفر و ایندیوم 5 ظرفیتی آن را آغشته کرده باشد. این عمل را فرآیند آلایش و یا ناخالصی گویند. وقتی که آلایش صورت می گیرد لیزر در ناحیه n دارای الکترون و ناحیه p دارای حفره پیدا می کند و در نتیجه نیمه رسانا آلایشی دارای دو تراز انرژی ناخالصی دهنده و پذیرنده ایجاد می کند.

تنظیم اینگونه لیزر ها نسبت به لیزر های دیگر آسانتر است زیرا با تغییر میدان مغناطیسی یا با اعمال دما و فشار می توان آنها را تنظیم کرد. اما برای تنظیم لیزر های گازی و جامد تنها با تغییر ظریب کیفیت می توان عمل تنظیم را انجام داد اما باید توجه داشت  که همه این شرایط باید در اوضاع تنظیم شده ای ویژه انجام پذیرد. اما برتری لیزر های نیمه رسانا بیشتر به خاطر دگر آهنگی (مدوله سازی) بالا و بازدهی بالایی در حدود 30 درصد است. جمع و جور بودن آن و بهای اندک آن از دیگر مزایای این نوع لیزرهاست.

(سری بحث های نور اپتیک لیزر ادامه خواهد داشت)

 

استفاده از لیزر در راه اندازی ارتباطات شبكه ای هند

در جاهایی كه نصب كابل و حفر كانال با مشكلات زیادی همراه است، پل‌‏های لیزری به راحتی عمل می‌‏كنند.

به گزارش بخش خبر شبكه فن آوری اطلاعات ایران ، از ایلنا, یك شركت خدمات مخابراتی هندی به لیزر روی آورده است تا به كمك آن با مشكلات موجود در راه اندازی شبكه‌‏های صوتی و داده‌‏ای در این كشور غلبه كند.

شركت خدمات مخابراتی تاتا (TATA) از لیزر برای ایجاد ارتباط بین دفاتر مشتریان و شبكه مركزی خود استفاده می‌‏كند.

پل‌‏های لیزری می‌‏تواند فاصله‌‏های چهار كیلومتری را به هم وصل كند و راه اندازی آنها به مراتب سریع‌‏تر از ارتباطات كابلی است؛ ظرف دوازده ماه این شركت توانسته است به كمك لیزر شبكه‌‏هایی را در بیش از  700  محل راه اندازی كند.

آقای سریدهاران معاون بخش ارتباطات شبكه‌‏ای تاتا می‌‏گوید‌‏: دركشور هند دریافت مجوز برای حفر كانال و نصب كابل با مشكلات فراوانی همراه است و در بعضی نقاط ترافیك زیر زمینی نصب كابل را غیر ممكن می‌‏سازد؛ به همین خاطر ما به ارتباطات لیزری روی آورده‌‏ایم كه از كارایی بیشتری برخوردار است و مشكلات موجود در راه اندازی شبكه‌‏های كابلی را حذف می‌‏ك

 

توسعه فیبرنوری، به عنوان زیرساخت اصلی شبکه انتقال کشور

روابط عمومی شرکت مخابرات ایران گزارشی از وضعیت شبکه فیبرنوری کشور در  90  ماهه اخیر به شرح زیر ارائه می‏دهد: توسعه شبکه فیبرنوری به عنوان زیرساخت اصلی شبکه انتقال کشور، از جمله اقدامات موثری است که شرکت مخابرات ایران در چند سال گذشته در قالب برنامه اول تا سوم توسعه به صورت جدی موردتوجه قرار داده است باتوجه به عملیات اجرایی این شبکه که طراحی، نصب و راه‏اندازی آن قریب به30  هزار کیلومتر فیبرنوری در اقصی نقاط کشور را در بر گرفته می‏توان گفت یکی از طولانی‏ترین شبکه‏های فیبرنوری درمنطقه به شمار می‏آید. گفتنی است شبکه مزبور تمامی مراکز استان‏ها و شهرهای اصلی را به یکدیگر مرتبط کرده و شریان اصلی ارتباطی و زیرساخت مخابرات کشور محسوب می‏شود.

در همین راستا در  90  ماهه گذشته توسعه این شبکه از یکهزار و  759  کیلومتر در ابتدای شهریور ماه سال  76، به  30  هزار کیلومتر درابتدای دی ماه سال جاری افزایش یافت که عملکردی برابر  28  هزار و  241  کیلومتر را با خود به همراه داشت. نتیجه این توسعه افزایش تعداد کانال‏های مخابراتی است که امکان حضور شرکت‏های بخش خصوصی به ویژه اپراتور دوم را ممکن می‏سازد.

یادآوری این نکته ضروری است که درسال  1370  نخستین مرحله اجرای فیبرنوری شهری در تهران بزرگ در  42  مرکز، برای تامین توسعه ارتباطات به کار گرفته شد. همچنین نخستین ارتباط بین شهری فیبرنوری از طریق تهران به کرج به طول  52  کیلومتر اجرا شد. در زمینه ارتباطات بین المللی، طی سالیان اخیر ایجاد فیبرنوری بین‏المللی TAE  را می‏توان نام برد که توسط  2  هزار و  200  کیلومتر کابل نوری، آسیا را ا ز طریق ایران به اروپا مرتبط می‏کند.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

فیزیك پزشكی(Medicale Physics)

تاریخ:جمعه 1 شهریور 1392-12:17

فیزیك پزشكی به معنی كاربرد فیزیك در حرفه پزشكی است، مانند رادیوگرافی ، سونوگرافی ، بینایی‌سنجی و غیره. چون بیوفیزیك به معنی فیزیك حیات است، فیزیك پزشكی درباره فیزیك حیات بشر بحث می‌كند. مانند گردش خون ، آناتومی گوش ، آناتومی چشم و غیره. از طرفی بكارگیری اصول و قوانین این گروههای علمی در طرح‌ریزی و یا ساختن یك سیستم ، به ترتیب مهندسی پزشكی و بیومهندسی نامیده می‌شود.

تاسیس دوره‌های آموزشی مهندسی پزشكی و بیومهندسی از ضروریات یك جامعه پشرفته است. از طرف دیگر ، آموزش فیزیك و بیوفیزیك پزشكی ، مقدم بر آموزش تكنولوژی و یا مهندسی پزشكی است. به عبارت دیگر ، می‌توان چنین بیان كرد كه فیزیك پزشكی ، ابزاری بسیار قوی و قدرتمند است كه می‌تواند در اختیار پزشكان و مهندسان پزشكی قرار گیرد. در واقع در سایر رشته‌های مهندسی نیز تقریبا همین شرایط حاكم است. به‌عنوان مثال ، در فیزیك الكترونیك ساختار قطعات الكترونیكی به ‌دقت مورد بررسی قرار می‌گیرد. حال آنكه در مهندسی الكترونیك بیشتر كاربرد این قطعات مورد تاكید قرار می‌گیرد
.

ضرورت آشنایی با فیزیك پزشكی



امروزه به ‌واسطه پیشرفت سریع تكنولوژی و افزایش روزافزون دستگاهها در بیمارستانها و كلینیكها نه تنها وجود هزاران مهندس پزشكی در جامعه ما مورد نیاز است، بلكه پزشكان و پیراپزشكان باید در زمینه نگهداری از دستگاهها نیز توانا باشند و لازمه این امر نیز آشنایی با فیزیك پزشكی است.

عواقب بی‌‌توجهی به فیزیك پزشكی

بی‌توجهی به اصول فیزیكی حاكم بر كار تشخیص و درمان ، باعث تشدید بیماری ، اتلاف وقت و سرمایه ملی و بالاخره اتلاف جان بیماران خواهدشد. به ‌عنوان مثال ، می‌توان از بی‌دقتی در اندازه‌گیری مواد رادیواكتیو مصرفی در بخش پزشكی هسته‌ای یاد كرد كه گاهی باعث نمایش نادرست تصویر ارگان مورد آزمایش می‌شود. اگر بخواهیم تمام ناهماهنگیها و گرفتاری‌های حاصل از ناآگاهی از فیزیك پزشكی را بیان كنیم، شاید چندین مقاله نیز كفایت نكند.

فواید آشنایی پزشكان و پیراپزشكان با فیزیك پزشكی

برای انجام صحیح كارهای تشخیصی و درمانی و جلوگیری از آسیبهای وارده به بیماران و حفظ و حراست دستگاهها ، باید به فیزیك مربوطه تسلط داشته‌ باشیم. بدین معنی كه همه فارغ‌التحصیلان رشته‌های پزشكی و پیراپزشكی باید به اصول فیزیك پزشكی آشنایی كافی پیدا كنند، تا به نگهداری از دستگاهها و انجام صحیح كار با آنها توانایی داشته ‌باشند. در این صورت نه‌ تنها احتیاج ما به مهندسی پزشكی بصورت روزافزون احساس نمی‌شود، بلكه از آسیب‌دیدن دستگاهها و خرید دستگاههای ناخواسته جلوگیری خواهد شد.

چگونه فیزیك پزشكی بخوانیم؟

فیزیك پزشكی یكی از گرایشهای فیزیك در مقطع كارشناسی ارشد می‌باشد. به ‌بیان دیگر ، دانشجویان رشته فیزیك بعد از اخذ مدرك كارشناسی در این رشته ، می‌توانند بعد از امتحان ورودی وارد رشته فیزیك پزشكی شده و مدرك فوق لیسانس خود را در این رشته اخذ نمایند. البته لازم به ذكر است كه در كشور ما ، در مقایسه با سایر گرایش‌های رشته فیزیك كه در بیشتر دانشگاهها ارائه می‌گردد، گرایش فیزیك پزشكی در تعداد كمی از دانشگاهها وجود دارد.

ارتباط فیزیك پزشكی با سایر علوم

می‌توان گفت كه رشته فیزیك تقریبا با بیشتر شاخه‌های علوم ارتباط دارد. رابطه فیزیك با پزشكی نیز از طریق فیزیك پزشكی برقرار می‌شود. به ‌بیان دیگر ، فیزیك پزشكی مانند پلی است كه بین شاخه‌های مختلف فیزیك و پزشكی وجود دارد. به ‌عنوان مثال ، فیزیك پزشكی با گرایش‌های لیزر و فیزیك هسته‌ای ارتباط تنگاتنگ دارد.

آینده فیزیك پزشكی

با توجه به كاربردی كه علوم در بهینه‌سازی زندگی بشر دارد، توجه اندیشمندان و نخبگان دنیا به پیشرفت و ترقی شاخه‌های مختلف علمی معطوف شده است. لذا در حال حاضر شاهد پیشرفت وسیع تكنولوژی هستیم. هر روز وسایل جدید و پیشرفته‌تری ساخته می‌شوند كه نسبت به وسایل قبلی از كارایی بیشتری برخوردار هستند. بوجود آمدن وسایل پیشرفته و استفاده از آنها نیازمند تربیت افراد متخصص در این زمینه است.

به بیان دیگر ، هر روز وسایل مختلف پیشرفته‌ای در علم پزشكی بوجود می‌آیند. مثلا چاقوی لیزری ، چاقوی پلاسمایی و ... چند نمونه از این موارد فوق‌العاده زیاد هستند. اما برای استفاده بهینه از این وسایل و جلوگیری از صدمات جانبی آنها كه جان بیمارانی را كه بوسیله این ابزار مورد درمان قرار می‌گیرند، وجود متخصصین فیزیك پزشكی ، امری اجتناب ناپذیر است. بنابراین باید در این زمینه سرمایه‌گذاری بیشتری انجام شده و نسبت به تربیت چنین افرادی اقدام شود، تا ما نیز در آینده بتوانیم از این حیث به خودكفایی برسیم و شاهد هیچگونه آسیبی ناشی از استفاده نادرست این ابزارها نباشیم.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

بلوتوث و تاریخچه آن

تاریخ:یکشنبه 27 مرداد 1392-14:53

بلوتوث چیست؟

Bluetooth که بعضی‌ها در فارسی آن را به دندان آبی ترجمه کرده‌اند، استانداردی برای امواج رادیویی است که که برای ارتباطات بی‌سیم کامپیوترهای قابل حمل و نقل (مانند laptopها)، تلفن‌های همراه و وسایل الکترونیکی رایج استفاده می‌شوند. این امواج برای فاصله‌های نزدیک استفاده شده و برای ارتباطات بی‌سیم تکنولوژی ارزانی محسوب می‌شوند. به وسیله این تکنولوژی می‌توانید بین دو وسیله که دارای این تکنولوژی باشند به صورت بی‌سیم پیغام، عکس یا کلاً هر اطلاعات دیگری را رد و بدل کنید. رادیوی Bluetooth در داخل یک میکروچیپ قرار دارد و در باند فرکانسی 4/2 گیگاهرتزی عمل می‌کند. این تکنولوژی از سیستم Frequency Hoping Spread Spectrum استفاده می‌کند، که سیگنال آن 1600 بار در ثانیه تغییر می‌کند که کمک بزرگی برای جلوگیری از تداخل ناخواسته و غیرمجاز است. علاوه بر این به وسیله نرم‌افزار کد شناسایی وسیله طرف مقابل چک می‌شود. بدین ترتیب می‌توان اطمینان حاصل کرد که اطلاعات شما فقط به مقصد مورد نظر می‌رسد. این امواج با دو قدرت وجود دارند. سطح قدرت پایین‌تر که محیط‌های کوچک (مثلاً داخل یک اتاق) و یا در نوع با قدرت بالاتر که رنج متوسط (مثلاً کل یک خانه) را می‌تواند پوشش دهد. این سیستم هم برای ارتباط نقطه به نقطه و هم برای ارتباط یک نقطه با چند نقطه می‌تواند استفاده شود. دارای پهنای باند 720Kbs و 10 متر قدرت انتقال که در صورت تقویت تا 100 متر نیز قابل افزایش می‌باشد. این تکنولوژی که از سیستم گیرندگی و فرستندگی در جهت مناسب استفاده می‌کند، قادر است امواج رادیویی را از میان دیوار و دیگر موانع غیرفلزی عبور دهد. اگر امواج مزاحم دستگاه ثالثی باعث تداخل شود انتقال اطلاعات کند می‌شود ولی متوقف نمی‌شود.
تاریـخچه بـلوتـوث

فکر اولیه بلوتوث در شرکت موبایل اریکسون در سال 1994 شکل گرفت. اریکسون که یک شرکت سوئدی ارتباطات راه دور است در آن زمان در حال ساخت یک ارتباط رادیویی کم‌مصرف و کم‌هزینه بین تلفن‌های همراه و یک گوشی بی‌سیم بود. کار مهندسی در سال 1995 شروع شد و فکر اولیه به فراتر از تلفن‌های همراه و گوشی‌های آنها توسعه یافت تا شامل همه انواع وسایل همراه شود. با هدف ساخت شبکه‌های شخصی کوچک از وسایل مختلف در طول این زمان، اریکسون نام «بلوتوث» (یک پادشاه دانمارکی) گرفت که بین سال‌های 940 و 981 میلادی می‌زیست. شاهِ هارالد در دوره حکومت خود که یک وایکینگ بود، به طور صلح آمیز، دانمارک، سوئد جنوبی و نروژ شمالی را متحد کرد. این کار به او شهرت یک پادشاه ماهر در ارتباط و مذاکره را در تاریخ داد. برای اریکسون، اسم بلوتوث برای فناوری داده شده که امیدوار بود بتواند به طور صلح‌آمیز وسایل مختلف را متحد کند، مناسب بود. اریکسون می‌دانست که اگر فقط یک شرکت این استانداردها را حمایت کند، هرگز موفق نخواهد شد، به همین دلیل در سال 1998، اریکسون که در آن سال به سونی اریکسون تبدیل شده بود یک موافقت‌نامه با IBM، اینتل، نوکیا و توشیبا امضا کرد و گروه Bluetooth SIG را به وجود آورند. تشکیلات سازمان Bluetooth SIG یا Special Interest Group که هدفش نظارت بر پیشرفت بلوتوث و عمومی ساختن آن بود، بعدها گسترده‌تر شد و شرکت‌هایی نظیر 3com، Lucent، مایکروسافت، موتورولا و بیش از 2000 کمپانی دیگر به این سازمان پیوستند. در حال حاضر قبل از اینکه یک کارخانه بتواند محصولی که از تکنولوژی بی‌سیم Bluetooth استفاده می‌کند را وارد بازار کند، باید جواز آن را از دو جهت دریافت کند. ابتدا محصول مورد نظر استانداردهایی لازم دارد که بتواند با دستگاه‌های دیگر که دارای تکنولوژی بی‌سیم Bluetooth هستند، ارتباط برقرار کند.

دیگر اینکه باید مجوزهای قانونی لازم برای این سیستم چه در کشور سازنده و چه در کشوری که محصول به فروش می‌رود را دریافت کند که هماهنگ کننده بخش بین‌الملل این مجوزها بر عهده Bluetooth SIG است.
بلوتوث چگونه کار میکند

فناوری بلوتوث با حذف دخالت کاربر در سیستم و همچنین احتیاج به انرژی بسیار کم برای برقراری ارتباط با وسایل دیگر که موجب صرفه‌جویی زیادی در مصرف باطری می‌شود، تکنولوژی شبکه‌های کوچک را وارد مرحله جدیدی کرد. بلوتوث در واقع یک استاندارد شبکه است که دارای 2 سطح است: سطح اول که به عنوان سطح فیزیکی شناخته می‌شود و بیانگر این است که بلوتوث یک فرکانس رادیویی استاندارد است و سطح دوم که به عنوان سطح پروتکل شناخته می‌شود و دربرگیرنده قوانین و دستوراتی همچون مکان و زمان ارسال اطلاعات، تعداد بیت‌های ارسالی در آن واحد و همچنین شمار وسایلی که بطور همزمان می‌توانند در عملیات ارسال و دریافت اطلاعات شرکت داشته باشند می‌باشد. بعضی از وسایلی که شما هم اکنون نیز از آن استفاده می‌کنید مانند دستگاه کنترل درب پارکینگ یا جدیدترین نسل تلفن‌های بی‌سیم از فرکانس‌های باند ISM استفاده می‌کنند. اطمینان حاصل کردن از اینکه امواج بلوتوث با امواج دستگاه‌های نامبرده شده تداخل پیدا نکنند یکی از سخت‌ترین مراحل طراحی این فناوری است. یکی از راه‌هایی که تجهیزات بلوتوث از آن برای جلوگیری از تداخل امواجشان با سایر تجهیزات بهره می‌جویند، ارسال سیگنال‌های بسیار ضعیفی در حدود یک میلی‌وات است.

برای مقایسه فقط کافی است بدانید تلفن‌های همراه می‌توانند یک سیگنال در حدود 3 واتی را مخابره کنند. استفاده از امواج کم قدرت شعاع برد سیگنال‌های بلوتوث را به حدود 10 متر محدود می‌کند و همچنین با استفاده از این سیگنال‌های ضعیف امکان ایجاد تداخل بین امواج بلوتوث با امواج تلفن همراه، کامپیوتر و یا دستگاه تلویزیون به کلی منتفی می‌شود. اما با همین امواج ضعیف هم لازم نیست که دو دستگاه فرستنده و گیرنده امواج در دید مستقیم یکدیگر باشند. امواج بلوتوث براحتی از دیوارهای خانه شما عبور می‌کنند و این یک امکان خوب برای کنترل چند دستگاه در اتاق‌های مختلف است. بلوتوث می‌تواند همزمان با 8 دستگاه ارتباط داشته باشد به شرطی که این دستگاه‌ها در شعاع ده متری باشند. شاید شما تصور کنید که ممکن است بین این دستگاه‌ها تداخل بوجود بیاید اما این غیرممکن است. بلوتوث از یک فناوری بنام «جهش فرکانس در طیف گسترده» بهره می‌جوید که احتمال استفاده از یک فرکانس برابر توسط دو دستگاه بطور همزمان را تقریبا به صفر می‌رساند. بر پایه این تکنولوژی هر وسیله از 79 فرکانس منحصر به فرد که به صورت اتفاقی از میان یک سری فرکانس‌های از پیش تعیین شده انتخاب شده است استفاده می‌کند که به طور منظم از یکی از آنها به دیگری تغییر فرکانس می‌دهد.

در مورد بلوتوث این عمل تغییر فرکانس توسط دستگاه فرستنده حدود 1600 بار در ثانیه اتفاق می‌افتد و این بدان معنی است که تعداد دستگاه‌های بیشتری در آن واحد می‌توانند از یک بخش محدود از باند فرکانس رادیویی استفاده کنند. هنگامی که دو دستگاه فرستنده بلوتوث از تکنولوژی جهش فرکانس در طیف گسترده بهره می‌گیرند این غیرممکن است که دو دستگاه به طور همزمان از یک فرکانس برابر استفاده کنند. بر پایه همین تکنولوژی از اختلال بین امواج بلوتوث با دستگاه‌هایی مانند کنترل درب پارکینگ یا تلفن‌های بی‌سیم هم جلوگیری می‌شود.

حتی اگر در موارد استثنایی اختلالی هم بین امواج بوجود بیاید مدت آن کسر کوچکی از ثانیه خواهد بود که آن هم قابل اصلاح است. هنگامی که دو یا چند وسیله مجهز به بلوتوث در محدوده برد یکدیگر قرار می‌گیرند یک گفت‌وگوی الکترونیکی بین آنها صورت می‌گیرد که مشخص می‌کند آنها چه اطلاعاتی برای به اشتراک گذاشتن دارند یا اینکه کدامیک از آنها باید توسط دیگری کنترل شود. برای این کار لازم نیست که کاربر دکمه‌ای را فشار دهد یا دستوری را صادر کند بلکه این گفت‌وگوی الکترونیکی بطور خودکار انجام می‌شود. به محض اینکه این گفت‌وگو صورت گرفت دستگاه‌های بلوتوث موجود در این گفت‌وگو یک شبکه را تشکیل می‌دهند . یک شبکه کوچک (PAN) که به آن piconet هم می‌گویند. شبکه‌ای که یک محیط کوچک مانند یک اتاق را تحت پوشش خود قرار می‌دهد یا حتی ممکن است محیطی که تحت پوشش خود قرار می‌دهد بیشتر از فاصله بین دستگاه پایه تلفن بی‌سیم با گوشی و هدست خود نباشد. وقتی که یک شبکه piconet برقرار می‌شود دستگاه‌های حاضر در این شبکه همانطور که قبلا توضیح دادیم شروع به استفاده از سیستم جهش فرکانس می‌کنند و مرتبا فرکانس سیگنال‌های خود را به طور اتفاقی در یک طیف مشخص تغییر می‌دهند تا با این کار هم در دسترس یکدیگر باشند و هم اینکه از تداخل piconet آنها با piconet دیگری که ممکن است در همان اتاق برقرار باشد جلوگیری شود.
مزایای بلوتوث

مهم‌ترین امتیارات بلوتوث بدون سیم بودن، کم هزینه و ارزان بودن و اتوماتیک بودن آن است. البته راه‌های دیگری مانند ارتباط از طریق اشعه مادون قرمز (اینفرارد) هم برای ارتباط بدون سیم وجود دارد، اما دو محدودیت در استفاده از آن وجود دارد. اول اینکه: اشعه اینفرارد فقط در مسیر مستقیم منتشر می‌شود و حتما باید دستگاه را مستقیماً به سمت وسیله مورد نظرتان بگیرید تا آن وسیله بتواند دستور مورد نظر شما را دریافت و اجرا کند. محدودیت دیگری که وجود دارد این است که تکنولوژی اینفرارد یک تکنولوژی یک به یک است. یعنی اینکه در آن واحد فقط بین دو وسیله می‌تواند ارتباط برقرار کند. مثلا شما می‌توانید توسط آن اطلاعاتی را از لپ‌تاپتان به تلفن همراه دوستتان منتقل کنید اما نمی‌توانید همزمان آن اطلاعات را به PDA دوست دیگرتان هم منتقل کنید. فناوری بلوتوث ابداع گردید تا محدودیت‌های اینفرارد را پوشش دهد. حداکثر سرعت انتقال اطلاعات در دستگاه‌های بلوتوثی که با استاندارد قدیمی‌تر بلوتوث 0/1 کار می‌کنند 1 مگابایت در ثانیه است اما در استاندارد بلوتوث 0/2 اطلاعات می‌توانند با سرعت 3 مگابایت در ثانیه منتقل شوند. دستگاه‌های بلوتوثی که از استاندارد جدید استفاده می‌کنند با دستگاه‌های دارای استاندارد قدیمی‌تر هم سازگارند. شبکه بلوتوث اطلاعات را توسط امواج رادیویی با قدرت کم انتقال می‌دهد که فرکانس این امواج برابر با 45/2 GHz است (دقیقا بین402/2 GHz تا 480/2 GHz) که این باند فرکانس طبق یک توافقنامه بین‌المللی برای استفاده توسط لوازم علمی، پزشکی و صنعتی کنار گذاشته شده است (ISM).
امنیت در بلوتوث

بلوتوث می‌تواند در 3 مدل امنیتی کار کند: مدل 1 که بدون امنیت است، مدل 2 که در مرحله سرویس‌دهی و بعد از اینکه کانال ارتباطی پیدا شد، امنیت را برقرار می‌کند و مدل 3 که در مرحله لینک و قبل از اینکه کانال ارتباطی پیدا شود، امنیت را ایجاد می‌کند. هر وسیله مبتنی بر بلوتوث یک آدرس 48 بیتی منحصر به فرد دارد. رویه تأید، استفاده از کلیدهای متقارن و رمزنگاری با کلیدی 128 بیتی انجام می‌شود. البته در دستگاه‌های مختلف این طول کلید رمزنگاری مختلف است و بستگی به مقداری دارد که در کارخانه تعریف می‌شود. این کلید 128 بیتی که به صورت کاتوره‌ای انتخاب می‌شود، وظیفه انجام مذاکرات امنیتی بین دستگاه‌ها را به عهده دارد. وقتی دو سیستم مبتنی بر بلوتوث یک کانال ارتباطی بین همدیگر برقرار می‌کنند، هر دو یک کلید آغازین را ایجاد می‌کنند. برای این کار یک کلید عبور یا شماره شناسایی شخصی وارد ارتباط می‌شود و کلید آغازین ساخته می‌شود و کلید پیوندی بر اساس کلید آغازین محاسبه می‌شود. از این به بعد کلید پیوندی برای شناسایی طرف ارتباط استفاده می‌شود. اولین چالش امنیتی کلید عبور است که به اختصار PIN نامیده می‌شود.

مثل هر کلید دیگری، کلیدهای طولانی از کلیدهای کوتاه امن‌تر هستند. اگر هکری بتواند کلید عبور را کشف کند، می‌تواند کلیدهای آغازین ممکن را محاسبه کند و بعد از آن کلید پیوندی را بدست آورد. کلید عبوری طولانی می‌تواند محاسبات را برای یافتن کلیدهای بعدی بسیار سخت کند. کلید آغازین جایگزین لینک‌های رمزنگاری نشده می‌شود که این یک نقطه ضعف اساسی به حساب می‌آید و بهتر است که در پردازش هر دو دستگاه بلوتوث، این قسمت در محل امن‌تری قرار بگیرد چرا که یک هکر می‌تواند داده‌های انتقالی را که به یک دستگاه بلوتوث فرستاده می‌شود ضبط کند و از آن برای خلق PIN استفاده کند.

همچنین استفاده از یک کلید عبوری ثابت در تمام مواقع می‌تواند امنیت یک ارتباط بلوتوث را کاملاً به خطر بیاندازد. کلیدهای لینک می‌تواند ترکیبی از کلیدها یا کلیدهای واحد باشد. بهترین حالت امنیتی این است که از کلیدهای ترکیبی شامل کلیدهای واحد استفاده شود. وقتی شما از یک کلید واحد استفاده می‌کنید، باید برای همه تعاملات امنیتی از همان کلید استفاده کنید و این کلید باید برای تمامی دستگاه‌های مجاز به اشتراک گذاشته شود. این یعنی هر دستگاه مجاز می‌تواند به ترافیک شبکه دسترسی داشته باشد


جمع ‌بندی

بررسی یک تکنولوژی مخابراتی و موفقیت یا عدم موفقیت آن وابسته به موارد بسیاری است که مسلماً موفقیت تجاری در این بین اهمیت خاصی دارد. طبعاً نسخه‌های اولیه هر استانداردی با مشکلات فنی مواجه می‌شود که بسیاری از آنها به مرور زمان و در نسخه‌های بعدی حل می‌شوند. اما اهمیت کار در زمان ارائه نمونه‌های تجاری از آن تکنولوژی است. به این معنی که هر استانداردی نهایتاً قابل پیاده‌سازی است. اما می‌بایست در زمان مناسب و با کمترین هزینه انجام گردد و در غیر این صورت امکان فروش محصولات با وجود رقیبان دیگر غیرممکن است که این امر حتی می‌تواند باعث ورشکستگی شرکت‌های پشتیبان گردد.

در مورد Bluetooth پیش‌بینی‌های اولیه حاکی از آن بود که محصولات این استاندارد از سال 2000 وارد بازار شده و قیمت تراشه آن در این سال حدود 20 دلار و تا سال 2002 حدود 5 دلار و در سال 2005 کمتر از 1 دلار باشد که این پیش‌بینی‌ها به دلایل بسیاری با شکست مواجه شد. هرچند در حال حاضر نمونه‌های تجاری headsetها و پرت‌های USB رادیویی که از این تکنولوژی استفاده می‌نمایند در بازار به وفور وجود دارد.

اما با توجه به حجم سرمایه‌گذاری و تبلیغات انجام شده، این تکنولوژی هنوز نتوانسته است جایگاه پیش‌بینی شده را برای خود فراهم نماید. شاید با تغییراتی که در آن داده شده است (که در قالب نسخه‌های IEEE ارائه شده‌اند) بتوان امید داشت که در آینده مشکلی تحت عنوان لینک رادیویی برد کوتاه مطمئن و ارزان قیمت وجود نداشته باشد.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر دهید.() 

اصول کار تلسکوپ های رادیویی

تاریخ:شنبه 11 خرداد 1392-11:28

پیش
 فرض اصول کار تلسکوپ های رادیویی

در اوایل قرن هفدهم میلادی گالیله با ساختن تلسكوپ، چشم خود را به ابزاری مسلح نمود كه می‌توانست توانایی رصد او را افزایش دهد. هر چند امروزه تلسكوپهایی به مراتب قویتر و حساستر از آنچه گالیله ساخته بود، طراحی و تولید می‌شوند، اما اصل موضوع هنوز تغییر نكرده است. واقعیت این است كه باید نوری وجود داشته باشد تا تلسكوپ با جمع‌آوری و متمركز ساختن آن تصویری تهیه نماید.
جیمز كلارك ماكسول، فیزیكدان برجسته انگلیسی در قرن نوزدهم میلادی پی به ماهیت الكترومغناطیسی بودن نور برد. در واقع امواج الكترومغناطیسی تنها به نور محدود نمی‌شوند و طیف گسترده‌ای را در بر می‌گیرند، اما چشم ما فقط قادر به ایجاد تصویر از محدوده خاصی از این طیف گسترده‌ می‌باشد كه ما آن را نور می‌نامیم. برای مشاهده و درك سایر طول موجهای ارسال شده به جانب ما، احتیاج به ابزاری جهت جمع‌آوری، آنالیز و آشكارسازی آنها به شكل صوت یا تصویر داریم.
امواج الكترومغناطیسی طیف بسیار وسیعی از طول موجهای بسیار كوچك تا بسیار بزرگ را در بر‌می‌گیرند. این امواج را با توجه به اندازه طول موج به هفت دسته‌ مختلف تقسیم‌بندی می‌كنند كه شامل امواج گاما با طول موجهایی كوچكتر از 9-10 سانتیمتر تا امواج رادیویی با طول موج بزرگتر از 10 سانتیمتر را شامل می‌شوند. همانطور كه در شكل بالا ملاحظه می‌شود محدوده امواج نوری كه قابل دیدن توسط چشم انسان می‌باشند، محدوده بسیار كوچكی از این طیف گسترده است. با حركت از سمت امواج رادیویی به سمت امواج گاما، همزمان با كاهش طول موج، فركانس آن و در نتیجه انرژی موج افزایش می‌یابد.
هنگامی كه رصد از سطح زمین انجام می‌گیرد، دریافت و آشكارسازی امواج الكترومغناطیسی با مشكلی روبرو می‌شود كه به اثرات جوّ غلیظ زمین مربوط می‌گردد. جوّ زمین تنها به محدوده امواج مرئی، مایكروویو و رادیویی، آن هم با جذب و پراكنده ساختن بسیار، اجازه عبور می‌دهد. از آن‌جاكه امواج مایكروویو بخشی از امواج رادیویی محسوب می‌شوند، مشاهده می‌شود كه با آشكارسازی محدوده وسیع امواج رادیویی گسیل شده از آسمان، راه دیگری برای رصد اجرام سماوی گشوده می‌شود.

اختر شناسان از سال ۱۹۳۱ كه كارل جانسكی ( K.Jansky ) به طور اتفاقی رادیو تلسكوپ را كشف كرد، بارها و بارها به این نكته پی برده‌اند كه جهان بسیار فراتر از آن چیزی است كه چشم انسان قادر به دیدن آن است. با استفاده از رادیو تلسكوپ‌ها، آشكارسازهای زیر قرمز و ماورای بنفش و تلسكوپهای اشعه X و اشعه گاما جزئیات بسیار دقیقی از كیهان آشكار شده است و معلوم شد كه كیهان مملو از اجرام عجیبی همچون سیاهچاله‌ها و تپ‌اختر‌ها است كه نمی توان آنها را از ورای عدسی چشمی یك تلسكوپ نوری مشاهده كرد. در حقیقت هر قسمت از طیف الكترومغناطیس چیز های عجیب و منحصر به فردی را به اخترشناسان ارائه داده است.



ابزاری كه برای مشاهده رادیویی آسمان مورد استفاده قرار می‌گیرد را تلسكوپ رادیویی می‌نامند كه از نظر ساختار كلی بسیار شبیه یك رادیوی معمولی عمل می‌كند، بدین معنی كه همانند رادیوهای معمولی از یك آنتن، یك آمپلی فایر و یك آشكار‌ساز تشكیل شده ا‌ست. آنتن‌ها می‌توانند از یك آنتن ساده و معمولی نیم موج دو قطبی، نظیر آنچه در گیرنده‌های تلویزیونی استفاده می‌شود، تا آنتن‌های مجهز به بشقابهای عظیم 300 متری باشند..

در تلسكوپهای رادیویی نیز همانند آنچه در مورد همتای نوری آنها صادق است، بزرگ بودن سطح جمع‌آوری كننده امواج از دو جنبه مفید می‌باشد.

اول آنكه توان جمع‌آوری امواج برای رصد منابع ضعیف و یا خیلی دور افزایش می‌یابد و دوم اینكه توان تفكیك نسبت مستقیمی با قطر بشقاب آنتن دارد. هر چه، قدرت تفكیك تلسكوپی بیشتر باشد، توانایی آن برای جداسازی جزییات تصویر افزایش خواهد یافت. قدرت تفكیك تلسكوپها رابطه تنگاتنگی با سطح جمع‌آوری كننده امواج و طول موج آنها دارد. هر جه سطح جمع‌آوری كننده بزرگتر و طول موج امواج الكترومغناطیسی كوچكتر باشند، قدرت تفكیك تلسكوپ افزایش می‌یابد. مشكل تلسكوپهای رادیویی از اینجا شروع می‌شود كه قدرت تفكیك یك تلسكوپ با طول موج دریافتی نسبت عكس دارد. تلسكوپهای رادیویی در مقابل همتایان نوری خود كه موظف به جمع‌آوری و آشكارسازی امواجی در محدوده طول موج 4-10 تا 5-10 سانتیمتر می‌باشند، می‌بایستی امواجی با دامنه وسیع طول موج، از یك میلیمتر تا چندین متر را جمع‌آوری نمایند. این امر باعث می‌شود كه توان تفكیك این گونه از تلسكوپها به شدت كاهش پیدا كند. برای مثال قدرت تفكیك یك تلسكوپ نوری 50 سانتیمتری، 2/0 ثانیه قوسی است، در حالی كه قدرت تفكیك یك تلسكوپ رادیویی به خصوص، با همین قطر دهانه 138 درجه خواهد بود. اگر بدانیم كه قرص كامل ماه در آسمان تنها 5/0 درجه قوسی است می‌فهمیم كه چنین تلسكوپی عملاً كارایی ندارد. چنین تلسكوپی ماه را اصلاً نمی‌تواند ببیند.


اما از سوی دیگر و باز هم به دلیل طول موجهای متفاوتی كه این دو گونه تلسكوپ در محدوده آنها رصد می‌نمایند، ساخت بشقابهای آنتن یك رادیو تلسكوپ بسیار ساده‌تر از ساخت یك آینه و یا عدسی است. صاف بودن سطح یك بازتاب كننده خوب، رابطه مستقیمی با طول موجِ امواجی دارد كه باید از سطح آن بازتابیده شوند. می‌توان فرض كرد، زمانی بازتاب كننده‌ای مورد قبول خواهد بود كه قطر یا ضخامت هیچكدام از خُلَل و فَرجهای روی آن از 05/0 طول موج مورد نظر بیشتر نباشد، بنابراین بشقاب آنتنی كه قرار است برای امواجی به طول موج حداقل 20 سانتیمتر، ساخته شود، مجاز به داشتن ناهمواریهایی تا قطر 1 سانتیمتر است. این مقدار ناهمواری كه برای بشقاب تلسكوپ رادیویی مجاز به شمار می‌رود، برای آینه یك تلسكوپ نوری فاجعه به حساب آمده و عملاً آن را غیر قابل استفاده می‌نماید.


به دلیل گفته شده است كه می‌توان رادیوتلسكوپهایی با یك بشقاب 300 متری ساخت، كاری كه در مورد تلسكوپهای نوری به یك معجزه شباهت دارد. برای اینكه مقایسه‌ای كرده باشیم، بد نیست بدانید كه اگر می‌شد یك تلسكوپ نوری، با آینه 300 متری ساخت، قادر بودیم ستاره شعرای یمانی را به وضوح و پرنوری یك قرص ماه كامل مشاهده نماییم.


مزیت عمده استفاده از امواج رادیویی برای مشاهده آسمان، این است كه حتی در نور روز و هوای ابری نیز می‌توان رصد را ادامه داد. در طول روز پخش نور خورشید توسط مولكولهای گازیِ جوّ زمین باعث می‌شود كه لایه‌ای روشن و آبی اطراف ما را احاطه كند. شدت روشنایی جوّ زمین در روز به حدی است كه از میان آن قادر به دیدن ستاره‌های كم فروغ بالای سرمان نمی‌شویم. تنها جرم پرنوری مانند خورشید و یا در بعضی زمانهای خاص، ماه نسبتاً كامل را می‌توان در طول روز رؤیت كرد. همچنین نور مرئی قادر به گذر از لایه‌های ضخیم و متراكم بخار آب نمی‌باشد. این موضوع به طول موج كوچك نور وابسته است. هیچكدام از مواردی كه یاد شد برای امواج رادیویی با طول موجهای بزرگی كه دارند مانع و یا مزاحم شناخته نمی‌شوند و عملیات رصد رادیویی پیوسته ادامه دارد.



در مورد تلسكوپهای رادیویی بسیار عظیم، نظیر رادیو تلسكوپ 305 متری آرسیبو واقع در كشور پورتوریكو، یك مشكل اساسی وجود دارد و آن، این است كه حركت دادن چنین مجموعه عظیمی برای تنظیم روی سوژه مورد نظر، غیر ممكن می‌باشد. از این رو دانشمندان برای رصد یك جرم سماوی خاص، باید آنقدر صبر كنند تا در اثر چرخش زمین به دور خودش و یا خورشید، هدف در راستای دید این بشقاب بزرگ قرار گیرد..
برای رفع این مشكل و همچنین به دلیل نیاز به دستیابی به قدرت تفكیك بیشتر، روش دیگری در ساخت و استفاده از رادیو تلسكوپها به وجود آمده است كه مبتنی بر تداخل‌سنجی رادیویی است.

در این روش مجموعه‌ای از چند رادیو تلسكوپ به نسبت كوچكتر، با كمك هدایت كننده‌های كامپیوتری در جهت خاصی تنظیم شده و سیگنالهای دریافتی از آنها آنالیز می‌شود تا تصویر واحد و واضحی به دست آید. اخترشناسان رادیویی با استفاده از روش تداخل‌سنجی قادر به رصد آسمان با دقتی افزون بر 001/0 ثانیه قوسی هستند. در این روش آنتن‌ها را روی خطی كه خط مبنا نامیده می‌شود، به دنبال هم نصب می‌كنند. معمولا نصب آنتن‌ها روی ریلی عمود بر خط مبنا صورت می‌گیرد تا در صورت لزوم بتوان زاویه خط را نسبت به نصب مرجع تغییر داد. حال چنانچه امواج دریافتی عمود بر خط مبنا نباشند، تلسكوپها در فواصل زمانی متفاوتی، موج یكسانی را دریافت می‌كنند.



با استفاده از الگوریتمهای ریاضی و توجه به فواصل زمانی دریافت سیگنالها، می‌توان موقعیت منبع رادیویی را با دقت بسیار خوبی تخمین زد. هر چه فاصله تلسكوپها از یكدیگر بیشتر باشد، اختلاف زمانی و در نتیجه دقت اندازه‌گیری افزایش خواهد یافت. در این روش، فاصله اولین تا آخرین تلسكوپ، معادل قطر بشقاب تلسكوپ واحد در نظر گرفته می‌شود. .

نمونه‌ای از این گونه تلسكوپها، مجموعه‌ای با نام "آرایه خیلی بزرگ" (VLA) می‌باشد كه در نیومكزیكوی آمریكا قرار دارد و طول خط مبنای آن 36 كیلومتر است.

این مجموعه عظیم از 27 عدد تلسكوپ با قطر بشقاب 25 متر تشكیل شده است. آنتنها روی ریلهایی قرار گرفته‌اند كه به دانشمندان اجازه می‌دهد بتوانند آنها را در انواع چیدمانهای مختلف تنظیم نمایند.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید.() 

جا‌به‌جایی اجسام با سیستم فراصوت

تاریخ:دوشنبه 5 فروردین 1392-12:51

دانشمندان دانشگاه داندی به تقلید از پیچ گوشتی صوتی "دکتر هو" دست به ساخت یک دستگاه با نیروی فراصوت زده‌اند که می‌تواند اجسام را با استفاده از صوت بلند کرده، چرخانده و دست‌کاری کنند.

به گزارش ایسنا، این دستگاه به نوعی بازتاب دستگاه چند منظوره دکتر هو، نقش اول سریال علمی تخیلی بوده که از آن به عنوان قفل بازکن، یک اسکنر پزشکی و حتی سلاح استفاده می‌کند.

فیزیکدانان دانشگاه داندی از تجهیزایی که برای جراحی فراصوت با استفاده از ام‌آرآی بکار رفته، برای ساخت ابزاری با قابلیت بلند کردن و پیچاندن یک صفحه لاستیکی 10 سانتیمتری با یک پرتو فرا صوت استفاده کردند.

به گفته محققان، این پرتو به انتقال مقدار جنبش آنی پرداخته که می‌تواند یک جسم را در مسیر آن حرکت داده و باعث چرخیدن آن به شکل مارپیچ یا گردباد شود.

به گفته محققان، این تجربه نه تنها به تائید یک نظریه فیزیک پایه پرداخته، بلکه همچنین سطح جدیدی از کنترل را بر پرتوهای فرا صوت نشان داده که می‌توان بر جراحی مافوق صوت غیرتهاجمی، انتقال داروی هدفدار و دستکاری مافوق صوت سلول‌ها اعمال کرد.

دانشمندان بر این باورند که دستگاه آنها می‌تواند با ارائه امکان هدایت امواج فراصوت به نقاط دقیق مورد نیاز، به دقیق‌تر و کارآمدتر شدن جراحی‌ها با استفاده از شیوه‌های فراصوت کمک کند.

امواج فراصوت به جراحان کمک می‌کند تا بدون نیاز به جراحی، بیمارهای مختلفی را درمان کنند.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

لامپ اشعه ایکس

تاریخ:چهارشنبه 19 مهر 1391-17:10

ساختمان لامپ اشعه ایکس

پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه‌ای از الکترونهای سریع تولید می‌کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آندی در نقش هدف می‌باشند، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته‌اند. کاتد پیچه‌ای رشته‌ای از جنس تنگستن است، این لامپ یک پیچه کانونی جهت جمع کنندگی باریکه الکترونی نیز دارد و در ساختمان آن از پمپ تخلیه نیز استفاده می‌کنند.



img/daneshnameh_up/b/bd/Xray.jpg

نحوه عمل لامپ اشعه ایکس

  • جریان الکتریکی با ولتاژ کم از میان رشته کاتد برای گرم کردن آن و التهاب و تحریک گسیل گرما یونی الکترونها می گذرد. اختلاف پتاسیل الکتریکی زیادی (ولتاژ لامپ) بین کاتد و هدف آندی ، برای شتاب دهی الکترونها در فاصله فضایی بین آن دو وجود دارد. معمولا گستره ولتاژی لامپ اشعه ایکس بین kv50 تا Mv1 است.

  • فنجانک متمرکز کننده‌ای یا پیچه کانونی را نزدیک کاتد قرار می‌دهند که این پیچه به عنوان عدسی الکترومغناطیسی برای متمرکز کردن گسیل گرما یویی به صورت باریکه‌ای که به مرکز هدف آندی هدف گیری شده است، عمل می‌کند. آند از قطعه کوچکی از فلز هدف تشکیل شده است که معمولا از جنس تنگستن است و در پوشش مسی جای گرفته است.

  • تنگستن را به عنوان ماده هدف بکار می‌برند، زیرا گسیل کننده بسیار مؤثر پرتوهای ایکس است و نقطه ذوب فوق العاده بالایی (3380 درجه سانتیگراد) دارد. از این رو دماهای بسیار بالایی را که بوسیله برخورد الکترونهای سریع ایجاد می‌شود، می‌تواند تحمل کند. قطعه تنگستن را درون مکعبی مسی که با آب یا روغن خنک می‌شود جای می‌دهند. بدین ترتیب انرژی گرمایی تولید شده را با رسانش از طریق مس می‌توانند به آسانی از بین ببرند.



img/daneshnameh_up/1/17/ph8.jpg

کپسول لامپ اشعه ایکس

  • کپسول لامپ اشعه ایکس را ممکن است از شیشه ، ماده سرامیکی همچون آلومینا ، فلز یا ترکیبی از مواد بسازند. بیشتر لامپهای اشعه ایکس که امروزه ساخته می‌شوند، ساختمانی از جنس سرامیک _ فلز دارند، که آنها را در مقایسه با لامپهای شیشه‌ای_ فلزی برای هر ولتاژ بخصوصی می‌توان کوچکتر ساخت.

  • کپسول لامپ باید استحکام ساختمانی خوبی در دماهای بالا داشته باشد، تا اثرهای ترکیبی گرمای تابیده از آند و نیروهای اعمالی به محفظه خلا بوسیله فشار اتمسفر را بتواند تحمل کند. شکل کپسول ممکن است با میزان ولتاژ لامپ و ماهیت طرح آند و کاتد تغییر کند.

  • کپسول باید دارای دریچه‌ای در مقابل آند برای امکان خروج باریکه اشعه ایکس از لامپ باشد. این دریچه از عنصری با عدد اتمی پایین برای حداقل جذب اشعه ایکس ساخته شده است. معمولا دریچه را از بریلیوم به ضخامت 3 تا 4 میلیمتر می‌سازند.

  • اتصالات الکتریکی آند و کاتد به دیواره‌های کپسول جوش داده می‌شود. لامپ پرتو درون محفظه‌ای فلزی قرار دارد که برای محافظت در مقابل شوک الکتریکی با ولتاژ بالا کاملا عایق بندی شده است و معمولا این محفظه پریز و دوشاخه ولتاژ قوی دارد که امکان قطع سریع کابلهای الکتریکی اتصال دهنده لامپ به ژنراتور فشار قوی را بوجود می‌آورد.

طراحی لامپ اشعه ایکس

  • دستگاههای قابل حمل اشعه ایکس که در کارگاهها بکار می‌روند، معمولا همه چیز سر خود دارند و مجهز به ژنراتور فشار قوی و لامپ اشعه ایکس هستند که درون یک محفظه قرار دارند. در این حالت هیچ کابل فشار قوی در خارج از محفظه وجود ندارد. جریان الکتریکی حاصل از ولتاژ ضعیف از میان رشته کاتد می‌گذرد و با گرم کردن آن ابر الکترونی در پیرامون رشته با گسیل گرما یونی بوجود می‌آید.

  • هنگامی که ولتاژ قوی در میان لامپ در بین کاتد و آند اعمال می شود، الکترونها در عرض فضای تخلیه شده برای برخورد به هدف شتاب می‌گیرند. باریکه الکترونی طوری متمرکز می‌شود که تنها به سطح کوچکی از هدف برخورد می‌کند، که این سطح کوچک را نقطه کانونی می‌نامند. بیشتر انرژی باریکه الکترونی به انرژی گرمایی که ناگزیر از بین می‌رود، تبدیل می‌شود و مقداری از آن به اشعه ایکس تبدیل می‌شود.

  • هر چقدر نقطه کانونی روی هدف کوچکتر باشد، تصویر پرتو نگاری بدست آمده روشنتر خواهد بود. در هر حال آن مقدار از گرمایش آندی که بوجود می‌آید مانع استفاده از نقطه کانونی بسیار کوچک خواهد شد. طراحی آند و هدف بر مبنای شرایط بهینه‌ای از عمر طولانی هدف و پرتو نگاری بیشینه صورت می‌گیرد.

  • در بسیاری از طراحیهای لامپ اشعه ایکس صفحه آند را نسبت به باریکه الکترون شیبدار می‌سازند. باریکه الکترونی طوری متمرکز می‌شود که نقطه کانونی مربع کوچکی بر روی صفحه عمود بر باریکه الکترونی بوجود می‌آورد. درحالی که این نقطه کانونی به صورت دراز و باریک بر روی صفحه شیبدار هدف بوجود می‌آید.

پارامترهای فیزیکی کنترل کننده باریکه

متغیرهای مهم لامپ اشعه ایکس که مکانیزم عمل و کنترل باریکه حاصل را سبب می‌شوند، عبارتند از:


  • جریان الکتریکی رشته: تغییر در جریان رشته سبب تغییر در دمای رشته می‌شود و تغییر در آهنگ گسیل گرما یونی الکترونها را به دنبال دارد.

  • ولتاژ لامپ: افزایش در ولتاژ لوله و اختلاف پتاسیل الکتریکی بین کاتد و آند ، انرژی باریکه الکترونی و در نتیجه انرژی و توان نفوذ اشعه ایکس تولید شده را افزایش خواهد داد.

  • جریان الکتریکی لامپ: جریان لامپ برابر مقدار شارش الکترونی بین کاتد و آند است و مستقیماً به دمای رشته مربوط می‌شود (از جریان لامپ معمولا به عنوان میلی آمپراژ لامپ یاد می‌کنند). شدت باریکه اشعه تولید شده بوسیله لامپ تقریبا متناسب با میلی آمپراژ لامپ است.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

تداخل امواج

تاریخ:چهارشنبه 19 مهر 1391-17:01


برهمنهی اثرهای فیزیکی دو یا چند قطار موج را تداخل می‌‌گویند. به عنوان مثال ، هرگاه دو موج با فرکانس و دامنه یکسان باهم ترکیب شوند، اثرات بسیار جالبی ظاهر می‌‌شوند. کلیه این پدیده‌ها در مبحث تداخل مورد بحث قرار می‌‌گیرند.




تصویر

اطلاعات اولیه

دو سیم کوچک را به تیغه مرتعش طوری محکم می‌‌کنیم که وقتی در فاصله‌ای از سطح آب به تیغه فشار می‌‌آوریم، هر دو بطور هم زمان به سطح آب بخورند. در این صورت دو موج دایره‌ای با طول موج یکسان بدست می‌‌آید که از دو مرکز منتشر می‌‌شوند و در تشتک آب باهم ترکیب می‌‌شوند. ناحیه‌هایی در روی سطح آب بوجود می‌‌آید که در آن ارتعاشها قوی هستند و در نواحی دیگر ارتعاشها از بین می‌‌روند. چنین نواحی متناوب را نقش تداخلی گفته و پدیده برهمنهی امواج را که منجر به چنین نقشی می‌‌شود، تداخل می‌‌گویند.

تشریح تداخل با استفاده از روابط ریاضی

دو موج با دامنه و فرکانس یکسان در نظر بگیرید که هر دو با سرعت یکسان در جهت مثبت محور xها حرکت می‌‌کنند و بین آنها اختلاف فازی به اندازه Ф وجود دارد. معادلات این دو موج را می‌‌توان بصورت زیر نوشت:


(y1 = ym Sin (kx - ωt

(y2 = ym Sin (kx - ωt - Ф

در روابط فوق k عدد موج ، ω فرکانس زاویه‌ای ، ym دامنه و Ф اختلاف فاز بین دو موج است. حال اگر این دو موج باهم ترکیب شوند، موج برآیند با فرض برقرار بودن اصل برهمنهش به صورت زیر خواهد بود:


{y = y1 + y2 = ym{sin (kx - ωt - Ф) + sin (kx - ωt

این موج برآیند ، موج جدیدی است که همان فرکانس دو موج اولیه را دارد، ولی دامنه‌اش برابر:


ym cos Ф/2

است.

تداخل سازنده و ویرانگر

اگر Ф یعنی اختلاف فاز بین دو موج اولیه ، صفر باشد، در این صورت دو موج در همه جا همفاز هستند، یعنی بالاترین و پائین‌ترین نقاط دو موج بر هم منطبق هستند. در این حالت اصطلاحا گفته می‌‌شود که امواج بطور سازنده باهم تداخل کرده‌اند. در این حالت دامنه موج برآیند بیشترین مقدار ، یعنی دو برابر دامنه هر یک از امواج اولیه به تنهایی است. از طرف دیگر ، اگر Ф = 0 باشد، در این صورت دامنه موج برآیند صفر خواهد بود. در این حالت بالاترین نقطه یک موج دقیقا بر پائین‌ترین نقطه موج دیگر منطبق می‌‌شود و اصطلاحا گفته می‌‌شود که تداخل ویرانگر اتفاق افتاده است.

شرط ایجاد تداخل پایدار

اگر بطور اختیاری فاز یکی از چشمه‌ها را تغییر دهیم، در این صورت در هر نقطه دو ارتعاش به تناوب یکسان و متفاوت می‌‌شوند و محل ماکزیممها (نقاط تداخل سازنده) ثابت نمی‌‌ماند. همچنین اگر دوره تناوب دو موج مختلف باشد، در هر نقطه سطح تقویت ارتعاشها به تضعیف تبدیل و سپس ارتعاشها دوباره تقویت می‌‌شوند و همین طور تا آخر ادامه پیدا می‌‌کند. هر قدر اختلاف دوره تناوب بیشتر و یا آهنگ تغییر فاز یکی از ارتعاشها زیادتر باشد، ماکزیممها محلشان را سریعتر تغییر می‌‌دهند.

وقتی از نقش تداخلی صحبت می‌‌کنیم، منظور نقشی یک در میان از ماکزیممها و مینیممهای پایدار و مستقل از زمان است. این نقش پایدار فقط وقتی ظاهر می‌‌شود که امواج بر هم نهاده شده ، دارای دوره تناوب یکسان بوده و در هر نقطه ثابت اختلاف ثابت باشد. این قبیل امواج را امواج همدوس می‌‌گویند. در نتیجه تداخل پایدار فقط به شرطی مشاهده می‌‌شود که امواج همدوس باشند.

شرایط عملی تداخل

در عمل اثرهای تداخلی از قطار موجهایی حاصل می‌‌شوند که از یک چشمه (یا از چشمه‌هایی که بین فازهای آنها رابطه ثابتی وجود دارد) بیرون می‌‌آیند، ولی تا نقطه تداخل ، مسیرهای متفاوتی را می‌‌پیمایند. اختلاف فاز Ф بین امواجی را که به یک نقطه می‌‌رسند، می‌‌توان با تعیین اختلاف مسیرهایی که این موجها از چشمه تا نقطه تداخل می‌‌پیمایند، محاسبه کرد. هرگاه اختلاف مسیر مضرب درستی از طول موج (به صورت nλ که n عدد طبیعی است) باشد، دو موج بطور سازنده باهم تداخل می‌‌کنند، ولی اگر اختلاف مسیر مضرب کسری از طول موج λ باشد (مثل {λ/2 ، λ/3 و غیره)، در این صورت امواج بطور ویرانگر با هم تداخل می‌‌کنند.

به بیان دیگر ، می‌‌توان گفت که ماکزیممهای نقش تداخلی ایجاد شده توسط دو چشمه‌ای که بطور همفاز ارتعاش می‌‌کنند، در نقاطی مشاهده می‌‌شوند که اختلاف راه برابر با مقدار صحیحی از طول موج (یا به عبارت دیگر مقدار زوجی از نصف طول موج) باشد و مینیممها در نقاطی قرار می‌‌گیرند که در آنها اختلاف راه برابر مقدار فردی از نصف طول موج باشد. اگر دو موج ناهمدوس بر هم‌ نهاده شوند، شدت‌ها فقط به هم افزوده می‌‌شوند، بطوری که افزوده شدن موج دوم در هر نقطه منجر به افزایش شدت موج به مقداری برابر با شدت موج دوم می‌‌شود. بنابراین ماکزیمم یا مینیممی مشاهده نمی‌‌شود.

تداخل امواج صوتی

پدیده تداخل نیز ، مانند پراش ، در هر پدیده موجی ، بدون توجه به طبیعت امواج ، مشاهده می‌‌شود. قواعد مربوط به امواج صوتی نیز به همان صورتی است که قبلا اشاره شد. فرض کنید دو دیاپازون یکسان که صدای آنها همنوا است، روی یک تخته که بتواند حول یک محوری بچرخد، محکم شده است. اگر دیاپازونها به ارتعاش در آیند (مثلا با آرشه ویولن) و تخته به آرامی گردانده شود، نواحی صدای تقویت شده و تضعیف شده نسبت به ناظر حرکت خواهند کرد و ناظر متناوبا صدای بلند و صدای بسیار ضعیف خواهند شنید.

البته این مسئله را در زندگی روزمره خود بارها مشاهده می‌‌کنیم. به عنوان مثال ، اگر ظهر بلندگوهای یک مسجد در حال پخش اذان باشند و ما در طول یک مسیر پیاده راه برویم، ملاحظه می‌‌کنیم که در بعضی از نقاط صدا را به وضوح می‌‌شنویم، ولی در بعضی از نقاط ، صدای ضعیفی شنیده می‌‌شود.



img/daneshnameh_up/c/c6/B1000.gif

تداخل امواج نوری

آزمایشهای بسیاری برای نشان دادن تداخل در مورد امواج نوری انجام شده است که از جمله می‌‌توان به آزمایش دو شکاف یانگ اشاره کرد. به عنوان مثال ، فرض کنید که از یک چشمه نوری ، امواج نورانی بر روی صفحه‌ای که دو سوراخ سیاه بسیار کوچک روی آن قرار دارد که اندازه آنها قابل مقایسه با طول موج چشمه نور است، می‌تابد. در این صورت پرتوهای نوری بعد از خروج از دو شکاف با هم تداخل می‌‌کنند. اگر در فاصله معینی از صفحه ، یک پرده قرار دهیم، نقشهای تداخلی به صورت نقاط تاریک و روشن در روی پرده ظاهر می‌‌شوند. نقاط روشن ، نشان دهنده تداخل سازنده هستند و نقاط تاریک ، تداخل ویرانگر را نشان می‌‌دهند.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

اختراع رادیو

تاریخ:چهارشنبه 19 مهر 1391-16:49

دید کلی

نظریه ماکسول با آزمایشهایی با امواج الکترومغناطیسی تایید شدند و آزمایشهای هرتز خیلی زود برای تمام دانشمندان سراسر جهان شناخته شدند. و بدین ترتیب اندیشه استفاده از امواج الکترومغناطیسی برای مخابرات و حتی برای انتقال بی سیم ، انرژی پدیدار شد.

تاریخچه

پوپوف فیزیکدان و مهندس برق با تکرار آزمایشات هرتز طرح سوار کردن را بهبود بخشید. و در خلال سال 1889 توانست در تشدید کننده‌های گیرنده حرفه‌هایی را بوجود آورد که در سالن بزرگ و بدون تاریک کردن ، مرئی باشد. بزودی او متوجه شد که برای استفاده علمی از امواج الکترومغناطیسی ، اول از همه گیرنده حساس و مناسبی مورد نیاز است.



تصویر




پوپوف در 7 مه 1895 طرز کار گیرنده‌‌اش را در انجمن فیزیک و شیمی روسیه نمایش داد و این روز به راستی باید روز تولد رادیو در نظر گرفته شود. چنین گیرنده‌ای در سال 1894 توسط پوپوف طرح شد. که اجزای اصلی دستگاه او را در وسیله گیرنده امروزی می‌توان یافت.

گیرنده پوپوف

ویژگیهای اصلی اولین گیرنده پوپوف چه بود و اساس کار آن چیست؟ پوپوف برای بهتر شدن حساسیت گیرنده از پدیده تشدید استفاده کرد. مزیت دوم اختراع پوپوف در آرایه آنتن گیرنده بسیار خوبی بود که گستره دریافت امواج را به مقدار خیلی زیادی افزایش داد و هنوز هم در ایستگاههای دریافت موج رادیویی بکار می‌روند. ویژگیهای ممتاز در گیرنده پوپوف در روش ثبت فیزیک امواج است. برای این منظور پوپوف بجای جرقه وسیله خارجی را بکار برد، یعنی موج یابی را که به تازگی توسط برنلی اختراع شده بود، در تجارب آزمایشگاهی بکار گرفت.

ساختمان موج یاب

براده‌های ظریف آهن در یک لوله شیشه‌ای قرار داده می‌شوند دو سیم به دو انتهای شیشه محکم شده‌اند، بطوری که با براده‌ها تماس دارند. در شرایط عادی مقاومت الکتریکی بین براده‌های مجزا نسبتا زیاد است، بطوری که کل موج یاب مقاومت بالایی دارد. موج الکترومغناطیسی جریان متناوب با فرکانس بالا در مدار موج یاب ایجاد می‌کند و جریان مخصوص بین براده‌ها باعث می‌شود که آنها به هم جوش بخورند. در نتیجه مقاومت موج یاب ناگهان افت می‌کند.

برای افزایش مقاومت موج یاب تا مقدار اولیه و حساس کردن دوباره آن به امواج الکترومغناطیسی باید آنرا تکان داد. پوپوف موج یابی را در مداری شامل باتری و یک رله تلگراف قرار داد. قبل از وارد شدن موج الکترومغناطیسی مقاومت موج یاب زیاد است و جریان جاری از آن و رله ضعیف است و آرمیچر جذب آهنربای الکتریکی پایینی نمی‌شود.

وقتی که موج الکترومغناطیسی ظاهر شد، مقاومت امواج موج یاب افت می‌کند، جریان الکتریکی به تندی فردی می‌یابد و رله آرمیچر جذب آهنربای الکتریکی می‌شود. بنابراین اتصال رله آهنربای پایینی که یک زنگ الکتریکی معمولی را به باطری وصل می‌کند، برقرار می‌شود. چکش به زنگ می‌خورد یا سوراخی بر نوار کاغذی متحرک ثبت می‌کند و به این ترتیب ورود موج خبر داده می‌شود. در حرکت به عقب چکش به موج یاب می‌خورد و در نتیجه حساسیت آن برقرار می‌ماند. به این ترتیب پوپوف به اصطلاح رله مدار اتصال را تحقق بخشید.



تصویر
موج رادیویی FM




گیرنده رادیویی

انرژی خیلی کم امواج ورودی بطور مستقیم برای دریافت (مثلا برای هر جرقه) بکار نمی‌رود، بلکه برای کنترل چشمه انرژی‌ که وسیله ثبت کننده را تغذیه می‌کنند، بکار گرفته می‌شوند. در گیرنده‌های رادیویی امروزی ، لامپهای الکترونی جایگزین موج یاب شده‌اند، ولی اساس رله به قوت خود باقی است. لامپ الکترونی اصولا مثل رله کار می‌کند. سیگنالهای ضعیفی که به لامپ داده می‌شوند قدرت و جریان چشمه‌های تغذیه لامپ را کنترل می‌کنند.

به علاوه پوپوف در گیرنده‌اش اساس پسخوراند را که هنوز هم در مهندسی رادیو بکار می‌رود، نشان داد. سیگنال تقویت شده در خروجی گیرنده (مدار زنگ الکتریکی) بطور خودکار بر ورودی گیرنده (مدار موج یاب) اثر می‌کند. پسخوراند در اختراع پوپوف از اساس امر به کلی تازه‌ای است.

پوپوف در بررسیهای بیشتری که همراه با ریبکین آنجام داد به دریافت سیگنالهای صوتی نیز پی برد و معلوم شد که اگر سیگنالها برای بکار انداختن موجیاب خیلی ضعیف باشند، تماسهای ناچیز براده‌ها به صورت آشکارساز عمل می‌کند. و هر سیگنالی با صدایی در تلفن متصل به موج یاب همراه است. این کشف امکان داد تا گستره مخابرات رادیویی وسیع شود.

تکامل رادیو

قدم بعدی که در تکامل رادیویی خیلی سریع پس از اختراع پوپوف برداشته شد و آن بهبود فرستنده‌ها بود فاصله جرقه را از آنتنها حذف کردند و بجای آن مدار نوسانی خاصی قرار دادند که به صورت چشمه نوسانها کار می‌کرد. آنتن متصل به این مدار به صورت تابشگر امواج عمل می‌کند. اختراع لامپهای الکترونی توسط لوی دوفارست (ت1906) دانشمند آمریکایی که راه را برای ایجاد چشمه‌های نوسانهای الکتریکی نامیرا باز کرد، در تکامل رادیو اهمیت فوق العاده‌ای داشت. این اختراع نه فقط سیگنالهای تلگرافی ، بلکه انتقال صوتهای کلامی ، موسیقی و غیره را نیز توسط رادیو میسر ساخت، یعنی مخابرات بی سیم و پخش رادیویی را تحقق بخشید.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

الکترو شیمی

تاریخ:یکشنبه 18 تیر 1391-20:44


تصویر

دید کلی

تمام واکنشهای شیمیایی ، اساسا ماهیت الکتریکی دارند، زیرا الکترونها در تمام انواع پیوندهای شیمیایی (به راههای گوناگون) دخالت دارند. اما الکتروشیمی بیش از هر چیز بررسی پدیده‌های اکسایش- کاهش است. روابط بین تغییر شیمیایی و انرژی الکتریکی ، هم از لحاظ نظری و هم از لحاظ عملی حائز اهمیت است.

از واکنشهای شیمیایی می‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد (در سلولهایی که سلولهای ولتایی یا سلولهای گالوانی نامیده می‌شوند) و انرژی الکتریکی را می‌توان برای تبادلات شیمیایی بکار برد (در سلولهای الکترولیتی). علاوه بر این ، مطالعه فرآیندهایی الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آنگونه از پدیده‌های اکسایش - کاهش که خارج از اینگونه سلولها روی می‌دهند، نیز می‌شود. با برخی فرآیندهای الکتروشیمیایی آشنا می‌شویم.

رسانش فلزی

جریان الکتریکی ، جاری شدن بار الکتریکی است. در فلزات ، این بار بوسیله الکترونها حمل می‌شود و این نوع رسانش الکتریکی ، رسانش فلزی نامیده می‌شود. با بکار بردن یک نیروی الکتریکی که توسط یک باتری یا هر منبع الکتریکی دیگر تامین می‌گردد، جریان الکتریکی حاصل می‌شود و برای تولید جریان الکتریکی ، یک مدار کامل لازم است. تشبیه جریان الکتریسیته به جریان یک مایع ، از قدیم متداول بوده است. در زمانهای گذشته ، الکتریسیته به‌صورت جریانی از سیال الکتریکی توصیف می‌شد.

قراردادهای قدیمی که سابقه آنها ممکن است به "بنجامین فرانکلین" برسد و پیش از آن که
الکترون کشف شود، مورد پذیرش بوده است، بار مثبتی به این جریان نسبت می‌دهد. ما مدارهای الکتریکی را با حرکت الکترونها توجیه خواهیم کرد. اما باید به خاطر داشت که جریان الکتریکی بنا به قرارداد بطور اختیاری مثبت و به صورتی که در جهت مخالف جاری می‌شود، توصیف می‌گردد.

جریان الکتریکی برحسب
آمپر (A) و بار الکتریکی برحسب (C) کولن اندازه گیری می‌شود. کولن ، مقدار الکتریسیته است که در یک ثانیه با جریان 1 آمپر از نقطه‌ای می‌گذرد: 1C = 1A.S و 1A = 1C/S . جریان با اختلاف پتانسیل الکتریکی که بر حسب ولت اندازه گیری می‌شود، در مدار رانده می‌شود. یک ولت برابر یک ژول بر کولن است. 1V = 1J/C یا 1V.C = 1J . یک ولت لازم است تا یک آمپر جریان را از مقاومت یک اهم بگذراند. I=ε/R یا ε=IR

رسانش الکترولیتی

رسانش الکترولیت ، هنگامی صورت می‌گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می‌کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساس توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می‌گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد. منبع جریان در یک سلول الکترولیتی ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند.

بنابراین می‌توان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا می‌کند. این الکترونها از الکترود مثبت سمت راست کشیده می‌شوند. در
میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود می‌آید، یونهای مثبت یا کاتیونها به طرف قطب منفی یا کاتد و یونهای منفی یا آنیونها به طرف قطب مثبت یا آند جذب می‌شوند. در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود.

برای این که یک مدار کامل حاصل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی (که لازم نیست حتما حامل بار باشند) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن ، اجزا اکسید شوند. الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد رانده می‌شوند.

عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی

رسانش الکترولیتی به تحرک یونها مربوط می‌شود و هر چند که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان می‌شود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای الکترولیت اثر دارند، عبارتند از : جاذبه بین یونی ، حلال پوشی یونها و گرانروی حلال. انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش دما زیاد می‌شود و بنابراین مقاومت رساناهای الکترولیتی ، بطور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد. یعنی رسانایی زیاد می‌شود. به‌علاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما کم می‌شود.

الکترولیز (برقکافت)

الکترولیز یا برقکافت سدیم کلرید مذاب ، یک منبع صنعتی تهیه فلز سدیم و گاز کلر است. روشهای مشابهی برای تهیه دیگر فلزات فعال ، مانند پتاسیم و کلسیم بکار می‌روند. اما چنانکه بعضی از محلولهای آبی را برقکافت کنیم، آب به جای یونهای حاصل از ماده حل شده در واکنشهای الکترودی دخالت می‌کند. از اینرو ، یونهای حامل جریان لزوما بار خود را در الکترودها خالی نمی‌کنند. مثلا در برقکافت محلول آبی سدیم سولفات ، یونهای سدیم به طرف کاتد و یونهای سولفات به طرف آند حرکت می‌کنند، اما بار این هر دو یون با اشکال تخلیه می‌شود.

بدین معنی که وقتی عمل برقکافت بین دو
الکترود بی‌اثر در جریان است، در کاتد ، گاز هیدروژن بوجود می‌آید و محلول پیرامون الکترود ، قلیایی می‌شود:


(2H2O + 2e → 2OH- + H2(g

یعنی در کاتد ، کاهش صورت می‌گیرد، ولی به جای کاهش سدیم ، آب کاهیده می‌شود. بطور کلی ، هرگاه کاهش کاتیون ماده حل شده مشکل باشد، کاهش آب صورت می‌گیرد. اکسایش در آند صورت می‌گیرد و در برقکافت محلول آبی Na2SO4 ، آنیونها (2-SO4) که به طرف آند مهاجرت می‌کنند، به‌سختی اکسید می‌شوند:


2SO42- → S2O42- + 2e

بنابراین ترجیهاً اکسایش آب صورت می‌گیرد:


2H2O → O2(g) + 4H+ + 4e

یعنی در آند ، تولید گاز اکسیژن مشاهده می‌شود و محلول پیرامون این قطب ، اسیدی می‌شود. بطور کلی هرگاه اکسایش آنیون ماده حل شده مشکل باشد، آب در آند اکسید می‌شود. در الکترولیز محلول آبی NaCl ، در آند ، یونهای -Cl اکسید می‌شوند و گاز Cl2 آزاد می‌کنند و در کاتد ، احیای آب صورت می‌گیرد. این فرآیند ، منبع صنعتی برای گاز هیدروژن ، گاز کلر و سدیم هیدروکسید است:


2H2O + 2Na+ + 2Cl- → H2(g) + 2OH- + 2Na+ + Cl2


تصویر

سلولهای ولتایی

سلولی که به‌عنوان منبع انرژی الکتریکی بکار می‌رود، یک سلول ولتایی یا یک سلول گالوانی نامیده می‌شود که از نام "آلساندرو ولتا" (1800) و "لوئیجی گالوانی" (1780) ، نخستین کسانی که تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی را مورد آزمایش قرار دادند، گرفته شده است. واکنش بین فلز روی و یونهای مس II در یک محلول ، نمایانگر تغییری خود به خود است که در جریان آن ، الکترون منتقل می‌شود.


(Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s

مکانیسم دقیقی که بر اساس آن انتقال الکترون صورت گیرد، شناخته نشده است. ولی می‌دانیم که در آند ، فلز روی اکسید می‌شود و در کاتد ، یونهای Cu+2 احیا می شود و به ترتیب یونهای Zn+2 و فلز Cu حاصل می‌شود و الکترونها از الکترود روی به الکترود مس که با یک سیم به هم متصل شده‌اند، جاری می‌شوند، یعنی از آند به کاتد.


Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e

(Cu2+(aq)+2e → Cu(s

نیم سلول سمت چپ یا آند ، شامل الکترودی از فلز روی و محلول ZnSO4 و نیم سلول سمت راست یا کاتد ، شامل الکترودی از فلز مس در یک محلول CuSO4 است. این دو نیم سلول ، توسط یک دیواره متخلخل از هم جدا شده‌اند. این دیواره از اختلال مکانیکی محلولها ممانعت می‌کند، ولی یونها تحت تاثیر جریان الکتریسیته از آن عبور می‌کنند. این نوع سلول الکتریکی ، سلول دانیل نامیده می‌شود.

نیروی محرکه الکتریکی

اگر در یک سلول دانیل ، محلولهای 1M از ZnSO4 و 1M از CuSO4 بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاری زیر نشان می‌دهیم:


(Zn(s) │ Zn2+(1M) │ Cu2+(1M) │ Cu(s

که در آن خطوط کوتاه عمودی ، حدود فازها را نشان می‌دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکیل دهنده آند را اول و ماده تشکیل دهنده کاتد را در آخر می‌نویسیم و مواد دیگر را به ترتیبی که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد می‌کنیم، میان آنها قرار می‌دهیم. جریان الکتریکی تولید شده در یک سلول ولتایی ، نتیجه نیروی محرکه الکتریکی (emf) سلول است که برحسب ولت اندازه گیری می‌شود.

هر چه تمایل وقوع واکنش سلول بیشتر باشد، نیوری محرکه الکتریکی آن بیشتر خواهد بود. اما emf یک سلول معین به دما و غلظت موادی که در آن بکار رفته است، بستگی دارد. emf استاندارد، ˚ε ، مربوط به نیروی محرکه سلولی است که در آن تمام واکنش دهنده‌ها و محصولات واکنش در حالت استاندارد خود باشند. مقادیر ˚ε معمولا برای اندازه گیری‌هایی که در ˚25C به عمل آمده است،
معین شده است.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 


  • تعداد صفحات :3
  • 1  
  • 2  
  • 3