X
تبلیغات
انجمن علمی فیزیک مهندسی
گروه فیزیک مهندسی ( لیزر _ اپتیک ) دانشگاه آزاد اسلامی واحد بناب
 

دانشمندان آژانس فضايي اروپا (European Space Agency) توانستند براي اولين بار معادل گرانشي يك ميدان مغناطيسي را در آزمايشگاه اندازه بگيزند.

فقط يك بار متحرك ميتواند ميدان مغناطيسي توليد كند. از اينرو يك جرم متحرك ميدان گراويتومغناطيسي توليد ميكند. برطبق نطريه نسبيت عام اينشتين اين پديده قابل صرف نظر كردن است. با اين حال، مارتين تاجمار (Martin Tajmar) از ARC Seibersdorf Research GmbH, Austria و همكارانش اين پديده را در آزمايشگاه اندازه گرفتند.

حلقه اي ابررسانا كه 6500 بار در ثانيه ميچرخد يك ميدان مغناطيسي ضعيف توليد ميكند كه به آن گشتاور لندن (London moment ) ميگويند. اين آزمايش حدس اوليه براي علت اختلاف جرم جفت هاي كوپر(Cooper-pairs) كه حامل هاي جريان در ابر رسانا ها هستند و آنچه تئوري كوانتوم پيش بيني كرده است را امتحان ميكند.

اين نتيجه حاصل شد كه اختلاف موجود در جرم ها ميتواند توسط بروز يك ميدان گراويتومغناطيسي از حلقه ابررسانا توضيح داده شود.

 

 

آزمايش انجام شده مشابه گرانشي آزمايش الكترومغناطيسي القاي فارادي در 1831 ميباشد. ميدان اندازه گيري شده در اينجا يكصد ميليون تريليون برابر بزرگتر از پيش بيني نظريه اينشتين است و محققان در ابتدا از پذيرفتن آن وا ماندند.

تاجمار ميگويد:" ما بيش از 250 آزمايش انجام داديم و دستگاه را در حدود سه سال بهينه كرديم و براي اعتبار نتايجمان 8 ماه بحث انجام شد تا اينكه چنين خبري را اعلام كنيم. اكنون در مورد نتيجه مطمئن هستيم"

اگر اين نتيجه تاييد شود راه هاي جديدي براي تحقيق و پژوهش در نسبيت عام باز خواهد شد.

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و ششم شهریور 1387ساعت 14:28  توسط صادق فام | 

 

یکی از سوالاتی که در فیزیک کوانتوم در مورد پدیده تونل زنی وجود دارد اینست  که چرا ذراتی که از درون یک سد عبور میکنند به نظر میرسد که سریعتر از سرعت نور حرکت میکنند اما در فضای خالی اینگونه نیست؟
همچنین چیز دیگری گیج کننده میباشد: چرا مدتی که ذره در سد به سر میبرد با افزایش طول سد بیشتر نمیشود؟

این پارادوکس ( تناقض) از سال 1932 بحث های زیادی را در جامعه فیزیک در بر داشته است. اما هربرت وینفول

(Herbert Winful)

 پروفسور دانشگاه میشیگان

(University of Michigan)

 معتقد است که پایانی برای این سوالات پیدا کرده است.

وینفول میگوید که نتایج تئوریکی اش نشان میدهند که آنچه که اندازه گرفته میشده و محاسبه میگردیده در واقع مدت زمان عبور ذره از دونقطه داخل سد نبوده بلکه زمان خالی کردن سد از انرژی موجود آن میباشد. به این زمان تاخیر گروه

(group delay)

 میگویند.

وینفول با استفاده از ساختارهای فتونیکی خاصی (photonic band gap structures) ریاضیات تئوریش بدست آورد. این ساختار ها برخی از طول موج های نور را فیلتر میکنند و بقیه را عبور میدهند. او سپس تاخیر امواج الکترومغناطیسی را که از  آن ساختار ها عبور میکردند را محاسبه مینمود و فهمید که نتیجه دقیقا برابر مدت زمانی است که طول میکشد تا انرژی از دو انتهای سد بیرون آید.

مثالی از چگونگی تاخیرگروه در تونل زنی کوانتومی به این قرار است: دو اتوبوس توریستی را تصور کنید. یکی با 100 مسافر و دیگری 10 نفر. اتوبوس ها به سمت یک رستوران در حرکتند. آنها با هم به مقصد میرسند، اما اتوبوسی که 10 نفر در آن هستند زودتر خالی میشود و مسافران زودتر سر شام میروند. اگر زمان رسیدن را به صورت زمان متوسط رسیدن یک مسافر به میز شام تعریف کنیم آنگاه این زمان برای اتوبوسی که کمتر مسافر دارد کوتاهتر است. همچنین بیان میکند که چرا زمان تاخیرگروه بدون توجه به مسافت طی شده مساوی است.

در تونل زنی کوانتومی بیشتر ذرات ( آدم های داخل اتوبوس) به بیرون سد میروند و فقط تعداد کمی از درون آن عبور میکنند. در مقایسه با جایی که سد وجود ندارد، حضور سد باعث کاهش مقدار انرژیی میشود که میتواند ذخیره گردد. زمان تاخیری اندازه گیری شده مستقیما با انرژی ذخیره شده ارتباط دارد و همان زمانی است که طول میکشد تا این انرژی ذخیره شده آزاد شود.

وقتیکه سد را طویل تر کنیم مدت زمان هیچ تغییر نمیکند چونکه سد یک مقدار ظرفیت انرژی معین دارد که به طول آن ربطی ندارد دقیقا مانند اتوبوس که گنجایش معین دارد صرف نظر از اینکه چه مسافتی را میپیماید.

وینفول نتایجش را در 25 جولای به صورت مقاله مدعو در کنفرانسی در واشنگتن به نام

Slow and Fast Light Conference

 ارائه میکند.

او میگوید:" این یک سوال مهم از دیدگاه بنیادی فیزیک است، اما از طرف دیگر مهم نیست! زیرا که به شما سرعت نهایی که دستگاه های تونل زنی میتوانند کار کنند را میدهد. نتایج من به نوعی غمناک هستند چرا که نشان میدهد ما نمیتوانیم بیشتر از سرعت نور حرکت کنیم."
او چنین ادامه میدهد که از طرف دیگر خیالمان راحت میشود چون میفهمیم که اینشتین درست میگفت

تونل زنی کوانتومی در میکروسکوپ هایی

(STM)

 استفاده میشود که قادر میسازد مشاهداتی در مقیاس اتم داشته باشیم.

 

 

    

 

 

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و ششم شهریور 1387ساعت 14:21  توسط صادق فام | 

فیلم برداری از یک الکترون

    

 

 

 

 

پژوهشگران دانشگاه براون (Brown University) توانستند از مسیر حرکت یک الکترون درون ابرشاره هلیومی (superfluid helium) فیلم برداری کنند.

 

 

همفری ماریس (Humphrey Maris) استاد دانشگاه براون و وای گیو (Wei Guo) دانشجوی دکتری تصاویر گرفته شده را در شماره 28 آپریل the Journal of Low Temperature Physics به چاپ رساندند.

 

 

Humphrey Maris

فیلم الکترون با استفاده از یک دوربین معمولی خانگی گرفته شده است و در آن دو نوع مسیر حرکت قابل مشاهده می باشد. برخی الکترون ها مسیری مستقیم را میپیمایند و برخی دیگر مسیری مارپیچ.

وقتی الکترون ها از درون ابرشاره هلیوم می گذرند اطراف آنها حباب های کوچکی بوجود میآید که قطر آن حدود 40 انگسترم است. این اندازه برای تصویر بردای خیلی کوچک می باشد. پس با استفاده از امواج صوتی صادره از یک بلندگوی معمولی که از درون ابرشاره عبور داده می شد کاری کردند که این قطر به مقداری در حدود 8 میکرون برسد. سپس با تابانیدن نور و گرفتن انعکاس آن توانستند از حباب ها فیلم برداری کنند.

نوع دوم مسیر حرکت که مارپیچ است حکایت از یک رفتار ذاتی ابرشاره ها به نام جریان های گردابی می کند. هیچ کس تا کنون نمی توانست فکر کند که خطوط این گرداب را بتوان به طریقی قابل رویت کرد.

فیلم حرکت الکترون از لینک زیر قابل مشاهده است:


http://physics.brown.edu/physics/researchpages/cme/bubble/Movie.mpg

 

 

+ نوشته شده در  سه شنبه دوازدهم شهریور 1387ساعت 11:59  توسط صادق فام | 

سرعت باعث گذر کند زمان می‌‌شود، یعنی زمانی که ناظر ساکن اندازه می‌‌گیرد، طولانی‌تر از زمان اندازه گیری شده توسط ناظری خواهد بود که با سرعت از او دور می‌‌شود

مقدمه

یکی از جنبه‌های بارز نظریه انیشتین که در آن سرعت نور مقداری ثابت و مستقل از حرکت نسبی چارچوبهای مرجع فرض می‌‌شود، نسبی بودن زمان است. به بیان دیگر ، زمانی که شخصی می‌‌گوید من هر روز راس ساعت دوازده شب می‌‌خوابم، منظورش این است که دو رویداد خوابیدن او و قرارگرفتن عقربه ساعت روی عدد دوازده بطور همزمان روی می‌‌دهند، اما مسئله اصلی این است که این دو رویداد که در یک چارچوب همزمان هستند، در چارچوب دیگری که نسبت به چارچوب اول در حال حرکت است، همزمان به نظر نمی‌‌آیند، هر چند هر دو چارچوب لخت باشند. بنابراین زمان ، کمیتی مطلق نبوده و به سرعت چارچوب مرجع بستگی دارد

 

محاسبه رابطه اتساع زمانی

فرض کنید چارچوب

S'

 با سرعت ثابت

a

 نسبت به چارچوب

S

در امتداد محور

x

 در حال حرکت است. ناظر واقع در مبدا چارچوب

S'

 که با

O'

 نشان می‌‌دهیم، نوری را که از چشمه‌ای به آینه‌ای که بالای سر اوست، می‌‌تاباند. فاصله آینه از شخص برابر

d

 است و مدت زمان لازم برای رفت و برگشت نور برابر

Δt'

 است و لذا چون نور حرکت رفت و برگشت انجام می‌‌دهد، لذا طول مسیر برابر

2d

است. فاصله زمانی مذکور برابر

Δt'=2d/C

 خواهد بود که

C

 سرعت نور است.

اما زمان لازم برای رفت و برگشت مذکور در چارچوب S ، وقتی اندازه گیری می‌‌شود، مقدار دیگری را بدست می‌‌دهد که آن را با

 Δt

 مشخص می‌‌کنیم. در این مدت چشمه نسبت به

 S

 مسافت

uΔt

 را طی کرده است و طول مسیر رفت و بر گشت برابر

2d

 نبوده، بلکه برابر

2l

 است و لذا خواهیم داشت



از طرف دیگر بر اساس اصول نسبیت خاص باید سرعت نور برای هر دو ناظر یکسان باشد. بنابراین بعد از کمی ‌محاسبات ریاضی می‌‌توانیم رابطه بین

Δt و 'Δt

را به صورت زیر بیان کنیم:

 

 

نتایج اتساع زمانی

برای دو رویداد (در مورد مثال فوق گسیل و بازگشت نور به ناظر

O

 که در یک نقطه از فضا واقع در چارچوب به فاصله

Δt'

 رخ داده‌اند،

∆t

 فاصله زمانی این دو رویداد در

S

را می‌‌توان از رابطه فوق حساب کرد. چون مخرج کسر کوچکتر از یک است (سرعت نور بالاترین سرعت است) لذا

∆t

 همواره بزرگتر از

Δt'

 خواهد بود. لذا اگر ناظر در

S

 آهنگ کارکرد ساعتی ساکن در

S'

 را نیز اندازه بگیرد، آهنگ کارکرد این ساعت از نظر ناظر

S

از آهنگ کارکردی که برای آن در

S'

 مشاهده می‌‌شود، کندتر خواهد بود. این اثر را اتساع زمانی می‌‌گویند. بنابراین ملاحظه می‌‌شود که دو رویدادی که در یک چارچوب همزمان هستند، در چارچوب دیگر همزمان نیستند.
 

آیا اتساع زمان در زندگی روزمره قابل مشاهده است؟

اتساع زمان را در زندگی روزمره نمی‌‌توان احساس کرد، چون سرعتهایی که ما با آنها سر و کار داریم، به مراتب کمتر از سرعت انتشار نور هستند. به عنوان مثال ، در مورد هواپیمایی که با سرعت 270 متر بر ثانیه در حال پرواز است، نسبت

 عددی بسیار کوچک و برابر

 خواهد بود و لذا به راحتی مشاهده می‌‌شود که در چنین سرعتهایی مسئله اتساع زمان کاملا منتفی است. چون برای مشاهده اتساع زمانی در این مورد به یک ساعت اتمی ‌با دقتی در حدود 13-^10 نیاز داریم. البته لازم به ذکر است که با قرار دادن ساعتهای اتمی ‌‌در هواپیماهای جت این نتایج اثبات شده است و فقط در حد تئوری و نظریه نیست و از نظر تجربی نیز به تائید رسیده است.

دانشمندان با تحقیق در مورد تاثیر اتساع زمان بر طول عمر افراد متوجه شده اند که افراد ورزشکار (حتی آنهایی که فقط پیاده روی می‌‌کنند) حدود کسر بسیار کوچکی از ثانیه بیشتر از سایر افراد عمر می‌‌کنند و کوچکی این کسر به دلیل سرعت کمی (نسبت به سرعت نور) است که آنها نسبت به دیگران دارند. پس اگر انسان بتواند با سرعتهایی نزدیک سرعت نور حرکت کند، سالیان سال عمر می‌‌کند و جوان می‌‌ماند، البته از نظر ناظر ساکن

+ نوشته شده در  چهارشنبه دوم آبان 1386ساعت 8:56  توسط صادق فام | 

در سيستمهاي نوري هر انحرافي از تصوير كامل تحت عنوان ابيراهي مطرح مي‌شود كه اين انحراف براي نور تكرنگ شامل ابيراهي كروي ، ابيراهي كما ، انحناي ميدان ، اعوجاج و آستيگماتيسم مي‌باشد. نور مركب علاوه بر ابيراهيهاي مذكور ابيراهي رنگي نيز خواهد داشت.

در سيستمهاي نوري مركزدار و عدسيها چنين فرض مي‌شود كه در تمام حالات از طرف جسم دسته باريكي اشعه كه شعاع اصلي آن عمود بر سطح عدسي باشد، مي‌تابد. همچنين ، جسم كوچك ، عمود بر محور اصلي و نور تابشي تك‌رنگ فرض مي‌شود، ولي در عمل شرايط فوق موجود نيست، در نتيجه تصويري كه توسط دستگاهي ، از يك جسم حاصل مي‌شود، با تصوير نظري يكسان نمي‌باشد، يعني در نتيجه عدم رعايت تقريب گاوس و بكار نبردن نور تك‌رنگ معايبي در تصوير حاصل مي‌شود و هر انحرافي از تصوير كامل تحت عنوان ابيراهي مطرح مي‌شود.



img/daneshnameh_up/d/d0/chromatic_aberration.jpg


انواع ابيراهي

ابيراهي رنگي

هر جا كه تغيير ضريب شكست يا رنگ نور به حساب بيايد، ابيراهي رنگي مطرح مي‌شود، زيرا ضريب شكست مواد شفاف با رنگ نور تغيير مي‌كند. عدسي از جسم ، تنها يك تصوير نمي‌دهد بلكه از آن يك سري تصوير (به ازاي هر رنگ موجود در دسته شعاع يك تصوير) تشكيل مي‌دهد. مشابهت عدسي با منشور كه در لبه‌هاي آن مشهودتر است، موجب پاشندگي نور مي‌گردد. بزرگنمايي جانبي هم به دنبال تغيير فاصله كانوني با رنگ تغيير مي‌كند. خود ابيراهي رنگي به دو نوع ابيراهي رنگي محوري يا طولي و ابيراهي جانبي يا عرضي تقسيم مي‌شود.

ابيراهي تكفام

انحراف هر شعاع از مسير تعيين شده (ابيراهي آن) بوسيله فرمول گاوس برحسب پنج حاصل‌جمع موسوم به جمعهاي سيدل بيان مي‌شود. اگر تصوير حاصل بدون عيب مي‌بود، تمام اين حاصل‌جمعها صفر مي‌شد، اما هيچ دستگاه نوري نمي‌توان ساخت كه در آن تمام اين شرايط را يكجا داشته باشيم. صفر شدن هر يك از اين جمله‌ها متناظر با نبودن ابيراهي معيني است. اين ابيراهيها كه براي هر رنگ و ضريب شكست خاصي وجود دارد، تحت عنوان ابيراهي نور تكفام مطرح مي‌شوند.

انواع ابيراهي نور تكفام

ابيراهي كروي

هرگاه دهانه عدسي‌هاي كروي بيش از حد مجاز در تقريب گاوس باشد، تصاوير حاصل معايبي از خود نشان مي‌دهند كه ناشي از يكسان نبودن بزرگنمايي در مركز و لبه عدسي مي‌باشد. اين عيب و تغيير شكل تصاوير ، به نام ابيراهي كروي در عدسي خوانده مي‌شود كه تحت اين شرايط ميان كانون پرتو پيرامحوري و كانون پرتو كناري سطحي به عنوان سطح كمترين تاري ايجاد مي‌شود. خود ابيراهي كروي به دو نوع ابيراهي طولي كروي ، ابيراهي جانبي كروي تقسيم مي‌شود.



img/daneshnameh_up/9/9f/spherical-aberration.JPG


ابيراهي كما

اگر نقطه نوراني خارج از محور اصلي عدسي باشد و يك دسته اشعه با زاويه بزرگ به عدسي فرستاده شود، اشعه خروجي پس از خروج از عدسي در روي صفحه‌اي عمود بر محور فرعي تصوير غيرقرينه‌اي بدست خواهد داد. اين تصوير از نظر شكل و توزيع انرژي نامتقارن است، اين ابيراهي تصوير را ابيراهي كما مي‌نامند. در حقيقت ابيراهي كما همان ابيراهي كروي است كه از قرار گرفتن نقطه نوراني در خارج از محور اصلي حاصل مي‌شود. خود ابيراهي كما بر دو نوع كما مثبت و كما منفي تقسيم مي‌شود.

ابيراهي آستيگماتيسم

اين عيب تصوير موقعي روي مي‌دهد كه فاصله نقطه‌اي از جسم ، از محور آينه مقعر تا حدي زياد باشد و اشعه‌هاي تابشي چه باهم موازي باشند و چه باهم موازي نباشند، با آينه زاويه φ مي‌سازند. در مورد عدسي‌ها هم ابيراهي به همين شكل مطرح است، يعني عدسي از نقطه دور از محور نمي‌تواند تصوير نقطه‌اي بدهد. در اين صورت دچار ابيراهي آستيگماتيسم است و تصوير مبهم حاصل از آن آستيگماتيك نام دارد، زيرا خطوط شعاعي متفاوتي در كانون متفاوتي نسبت به خطوط عمودي متمركز مي‌شوند.

انحناي ميدان

اگر عيب دستگاه نوري از هر لحاظ اصلاح شده باشد، باز نقايصي در تصوير به علت انحناي ميدان ايجاد مي‌شود كه ميدان و تصوير در مركز واضح است و در كناره‌‌ها به كلي ناواضح است، زيرا اشعه آمده از هر يك از نقاط جسم محدود نيست. بطوري كه شعاعهاي ويژه نقاط مختلف جسم از نقاط مختلف عدسي عبور نمي‌كند.

ابيراهي اعوجاج يا واپيچش نور

ابيراهي مربوط به اعوجاج يا واپيچش در مورد اجسام مربعي بوجود مي‌آيد، بطوريكه تصوير يك شي مربعي ، ديگر مربع نباشد، زيرا بزرگنمايي جانبي در تمام جهات يكنواخت نيست، ممكن است اضلاع به درون خميده باشند كه واپيچش بالشي ايجاد كنند، يا اضلاع به بيرون خميده شوند و توليد واپيچش بشكه‌اي كنند.

كنترل و بهينه ‌سازي ابيراهي‌ها در دستگاههاي نوري

ابيراهي در عدسي به نوع شيشه عدسي كه نوع محيط عدسي نيز تعبير مي‌شود، ‌توان (فاصله كانوني) تك تك اجزاي نوري در صورتي كه توان اجزا مختلف عوض شوند، يكسري از ابيراهي‌ها تصحيح مي‌شوند كه در رفع كما و آستيگماتيسم عامل مهم است.

شكل عدسي (ميزان خميدگي عدسي) توان عدسي تغيير كند، شعاع سطوح عوض مي‌شود، آنچه بر ابيراهي‌ها اثرگذار است، شكل عدسي ، فاصله بين عدسي‌ها يا اجزاي نوري دستگاه كه اين فاصله بر ارتفاع پرتو و يا توان كل ذستگاه تاثير دارد. ضخامت عدسي‌ها محل دريچه در مورد ابيراهي آستيگماتيسم ، واپيچش ،
انحناي ميدان ، رنگي عرضي و كما اين عامل اثر گذار است.

منبع : شبكه رشد

+ نوشته شده در  چهارشنبه هجدهم مهر 1386ساعت 0:30  توسط صادق فام | 

 

ترمودینامیک

 
Thermodynamic
 
 
 
ترمودینامیک شاخه‌ای از فیزیک است که در آن ، برخی از خواص اجسام را که به علت تغییر دما ، متغییر می‌شوند، مورد مطالعه قرار می‌گیرد
 
 
مراحل مطالعه ترمودینامیک
 
 
قدم اول در مطالعه ترمودینامیک ، انتخاب قسمتی از فضا یا شی و یا نمونه است که به اختیار در نظر گرفته و مطالعه روی آن متمرکز می‌شود این قسمت را اصطلاحا سیستم می‌گویند. بقیه فضا یا شی نمونه را که در تماس با سیستم بوده و در تحولات سیستم دخالت دارد یا به بیان دیگر با سیستم اندرکنش می‌کند، به مفهوم کلمه ، محیط اطراف می‌گوییم
 
قدم بعدی انتخاب روش و یا دیدگاهی است که بررسی و مطالعه از آن دیدگاه صورت می‌گیرد. در این رهگذر دو دیدگاه به ظاهر متفاوت وجود دارد که عبارتند از
 
دیدگاه ماکروسکوپیک
Macroscopic
 
دیدگاه ماکروسکوپیک ، یک نگرش کلی است و مشخصات کلی ، یا خواص بزرگ مقیاس سیستم ، مبنای توصیف ماکروسکوپی سیستم را تشکیل می‌دهند. بطور خلاصه ، توصیف ماکروسکوپیکی یک سیستم عبارت از مشخص کردن چند ویژگی اساسی و قابل اندازه‌ گیری آن سیستم است
 
دیدگاه میکروسکوپیک
Microscopic
 
از نظر آماری ، یک سیستم متشکل از تعداد بسیار زیادی ملکول
N
 مولکول) که هر کدام از این مولکولها می‌تواند در مجموعه‌ای از حالتهایی که انرژی آنها مساوی 
E1 و E2 و ...
 است، قرار می‌گیرد. این سیستم را می‌توان بصورت منزوی در نظر گرفت و یا در بعضی موارد می‌توان فرض کرد که مجموعه‌ای از سیستمهای مشابه ، یا جمعی از سیستمها ، آنرا در بر گرفته‌اند
 
سیر تحولی و رشد
 
زمانی که برابری حرارت با انرژی مکانیکی ، بطور قاطع محقق شد، موقع آن فرا رسید که کار دانشمند معروف «سادی کارنو» درباره قوانین مربوط به تبدیل شکلی از انرژی به شکل دیگر ، تصمیم یابد. نخستین گامی که در این جهت برداشته شد، توسط فیزیکدان آلمانی ، رودلف کلاسیوس

(Clausius)

و فیزیکدان انگلیسی ، لرد کلوین (Keluin) در نیمه دوم قرن نوزدهم صورت گرفت. این تلاشها به همین صورت ادامه یافت تا اینکه قوانین اساسی ترمودینامیک که بدنه اصلی و زیر بنای این علم را تشکیل می‌دهند، تدوین شد.
 

قوانین اساسی ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک

یک کمیت اسکالر به نام دما وجود دارد که خاصیتی است متعلق به تمام سیستمهای ترمودینامیکی (در حال تعادل) ، بطوری که برابری آن شرط لازم و کافی برای تعادل گرمایی است.
 

قانون اول ترمودینامیک

اگر سیستمی فقط به طریقه بی‌دررو از یک حالت اولیه به یک حالت نهایی برده شود، کار انجام شده برای تمام مسیرهای بی‌دررو که این دو حالت را به یکدیگر مربوط کنند، یکسان است

 

قانون دوم ترمودینامیک

 
 
 
هیچ فرآیندی که تنها نتیجه آن جذب گرما از یک منبع و تبدیل این آزمایشهای مربوط به گرما به کار باشد، امکان پذیر نیست. به بیان دیگر می‌توان گفت که امکان ندارد که تنها اثر یک ماشین چرخه‌ای آن باشد که بطور مداوم آزمایشهای مربوط به گرما را از جسمی به جسم دیگر با دمای بالا منتقل کند
 

قانون سوم ترمودینامیک

این قانون بیان می‌کند که ممکن نیست از طریق یک سلسله فرآیند متناهی به صفر مطلق دست یافت. به عبارتی رسیدن به صفر مطلق محال است. البته به نزدیکیهای صفر مطلق می‌شود رسید، اما خود صفر مطلق قابل دسترس نمی‌باشد.
 

ارتباط کمیات ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک

کمیتهای ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک هر سیستمی باید باهم ارتباط داشته باشند. زیرا آنها از دو راه مختلف ، وضعیت یکسانی را توصیف می‌کنند. بویژه ، باید بدانیم که کمیتهای ماکروسکوپیک را بر حسب کمیتهای میکروسکوپیک بیان کینم.
بعنوان مثال
فشار یک گاز ، عملا با استفاده از فشارسنج اندازه‌ گیری می‌شود، اما از دیدگاه میکروسکوپیک ، فشار مربوط است به آهنگ متوسط انتقال اندازه حرکت ملکولهای گاز که به واحد سطح فشارسنج برخورد می‌کنند. اگر بتوانیم کمیتهای ماکروسکوپیک را بر حسب کمیتهای میکروسکوپیک تعریف کنیم، قادر خواهیم بود قوانین ترمودینامیک را بطور کمی به زبان مکانیک آماری بیان کنیم
 

ارتباط ترمودینامیک با مکانیک آماری

توضیح علم ترمودینامیک به کمک علم انتزاعی‌تر مکانیک آماری ، یکی از بزرگترین دستاوردهای فیزیک است. علاوه بر این ، بنیادی‌تر بودن نکات مکانیک آماری ، به ما امکان می‌دهد که اصول عادی ترمودینامیک را تا حد قابل توجهی تکمیل کنیم.
 

چشم انداز ترمودینامیک

توصیف مشخصات کلی یک سیستم به کمک تعدادی از ویژگیهای قابل اندازه‌ گیری آن ، که کم و بیش توسط حواس ما قابل درک هستند، یک توصیف ماکروسکوپیک است. این توصیفها نقطه شروع تمام بررسیها در تمام شاخه‌های فیزیک هستند. اما در ترمودینامیک توجه ‌ما به داخل سیستم معطوف می‌شود، بنابراین دیدگاه ماکروسکوپی را اختیار می‌کنیم و بر آن دسته از کمیات ماکروسکوپی تأکید می‌کنیم که رابطه‌ای با حالت داخلی سیستم داشته باشند.

تعیین کمیتهایی که برای توصیف این حالت داخلی لازم و کافی هستند، به عهده آزمایش است. آن کمیتهای ماکروسکوپیکی که به حالت داخلی سیستم مربوط هستند، مختصات ترمودینامیک خوانده می‌شوند. این مختصات ، برای تعیین
انرژی داخلی سیستم بکار می‌آیند. هدف ترمودینامیک ، پیدا کردن روابط کلی این مختصات ترمودینامیکی است که با قوانین بنیادی ترمودینامیک سازگار باشند. سیستمی را که بتوان بر حسب مختصات ترمودینامیکی توصیف کرد، سیستم ترمودینامیکی می‌گویند

 
 
 

 

+ نوشته شده در  دوشنبه بیست و ششم شهریور 1386ساعت 21:42  توسط صادق فام | 

 

تاريخچه کوتاه ازالکتريسيته و مغناطيس


در شکل فوق خطوط نیروی مابین دو بار نا همنام نشان داده شده است همانطور که می بینید همواره خطوط نیرو از بار مثبت (کره سبز) درحال خارج شدن و به بار منفی در حال وارد شدن است

 

 

 

 

 

 

 

 

هانس کریستیان اورستد(1771-1851)

او با ازمایش فوق ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس را کشف نمود وی نشان داد وفتی یک قطب نما در زیر سیم حامل جریان قرار میگیرد از امتداد خود منحرف میشود درست مانند وقتی که در مجاورت اهن ربا می ماند.

 





 

اندره ماير امپر يکی از نوابغ دنيای فيزيک در سال ۱۷۷۵ در چند کيلومتری شهر ليون فرانسه ديده به جهان گشود و در سال ۱۸۳۶ در شهر مارسلز فرانسه رخت از جهان بربست.قانون امپراغازگر اکتشافات مهمی در عرصه مباحث الکترومغناطيس گرديد.
طبق این قانون در اطراف سیم حامل جریان

(i)

 خطوط میدان مغناطیسی

(B)

 وجود دارد


در شکل فوق سیمی را می بینید که از صفحه خارج شده و با علامت نقطه برونسو بودن ان جریان یا به عبارتی ان سیم مشخص شده است طبق دستور دست راست امپر اگر انگشت شست را در جهت جریان بگیریم جهت چرخش چهار انگشت جهت میدان را نشان می دهد.
البته شما با قرار دادن یک عقربه مغناطیسی در کنار هر سیم حامل جریان می توانید وجود میدان مغناطیسی را احساس کنید .محققان فیزیک زیادی سعی به ارائه نمایشهای مختلفی از قانون امپر داده اند در شکل گرافیکی فوق تصور اقای راب سالگادو به نمایش
درامده گویا فضای اطراف سیم حامل جریان مملو از از دو قطبی مغناطیسی است





 

کارل فردریش گوس (1777-1855)زیر تمثال گوس در مونیخ امده است:اندیشه او به ژرفترین راز عدد و فضا راه یافت.                                                                

 

 

Name/Topic Equation Explanation

قانون کولن

بين ذره باردار ميتواند نيروی جاذبه ويا دافعه يجاد شود.

ميدان الکتريکی

E = F/q0

نيروی وارد بر بار آزمون مثبت را ميدان الکتريکی گوييم

شار الکتريکی

F = EA cosq

به مجموع خطوط ميدان الکتريکی که ازواحد سطح عبور ميکند گفته می شود.

Gauss's law

قانون گوس:شاری که از درون سطح بسته عبور ميکند براب است با بار درون سطح تقسيم بر اپسيلن صفر

 

 

نقل از خیام

+ نوشته شده در  جمعه بیست و سوم شهریور 1386ساعت 10:36  توسط صادق فام | 

خواص نور لیزر و کاربردهای آن

از نخستین روزهای بررسی  تکنولوژی لیزر ، پی برده شد که نور لیزر خواص مشخصه ای دارد که آن را از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می کند. در این بخش ، به چگونگی ظهور این خواص از ماهیت فرایند لیزر می پردازیم و به اختصار مثالهایی را از چگونگی استفاده از آنها برای کاربردهای ویژه لیزر ، در نظر می گیریم. واضح است که چنین مباحثی باید بسیار گزینشی باشد و مثالهای ارائه شده در اینجا بیشتر برای نشان دادن تنوع و گوناگونی کاربردهای لیزر انتخاب شده اند تا هر دلیل دیگری.
از آنجا که نشر القایی ،‌فوتونهایی را با راستای انتشار دقیقاً یکسان تولید می کند، استفاده از پیکربندی آینه انتهایی به تقویت گزینشی باریکه محوری که تنها قطری در حدود m m  1 دارد منجر می شود. بدین ترتیب لیزر ، باریکه ای نازک و اساساً موازی از نور را که معمولاً دارای توزیع گاوسی از شدت است ، از آینه خروجی به بیرون نشر می کند.
 زاویه واگرایی باریکه مقداری در حدودm radian  1 است که در فاصله یک کیلومتری ، تنها قسمتی به عرض یک متر را روشن می کند، لیزرهای اکسی پلکس واگرایی باریکه کمتر از 200 میکرورادیان دارند. هرچند که میزان واگرایی باریکه در وهله نخست توسط حد پراش روزنه خروجی تعیین می شود ،‌ولی با ابزار اپتیکی مناسب می توان همین واگرایی اندک را به مقدار زیادی تصحیح کرد. به عنوان مثالی از اینکه باریکه لیزر تا چه حد قابل موازی سازی است، به این مطلب توجه کنید که می توان بازتابش نور لیزر را از روی بازتابنده هایی که فضانوردان طی ماموریت فضایی آپولو در سطح کره ماه کار گذاشتند، در زمین مشاهده کرد.
 همراستا سازی نوری یکی از کاربردهای بسیار برجسته موازی سازی و پهنای باریکه نازک لیزرها در صنعت سازه و نظارت بر آلودگی اتمسفر مورد استفاده قرارمی گیرد . در مورد اخیر، با بهره گیری از پهنای باریکه نازک لیزر است که امکان نظارت بر گازهای خروجی از دودکش کارخانه ها ، با تجزیه و تحلیل نور پراکنده ، از روی سطح زمین امکان پذیر می شود.

شدت:

شدت زیاد، خاصیتی است که بیش از سایر موارد همراه نور لیزر است و در حقیقت لیزرها بالاترین شدتهای شناخته شده روی زمین را ایجاد می کنند. از آنجا که لیزر باریکه ای موازی از نور را نه در تمام جهتها ، بلکه در راستای مشخصی نشر میکند، مناسبترین معیار شدت، تابیدگی است . از آنجا که انرژی در واحد زمان برابر توان است، داریم:
                                        سطح / توان I =  تابیدگی
با این حال در استفاده از این معادله باید تاکید کرد که منظور از «توان» ، توان خروجی لیزر است و نه توان ورودی آن.برای بررسی درست تابیدگی یک نوع لیزر، می توان به این نکته توجه کرد که شدت میانگین آفتاب روی سطح زمین به اندازه یک کیلووات بر متر مربع یعنی m W  10 است.
ابتدا یک لیزر قدرتمند  آرگون را که توانی در حدود W    10 در طول موج nm 488 نشر می کند، در نظر می گیریم. با فرض سطح مقطعی برابر mm 1 برای باریکه ،‌این مقدار باعث ایجاد تابیدگی              mW 10  = ( m 10 )/ (W 10) می شود . در واقع با متمرکز کردن باریکه تا رسیدن به حد پراش ناشی از ابزار اپتیکی متمرکز کننده ، می توان تابیدگی را افزایش داد. از این جنبه نیز نور لیزر به طور مشخصی خواص غیر عادی را نشان می دهد، به گونه ای که با متمرکز کردن آن می توان به شدتهایی دست یافت که از شدت خود منبع فراتر می رود.معمولاً امکان چنین چیزی برای منابع معمولی نور وجود ندارد. به عنوان یک اصل کلی ، حداقل شعاع باریکه متمرکز شده قابل قیاس با طول موج است، بنابراین در مثال فوق ، سطح مقطع m 10  غیر واقعی نیست و باعث ایجاد شدت متمرکز شده ای برابرmW10 می شود.
با این حال، در لیزرها که ابتدا انرژی را در اثر وارونگی جمعیت ذخیره می کنند و سپس آن را از طریق نشر یک تپ نور رها می کنند، یافتن بیشترین شدتهای خروجی نامنتظره نیست. اگر چه باید به یاد داشت که شدت پیک تنها برای زمان بسیار کوتاهی قابل حصول است.
 برای مثال یک لیزر یاقوت سوییچ شده مناسب که تپهای ns 25 (s 10  =   ns1 ) در طول موج nm 694 نشر می کند ، می تواند در هر تپ ، خروجی پیکی برابر GW 1 با باریکه پهنی به سطح مقطع mm 500 ایجاد کند. بدین ترتیب تابیدگی میانگین هر تپ تقریباً برابر W m 10 × 2 است که با تمرکز مناسب می توان دست کم آن را به اندازه 10 برابر افزایش داد. باید توجه کرد که در تمام این محاسبات تقریبی ، به طور ضمنی تصور شده است که درطول دوام هر تپ، مقدار شدت ثابت است. حال آنکه در حقیقت ، در ابتدا یک صعود و در انتها یک واپاشی مشخص وجود دارد، به بیان دیگر یک نیمرخ زمانی هموار در آنجا هست. از آنجا که شدت پیک حاصل از یک لیزر تپی به طور وارون با مدت تپ متناسب است، روشهای گوناگونی برای کاستن ازطول تپ وجود دارد تا شدت آن افزایش یابد.
اکنون به چند کاربرد لیزر بر اساس شدتهای زیاد، نگاهی کوتاه می اندازیم. یک مثال بسیار واضح در صنعت، همان برش و جوشکاری با لیزر است. در چنین مقاصدی به ویژه لیزرهای پرتوان کربن دیوکسید Nd:YAG و که تابش زیر قرمز دارند، مناسب اند. چنین لیزرهایی تقریباً هر نوع ماده ای را می توانند ببرند، هر چند در برخی موارد مانند چوب یا کاغذ برای جلوگیری از سوختگی باید فواره ای از گاز بی اثر به کار برده شود، از سوی دیگر، فواره اکسیژن باعث تسهیل برش فولاد می شود. برای مثال یک لیزر متمرکز در گستره mW 10 می تواند mm 3 فولاد را در تقریباً s  1، یا mm 3 چرم را درs  10، ببرد. کاربردهایی از این نوع را می توان در صنایع زیادی از هوافضا تا نساجی ، پیدا کرد و تنها در آمریکا، چند هزار سیستم لیزر برای این هدف به کار می روند.
یکی از نوید بخش ترین کاربردهای پزشکی در جراحی چشم است که تا کنون برای این منظور چندین روش بالینی به خوبی ارائه شده است. مثلاً، پارگی شبکیه را که باعث کوری موضعی می شود، می توان با« جوشکاری نقطه ای » توسط تپهای پرشدت نور حاصل از لیزر آرگون، با بافت نگه دارنده آن ( یعنی کورویید ) متصل کرد. مزایای بسیار زیادی برای استفاده از لیزر در چنین جراحیهایی وجود دارد ، روش لیزری تخریبی نیست و نیازی به بیهوشی نداردو با توجه به مدت کوتاه تپها ، نیازی به بی حرکت کردن طولانی چشم وطی درمان احساس نمی شود.


همدوسی:
همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر انواع نور متمایز می کند و بازهم این خاصیت ، نتنجه ماهیت فرایند نشر القایی است. اغلب، نور حاصل از منابع معمول گرمایی که توسط نشر خودبه خودی کار می کنند، به نور آشفته موسوم است، معمولاً در این موارد، هیچ همبستگی بین فاز فوتونهای گوناگون وجود ندارد و در اثر تداخلهای اساساً تصادفی بین آنها، افت و خیز محسوسی در شدت پدید می آید. در مقابل در لیزر، فوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می شوند، با سایر فوتونهای موجود در حفره، همفازند. مقیاس زمانی که طی آن همبستگی فاز برقرار می ماند، به عنوان زمان همدوسی شناخته می شود و از رابطه زیر به دست می آید:
                                                                                    tc  = 1/  u                  
که در آن u پهنای خط نشر است. طول همدوسی مستقیماً با این عامل ارتباط دارد.
                                                                                 tc = ctc
بنابراین ، دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله ای کمتر از طول همدوسی، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی یک مد خروجی حاصل از یک لیزر گازی ممکن است m  100 باشد، ولی این مقدار برای یک لیزر نیم رسانا ، تقریباً mm 1 است. اندازه گیری طول یا زمان همدوسی یک لیزر با طیف بینی افت و خیز شدت ، انجام می شود و وسیله مناسبی برای تعیین پهنای خط نشر فراهم می کند.
همان طور که در دو نمودار شکل 1. 11 نشان داده شده است، تابش آشفته و همدوس آمار فوتونی کاملاً متفاوتی دارند. این نمودار نشان دهنده توزیع احتمال یافتن N  فوتون در حجمی است که در یک متوسط زمانی، تعداد میانگین M را در خود دارد. نور آشفته در توزیع بوز ـ اینشتین صدق می کند:
                                         آشفته                  M/(M+1) = PN                                          
حال آنکه نور همدوس معمولاً در توزیع پواسون صدق می کند:
                                    همدوس Me / N = PN
هر چند اگر این دو نور، تابیدگی میانگین یکسانی داشته باشند (با  I V/hc u M  =  به M  ارتباط پیدا می کند )، بیشتر فرایندهای شامل برهم کنش نور و ماده نمی توانند تمایزی بین آنها قائل شوند، ولی در فرایندهای چند فوتونی چنین نخواهد بود.
بر خلاف انتظار، کاربردهای اندکی برای همدوسی لیزر وجود دارد، مهمترین کاربرد آن به اصطلاح، تمام نگاری است، که روشی برای تهیه تصاویر سه بعدی به شمار میرود. این فرایند شامل تهیه یک نوع تصویر ویژه ، به نام تمام نگاشت روی صفحه ای حاوی امولسیون مناسب عکاسی است بر خلاف بیشتر انواع متداول تصاویر عکاسی تمام نگاشت حاوی اطلاعاتی نه تنها پیرامون شدت بلکه در مورد فاز نور بازتابیده از موضوع نیز هست واضح است که با منبع نور آشفته نمی توان به چنین تصویری دست یافت. نورپردازی عکس، تصویر سه بعدی واقعی را بازسازی می کند. در حال حاضر یکی از مشکلات اصلی آن است که تنها امکان تهیه  تمام نگاشتهای تکفام وحود دارد، زیرا اگر برای تهیه تصویر اصلی از  گستره ای از طول موجها استفاده شود، اطلاعات مربوط به فاز از بین می رود، هر چند اکنون به راحتی می توان تمام نگاشت را در نور سفید به وضوح مشاهده کرد، ولی رنگهای این تصاویر تنها در اثر  تداخل به وجود می آیند و رنگهای اصلی جسم نیستند.

تکفامی:
آخرین مشخصه بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربردهای شیمیایی دارد. تکفامی اساسی آن است. این خاصیت از آن حقیقت منشا می گیرد که تمام فوتونها در اثر گذار بین دو تراز انرژی اتمی یا مولکولی مشابه، نشر می شوند و بنابراین تقریباً‌ فرکانسهای دقیقاً یکسانی دارند. با وجود  این، همواره گستره کوچکی از توزیع فرکانسها وجود داردکه ممکن است چندین فرکانس یا طول موج گسسته را در بر گیرد و باعث برقراری شرط موج ایستا شود.
نتیجه آن است که تعداد کمی از فرکانسها با فواصل اندک از یکدیگر، ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند، به طوری که برای رسیدن به تکفامی بهینه، باید وسیله اضافی دیگری را برای گزینش فرکانس در لیزر تعبیه کرد. معمولاً برای این کار از یک سنجه استفاده می شود که عنصری اپتیکی است که درون حفره لیزر قرار می گیرد و به گونه ای تنظیم می شود که تنها یک طول موج معین بتواند بین    دو آینه انتهایی، به طور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند. در لیزرهایی با خروجی پیوسته، تهیه پهنای خط نشر به کوچکی cm 1 ، کاری بسیار ساده است و در لیزرهای با فرکانس تثبیت شده، پهنای خط میتواند چهار تا پنج توان ده کوچکتر داشته باشد. عامل کیفیت Q   که برابر با نسبت فرکانس نشر شده u به پهنای خط Du است، یکی از عاملهای مهمی است که لیزر را توصیف می کند.
Q = u/Du              
بدین ترتیب، مقدار عامل Q به سادگی می تواند به بزرگی 10 باشد و این مقدار به وضوح از اهمیت زیادی در طیف بینی تفکیک بالا برخوردار است. اغلب متخصصان طیف بینی ترجیح می دهند که پهنای خط را بر حسب واحدهای طول موج یا عدد موج بیان کنند، که مورد آخر نشان دهنده تعداد طول موجهای تابش در واحد طول معمولاً‌ در سانتی متر، است (u=1/l) . روابط سودمند بین بزرگی پرامترهای مربوط به پهنای خط به قرار زیر است:
                  Dl=l/Q                                          
Du=Dl/l             
جداسازی ایزوتوپ زمینه مهم دیگری برای کاربرد فن تکفامی زیاد منبع لیزر است. از آنجا که مولکولهایی که از نظر محتوای ایزوتوپی با هم متفاوت اند، معمولا فرکانسهای جذب اندک متفاوتی دارند، با استفاده از لیزری با پهنای خط بسیار باریک، به طور گزینشی می توان مخلوطی از مواد را برانگیخت و سپس با وسایل دیگری جدا کرد. تمایل زیاد به استفاده از این کاربرد در صنایع هسته ای نامنتظره نیست.

منبع : سایت  http://www.prin.ir

+ نوشته شده در  شنبه هفدهم شهریور 1386ساعت 21:15  توسط صادق فام | 
كوارك در طبيعت

قبل از كشف كوارك توسط موراي ژل مان تصور مي‌شد كه پروتونها و نوترونها مانند الكترونهاغيرقابل‌تقسيم هستند، ولي اكنون مي‌دانيم نوكلئونها (پروتونها و نوترونها) تجزيه‌پذير بوده و از ذرات كوچكتري به نام كوارك تشكيل شده‌اند.
كوارك‌ها‌ هيچگاه در طبيعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارند. مزون‌هاي ? از يك كوارك و يك ضد كوارك تشكيل مي‌شوند، كه آنتي كوارك (ضد كوارك) با يك خط تيره افقي (علامت منفي) بالاي حرف مربوطه مشخص مي‌گردد. چون اين مزون‌ها از ماده و ضد ماده تشكيل مي‌شوند، خيلي سريع فرو مي‌پاشند. ايجاد ذرات متشكل از 2 كوارك يا به عبارت ديگر مزون‌ها البته ممكن است، ولي اين ذرات پايدار نيستند. برعكس گروههايي سه‌تايي يا به زبان ديگر پروتونها و نوترونها ساختارهايي بسيار پايدار هستند.

+ نوشته شده در  چهارشنبه چهاردهم شهریور 1386ساعت 19:14  توسط صادق فام | 

بهبود سطوح شیشه ای در مقیاس نانوبا استفاده از

 لیزر ضربه ای با طول موج nm 1064

 

     ما روشی را برای ساخت نمونه های در مقیاس نانو بر روی شیشه بوروسیلیکات با استفاده از لیزر نئودیمیم : ایتریوم – آلومینیم (NM1064-NS10) و با استفاده از یک نانو سیستمهای کروی ارائه می نمائیم . اعتقاد بر این است که جذب غیر خطی منطقه نوری ایجاد شده بین ذرات کروی نمونه و شیشه.دلیل اولیه برای ایجاد اشکال نانونی بر بستر شیشه است با تاباندن پرتوی اشعه لیزر از پشت نمونه شیشه . اثرات انعکاس به حداقل رسیده و برای طرح دادن و نقش دار کردن سطح . فقط از تقویت منطقه به طور مستقیم . به دلیل وجود ذرات کروی استفاده می شود . برای اثبات این امر . محاسباتی براساس تئوری پراکنش Mie صورت گرفت و اهمیت نتایج به دست آمده عنوان تابعی از زوایا و جهات پراکنش ارائه گردید. بنابراین اشکال در مقیاس نانو به دست آمده با این روش دارای قطرnm350 هستند و فاصله بین آنها حدودnm640 است که همانند اندازه ذرات کروی به کار رفته می باشد . پتانسیل بالای شیشه های بوروسیلیکاتی باعث شده که کاربرد وسیعی در زمینه بسته بندی و میکروتکنولوژیها مشابه طرحهای بیوشیمی و میکرونورها داشته باشد . علاوه بر پایداری شیمیائی . نوری و مکانیکی آنها . همچنین شیشه های بوروسیلیکاتی در فرایندهای همانندسازی (تکثیر) مقاومت و ثبات گره مکانیکی لازم را دارا می باشند این امر منجر به انجام تحقیقات بسیاری در مورد ویژگیهای پروسه مواردی الکتریک شده است 

     به طور کلی به دلیل ماهیت خنثی وبی اثرآنها بسیار مشکل است آنها را به وسیله متداولترین تکنیکهای ماشینی ایجاد نمودو ساخت . میکرو ماشینهای لیزری یک روش موثر برای تولید و ساخت ماشینی مواد  شیشه است . با این وجود جذب خطی برای شیشه ها بسیار کم و پایین است و آستانه جذب آنها نزدیک nm2310 می باشد . بنابر این در پروسه مواد شیشه ای از لیزرهای بسیارقوی uv وco2 بایستی مورد استفاده قرار گیرد . مکانیسم آسیب و صدمه توسط پالسهای  در حد نانو ثانیه به گرمای الکترونهای رسانس بوسیله پرتوی تابشی و انتقال این انرژی به شبکه مربوطه می شود. این صدمه از طریق انتقال حرارت ذخیره شده ناشی از ذوب شدن و به جوش آمدن ماده دی الکتریک رخ میدهد. جذب بسیار کم سطح مقطع مواد بین باندهای بزرگ به لیزری باشدت بالا احتیاج دارد تاجذب انرژی مناسبی رادر مواد برای جابجائی مواد ماکروسکوپی بوجود آورد . شدت حساسیت زیاد . به ایجاد ناحیه ای منجر می شود که شدیدا تحت تاثیرگرمابوده وتنش حرارتی ایجاد شده ممکن است حتی منجر به ترک خوردن شود. نهایتا اینکه انتخاب این تکنیک برای تکنولوژی میکروسیستم ها مناسب نمی باشد. یک روش قابل قبول برای غلبه بر این محدودیت به کار بردن پالسهای لیزر فوق تند برای پروسه می باشد. به دلیل کوتاه بودن مدت زمان پالس . زمان گرما دادن از زمان آرامش و استراحت الکترون فوتون کمتر میباشد. بدین وسیله پرتوی فضایی افزایش یافته و محدوده تحت تاثیر گرما به چند میکرو متر کاهش می یابدعلاوه بر این پی بردیم که پرتو افکنی لیزری مادون قرمز  femto secohd منجربه افزایشی در ضریب شکست در نقطه کانونی داخل شیشه ها می شود .      تکنیکهای دیگری نظیر iaser induced plasma –assisted ablation , laser induced backside etching  به تازگی برای ایجاد شیشه های شفاف مورد استفاده قرار می گیرد اما با استفاده از این روش به دلیل مکانیسم سایش و محدوده شکست و تجزیه کانون اشعه لیزر برای تولید و ساخت ترکیبها در مقیاس نانو روی بسته شیشه بسیار مشکل می باشد .

     به منظور غلبه بر محدوده شکست نزدیک منطقه سایش و برش توسط اشعه لیزر می تواند برای ساخت واقعی مورد استفاده قرار گیرد . یک روش شامل بکار بردن و روشن نمودن نوک یک میکروسکوپ تونلی  یا یک میکروسکوپ اتمی دارای لیزر پالسی می باشد . ساختارهای کمتر از 2 /λ را می توان به آسانی در بخش زیرین قسمت راس ایجاد نمود . روش دیگر رسوب تک لایه ای از ذرات کروی در مقیاس نانو روی سطح بسته  و با استفاده از تقویت و افزایش شدت . جهت ایجاد سوراخهای در مقیاس  نانو در بسته می باشد . اعتقاد بر این است که هنگامیکه اشعه لیزر از میان نانو ذرات کروی عبور کرد و به بسته می رسد باعث افزایش منطقه نوری به طور عمده به دلیل تاثیر منطقه نزدیک و پراکنش توسط ذرات کروی می شود . در این مقاله اشعه لیزر Nd   : ایتیریم . آلومینیوم . گارنت . (YAG) برای به عمل آوردن شیشه بوروسیلیکات به کاربرده می شود ازطریق فرستادن اشعه لیزر از پشت نمونه شیشه ما انتظار داریم که اثر پراکنش بر تغییرات سطح به حداقل  برسد . از تقویت و رشد منطقه توسط نانو ذرات کروی سیلیس (Sio2) بر سطح به منظور تولید نانو نمونه ها بر سطح بسته استفاده می شود. نمودار وضعیت آزمایشی در شکل یک نشان داده شده است.

     نمونه ای که به عنوان مدل بکار برده شده . شیشه بوروسیلیکات با ضخامت μm500 می باشد . یک سوسپانسیون کلوئیدی فقط از ذرات کروی سیلیسی با قطر nm 640 که توسط آب دی یونیزه رقیق شده روی نمونه شیشه بکار رفته ومنجر به خشک شدن می گردد. این ذرات  کروی بوسیله فرایند  خود جوش منظم شده

یک لایه شش وجهی بسته ای را تشکیل دهند. این امر از طریق مشاهده نمونه زیر میکروسکوپ دقیق الکترون (sem ) قابل تصدیق است . همان طور که در شکل 2 نشان داده شده است .

     از آنجا ئیکه شیشه بوروسیلیکات تا طول موج nm1064 شفاف است . اشعه لیزر تابشی می تواند از بسته شیشه عبور کرده . وسطح تحتانی ذرات کروی را روشن نماید چون اندازه ذرات کروی کوچکتر از طول موج لیزر است شدت نور تابشی افزایش یافته و اطراف ذرات کروی  یک هلال نورایجاد می گردد. ناحیه ناپایـــــدار به ناحیه بسیار کوچـــــــکی از اطراف ذرات کروی محدود شده و در جهت محورسست و ناپایـدار می شود. بعد از یک تک پالس j/cm2 3 ذرات کروی از بسته شیشه جداشده و نانو ساختارها بر سطح ایجاد می شوند همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است .

     میکروگرافهای sem آرایش متناوبی از حفره هائی به قطر nm 350 را روی سطح نشان می دهد. ساختمان ایجاد شده بطور شش وجهی مرتب شده اند و فاصله بین مراکز اشکال حدود nm 640 می باشد که برابر با قطر ذرات کروی بکاررفته است . این پدیده تشکیل اشکال در قسمت زیرین جایگاه ذرات کروی را تصدیق می نماید . این موضوع نشان می دهد که افزایش منطقه نور در نزدیک زمینه پراکنش می تواند باعث شود شدت واکنش چندین برابر واکنش اولیه بزرگ شود چون ضریب جذب خطی شیشه در طول موج آزمایش بسیار پایین است . مامعتقدیم شکل گیری مدل . به دلیل جذب غیرخطی مواد شیشه می باشد که با نور تقویت شده است . اگر چه مکانیزمهای فیزیکی برای اشعه های مادون قرمز با حساسیت نسبت به نور هنوز تحت برسی و تحقیق است . مامعتقدیم فرایند توسط فرایند جذب  چند فوتون آغاز شده و بنابراین وایستگی غیر خطی شدیدی را به شدت اشعه تابیده شده نشان میدهد این وابستگی به شدت . ویژگیهای نوری مواد را که انتشار نور تابشی را تحت تاثیر قرار می دهند. تغیرمی دهد. بخش انعکاس غیرخطی باعث بوجود آمدن لنز خودکار میشود که می تواند منجر به تخریب نوری گردد. بخش جذبی غیرخطی می توانند درشدت بالا شفافیت و انتقال را کاهش داد. باعث آسیب نوری در مواد می شود که دارای تابش کمتری نسبت به تجزیه دی الکتریک انتقال حرارت می باشند . همچنین وجود یک سطح. تقارن معکوس عامل نرمال را تا خط شکسته و فعل و انفعال و واکنش غیر خطی راممکن می سازد. تقویت منطقه ارزی ازچندین منبع ناشی میگردد. پراکندگی و اثرات نزدیک منطقه جزء مشاهداتی هستند که بخش قبلی هنگامی که اشعه لیزربرسطح فوقانی ذرات کروی تابیده میشود به اثبات رسیده است محاســــــبات انجام شده بر روی افزایش منطقه پیرامون ذرات کروی بیان می نمودکه اثرات متمرکز کردن و اثرات نزدیک یک منطقه هردو به یک میزان در اندازه و شکل اشکال تشکیل شده زیر ذرات کروی نقش دارند. اما زمانیکه نمونه ازپشت . پرتوافکنی شود. اثرات پراکنش به حداقل می رسد ما افزایش شدت را به دلیل پراکنش با استفاده از ذرات کروی دی ا لکتریک . براساس تئوریmie برای طول موج لیزر ذرات کروی سیلیسی nm 1064 و nm640 با ضریب شکست 39/1 محاسبه نمودیم. افزایش شدت به عنوان تابع زاویه پراکنش  درشکل 4 نشان داده شده است.

     محاسبات نشان میدهد که برای زوایای بین 90 و270 درجه بواسطه پراکنش. افزایش شدت قابل توجهی وجود ندارد. این بدان معنا است که در حدفاصل بین ذره کروی وبسته شیشه ای تقویت و افزایش منطقه بدلیل پراکنش نمی باشد. تقویت و افزایش منطقه نوری همچنین می تواند ناشی از اثرات تداخل سطح پشتی باشد به

دلیل تداخل امواج ورودی و امواج منعکس شده . شدت منطقه الکتریکی در پشت قطعه ای با جذب ضعیف ودارای n>1 بیشتر است بطوریکه آستانه شکست نوری از قسمت پشتی پاین تر است . برای شیشه سیلیکا و

 شیشه های بوروسیلیکات در nm  193 قبلا با سایش سطح پشتیکه توسط این شیشه هابه خوبی قابل جذب است  بیان شده است . علیرغم وجود تقویت در بخش پشتی . در آزمایشات انجام شده با لیزر nm 1064در غیاب ذ رات کروی در حالت مشابه هیچگونه آسیبی در اثر لیزر در این بخش (بخش پشتی ) مشاهده نگردید. در حالیکه در حضور ذرات کروی حتی برای شدت تابشی بسیار پایین اشکال واضحی . بسته به اندازه ذرات کروی در ابعاد نانو در بخش پشتی تشکیل می گردد. بطور خلاصه یک تکنیک ساده برای توسعه نمونه های نانو روی بسته شیشه ای بروسیلیکاتی استفاده از اشعه  nm  1064  نانو ثانیه لیزر   yag : nd   در این مقاله ارائه گردیده است . به دلیل وجود منطقه نوری تقویت یافته در اطراف ذرات کروی به نظر میرسد جذب غیرخطی پدیده قابل قبولی جهت تشکیل اشکال نانو باشد. منطقه نوری تقویت یافته حاصل تاثیر منطقه مـجاور است . از آنجائیکه اشعه لیزر از قسمت پشت نمونه تابیده می شود. اثر پراکنش کانون القائی در این امر حذف می گردد.                         

+ نوشته شده در  چهارشنبه چهاردهم شهریور 1386ساعت 18:54  توسط صادق فام | 
دانشمندان طریقه آشکارشدن بعد چهارم فضا را پیش بینی کردند
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

دانشمندان دو دانشگاه دیوک (Duke) و روتگرز(Rutgers) مدلی ریاضی را توسعه دادند که اخترشناسان را قادر میسازد تا یک تئوری 5-بعدی گرانشی جدید را امتحان نمایند. این تئوری با تئوری نسبیت عام اینشتین در رقابت میباشد.
این دو دانشمند، چارلز کیتون (Charles R. Keeton ) استاد فیزیک و اخترفیزیک، و آرلی پترز (Arlie O. Petters) استاد ریاضیات و فیزیک، کارشان را برپایه تئوری اخیری به نام مدل گرانشی راندال-سندرام نوع دوم (type II Randall-Sundrum gravity model ) بنا کرده اند.

 

  Scientists Predict How to Detect a Fourth Dimension of Space

این تئوری میگوید که جهان قابل رویت، پوسته ای (braneworld) است که در یک جهان بزرگتر جاسازی شده است. این دنیا (braneworld universe) پنج بعد دارد که 4 بعد فضایی بعلاوه یک بعد زمانی میباشند. از طرف دیگر در تئوری نسبیت عام 3 بعد فضایی و یک بعد زمانی وجود دارد. پیش بینی کیتون و پترز در مورد اثرات کیهانشناختی خاصی است که در صورت مشاهده باعث تایید تئوری braneworld میشود. این مشاهدات توسط ماهواره ای که چند سال دیگر به فضا پرتاب خواهد شد امکان پذیر میباشند.

مدل راندال-سندرام توسط دو فیزیکدان دانشگاه هاروارد و دانشگاه جان هاپکینز، به ترتیب لیزا راندال(Lisa Randall)  و رامان سندرام (Raman Sundrum) بوجود آمده است و توصیفی ریاضی از نحوه شکل دهی گرانش به عالم را بیان میکند که با آنچه که در تئوری نسبیت عام وجود دارد تفاوت دارد. در نسبیت عام سیاهچاله های کوچک بوجود آمده در عالم اولیه اکنون دیگر وجود ندارند و تبخیر گشته اند اما در این نظریه آنها هنوز هم وجود دارند و قسمتی از ماده تاریک (dark matter) را تشکیل میدهند. اینها را سیاهچاله های braneworld  مینامند. ماده تاریک چیزی است که نه نور را ساطع میکند و نه آن را بازتاب میکند اما عامل اثر نیروی گرانشی بر نور میباشد.

فضاپیمای Gamma-ray Large Area Space Telescope که در آگوست سال 2007 پرتاب میشود به دنبال این سیاه چاله ها میگردد و اگر ثابت شود سیاهچاله هایbraneworld  وجود دارند، آنگاه فضای چهار بعدی تایید خواهد شد.

 

+ نوشته شده در  چهارشنبه چهاردهم شهریور 1386ساعت 18:36  توسط صادق فام | 
تئوري ساخت ليزر CO2 :
 
اكنون پس از توضيحاتي كه در مورد ليزر ها و انواع آنها داده شد ، به بررسي ساخت يك نمونه از ليزر دي اكسيد كربن با جريان گاز مي پردازيم .
 
اجزاي سازنده ليزر CO2 با جريان گاز :
 
تيوپ ليزر
آينه هاي ليزر
منبع گاز CO2 و N2 و He
پمپ خلا
منبع ولتاژ بالا
آند و كاتد
سيستم خنك كننده
پيچ ها و پايه هاي تنظيم
 
در ادامه به برسي هريك از اجزاي ليزر به طور مجزا مي پردازيم و با ارائه آمار و ارقام و روش هاي پيشنهادي ، تئوري كاملي از ساخت ليزر CO2 با جريان گاز ارائه خواهيم داد .
 
 
  
 
 
نقشه هاي ليزر با جريان گاز :
نقشه سه بعدي ليزر
 
 
سيستم خلا و گازهاي ليزر :
همان طور كه در طرح ساخت بيان شد ، از سيستم جريان گاز با تخلي الكتريكي ولتاژ بالا استفاده مي شود. در ادامه نكات مهمي در مورد راه اندازي سيتم خلا و جريان گاز بيان مي شود
 
-     تمام هواي داخل لوله بايد تخليه شود . تخليه بايد تقريبا به طور كامل انجام شود چرا كه وجود هواي پس ماند در لوله باعث ضعيف شدن پرتوي خروجي يا عدم خروجي ليزر مي شود.
-     هر گونه آلودگي را از روي تيوپ ليزر پاك كنيد چرا كه ممكن است باعث اختلال در پرتوي خروجي شود . توجه شود كه برخي از مواد خلا مانند گريش و مواد پوشاننده درز ها مشكلي ايجاد نمي كند.
-         فشار گاز ليزر را به صورت تكي يا مخلوط ، چه در ابتداي كار و چه به هنگام عمل ليز كنترل كنيد .
 
درصد تركيب گاز ها در ليزر co2 به صورت زير است:
 
گاز ها
حجم (ليتر)
فشار (بار)
دي اكسيد كربن
16% تا 4%
 
 
7930 – 280
 
167 - 2400
نيتروژن
20% تا 10%
 
 
5664 – 200
 
2124 - 75
هليوم
به ميزان تعادل
 
 
2124 – 75
 
146 - 2100
 
با توجه به نقشه ساخت ليزر به صورت زير عمل مي كنيم .
ابتدا ورودي گاز ليزر را ميبنديم و سپس از طرف ديگر توسط پمپ تخليه كاواك را به طور كامل تخليه مي كنيم . منبع گاز را با توجه با جدول بالا پر ميكنيم و سپس آن را به ورودي كاواك متصل مي كنيم . سپس شير ورودي را باز كرده تا مخلوط گاز وارد كاواك شود به منظور برقرار كردن جريان گاز در طول كاواك بايد خروجي ليزر را به پمپ خلا متصل كنيم تا با مكشي كه ايجاد ميكند ، گاز در طول لوله جريان يابد .
راه ديگر براي ايجاد جريان گاز اين است كه خروجي كاواك را به يك مخزن خالي گاز با فشار كمتر از مخزن ورودي متصل كنيم . توجه شود كه بايد مسير جريان گاز در طول لوله از آند به كاتد باشد تا تخليه الكتريكي هم مسير با عبور جريان انجام شود . لوله هايي كه مخزن گاز و پمپ خلا را به ليزر متصل مي كنند بايد انعطاف پذير باشند . محل اتصال لوله ها به ليزر بايد كاملا عايق بندي شود تا هيچ گونه نشط به بيرون نداشته باشد و باعث افت فشار نشود .
 
 
تيوپ ليزر :
مهمترين قسمت ليزر co2 تيوپ آن مي باشد . تيوپ هاي ليزر را معمولا از جنس لوله تخليه پلاسما يا از جنس شيشه مي سازند . اما كاواك هاي شيشه اي مرسو تر هستند زيرا دست رسي و ساخت آنها آسان تر است .
بهترين شيشه به منظور ساخت كاوا ليزر ، شيشه پريكس نسوز است كه در مقابل تغيير دما مقاومت بالايي دارد . چرا كه سيستم ليزر با توليد گرماي زيادي همراه است.
با توجه به طرح ساخت ، طول تيوپ ليزر را 45 سانتي متر و قطر مقطع آن را 2.5 سانتي متر در نظر مي گيريم . جهت اتصال لوله هاي ورودي و خروجي گاز ، دو سوراخ در قسمتهاي ابتدا و انتهاي تيوپ ليزر تعبيه مي كنيم يا اينكه تيوپ را به هنگام ساخت به گونه اي مي سازيم كه قابليت اتصال دو لوله به ابتدا و انتهاي ان وجود داشته باشد. تيوپ ليزر ابتدا در يك لوله شيشه اي بزرگتر كه همان لوله سيستم خنك كننده است قرار مي گيرد و سپس بر رويه پايه هاي نگه دارنه ليزر محكم مي شود.
 
 
 
 
سيستم خنك كننده :
از انجا كه عمل ليز گرماي زيادي ايجاد مي كند و توان ليزر را تا حد زيادي كاهش مي دهد پس بايد به فكر راهي براي خنك كردن تيوپ ليزر و آينه ها باشيم.
يك روش خنك كردن سيستم استفاده از جريان گاز مي باشد . و روش ديگر استفاده از سيستم خنك كننده ي گردش آب مي باشد . به اين منظور بايد كاواك را در يك لوله شيشه اي بزرگ قرار دهيم . طرز كار به گونه اي است كه تيوپ ليزر در وسط لوله بزرگتر قرار دارد و آب از اطراف آن جريان مي يابد و آن را خنك مي كند. جهت اجاد جريان اب در سيستم خنك كننده بايد دو سوراخ در لوله شيشه اي بزرگ به منظور اتصال لوله هاي ورودي و خروجي آب تعبيه كنيم . و با اتصال آن از طريق لوله ها به يك پمپ ، آب را از يك مخزن درون لوله شيشه اي به جريان بيندازيم . جهت پمپ آب ميتوان از پمپ آكواريوم يا پمپ كولر هاي آبي استفاده كرد كه اب را از يك منبع به داخل سيستم خنك كننده جريان مي دهند.
در بستن لوله هاي آب و سيستم خنك كننده به هم سعي شود تا هيچگونه نشط آب به بيرون وجود نداشته باشد.
 طبق طرح طول لوله شيشه اي سيستم خنك كننده 30 سانتي متر و قطر آن 5 سانتي متر مي باشد .
 
 
 
 
آينه ها و نصب آنها در ليزر:
همانطور كه در قسمت تشديد كننده هاي نوري بيان شد براي افزايش توان ليزر و موازي كردن مسير بازتاب پرتوها در كاواك از آينه هايي با درصد بازتابش بالا استفاده مي شد تا فوتونها بتوانند بين دو آينه بازتاب كننده براي جلوگيري از تلفات به دليل جلوگيري از پراش در لبه هاي آينه ها از سيستمي استفاده مي شود كه در آن يك آينه تخت با در صد بازتابش تقريبا 100% و يك آينه مقعر با در صد بازتابش تقريبا 90%در دو طرف كاواك تعبيه شده باشد. با توجه به در صد بازتابش آينه مقعر با بازتابش 90% مي باشد.
از آنجا كه خروجي ليزرهاي co2 در محدوده 10.6 ميكرون است از قطعات اپتيكي مثل شيشه و يا كوارتز جهت ساختن آينه هاي ليزر نمي توان استفاده كرد .چون اين مواد در محدوده 10.6 جذب زيادي دارند بنابراين خروجي ليزر را به شدت كاهش مي دهند و در اثر گرماي زيادي كه در اثر فرايند جذب در آنها ايجاد مي شود ممكن است بشكنند يا ذوب شوند. بنابراين براي ساختن آينه هاي ليزر از موادي مانند ژرمانيوم – گاليوم - آرسنايد- سولفيد روي-  طلا و هالوژن ها مي توان استفاده كرد. در ميان اين آينه ها هالوژنها كمترين جذب را دارند ولي جذب رطوبت و نرم بودن آنها مشكلاتي را فراهم مي كند. آينه هاي فلزي با در صد بازتاب 100% نيز مي توانند براي استفاده در اين طول موجها مورد استفاده قرار گيرند.
ما در ساخت ليزر co2 با جريان گاز از آينه ژرمانيوم و طلا استفاده مي كنيم. به اين صورت كه آينه تخت را از جنس آينه ژرمانيوم و آينه مقعر را از جنس آينه طلا انتخاب مي كنيم.
 
  
 
تقريبا بيشترين هزينه در ساخت ليزر co2 مربوط به تهيه آينه هاست.
لازم به تذكر است كه آينه مقعر طلا كه مورد استفاده قرار مي گيرد داراي شعاع انحناي cm 120 بايد باشد در ضمن خروجي ليزر هم از همين آينه هاست.
نكته ديگري كه بايد هنگام تهيه آينه ها در نظر گرفت اين است كه آينه ها بايد از طرف جلوي آينه پوشش داده شده باشند يعني پوشش طلا يا ژرمانيوم بايد بر روسي سطح ِنه باشد نه پشت آينه.
در صورتي كه در تهيه آينه طلا با مشكل مواجه شديم مي توانيم از آينه آلومينيوم نيز استفاده كرد.
گاهي اوقات نيز در ساخت آينه ها سطح آينه را با استفاده از چند ماده مختلف با در صد بازتابش بالا در طول موجهاي متفاوت استفاده مي شود. ولي ضخامت پوش هر ماده بر روسي سطح آينه برابر با نصف طول موج نوري است كه آينه براي آن طراحي شده است.
در انتخاب آينه مقعر بايد توجه كرد كه شعاع انحناي آن بايد بزرگتر از طول كاواك ليزر باشد. در ادامه جدولي از آينه ها و اطلاعات مربوط به آن ارائه شده است.
 
 
نصب آينه ها و پيچهاي تنظيم:
نصب آينه ها به صورت ثابت ولي حركت در دو انتهاي كاواك ممكن است مشكلاتي از قبيل عدم موازي بودن پرتوها و يا ضعيف شدن توان خروجي ليزر براي ما ايجاد كند.
بنابر اين بهترين كار اين است كه آينه ها را بر روي پايه هاي متحرك با پيچ تنظيم نصب كنيم تا بتوانيم ان را به راحتي حركت داده و تنظيم كنيم. از انجا كه تهيه يك تنظيم كننده ايدهآل كه با سيستم خلا كاواك ليزر سازگار باشد بسيار هزينه بر است پس يك راهكار پيشنهادي ارائه مي كنيم.
مطابق شكل ارائه شده با دوقطعه فلز در ابتدا ، نگهدارنده اي براي آينه ها مي سازيم و براي تعبيه پيچ هاي تنظيم دو سوراخ در آنها ايجاد مي كنيم .براي اتصال اينه ها به كاواك خلا ، به ورقه اي از جنس آلومينيوم انعطاف پذير نياز داريم . فويل الومينيوم را به صورت زيگ زاگ مطابق شكل به صورت استوانه اي كه قطر سطح مقطع ان برابر با قطر كاواك است شكل مي دهيم و لبه هاي آن را توسط چسب قابل انعطافي مانند چسب آكواريوم به هم مي چسبانيم . سپس يك انتهاي استوانه انعطاف پذير ساختگي خود را به آينه مي چسبانيم و طرف ديگر آن را به كاواك ليزر . با قرار دادن پيچ هاي تنظيم مطابق شكل پس از چك كردن عدم نشط گاز به بيرون با روشن كردن ليزر ، آينه ها را تنظيم مي كنيم . لازم به ذكر است كه اين سيستم بايد براي هر دو آينه تخت و مقعر به كار برده شود .
 
 
 
 
تنظيم پرتوي خروجي:
 
جهت استفاده از پرتوي ليزر بايد قادر باشيم آن را در جهات مختلف هدايت كنيم.
قبل از هر چيزي بايد از موازي بودن پرتو هاي خروجي اطمينان حاصل كنيم. براي اين منظور كاغذي را از وسط سوراخ كرده به گونه اي در جلوي كاواك ليزر قرار مي دهيم كه محور مركزي گذرنده از كاواك هم راستا با سوراخ باشد. سپس با دستكاري پيچ هاي تنظيم آينه ها پرتوي خروجي از ليزر را به گونه اي تنظيم مي كنيم تا از مركز سوراخ عبور كند . اكنون ما يك دسته پرتوي مستقيم داريم . از قبل لازم به ذكر است كه به دليل نوع اينه هاي استفاده شده و سيتم بازتابش رفت و برگشت فوتون بين دو آينه پرتوي خروجي يك پرتوي موازي است.اكنون مي خواهيم پرتو را با قطر هاي متفاوت بر روي نقطه مورد نظر متمركز كنيم. جهت اين كار مي توان از سيستم عدسي هاي مركب استفاده كرد . چند نمونه از سيتم هاي عدسي مركب به منظور هدايت پرتو در شكل نشان داده شده كه باتوجه به انها مي توانيم با استفاده از عدسي هاي گوناگون با فاصله كانوني ها وشعاع هاي انحناي مختلف پرتوي خروجي را به گونه اي كه تمايل داريم هدايت كنيم .
 
 
 
 
نكته ي ديگر در تنظيم پرتوي خروجي استفاده از پهن كننده پرتو است . پهن كننده ها شعاع پرتو هاي نوري را افزايش داده و ما ميتوانيم با عبور دسته پرتوي گسترده تر از عدسي ، سطح كانوني كوچك تري بدست آوريم و پرتو را بيشتر متمركز كنيم .
 
 
راه ديگري كه در انتقال پرتو ها مفيد است استفاده از تارهاي نوري موج بر است كه مي توانند با قابليت انعطاف پذيري خود ، پرتو را به نقاط مختلف انتقال دهند.
اصولا اين تارهاي نوري داراي قطرهاي كوچك ، از جنس شيشه يا كوارتز هستند و داراي يك هسته مركزي با ضريب شكست بزرگتر از محيط اطراف خود مي باشند.پرتو نور قادر به حركت در داخل هسته مركزي به صورت زيگ زاگ به دليل بازتاب كلي از فصل مشترك هسته مركزي با جداره مي باشد.
متاسفانه اين روش براي طول موجهاي تا 1.6 ميكرون به كار مي رود . چون ميزان جذب براي طول موج هاي بزرگتر زياد است ، از اين روش براي انتقال پرتو در ليزر co2 نمي توان استفاده كرد .
 
 
ولتاژها:
همان طور كه قبلا نيز بيان شد ، دمش در ليزر هاي گازي از نوع تخليه الكتريكي است كه توسط ولتاژ هاي بالا انجام مي شود .از آنجا كه دمش در ليزر هاي co2 طي دو مرحله انجام مي شود ، بنابر اين ابتدا بايد توسط تخليه الكتريكي ولتاژ بالا اتم هاي نيتروژن را تحريك كنيم تا به حالت برانگيخته برسند و با انتقال انرژي خود به مولكول هاي co2 عمل ليز آغاز شود .
اوين حالت تحريكي ازت تقريبا در 0.3 الكترون ولت است . بنا بر تجربه براي شروع عمل ليز به 2 الكترون ولت انرژي نياز دارد .
لازم به ذكر است كه ليزر هاي co2 با جريانDC  يا جريان متناوب AC با فركانس خيلي پايين كار مي كند. البته جريان هاي AC در ليزر هايي استفاده مي شود كه به صورت ضرباني دمش مي شوند و خروجي ناپيوسته دارند .
در مورد ليزر هاي co2 ولتاژي را برابر با 10 تا 15 كيلو ولت DC به ازاي هر متر تخليه الكتريكي استفاده مي كنيم . كه حدود جريان الكتريكي ما بين 10 تا 15 ميلي آمپر است .
براي ايجاد جريان DC مي توانيم از يكسو كننده هاي جريان AC استفاده كنيم تا به ولتاژ آغازين 10 كيلو ولت برسيم .
در ليزر هاي co2 نياز نداريم كه از سيستم هاي ولتاژ بالا با قابليت تنظيم استفاده كنيم . اما استفاده كردن از چنين سيستمي كه قابليت تنظيم ولتاژ خروجي را داشته باشد براي تنظيم قدرت خروجي ليزر مناسب ست.چرا كه هر چه ولتاژ بالاتري به كار ببريم ، عمل ليز با قدرت بيشتري انجام مي شود.
ولتاژ بالاي اعمال شده به دو سر تيوپ ليزر اعمال مي شود ، يك ميدان يكنواخت در سر تا سر لوله ايجاد ميكند و الكترونها در اين ميدان شتاب مي گيرند و با برخورد به ديگر اتم ها آنها را تحريك مي كنند.
گاهي اوقات قبل از عمل تخلي گاز را كمي يونيزه مي كنند . اين عمل به كمك يك پالس ولتاژ بالا كه به يكي از الكترود ها اعمال مي شود يا به كمك ي سيم كوتاه كه به دور لوله پيچيده شده ، انجام مي گيرد . در اين روش هم الكترون ها و هم يون ها و هم مولكول هاي خنثي در محيط وجود دارند . الكترونهايآزاد توسط ميدان الكتريكي شتاب گرفته و به سمت آنود حركت مي كنند.
نكته اي كه به هنگام تنظيم ولتاژ مناسب در نظر مي گيريم اين است كه ولتاژ اعمال شده را از مرز 15 كيلو ولت آغاز ميكنيم . ولتاژ را اندك اندك افزايش ميدهيم تا يك باريكه نوري موازي و درخشان در مركز كاواك ليزر مشاهده شود . در چنين حالتي ولتاژ اعمال شده ولتاژ مناسبي است.
 لازم به ذكر است كه استفاده از ولتاژ هاي بالا به مراقبت بسيار زيادي نياز دارد .
از سيم هاي رابط عايق استفاده كنيد و هر جا كه سيم پوشش خود را از دست مي دهد آان را عايق كنيد . سيستم ولتاژ بالا و خود دستگاه ليزر بايد بر روي پايه هاي محكم و بدون لغزش نصب شده باشد تا از هر گونه لغزش و خطر احتمالي برخورد سيم ها جلو گيري شود.
 به هنگام كار كردن با چنين سيستمي بسيار دقت كنيد تا سيمهاي كاتد و انود 2 اينچ به ازاي هر 10 كيلو ولت از هم فاصله داشته باشند. تا از هر گونه جرقه زدن و اتصال كوتا اجتناب شود.
 
الكترود ها :
يكي از مهمترين اجزاي يك ليزر الكترود هاي آن مي باشد. همان طور كه قبلا نيز اشاره شد ، الكترود ها با آزاد كردن الكترون هاب اوليه نقش مهمي در شروع عمل ليز ، ايفا مي كنند . در ليزر هاي مختلف ، انواع متعددي از الكترودها استفاده مي شود. در ليزر هاي co2 به طور معمول از الكترود هايي از جنس آلو مينيوم استفاده مي شود. چراكه آلومينيوم داراي الكتونهاي ظرفيت مناسب جهت ازاد شدن توسط ولتاژ بالا مي باشد . همچنين از انجا كه سطح الومينيوم هميشه پوشيده از يك لايه اكسيد آلومينيوم است اين امر به ازاد كردن الكترون هاي بيشتري كمك مي كند. در طرح ليزر از ورقه هاي نازك و انعطاف پذير آلومينيوم براي ساخت كاتد و آنود استفاده مي كنيم . روش كار به اين صورت است كه درو قطعه ورقه الومينيوم با عرض 3 و طول 15 سانتي متر تهيه مي كنيم . سپس اين ورقه ها را به شكل استوانه هايي هم قطر با تيوپ ليزر يعني به قطر 2.5 سانتي متر لوله مي كنيم و در دو انتهاي تيوپ ليزر فرو ميكنيم . سپس يك سانتي متر از هر طرف را از لوله خارج كرده و بر روي خود تيوپ خم مي كنيم . پس از اتصال سيم هاي رابط جريان به ورقه هاي آلومينيوم ، آن قسمت از تيوپ را كه ورقه هاي آلومينيوم بر روي آن تا خورده به شدت عايق بندي مي كنيم تا از هرگونه تماس با آن ها غير ممكن شود . 
لازم به ذكر است ، سيتم آينه ها و پيچ هاي تنظيم كه قبلا توضيح داده شد بايد پس از عايق بندي الكترود ها و لوله كاواك به انتهاي ليزر متصل شود. چراكه اگر بدون عايق بندي عمل شود ، خطر برق گرفتگي وجود دارد.
 
محاسبه تقريبي توان ليزر :
 
ليزر هاي گونتگون با نوجه به سيستمي كه در ساخت آنها به كار برده شده از قبيل : نوع ماده ليزي ، طول كاواك ليزر ، روش هاي گوناگون دمش و نوع سيستم خنك كننده داراي توان هاي خروجي متفاوتي هستند.
براي محاسبه توان خروجي ليزر روش هاي گوناگوني وجود دارد كه بسياري از آنها حاوي فرمول هاي سخت و پيچيده است و نياز مند اطلاعات دقيقي از قسمت هاي مختلف دستگاه مي باشد .
در اينجا يك راه پيشنهادي و ساده جهت محاسبه توان تقريبي ليزر ارائه مي شود كه مي تواند مفيد باشد .
جهت محاسبه توان خروجي، پرتوي ليزر را به يك مايع كه ظرفيت گرمايي آن براي ما مشخص است مي تابانيم و در مدت زمان تابش ، تغييرات دمايي را اندازه مي گيريم . با محاسبه انرژي گرمايي مي توان توان خروجي ليزر را از رابطه معروف p=w/t بدست آورد . يكي از مناسب ترين مايعاتي كه مي توان از آن استفاده كرد آب مي باشد . چرا كه ظرفيت گرمايي آن مشخص است و به راحتي در دسترس مي باشد . اما براي محاسبه توان دقيق بايد ضريب بازتابش سطح آب را نيز به هنگام محاسبات در نظر بگيريم .چرا كه مقداري از پرتوي تابيده شده به سطح آب ، توسط سطح بازتابيده مي شود . استفاده از مايعاتي با ظريب بازتابش كمتر ، محاسبات را دقيقتر مي كند.
 
تلفات ليزر :
 
راه هاي متفاوتي براي اتلاف در ليزر وجود دارد كه به كاهش توان خروجي ليزر منجر مي شود . در زير به برخي از آنها اشاره مي شود كه تلاش براي رفع هر كدام از موارد ذكر شده باعث افزايش توان خروجي ليزر است .
-         جذب و پراكنده كردن نور توسط آينه ها .
-         پراش از لبه آينه ها .
-         عبور نور از آينه ها قبل از رسيدن به حد آستانه تابش .
-         پخش و پراكندگي پرتوها توسط ماده ليزري به دليل عدم يك نواختي ماده از نظر اپتيكي .
-         جذب ماده ليزري و گسيل تابش هايي كه مورد نظر ما نيست.
-     كاهش توان خروجي به دليل گرماي حاصله از عمل ليز كه ميتواند باعت بالا رفتن دماي آينه ها ، كاواك ليزر و يا الكترود ها شود .
-         كاهش توان خروجي به دليل عدم وجود خلا كامل در كاواك قبل از جريان دادن گاز درون كاواك.
تعدادي از عوامل اتلاف ذكر شده از جمله تلفات ناشي از گرم شدن سيستم و يا پراش از لبه هاي آينه ها قابل رفع است كه قبلا در مورد آنها توضيح داده شد . تعدادي ديگر از عوامل نيز با استفاده از مواد مناسب در ساخت ليزر قابل رفع است .
به طور كلي هر جه بيشتر بتوانيم در رفع عوامل بالا تلاش كنيم ، توان خروجي بيشتري خواهيم داشت .
 
ايمني ليزر :
 
بيشتر ليزر ها تابشي گسيل مي كنند كه با احتمال خطر همراه است . درجه خطرناكي ليزر به مشخصات خروجي ليزر ، طريقه استفاده و تجربه فردي كه از آن استفاده مي كند بستگي دارد .
از مشخصه هاي تابش ليزر جمع شوندگي پرتوي آن است . اين امر به همراه انرژي بالاي ليزر مي تواند انرژي زيادي به بافت هاي فيزيو لوژيكي بدن منتقل كند.از آنجا كه پرتو هاي ليزر داراي طول موج هاي متفائتي هستند ، مي توانند به بافت هاي مختلف بدن با توجه به قابليت جذب آنها آسيب برسانند . جذب تابش باعث افزايش دما مي شود و به قطع شدن اتصالات مولكولي مي انجامد .
يكي از آسيب پذير ترين قسمت هاي بدن تا آنجا كه به تابش ليزر مربوط مي شود ، چشم انسان است . اين امر به اين دليل است كه عدسي چشم ، پرتوي تابيده شده از ليزر را در ناحيه اي به شعاع حدود چندين برابر طول موج ليزر با چگالي بالاي انرژي متمركز مي كند .
ميزان خسارت به طول موج بستگي دارد به طوري كه تابش در نواحي ماورائ بنفش و مادون قرمز كه توسط قرنيه جذب مي شود ، باعث صدمه ديدن آن مي شود و جذب در ناحيه مريي باعث آسيب ديدن شبكيه مي گردد.
اين جذب ها توسط چشم مي تواند به سوختگي يا نقص بينايي منجر شود .
پوست مي تواند بيشتر از چشم مورد تابش قرار گيرد . پوست ممكن است در تابندگي سطح بالا تاول بزند و يا آسيب كمتري ببيند . در مورد پوست هم ميزان خسارت به طول موج تابش و ميزان جذب بستگي دارد به يژه در محدوده پرتوهاي ماورائ بنفش .
معمولا مكان هايي كه دستگاه هاي ليزر در آن ها قرار دارد ، با چراغ هاي اخطار و متوقف كننده هاي پرتو تجهيز مي شوند . در اين مكان ها از موادي كه بازتاب كننده پرتو هستند نيز استفاده مي گردد . به هنگا كار كردن با لبزر ها بايد از عينك هاي محافظ چشمي استفاده كرد و با توجه به اينكه در ليزر ها معمولا از مولد هاي ولتاژ بالا استفاده مي شود ، رعايت نكات ايمني در اين مورد نيز ضروري مي باشد .
 
 
منابع :
Sams FAQ in laser construction
Laser principle and application /J.Wilson – J.F Havaks
Laser miloni
+ نوشته شده در  سه شنبه سیزدهم شهریور 1386ساعت 0:17  توسط صادق فام | 

مغناطیس سلطان میدان ها

 

 

مغناطيس و الكتريسيته تاريخي طولاني و درازي دارند. الكتريسيته و مغناطيس ابتدا در قرن هشتم قبل از ميلاد مورد توجه يونانيان باستان قرار گرفتند. مهمترين عاملي كه موجب جذب و توجه مردم به الكتريسيته ومغناطيس شد، دو ماده طبيعي كهربا و كاني مگنتيت(سنگ مغناطيس) بود. كهربا، شيره برخي از درختاني است كه چوب نرمي دارند؛ هنگامي كه اين شيره از درخت بيرون مي آيد، پس از مدتي سفت مي شود. اين جامد سفت كه رنگي بين قهوه اي و زرد دارد، كهرباست. و اگر كهربا را به پارچه اي بماليم، باردار شده و مي تواند تكه هاي برگ يا كاغذ را جذب كند.

  سنگ مغناطيس، همان اكسيد آهن است؛ كه براده هاي آهن را جذب مي كند. سنگ هاي مغناطيسي مي توانند يكديگر را جذب كنند. و علت اين نامگذاري آنست كه اين سنگ در منطقه اي به نام "مگنزيا" يا  "مغناطيس" براي نخستين بار كشف شد. كه به ماهيت اين سنگ، مغناطيس گفته مي شود. اگر يك تكه از اين سنگ ها را بر روي آب شناور كنيم، جهت آن در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرد. همين خاصيت سنگ مغناطيسي سبب شد كه در قرون گذشته دريانوردان از آن بعنوان جهت ياب استفاده كنند.

  دموكريتوس، كه يكي از فلاسفه بزرگ باستان و بنيانگذار تئوري اتمي است، معتقد است كه ميان سنگ مغناطيسي جرياني از ذرات بسيار ريز به نام اتم وجود دارد. و در اين جريان هنگامي كه اتم به آهن يا سنگ مغناطيسي ديگر برخورد مي كند، در برگشت به سوي سنگ مناطيس، سبب مي شود كه آهن را به دنبال خود بكشاند. ويليام گيلبرت يكي از نخستين دانشمنداني است كه در زمينه مغناطيس دست به آزمايش ها و بررسي هاي اساسي كرد. او مشاهده كرد كه براده هاي آهن در اطراف سنگ مغناطيس در راستاي منظمي قرار مي گيرند. و همچنين سنگ مغناطيس در حالت آويزان يا حتي سوزن هاي آهني در حالت شناور در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرند. او چنين پنداشت كه علت اين امر آنست كه زمين يك سنگ مغناطيس بسيار بزرگيست كه اينگونه عمل مي كند. او براي اثبات نظريه خود، يك سنگ مغناطيس را به صورت يك كره بزرگ در آورد و سپس در اطراف و بر روي سطح اين كره، سنگ هاي مغناطيسي كوچك و براده هاي آهني قرار داد و مشاهده كرد كه اين براده ها در راستاي شمال-جنوب قرار مي گيرند.

 

 

 

  قبل از اينكه به بحث در مورد خطوط و ميدان مغناطيسي آهنربا و زمين بپردازيم، لازم است كه به قطب هاي مغناطيسي و خاصيت آن اشاره اي كنيم.

  در آهنربا يا همان سنگ مغناطيسي، دو ناحيه وجود دارد كه نسبت به ساير نقاط ديگر آهنربا، خاصيت جذب براده هاي آهن بيشتر و راستاي اين براده ها به سمت اين نواحي است. كه به اين دو ناحيه، قطب هاي مغناطيسي مي گويند. اگر آهنربا را شناور قرار دهيم، قطبي كه به سمت شمال است را قطب شمال يا شمال ياب، و قطب مقابل آن را قطب جنوب يا جنوب ياب مي گويند. پس هر ماده مغناطيسي از دو قطب شمال وجنوب تشكيل شده است. در مغناطيس مانند الكتريسيته، قطب هاي ناهمنام يكديگر را جذب و قطب هاي همنام يكديگر را دفع مي كنند. پس در خاصيت مغناطيسي، نيروي دفع وجذب نيز وجود دارد. آزمايش ها نشان مي دهد كه اگر در اطراف يك آهنربا، قطب نما يا سنگ هاي مغناطيسي كوچك قرار دهيم، نيروي حاصله از مغناطيس بر قطب هاي آن ها اثر گذاشته، به طوري كه قطب شمال قطب نما به سمت قطب جنوب آهنربا و بلعكس قرار مي گيرد. و اين نشان مي دهد، كه در نقاط اطراف آهنربا، نيرويي وجود دارد كه بر قطب هاي قطب نما وارد مي شود و آن را در راستاي مشخصي قرار مي دهد. كه به مجموعه اي از اين نيروها يا نقاط، ميدان مغناطيسي مي گويند. ميدان مغناطيسي اطراف آهنربا را توسط خطوطي نشان مي دهند كه اين خطوط قطب جنوب(S) را  به قطب شمال(N) وصل مي كند. و جهت اين

خطوط از شمال(N) به جنوب(S) است. خطوط ميدان مغناطيسي ويژگي هايي دارند كه عبارتند از:

 

1)      خطوط همانطور كه قبلا گفته شد راستاو جهتشان از شمال به جنوب است.

2)      خطوط يكديگر را قطع نمي كنند.

3)      تراكم خطوط در نزديكي قطب ها بيشتر از نواحي ديگر است و اين نشان دهنده آن است كه نيروي مغناطيسي در اين نواحي زياد است.

4)      برآيند نيروهاي مماس بر خطوط ميدان در يك نقطه برابر با نيروي مغناطيسي در آن نقطه است.

  اكنون به سراغ علت تاثير نيروي مغناطيسي بر براده هاي آهن مي رويم. مي دانيم كه الكترون در ساختار تمام اجسام وجود دارد كه الكترون ها  داراي دو قطب مغناطيسي مي باشند. بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه تمام اجسام از ذراتي تشكيل شده اند كه داراي دو قطب مغناطيسي هستند كه به اين ذرات، دو قطبي مغناطيسي مي گويند و به موادي كه داراي دوقطبي مغناطيسي هستند، مواد مغناطيسي مي گويند. البته لزومي ندارد كه بگوييم اين دوقطبي ها همان الكترون ها هستند بلكه اين دوقطبي ها ذرات بنيادي مغناطيس هستند همانطور كه از الكترون بعنوان بار بنيادي در الكتريسيته ياد مي كنيم. اين دوقطبي هاي مغناطيسي مانند يك آهنربا عمل مي كنند و در اطراف خود ميدان مغناطيسي توليد مي كنند. آهن نيز داراي اين دوقطبي هاي مغناطيسي است اما در آهن دو قطبي هاي مغناطيسي به گونه اي رفتار مي كنند، كه خاصيت مغناطيسي يكديگر را خنثي مي كنند. و هنگامي كه در يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند، بر اين دوقطبي ها نيروي مغناطيسي وارد مي شود، به طوري كه قطب شمال تمام اين دوقطبي ها در جهت خطوط ميدان قرار مي گيرند. و آهن ساختار ساختماني منظمي پيدا مي كند و به يك آهنربا تبديل مي شود. كه از آن مي توان بعنوان يك قطب نما استفاده كرد. اگر اين آهنربا را به دوقسمت تقسيم كنيم، اين آهنربا باز هم خاصيت مغناطيسي خود را حفظ مي كند، زيرا دوقطبي هاي مغناطيسي در يك جهت قرار دارند و اين دو قطبي ها عامل ايجاد خاصيت مغناطيسي در آهنربا هستند.

 

 

  سوالي كه پيش مي آيد اين است كه آيا فقط آهن تحت تاثير ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد؟ براي پاسخ به اين سوال برمي گرديم به مواد مغناطيسي كه از دو قطبي هاي مغناطيسي تشكيل شده اند در مواد مغناطيسي، حركت و رفتار دوقطبي ها به گونه اي است كه اثر ميدان مغناطيسي يكديگر را خنثي مي كنند. مواد مغناطيسي از نظر رفتار دوقطبي هاي مغناطيسي به سه دسته تقسيم مي كنند:

الف) مواد پارامغناطيس ب) مواد ديامغناطيس  پ) مواد فرومغناطيس

 

الف) مواد پارامغناطيس: موادي هستند كه حركت و جنبش دوقطبي هايشان راحت و آسان تر است. هنگامي كه اين مواد را در ميدان مغناطيسي قرار دهيم، بر دوقطبي هاي آن نيرو وارد شده و تعداد زيادي از آن ها در خطوط ميدان به طوري كه قطب هاي شمال در جهت خطوط قرار مي گيرند. و اين امر سبب مي شود كه اين مواد به يك آهنرباي قوي تبديل شود. اما چون حركت وجنبش اين دو قطبي ها سريع است، با برداشتن اين مواد از ميدان مغناطيسي، اين دوقطبي ها به سرعت از مسير خطوط خارج و به حالت كاتوره اي قبلي برمي گردند و اين مواد در خارج از خطوط ميدان به سرعت خاصيت مغناطيسي خود را از دست مي دهند. مانند آلومينيوم.

ب) مواد ديامغناطيس  : مواد ديامغناطيس موادي هستند كه اگر در ميدان مغناطيسي قرار بگيرند از آهنربا دفع مي شوند. در اين مواد برآيند گشتاور دو قطبي مغناطيسي صفر است و در واقع فاقد دوقطبي ذاتي هستند و هنگامي كه در ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند،  گشتاور دو قطبي در آن ها القا مي شود اما جهت اين دوقطبي هاي القا شده بر خلاف جهت ميدان مغناطيسي خارجي مي باشد و اين امر باعث مي شود كه ماده ديامغناطيس از ميدان مغناطيسي دفع شود. البته اين خاصيت در تمام مواد وجود دارد، و هنگامي اين خاصيت در مواد ظاهر مي شود كه خاصيت پارامغناطيسي آن ها ضعيف باشد.مانند: بيسموت.

پ) مواد فرومغناطيس : اين مواد مانند مواد پارامغناطيس است اما با اين تفاوت كه در اين مواد مجموعه اي از دوقطبي هاي مغناطيسي در يك جهت و راستا قرار دارند كه اين مجموعه ها در راستا و جهت هاي متفاوتي قرار دارند به طوري كه اثر ميدان يكديگر را خنثي مي كنند. كه به اين مجموعه از دوقطبي هاي مغناطيسي كه در يك استا قرار دارند، حوزه مغناطيسي مي گويند. هنگامي كه اين مواد در ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند، بر حوزه هاي مغناطيسي نيرو وارد مي شود و آن ها را در جهت ميدان قرار مي دهند. خاصيت مغناطيسي اين مواد به سرعت تغيير مسير اين حوزه ها و قرار گرفتن در جهت ميدان بستگي دارد. كه از اين لحاظ مواد فرومغناطيس را به دو دسته تقسيم مي كنند:

1)      مواد  فرومغناطيس نرم: در اين مواد سرعت تغيير حوزه ها بسيار آسان و سريع است و به همين خاطر در ميدان مغناطيسي اين حوزه ها به سرعت در جهت خطوط ميدان قرار مي گيرند و خاصيت مغناطيسي بسيار قوي بدست مي آورند. اما همينكه اين مواد را از ميدان دور كنيم، جهت اين حوزه ها به سرعت تغيير و به حالت كاتوره اي قبلي بر مي گردند. مانند آهن

2)      مواد فرومغناطيسي سخت: در اين مواد سرعت تغيير حوزه ها بسيار سخت و كُند است و همين كه در ميدان قرار مي گيرند، اين حوزه ها به كندي در جهت خطوط قرار مي گيرند و خاصيت مغناطيسي آن ها نسبت به  مواد  فرومغناطيس نرم ضعيفتر است؛ اما همين كه از ميدان دور مي شوند بر خلاف مواد  فرومغناطيس نرم خاصيت مغناطيسي خود را حفظ مي كنند.مانند آلياژ هاي نيكل.

  پس مواد پارامغناطيس و فرومغناطيس تحت تاثير ميدان مغناطيسي قرار مي گيرند و به يك آهنربا تبديل مي شوند.

  در قرن هيجدهم هانس اورستد نشان داد كه در اطراف سيم حامل جريان ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود و بعد ها آمپر و مايكل فارادي در اين زمينه دست به فعاليت هاي گسترده اي زدند. آن ها نشان دادند كه در اطراف يك سيم حامل جريان، ميدان مغناطيسي توليد مي شود و حتي موفق شدند كه روابط كمي آن را محاسبه كنند. بنابراين منبع توليد ميدان مغناطيسي عبارتند از:سنگ مغناطيس يا همان آهنرباي طبيعي و جريان الكتريكي. البته بعدها ماكسول نتيجه گرفت كه بر اثر تغيير جريان الكتريكي، ميدان مغناطيسي در فضا منتشر مي شود و همچنين براثر تغيير ميدان مغناطيسي، جريان الكتريكي در فضا توليد مي شود كه نتيجه اين، امواج الكترومغناطيسي است.

  و از طرفي تغيير ميزان عبور ميدان مغناطيسي از يك رسانا، باعث توليد جريان الكتريكي در همان رسانا مي شود. پس منبع توليد ميدان الكتريكي عبارتند از: اختلاف پتانسيل بين دو سر رسانا و تغيير شار(ميزان عبور ميدان) مغناطيسي است.

  پس مي توان اينگونه نتيجه گرفت كه الكتريسيته و مغناطيس باهم در ارتباطند و به جر‌‌أت مي توان گفت كه يكي بدون ديگري معني ندارد. چون وجود يكي باعث پيدايش ديگري مي شود.

    مي دانيم كه ذرات باردار تحت تاثير ميدان الكتريكي يا نيروي كولني قرار مي گيرند. اگر اين ذرات وارد ميدان مغناطيسي شوند تحت تاثير نيروي ديگري كه همان نيروي مغناطيسي است مي شوند. آزمايش ها نشان مي دهند كه ميزان انحراف ذره باردار به بزرگي ميدان، اندازه بار، سرعت و زاويه حركت ذره بستگي دارد. اگر اين ذره در راستاي خطوط ميدان حركت كند، هيچ نيرويي مغناطيسي بر آن وارد نمي شود. نيروي مغناطيسي بر راستاي حركت ذره عمود است و بر سرعت آن تاثيري نمي گذارد و فقط جهت بردار حركت آن را تغيير مي دهد. به همين دليل اگر ذره باردار وارد ميدان مغناطيسي شود حركت مارپيچي يا دايره اي خواهد داشت. اگر ذره به طور عمود بر راستاي خطوط وارد ميدان شود، چون اندازه سرعتش ثابت و نيروي وارده بر آن عمود بر جهت حركت است، شتاب مركز گرا خواهد گرفت و اين امر موجب مي شود كه ذره در ميدان يك مسير دايره اي داشته باشد. البته ذره باردار بر اثر حركتش مقداري از انرژي خود را به صورت امواج الكترومغناطيسي گسيل مي كند و انرژي آن كاهش و سرعتش كم مي شود و به همين خاطر شعاع حركت دايره اي آن در طي مدت زماني، كوچك و كوچكتر مي شود. و اگر به صورت غير عمود بر خطوط ميدان وارد شود، حركت مارپيچي خواهد داشت.

  همين خاصيت ذرات باردار در ميدان مغناطيسي سبب مي شود كه ما را از آسيب هاي ذرات باردار و پرانرژي كيهاني كه به زمين برخورد مي كنند، مصون نگاه دارد.

 

 

  در اطراف كره زمين ميدان مغناطيسي وجود دارد و طبق نظريه اي كه گيلبرت پيشنهاد كرد،  زمين يك آهنرباي بزرگي است كه قطب شمالش در قطب جنوب جغرافيايي و قطب جنوب مغناطيسي در قطب شمال جغرافيايي قرار دارد كه ميدان مغناطيسي در اين دو قطب نسبت به ساير نواحي ديگر كره زمين قوي تر مي باشند. ذرات باردار و پر انرژي كيهاني كه به سوي زمين مي آيند گرفتار ميدان مغناطيسي زمين شده و حركت مارپيچي به خود مي گيرند كه به اين منطقه، كمربند "وان آلن" مي گويند.اين ذرات با حركت مارپيچي خود به سمت دو قطب حركت مي كنند. اين ذرات با نزديك شدن به دو قطب بر اثر برخورد به لايه هاي بالايي جو قطب شمال و جنوب، مقدار زيادي از انرژي خود را ازدست مي دهند كه به صورت تابش آزاد و روشنايي را در دو قطب ايجاد مي كنند كه به اين روشنايي، شفق هاي قطبي مي گويند.

  علت ايجاد ميدان مغناطيسي در اطراف زمين و يا آهنربا بودن زمين، سوالي است كه ذهن دانشمندان را در طي چند ده مشغول كرده بود. نظريه اي كه توانست در توضيح علت ميدان مغناطيسي موفق ظاهر شود، را بيان مي كنيم:

در درون زمين فلزاتي نظير آهن و نيكل به صورت مذاب و گداخته وجود دارند كه در حال حركت و جنبش هستند. حركت اين مواد از هسته شروع شده و به نزديكي سطح زمين نزديك شده و دوباره به هسته و مركز زمين بر مي گردند. اين مواد مذاب با حركت رفت وبرگشتي كه دارند باعث پيدايش جريان الكتريكي در درون زمين مي شوند. از همين خاصيت الكتريكي مواد مذاب درون زمين، براي پيش بيني وقوع فوران آتشفشان يا زلزله استفاده مي كنند. جريان الكتريكي كه اين مواد مذاب ايجاد مي كنند، باعث پيداش ميدان مغناطيسي در اطراف زمين مي شود. خطوط ميدان مغناطيسي به اينگونه هستند كه از هسته به قطب جنوب جغرافيايي وصل و سپس از قطب جنوب به قطب شمال و از آنجا دوباره به هسته وصل مي شوند. و به اين گونه اين خطوط در اطراف زمين رسم مي شوند.

  قطب هاي مغناطيسي زمين بر روي قطب هاي جغرافيايي آن منطبق نيستند و امروزه حدود 11 درجه اختلاف دارند.

بررسي ها و مطالعه آثار نشان مي دهند كه ميدان مغنطيسي زمين ثابت نيست و تغيير مي كند. آثاري كه از روي سنگ هاي زمين بدست آمده حاكي از آنست كه ميدان مغناطيسي زمين به مدت حدود 800000 سال وارونه بوده و حدود 100000 سال دچار افت شديدي مي شود. علت اين امر آنست كه مواد مذاب و گداخته حركت رفت و برگشتي كاتوره اي دارند كه سرعتشان حدود 5 سانتي متر در روز است. و جابجايي اين مواد باعث تغيير جريان الكتريكي و درنتيجه ميدان مغناطيسي زمين مي شود. البته دانشمندان در تلاش هستند تا بتوانند به ساختار كاتوره اي تغيير ميدان مغناطيسي در آينده دست يابند.

+ نوشته شده در  دوشنبه دوازدهم شهریور 1386ساعت 23:41  توسط صادق فام | 
اصول كلي تابش ليزر: 
 
وقتي كه الكترون در يكي از مدارهاي مجاز يا حالت پايه قرار داردهيچ انرژي توسط اتم ساتع نمي شود . هر يك از اين مدار هاي مجاز به يك تراز انرژي معين يا حالت انرژي معين مربوط مي شوند. الكترونها و اتم ها با حركت از يك مدار با انرژي بالاتر (دور تر از هسته) به يك مدار با انرژي كمتر ( نزديكتر به هسته ) ، انرژي از دست مي دهند. اين انرژي به صورت يك فوتون با انرژي است.
در اتمها مدارهاي مجزا و متعددي وجود دارد و بنابر اين انتقالات مختلفي ممكن اسن انجام شود . از اين رو يك اتم انرژي هاي مختلفي را مي تواند گسيل كند . به طور كلي هر اتم تمايل دارد در حالت انرژي هاي پايين تر قرار گيرد از اين رو براي ايجاد طيف اتمي الكترونها را با تحريك كردن به تراز هاي بالاتر ميفرستند. اين عمل در لوله هاي تخليه و به كمك حرارت يا برخورد الكترونهاي ديگر و يا به كمك تابش با طول موجهاي مناسب انجام پذير است. هر طول موجي كه توسط اتم در حال تحريك گسيل شود، ميتواند توسط آن وقتي كه در تراز هاي پايين انرژي قرار دارد جذب شود . البته انرژي فوتون هاي برخورد كننده بايد خيلي نزديك به اختلاف انرژي بين دو تراز انرژي اتم درگير باشد. اين حالت را جذب تشديدي مي گويند.
اگر اتم در يك تراز پايين تر تحت تابش با فركانس  قرار بگيرد ، احتمال بسيار زيادي وجود دارد كه اتم با جذب اين فوتون تحريك شده و به تراز بالاتر برود. اين فرآيند را جذب برانگيخته مي گويند.
اتم بلافاصله (چند نانو ثانيه) بعد از تحريك شدن به تراز بالاتر انرژي مي رود و با گسيل فوتوني با انرژي به تراز پايين انرژي باز مي گردد . فرآيند گسيل پرتو مي تواند به دو صورت خود به خودي يا تحريكي انجام شود.
دو نكته در رابطه با گسيل تحريكي وجود دارد :
1 - فوتوني كه با گسيل برانگيخته توليد مي شود داراي همان انرژي و فركانس فوتون تحريك كننده است
2 - امواج نوري مربوط به هر دو فوتون هم فازند و داراي پولاريزاسيون مشابه هستند
به اين معني كه در اتمي كه به صورت برانگيخته مجبور به تابش نوري مي شود ، موجي كه باعث ايجاد فرآيند شده به فوتون اضافه مي شود به طوري كه يكديگر را تقويت مي كنند و دامنه هاي آنها افزايش ميابد . پس ما امكان تقويت نور به وسيله گسيل هاي تحريكي تابش را خواهيم داشت.
تابش هاي تحريك شده همدوس هستند. يعني همه امواج سازنده چنين تابش هايي هم فاز هستند .
اين فرايند با گسيل خود به خودي تفاوت اساسي دارد. چون در آنجا اتمها كاملا به صورت اتفاقي كسيل مي كنند  به طوري كه رابطه خاص فازي بين امواج وجود ندارد و اينگونه تابش ها غير همدوس هستند.
 
 
دمش:
فرآيند تحريك ماده ليزريبراي تغيير تراز و آزاد كردن انرژي را دمش مي گويند. عمل دمش از طريق چندين راه امكان پذير است از قبيل : دمش اپتيكي – دمش به كمك تخليه الكتريكي – دمش به كمك آزاد كردن انرژي شيميايي .
با توجه به ليزر هاي متفاوت و نوع ماده ليزري از روش هاي متفاوت دمش استفاده مي شود. به طو ر مثال در لبزر هاي گازي مانند ليزر CO2 از روش تخليه الكتريكي استفاده مي شود.
 
 
 
 
تشديد كننده هاي نوري:
براي داشتن پرتو خروجي از ليزرها و انرژي بهينه و با توان بالا نياز داريم كه پرتو هاي تحريك كننده جهت تحريك ماده ليزري و افزايش انرژي را تقويت كنيم.
در بيشتر حالات تقويت كلي توسط قرار دادن آينه هايي با درصد بازتابش بالا در دو انتهاي كاواك ليزر انجام مي شود . پرتوي نوري بيش از حدود 100 بار بين دو اينه رفت و برگشت مي كند و به اين ترتيب طول موثر ماده افزايش مي يابد. آينه ها تشكيل يك كاواك نوري يا تشديد كننده مي دهند و به همراه ماده فعال ليزري يك نوسان كننده مي سازند . آينه ها در اصل مانند يك بازخور نوري از ماده تقويت كننده عمل مي كنند. اساسا گسيل خود به خودي يك تغيير كوچك در فركانس عبوري از ماده ايجاد مي كند و آن را به دليل گسيل برانگيخته تقويت مي كند.
در برخورد با آينه هاي انتهايي اكثر انرژي به داخل كاواك باز مي گردد . اين نور تقويت شده مجددا با برخورد به آينه ديگر بيشتر تقويت مي شود و اين <رايند مدام تكرار مي شود. اين تغييرات تااين نوسانات به يك حالت پايدار برسند افزايش مي يابد . در اين حالت رشد دامنه امواج داخل كاواك افزايش مي يابد و هر انرژي كه به دليل گسيل برانگيخته ظاهر ميشود به عنوان خروجي ليزر منظور مي گردد.
تا اينجا فرض بر اين بود پرتوهايي كه بين دو آينه رفت و برگشت مي كنند موازي هستند . ولي در واقع اينطور نيست. به دليل اثرات پراش در لبه آينه ها يك باريكه كاملا موازي نمي تواند با اندازه محدود ابقا شود چون بخشي از تابش از كناره هاي آينه ها پخش مي شود و اين اتلاف ها در اثر پراش را مي توان با استفاده از آينه هاي مقعر و در عمل با آينه هاي با انحناي متفاوت و شكل هاي مختلف، بسته به نوع ليزر ، كاهش داد. به اينگونه سيستم ها كاواك پايدار گفته مي شود.
برخي از سيستمهاي كاواك پايدار در شكل زير نشان داده شده است.
 
 

 
كاواكهاي پايدار علاوه بر پايدار نگه داشتن پرتو ويژگي ديگري نيز دارند و آن تنظيم خروجي ليزر است. اين عمل به سادگي و با تغيير فاصله آينه ها و بدين ترتيب با تغيير دادن مقدار تابش در طرف آينه كوچكتر كه خروجي ليزر را مي سازد ممكن خواهد بود.
ليزر هاي واقعي :
در قلب هر ليزر ماده فعالي وجود دارد كه باعث ايجاد خروجي ليزر در باريكه اي از طول موجها است.در حقيقت ليزر ها با نام ماده فعال آنها شناخته مي شوند. به طور كلي ماده هاي متفاوتي به عنوان ماده فعال ليزري مورد استفاده قرار مي گيرد. به طور مثال اولين ليزر در سال 1960 با استفاده از كريستال صورتي ياقوت ساخته شد.
امروزه تعداد و انواع مواد استفاده شده به عنوان ماده فعال ليزري افزايش يافته است به طوري كه انسان احساس مي كند از هر ماده اي ميتواند با استفاده از روش دمش خاص براي ليزر استفاده كند.
به طور كلي ليزر ها را با توجه به نوع ماده فعال آن ها به چهار دسته اصلي تقسيم مي كنند:
 
1 - ليزر هاي آلائيده شده با عايق
2 - ليزر هاي نيمه هادي
3 - ليزر هاي گازي
4 - ليزر هاي رنگ
 
در اينجا به برسي ليزر هاي گازي مي پردازيم.
 
ليزر هاي گازي:
 
ليزر هايي را كه ماده فعال آنها گاز است ، ليزر هاي گازي مي گويند . ليزر هاي گازي معمولا حجيم هستند و و هر چه پر قدرت تر باشند ، اندازه آنها بزرگتر خواهد بود.
نكته مفيد در رابطه با ليزر هاي گازي اين است كه از آنجا كه گازها بسيار يكنواخت تر و همگن تر از جامدات هستند، مي توان براي پر كردن و خنك نمودن آنها از يك مدار بسته استفاده كرد.
از آنجا كه اتمها خطوط جذبي بسيار باريكي در گازها دارند ، تقريبا تقريبا غير ممكن است بتوان به كمك دمش نوري در آنها انرژي آزاد كرد. بنابر اين در ليزر هاي گازي از روش دمش تخليه الكتريكي استفاده مي شود.
ليزر هاي گازي خود به سه دسته تقسيم مي شوند:
1- ليزر هاي اتمي
2- ليزر هاي يوني
3- ليزر هاي مولكولي
 
با توجه به به نوع ليزر ، گزار ليزري بين دو تراز انرژي اتم و يو ن يا مولكول به وقوع مي پيوندد.
يكي از مهمترين انواع ليزر هاي گازي، ليزر مولكولي CO2 است .
 
ليزر CO2 (دي اكسيد كربن ) :
 
ليزر CO2 از مهمترين ليزر ها در نوع خود است و از نظر كاربرد فني آن را در زمره مهمترين ليزر ها دسته بندي مي كنند. اين ليزر با كارايي بالا (30%) و توان خروجي زياد و پيوسته حدود چندين كيلو ولت ساخته مي شود .
ليزر هاي دي اكسيد كربن كاربرد هاي زيادي در زمينه هاي مختلف از جمله جوشكاري ، برش استيل ، الگوبري ، جوش هسته اي و كاربردهاي متنوع نظامي دارند.
 
عملكرد ليزر هاي CO2 در توليد پرتو :
 
تحريك مولكول هاي CO2 در دو مرحله انجام مي گيرد. در ليزر هاي CO2 از گاز نيتروژن به عنوان گاز كمكي به منظور تحريك استفاده مي شود. بعضي تراز هاي نيتروژن كه كاملا نزديك به ترازهاي CO2 هستند به راحتي در تخليه الكتريكي دمش مي شوند . وقتي نيتروژن تحريك شده به اتمهاي  CO2 كه در حالت پايه قرار دارند برخورد كند ، ممكن است انرژي خود را به انها بدهد و آنها را تحريك كند و به تراز تحريكي مورد نظر CO2 بفرستد. ترازهاي نيتروژن و CO2 دقيقا بر روي هم منطبق نيستند ولي اختلاف آنها خيلي كم است .اين اختلاف با انرژي جنبشي اتمها در تبادل انرژي تقريبا جبران مي شود. اتمهاي CO2 تحريك شده با بازگشت به تراز خود انرژي آزاد كرده و يك فوتون ايجاد ميككند كه اين فوتون داراي طول موجي بين 9.2 تا 10.8 ميكرون است و قوي ترين طول موج آن طول موج 10.6 ميكرون مي باشد.
فوتون آزاد شده با توجه به جهت ميدان الكتريكي كه از آنود به كاتود است به طرف آينه حركت مي كند و با برخورد به آينه اي كه در سمت آنود قرار دارد منعكس شده با برخورد مجدد به مولكول هاي CO2 آنها را تحريك كرده و يك فوتون ديگر آزاد مي كند .
اين دو فوتون با برخورد مجدد به آينه ها و بازتابش خود فوتونهاي بيشتري ازاد مي كنند و اين عمل تا آنجا ادامه مي يابد كه روند توليد فوتون به يك مقدار پايدار برسد كه در آن موقع خروجي بهينه ليزر آغاز مي شود . لازم به ذكر است كه قبل از رسيدن به حد آستانه نيز از ليزر پرتو هايي خارج مي شود كه به دليل ضعيف بودن قرت چنداني ندارد و ناكارامد است.
 
دمش به روش تخليه الكتريكي :
 
همان طور كه بحث شد تحريك در ليزر هاي CO2 طي دو مرحله است كه ابتدا تحريك نيتروژن انجام مي شود.
در ليزر هاي CO2 تحريك به كمك تخليه الكتريكي با ولتاژ هاي بالا انجام مي شود. كاواك ليزر داراي كاتد و آندي از جنس آلومينيوم است . با اعمال ولتاژ بالا در قسمت كاتد ، الكترون هاي مربوط به لايه سطحي آلومينيوم و يا الكترونهاي مربوط به اكسيد روي سطح كاتد جدا شده و در جهت ميدان الكتريكي به سمت آند حركت مي كنند و در مسير خود به اتم هاي نيتروژن برخورد كرده و آنها را تحريك مي كنند و به تراز هاي بالاتر انرژي مي فرستند. اتمهاي نيتروژن نيز در بازگشت به تراز هاي قبلي خود انرژي خود را به مولكول هاي CO2 منتقل مي كنند و ان ها را تحريك مي نمايند و به همين روند پرتو ها تقويت شده تا خروجي ليزر آغاز گردد.
 
 
انواع ليزر هاي CO2 :
 
1 - ليزر با لوله بسته
2 - ليزر با جريان گاز
3 - ليزر هاي با تخليه عرضي در فشار اتمسفر ( TEA )
 
1 - ليزر با لوله بسته
 
در اين گونه ليزر ها گاز CO2 و نيتروژن در لوله هاي تخله قرار دارند. مشكلي كه براي اين ليزر ها وجود دارد اين است كهدر جريان تخليه الكتريكي مولوكول هاي CO2 به CO تبديل مي شوند . اين واكنش خيلي سريع است و اگر تمهيداتي به كار گرفته نشود ، عمل ليزر پس از چند دقيقه متوقف مي شود.
يكي از راهها اين است كه هيدروژن يا بخار آب به مخلوط گاز اضافه كنيم تا با تركيب مجدد CO را به CO2 تبديل كند.
سرد كردن گاز در اين گونه ليزر ها از ديگر مشكلاتي است كه مي تواند توان ليزر را به 100 وات محدود كند .طرح هاي لوله بسته خيلي مرسوم نيستند ولي در طرح حاي موجبر ب كار برده مي شوند . در موجبر ها ابعاد داخلي لوله كوچك (در حد ميليمتر ) است و موجبر دي الكتريك را به وجود مي آورد . كيفيت پرتوي عالي و خروجي نسبتا زياد با توجه به قطر هاي كوچك لوله بدست مي آيد .
تحريك به كمك ميدان الكتريكي قوي يا ميدان RF كه به داخل ماده موجبر هدايت مي شود انجام مي گيرد.
ليزر با لوله بسته
 
ليزر موجبر
 
 
 
2 - ليزر هاي با جريان گاز:
 
دو مشكل تجزيه CO2 و سرد كردن گاز را مي توان با حركت دادن گاز در سر تا سر لوله برطرف كرد .در طرح هاي ساده جريان گاز و تخليه الكتريكي هر دو در سر تا سر لوله ليزر انجام مي شود. اگر اقدامي براي تبديل گاز انجام نشود ، گاز بايد به طور مداوم به بيرون جريان يابد. ولي از آنجا كه فشار گاز پايين است مقدار گاز مصرفي زياد نخواهد بود. توان خروجي ين ليزر ها به طور خطي با افزايش طول لوله افزايش مي يابد . حدود 60 وات به ازاي هر متر . ولي براي توان هاي بيشتر از چند كليو ولت به طول هاي بزرگ نياز داريم .
 
 
افزايش ماكزيمم توان خروجي ، با جريان عرضي و سريع ممكن خواهد بود .تخليه الكتريكي را نيز مي توان هم جهت با جريان گاز انجام داد . اين طرح امكان توان تا حدود ده ها كيلو ولت و به صورت مداوم را ممكن مي سازد . خروجي هاي بيشتر نيز امكان پذير است اما ابعاد بزرگ ليزر و منابع تغذيه مورد نياز ، كاربرد آِن را در صنعت با مشكل رو برو مي كند.
 
 
3 - ليزر هاي با تخليه عرضي در فشار اتمسفر ( TEA ):
 
تا كنون براي افزايش توان خروجب ليزر CO2 طول تيوپ و سرعت جريان گاز را افزايش داديم . اما يك راه ديگر براي افزايش توان ليزر افزايش فشار است .
متاسفانه با افزايش فشار به ولتاژ هاي بزرگي براي تخليه الكتريكي و تحريك دي اكسيد كربن نياز است و تجهيزات مورد نياز عظيم مي باشد . لذا در اين روش تخليه در لوله هاي به طول چند متر مشكل خواهد بود . از طرفي تخليه الكتريكي عرضي براي حدود 10 ميليمتر يا اين حدود قابل قبول تر است . عمل ليزر به طور مداوم به دليل عدم پايداري تخليه در فشار هاي بالاتر از 100 ميليمتر جيوه مشكلاتي به همراه خواهد داشت .بنابر اين ليزر هاي با فشار گار بالا بايد به صورت ضرباني كار كنند و به صورت عرضي تخليه شوند .چنين ليزر هايي با تخليه عرضي در فشار اتمسفر ، (TEA) ناميده مي شوند . گرچه فشار گاز ممكن است متغير و حدود چند اتمسفر باشد ،اما توسط اين ليزر ها مي توان ضربان هايي با توان بالا و دوره هاي حدود 50 نانو ثانيه و با انرژي 100 ژول به دست آورد .
در فشار هاي خيلي بالا و حدود 10 اتمسفر ، بخورد هاي مولكولي باعث پهن كردن خطوط طيف ليزر شده و تنظيم ليزر را روي طول موج هاي مختلف مقدور مي سازد.
 
 
+ نوشته شده در  دوشنبه بیست و نهم مرداد 1386ساعت 8:49  توسط صادق فام | 

7 مارچ 2007 - دانشمندان در کمپانی NEC موفق شدند سرعت یک شعاع نور را به بالاتر از سرعت حرکت عادی نور برسانند و یکی از ثابتهای فیزیک که تا کنون تغییر ناپذیر به Image Hosting نظر میرسید را زیر سوال ببرند. آنها در این آزمایش، یک پرتو نور از میان یک محفظه اتمی سزیم (cesium عنصر 55 جدول عناصر شیمیایی) که مخصوص این آزمایش تدارک دیده شده بود عبور دادند. این پرتو نور 62 نانو ثانیه (میلیاردم ثانیه) زودتر از آنچه در شرایط عادی انتظار میرفت، به انتهای محفظه رسید.

به گزارش این آزمایشگاه: "تجربه ما با نسبیت خصوصی اینشتاین (Einstein) مغایرتی ندارد، اما نشان میدهد که تصور عمومی و نادرستی که میگوید هیچ چیز نمیتواند سریعتر از نور حرکت کند، صحت ندارد".

"این قانون میتواند تنها در مورد مواد دارای جرم ساکن صحت داشته باشد. نور میتواند به شکل موج به نظر برسد و فاقد جرم است، در نتیجه سرعت نور در محیط خلا به این قانون محدود نمیشود".

این محفظه مخصوص تا بیشترین حد ممکن نزدیک به صفر مطلق ( 273.15 - درجه سانتیگراد) سرد شده است. ترکیب سرما با سزیم موجب شده که پرتو نوری با تعریف جدید به وجود آمده و با سرعتی بیش از 299,337.98 کیلومتر در ثانیه حرکت کند.

+ نوشته شده در  دوشنبه بیست و نهم مرداد 1386ساعت 8:44  توسط صادق فام | 
گروهي از دانشمندان روباتيك كره جنوبي، ربات آلبرت اينشتن را ساختند  
 
 
 
 

گروهي از دانشمندان روباتيك كره جنوبي كه از يكسال قبل پروژه ساخت روباتي شبيه به " آلبرت انيشتن" را آغاز كرده بودند، اين روبات را در اسپانيا به نمايش عموم گذاشتند. اين روبات كه " آلبرت هوبو " نام دارد و بسيار شبيه به آلبرت انيشتن است را تيم پروفسور " جون هو اوه " از موسسه فناوري برتر كره جنوبي ساخته است. اين روبات كه در روزهاي اخير در والنسياي اسپانيا به نمايش عموم گذاشته شده است، مي تواند راه برود، صحبت كند، بخندد و به كمك ۶۶ موتور حركتي كه دارد، حركات رزمي " تاي – چي " انجام دهد. اين روبات كه همانند يك روبات انسان نماي عادي بوده و از نظر ظاهري شباهت بسياري به " آلبرت انيشتن " دارد، با ديدن مردم مي گويد: "سلام. من آلبرت هوبو هستم. من از كره جنوبي آمده ام و از اينكه در والنسيا هستم بسيار خوشحالم." اين روبات هوشمند ۴ فوت و ۵ اينچ قد دارد و در كسوي سيستم عامل "ويندوز ايكس پي" عمل مي كند.

+ نوشته شده در  دوشنبه بیست و نهم مرداد 1386ساعت 8:42  توسط صادق فام | 

جوشكاري و برشكاري با استفاده از اشعه ليزر از روشهاي نوين جوشكاري بوده كه در دههاي اخير مورد توجه صنعت قرار گرفته و امروزه به خاطر كيفيت ، سرعت و قابليت كنترل آن به طور وسيعي در صنعت از آن استفاده مي شود .به وسيله متمركز كردن اشعه ليزر روي فلز يك حوضچه مذاب تشكيل شده و عمليات جوشكاري انجام مي شود .
اصول كار و انواع ليزرهاي مورد استفاده در جوشكاري :
به طور عمده از دو نوع ليزر در جوشكاري و برشكاري استفاده مي شود : ليزرهاي جامد مثل Ruby و ND:YAG و ليزرهاي گاز مثل ليزر CO2 . در زير اصول كار ليزر Ruby كه از آن بيشتر در جوشكاري استفاده مي شود توضيح داده مي شود . اين سيستم ليزر از يك كريستال استوانه اي شكل Ruby (Ruby يك نوع اكسيد آلومينيوم است كه ذرات كرم در آن پخش شده اند . ) تشكيل شده است . دو سر آن كاملا صيقلي و آينه اي شده و در يك سر آن يك سوراخ ريز براي خروج اشعه ليزر وجود دارد . در اطراف اين كريستال لامپ گزنون قرار دارد كه لامپ فوق براي كار در سرعت حدود 1000 فلاش در ثانيه طراحي شده است . لامپ گزنون با استفاده از يك خازن كه حدود 1000 بار در ثانيه شارژ و تخليه شده فلاش مي زند و هنگامي كه كريستال Ruby تحت تاثير اين فلاش ها قرار بگيرد اتمهاي كرم داخل شبكه كريستالي تحريك شده و در اثر اين تحريك امواج نور از خود سطع مي كنند و با باز تابش اين اشعه ها در سطوح صيقلي و تقويت آنها اشعه ليزر شكل مي گيرد . اشعه ليزر شكل گرفته از سوراخ ريز خارج شده و سپس به وسيله يك عدسي بر روي قطعه كار متمركز شده كه بر اثر برخورد انرژي بسيار زيادي در سطح كوچكي آزاد مي كند كه باعث ذوب و بخار شدن قطعه و انجام عمل ذوب مي شود .
محدوديت ليزر Ruby پيوسته نبودن اشعه آن است در حاليكه انرژي خروجي ان بيشتر از ليزر هاي گاز مانند ليزر CO2 است كه در آنها اشعه حاصله پيوسته است، از ليزر CO2 بيشتر به منظور برش استفاده مي شود و از ليزر ND:YAG بيشتر براي جوشكاري آلومينيوم استفاده ميشود .
از انجا كه در اين روش مقدار اعظمي از انرژي مصرف شده به گرما تبديل مي شود اين سيستم بايد به يك سيستم خنك كننده مجهز باشد .
در جوشكاري ليزر دو روش عمده براي جوشكاري وجود دارد : يكي حركت دادن سريع قطعه زير اشعه است تا كه يك جوش پيوسته شكل بگيرد و ديگري كه مرسوم تر است جوش دادن باچند سري پرتاب اشعه است .
در جوشكاري ليزر تمامي عمليات ذوب و انجماد در چند ميكروثانيه انجام مي گيرد و به خاطر كوتاه بودن اين زمان هيچ واكنشي بين فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از اين رو گاز محافظ لازم ندارد .
طراحي اتصال در جوشكاري ليزر : بهترين طرح اتصال براي اين نوع جوشكاري طرح اتصال لب به لب مي باشد و با توجه به محدوديت ضخامت در آن مي توان ازطرح اتصال هاي T يا اتصال گوشه نيز استفاده نمود .
مزاياي جوشكاري ليزر :
- حوضچه مذاب مي تواند داخل يك محيط شفاف ايجاد شود ( باعكس روشهاي معمولي كه هميشه حوضچه مذاب در سطح خارجي آنها ايجاد مي شود ) .
- محدوده بسيار وسيعي از مواد را مانند آلياژها با نقاط ذوب فوق العاده بالا ، مواد غير همجنس و ... را ميتوان به يكديگر جوش داد .
- در اين روش ميتوان مكان هاي غير قابل دسترسي را جوشكاري نمود .
- از آنجا كه هيچ الكترودي براي اين منظور استفاده نمي شود نيازي به جريانهاي بالا براي جوشكاري نيست .
- اشعه ليزر نياز به هيچگونه گاز محافظ يا محيط خلايي براي عملكرد ندارد .
- به خاطر تمركز بالاي اشعه منطقه HAZ بسيار باريكي در جوش تشكيل ميشود .
- جوشكاري ليزر نسبت به ساير روشهاي جوشكاري تميز تر است .
محدوديت ها و معايب جوشكاري ليزر :
سيستم هاي جوشكاري ليزرنسبت به ساير دستگاههاي سنتي جوشكاري بسيار گران هستند و در ضمن ليزرهايي مانند Ruby به خاطر پالسي بودن اكثر آنها از سرعت پيشروي كمي برخوردارند ( 25 تا 250 ميليمتر در دقيقه ) . همچنين اين نوع جوشكاري درراي محدوديت عمق نيز مي باشد .
موارد استفاده اشعه ليزر :
از اشعه ليزر هم به منظور برش و هم به منظور جوشكاري استفاده مي شود . اين نوع جوشكاري در اتصال قطعات بسيار كوچك الكترونيكي و در ساير ميكرو اتصال ها كاربرد دارد . از اشعه ليزر ميتوان در جوش دادن آلياژها و سوپر الياژها با نقطه ذوب بالا و براي جوش دادن فلزات غير همجنس استفاده نمود . به طور كلي اين روش جوشكاري براي استفاده هاي دقيق و حساس استفاده ميشود . از اين روش ميتوان در صنعت اتومبيل و مونتاژآن براي جوش دادن درزهاي بلند استفاده نمود.

منبع : انجمن مهندسي ساخت و توليد ايران

+ نوشته شده در  شنبه سیزدهم مرداد 1386ساعت 17:51  توسط صادق فام | 
دانش اپتيک و ليزر پيشرفتهاي فراواني در دهه‌هاي اخير داشته است. با توجه به آينده درخشان و کاربردهاي روزافزون آن، تربيت کادر متخصص که آشنا به زير بناهاي نظري و مسلط به مباني عملي باشند، لازم به نظر مي‌رسد.
دوره کارشناسي مهندسي اپتيک و لیزر به منظور آموزش مباني علمي اپتيک و کاربرد آن در تجهيزات اپتيکي، اپتوالکترونيکي و لیزري تدوين شده است. در فن آوري پيشرفته و بويژه در صنايع دفاعي، توليد، انتشار و بکارگيري نور، آشکارسازي آن در نواحي مختلف بينایي و برهمکنش نور باماده مسائل مهم به شمار مي‌آيند.
در اين راستا به متخصصيني که بتوانند همکاري لازم را در طراحي و محاسبات ساخت و نگهداري تجهيزات اپتيکي، اپتوالکترونيکي و ليزري بعهده گيرند، به شدت احساس مي‌شود
+ نوشته شده در  شنبه سیزدهم مرداد 1386ساعت 17:50  توسط صادق فام |