مقالات مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس

مقالات مرتبط با مغناطیس و الکترومغناطیس عقربه قطب نما هنگام باز نمودن درب آن ، آزاد شده و حول محور خود ميچرخد و سپس به علت نيروي مغناطيسي كره زمين هميشه در يك جهت معين كه همان قطب شمال مغناطيسي است مياستد و آن را به ما نشان ميدهد.

http://www.geocities.com/i_am_relax2004/compass.jpg

عقربه مذكور هيچگاه اشتباه نميكند مگر آنكه در نزديكي اشياي آهني يا فولادي و يا كابلي قرار گرفته باشد . بنابراين ، هنگام استفاده از قطب نما بايستي مطمئن شويم كه از اشياي انحراف دهنده آن ، بطور كلي دور است.

كاربردهاي قطب نما

به كمك قطب نما ميتوانيم گراي مغناطيسي كليه امتدادهاي مورد نظر را اندازه گرفته و با در دست داشتن گراي مغناطيسي يك امتداد ، جهت يابي بكنيم .

در كشتي ها و هواپيماها براي جهت يابي از آن استفاده ميشود.

در صنايع نظامي كاربرد وسيعي دارد از جمله ديدهبانها در مناطق عملياتي به كمك آن جهت يابي ميكنند.

در صنايع مخابرات ، كارهاي پژوهشي و ساختمان قبله نماها به كار برده مي شود.

قطب نماي پيشرفته

قطب نماهاي پيشرفته كه بيشتر در صنايع مخابرات و امور نظامي به كار برده ميشوند، مجهز به سلولهاي شب نما ميباشند كه حتي در تاريكي شب عمل جهت نمايي را صورت دهند. اين نوع قطب نماها در دوربينهاي دو چشمي نظامي ، تانكها ، نفربرها و حتي در ساختمان برخي خودروهاي پيشرفته نيز به كار مي رود .

از قطب نماهاي پيشرفته در اندازه گيري طول جغرافيايي و عرض جغرافيايي محل نيز استفاده ميكنند كه در نقشه خواني ، پياده سازي عمليات نظامي ، ديده باني در مناطق جنگي و ... نقش تعيين كننده دارند.

نقش ميدان مغناطيسى در حفاظت از كره زمين



ميدان مغناطيسى زمين همانند پوست پياز كره خاكى ما را در برگرفته است. توفان هاى خورشيدى آن را مورد حمله قرار داده و موجب بروز توفان هاى الكتريكى در آن مى گردند. اين توفان ها نيز متعاقباً بر روى سيستم هاى الكتريكى زمين اثر مى گذارد. اگر چه ميدان مغناطيسى زمين كره خاكى ما را از توفان هاى خورشيدى و تشعشعات فضايى حفظ مى كند اما متاسفانه اين ميدان مغناطيسى به تدريج در حال ضعيف ترشدن بوده و عواقب حاصل از آن مايه نگرانى كارشناسان امر است.

چندى پيش رسانه هاى گروهى از وقوع انفجارات شديد در خورشيد (در منظومه شمسى) خبر داده و متذكر شدند در اثر اين انفجارات، تشعشعات خطرناكى وارد جو زمين شده و ذرات الكتريكى باردار آن براى همگان مضر خواهد بود. در اين گزارش ها از قطع ارتباطات راديويى در سراسر جهان، از كار افتادن ماهواره ها و سيستم هاى برق رسانى سخن مى رفت. اين نگرانى ها همه بحق بودند. پس از انفجارهاى شديد خورشيدى كه 14 سال پيش صورت گرفتند ابرى از ذرات باردار پرانرژى ( اين ذرات باردار در زبان فيزيكدانان، پلاسما ناميده مى شود) با قدرتى 1700 بار بيشتر از روزهاى معمولى، به سوى سياره ما وزيدن گرفت. در آن زمان دانشمندان از اين بيم داشتند كه اگر توفان حاصل از اين ذرات پر انرژى به ميدان مغناطيسى زمين برسند، در ميدان مغناطيسى، شدت جريان الكتريكى آنچنان زياد خواهد بود كه تقريباً تمامى فيوزهاى سيستم هاى الكتريكى از كار خواهند افتاد. خوشبختانه اين فاجعه عظيم به وقوع نپيوست. تنها برخى از فركانس هاى راديويى دچار اشكال پخش شدند و كار بعضى از ماهواره ها به صورت موقت و از روى احتياط متوقف شد.

كارشناسان به اين نتيجه رسيدند كه ميدان مغناطيسى زمين، سپر دفاعى نامريى ما در برابر توفان هاى خورشيدى و تشعشعات فضايى بوده است. با اين وجود نقش پروتون ها و ذرات آلفا در اين تشعشعات و همچنين نقش ميدان مغناطيسى زمين هنوز هم معماهاى بسيارى را در خود نهفته دارند.

اما اصولاً چرا كره زمين از دو قطب مغناطيسى برخوردار است؟ چه چيزى باعث مى شود كه زمين همانند يك ميله مغناطيسى عظيم، آن طور كه همه ما آ ن را از كلاس هاى درس فيزيك مى شناسيم، عمل كند؟ چرا عقربه يك قطب نما هميشه جهت شمال و جنوب مغناطيسى را بر روى زمين نشان مى دهد؟ (اين مسئله هزاران سال پيش توسط چينى ها كشف شد.)

شايد بد نباشد توضيح دهيم كه حتى تا قرن شانزدهم ميلادى هم بسيارى از مردم معتقد بودند كه يك كوه عظيم مغناطيسى در شمال زمين وجود دارد.

متخصصان رشته هاى فيزيك و زمين شناسى تنها چند دهه پيش بود كه تئورى ديگرى را ارائه كردند و اين تئورى تازه، چهار سال پيش در انستيتوى تحقيقاتى شهر كارلسروهه مورد تائيد قرار گرفت. طبق اين تئورى تقريباً 95 درصد از ميدان مغناطيسى زمين از طريق يك ماشين دينام يا در حقيقت ژنراتورى كه با كمك اثر مغناطيسى، انرژى الكتريكى توليد مى كند، در ماده مذاب قشر بيرونى هسته زمين كه كلاً از آهن تشكيل شده است توليد مى شود. در اين قشر، جريان هايى به وجود مى آيند كه بر اثر چرخش كره زمين شكلى مارپيچ به خود مى گيرند. آزمايش هاى انجام گرفته نشانگر آنند كه اين جريان هاى مارپيچ، واقعاً يك ميدان مغناطيسى را به وجود مى آورند. ميدان مغناطيسى درونى زمين بر جريان هاى الكتريكى خارجى در يونوسفر جو زمين اثر گذاشته و به اين ترتيب در برابر توفان هاى خورشيدى و تشعشعات زيان آور ذرات الكتريكى نقش حفاظ را بازى مى كند.

البته اين ميدان مغناطيسى همانند ميدان مغناطيسى زمين كه دائماً ضعيف تر مى شود، از يك ثبات دائمى برخوردار نيست. علاوه براين، بررسى سنگ هاى كره زمين نشان مى دهد كه پس از بروز يك چنين ضعفى در ميدان مغناطيسى زمين، تقريباً هر 750 هزار سال يك بار، محل قطب هاى شمال و جنوب مغناطيسى تغيير مى كند. اما براساس محاسبات كنونى اين تغيير محل قطب هاى مغناطيسى زمين حدوداً 500 سال ديگر انجام خواهد گرفت. اينكه علت اين پديده چيست و آيا به اين خاطر، آن طور كه برخى از محققان معتقدند، آب وهواى كره زمين تغيير خواهد كرد يا اينكه اصولاً بقاى حيات بر روى كره خاكى ما با خطر مواجه مى شود، هنوز مشخص نيست.
__________________

چرا ميدان مغناطيسي زمين عوض مي شود؟


ميدان مغناطيسي يا آهنربايي كره زمين در حال ضعيف شدن است. اگر اين كاهش در شدت ميدان با همين اهنگ به پيش رود ظرف 1200 سال آينده قطب نماهاي سراسر دنيا از كار خواهند افتاد تا مدتي به طرف همه جا ولي در واقع هيچ جا منحرف خواهند شد. سپس به آهستگي پس از گذشت دهها يا صدها سال بار ديگر همراستا خواهند شد اما اين بار به سمت جنوب.
نتيجه اين مي شود كه ميدان مغناطيسي زمين وارونه خواهد شد اين اتفاق پسشتر نيز بارها روي داده است. زمين شناسان در سنگ هاي مغناطيسي چندين ميليون ساله قرايني يافته اند كه اين را تاييد مي كند. روشن است كه اين پديده بيانگر مطلب بسيار مهمي درباره هسته دروني زمين است.اما پرسش اينجاست كه اين مطلب مهم چيست؟ هسته زمين از آهن و نيكل تشكيل شده كه بخش عمده اي از انها به حالت گداخته وجود دارد اين مايع فلزي پيوسته در جنبش است و اين جنبش به نحوي جريانهاي الكتريكي به وجود مي اورند كه ميدان مغناطيسي زمين را ايجاد مي كنند. جزئيات اين فعاليت فلزي گداخته و تغييراتي كه در ميدان مغناطيسي زمين بوجود مي اورد هنوز روشن نشده است برخي از سرنخ هايي كه درباره رويدادهاي درون زمين در اختيار داريم از بررسي ساختار بيروني اين ميدان بسيار گسترده بدست آمده اند اين ميدان زمين را در محاصره خود دارد و تا صدها هزار كيلومتر در فضا ادامه دارد. ميدان مغناطيسي را مي توان به صورت مجموعه اي از خط هاي فرضي تصور كرد كه در فضا از قطب جنوب در جنوبگان تا قطب شمال در كانادا قوس مي زند و سپس در درون هسته زمين ادامه مي يابد تا بار ديگر از قطب جنوب سر در آورد. ميدان مغناطيسي زمين همواره نابسامان است. قطب هاي مغناطيسي زمين 11 درجه با قطب هاي جغرافيايي زمين فاصله دارند در اين ميدان پيچش ها و خميدگي هايي وجود دارد كه در آن نواحي ممكن است جهت عقربه قطب نما حتي تا 20 درجه از شمال حقيقي فاصله داشته باشد. دريانوردان اين نواحي را از قرن يازدهم هجري تا كنون نقشه برداري كرده اندتا مبادا قطب نماهايشان آنان را از مسير واقعي منحرف كند. از روي نوشته هاي آنان در ميابيم كه شدت ميدان مغناطيسي زمين افت و خيز بسيار زيادي دارد.و سالانه در حدود 20 كيلومتر به طرف غرب جابجا مي شود در نظر دانشمندان امروزي اين بدان معناست كه مايع گداخته هسته زمين با سرعتي در حدود نيم ميليمتر در ثانيه در حركت است. يعني در روز تقريبا مسافتي برابر نصف طول زمين فوتبال را مي پيمايد. زمين فيزيكدانان در مقياس گسترده تر با بررسي مغناطيس هايي كه در گدازه هاي منجمد باستاني محبوس شده اند ردپاي ميدان مغناطيسي زمين را 30 تا 50 ميليون سال گذشته دنيبال كرده اند همچنانكه سنگ ها گداخته مي شوند اتم هاي آهن موجود در آنها تمايل مي يابند با راستاي ميدان مغناطيسي ان دوره همراستا شوند. اين مدارك نشان مي دهد كه در گذشته ميدان مغناطيسي زمين در فاصله هاي زماني نامعين از 30 هزار سال گذشته تا 1 ميليون سال وارونه شده است. ميدان از اين رو به آن رو مي شود. يعني در مدت نزديك به 100 هزار سال ضعيف مي شود و سپس در جهت ديگر افزايش مي يابد.
بسياري از زمين شناسان كه درباره علت وارون شدن ها بررسي مي كنند اكنون معنقدند كه ميدان مغناطيسي ضعيفي كه بر سطح زمين مي سنجيم ( آن قدر ضعيف كه آهنرباي نعلي شكل اسباب بازي هم 100 برابر از آن نيرومند است) تنها مشتي از خروار است. بخش عمده از فعاليت مغناطيسي زمين در هسته آهني و نيكلي آن صورت مي گيرد برابر مقبول ترين توضيحي كه براي اين مساله ارائه شده و به نظريه دينامو معروف است بخشي از ميدان كه در هسته زمين امتداد دارد در مايع باردار و گداخته آن محبوس شده و با چرخش زمين كشيده مي شود. درنتيجه به طور مستقيم از هسته نمي گذرد بلكه بارها دور هسته پيچيده مي شود تا مانند دسته اي از كش هاي محكم تشكيل خطوط شار نيرومندي را بدهد. بنابر اين نظريه جريان همرفتي فلز گداخته كه از اعماق هسته بالا مي آيد حلقه هاي كوچكي از اين ماده مغناطيسي دور هم پيچيده را به سطح مي راند كه از اينجا به فضا امتداد مي يابند و تشكيل ميدان آشنايي را مي دهد كه مي سنجيم. سپس يك بار ديگر به درون هسته شيرجه مي روند و سخت دور هسته پيچيده مي شوند بدين ترتيب ميدان خود را نگه مي دارند. در اين فرضيه درباره اينكه چه چيزي ممكن است باعث وارونه شدن ميدان شود چنين استدلال مي شود كه طبيعت غير قابل پيش بيني جريان همرفتي كه نقش دارد. اگر در يك نقطه چند حلقه بيشتر از نقطه ديگر جمع شود ذره هاي ميدان كه به سطح مي رانند در جهت مخالف حلقه مي زنند. احتمال ديگر آن است كه اين وارونه شدن ها به هيچ وجه كاتوره اي و تصادفي نيست. و اگر اطلاعات كافي داشتيم مي توانستيم آن ها را پيش گويي كنيم و شايد بر همكنش هاي الكترومغناطيسي مايع جوشان درون زمين چندان پيچيده اند كه وارونگي تصادفي به نظر مي رسد اگر چنين باشد شايد روزي دانشمندان بتوانند به ما بگويند كه وارونگي بعدي چه هنگام رخ مي دهد اما اكنون تنها كاري كه مي توانيم بكنيم اين است كه قطب نماهايمان را تماشا كنيم و حدس بزنيم در دل گداخته زمين چه مي گذرد

الکترودینامیک
نگاه اجمالی
الکترو مغناطیس یکی از شاخه‌های فیزیک است که مباحث مربوط به بارهای الکتریکی ساکن و متحرک ، میدانهای الکتریکی و مغناطیسی را مورد بحث قرار می‌دهد. اما در این بحث بیشتر مفاهیم فیزیکی و توصیف کیفی این پدیده‌ها مورد توجه قرار می‌گیرد. و تا حد امکان از توصیف کمی این موارد که به ریاضیات عالی نیاز دارد، خودداری می‌شود. بنابرابن توصیف کمی پدیده‌های فوق در الکترودینامیک انجام می‌گیرد. می‌توان گفت که الکترو‌دینامیک نسبت به سایر علوم تقریبا یک علم تازه است که در کمتر از یکصد سال اخیر بوجود آمده است.

تاریخچه
هر چند کهربا و مغناطیس طبیعی برای یونانیان شناخته نشده بودند ، با وجود این الکترو‌دینامیک در مقام یک موضع کمی تنها در کمتر از یکصد سال رشد پیدا کرد. آزمایشات قابل ملاحظه کاوندیش در زمینه الکترو استاتیک از 1771 تا 1773 انجام شدند. تحقیقات ماندگار کولن در سال 1785 شروع به چاپ شدند. این کار شروع تحقیق کمی در الکترسیته و مغناطیس را در مقیاس جهانی مشخص کرد. پنجاه سال بعد از آن فارادی مشغول مطاله اثرات نظریه دینامیکی میدان‌های الکترومغناطیسی منتشر کرد. بیست و چهار سال بعد هرتز کشف خود را در مورد امواج الکترومغناطیسی عرضی که با سرعتی مشابه با سرعت نور انتشار می‌یابد به چاپ رسانید و با این کار نظریه ماکسول را در یک وضعیت کاملا آزمایشی قرار داد.

سیر تحولی و رشد
از دهه 1960 یک انقلاب واقعی در درک ما از نیروهای اساسی و اجزا تشکیل دهنده ماده صورت گرفته است.


در دهه 1990 الکترودینامیک کلاسیک در مقابل جبهه‌ای از توصیف وحدت یافته ذرات و بر همکنشهای که به عنوان مدل استاندارد نامیده می‌شود، ساکن مانده بود، مدل استاندارد یک توصیف کوانتوم مکانیکی منسجم از برهمکنشهای الکترومغناطیسی ، ضعیف و قوی بر اساس اجزاء اصلی ، بعضی کوارکها و لپتونها ( که از طریق حاملهای نیرو یعنی فوتونها ، بوزونها ، و گلوئونها ، برهمکنش می‌کنند) ارائه می‌کند. چهار چوب نظریه وحدت یافته از طریق اصول مربوط به ناوردایی پیمانه‌ای الکترومغناطیس (متصل به نیروها و تفاوتهای گسسته خواص ذرات) ایجاد‌ گردید.

از نقطه نظر مدل استاندارد ، الکترودینامیک کلاسیک ، حداکثر و دینامیک کوانتومی است. بنابرین تلاش عظیمی که در اواخر قرن نوزدهم در جهت وحدت موضوعات فیزیک شروع شده سبب ایجاد الکترودینامیک کوانتومی شود و بدین ترتیب الکترودینامیک کلاسیک را متحول ساخت. بنابراین در حالت کلی الکترودینامیک را می‌توان به دو قسمت اصلی تقسیم کرد.
الکترودینامیک کلاسیک
الکترودینامیک با استفاده از مفاهیم بنیادین ریاضیات عالی یک توصیف کمی از مباحث الکترومغناطیسی کلاسیک ارائه می‌کند. الکترومغناطیس کلاسیک در محاسبه میدانهای الکتریکی و مغناطیسی حاصل از توزیعهای معین بار تبحر دارد و توصیف فیزیکی این کمیتها مورد بحث قرار می‌گیرد. اما در مواردی که مرزهای معین وجود داشته باشند. به عنوان مثال اگر بخواهیم میدان و پتانسیل حاصل از یک کره رسانا که نصف آن دارای پتانسیل و نصف دیگرش دارای پتانسیل V1 است ، در یک نقطه معین از فضا تعیین کنیم، باید از شگرد‌های خاص ریاضی که در V1 الکترو دینامیک کلاسیک کاربرد دارد، استفاده کنیم.

همانگونه که الکترومغناطیس به دو قسمت الکتریسیته و ‌مغناطیس تقسیم می‌شود که در قسمت الکترواستاتیک بارهای الکتریکی ساکن و چگالیهای بار مستقل از زمان فرض می‌شوند و در الکترومغناطیس بارهای الکتریکی متحرک بوده و چگالیهای بار می‌توانند تابعیت زمانی نیز داشته باشند. الکترودینامیک کلاسیک نیز به دو بخش تقسیم می‌گردد. مکانیک کلاسیک و الکترودینامیک کلاسیک به عنوان پیشروان درک کنونی ما از پدیده‌ها مفید واقع شوند و هنوز هم نقشهای مهمی را در زندگی علمی و در مرز مربوط به تحقیقات علمی ایفا می‌کنند.

الکترودینامیک کوانتومی
الکترودینامیک کوانتومی ، نتیجه‌ای است از تقارن شکسته شده ، خودی به خودی در یک نظریه که در آن برهمکنشهای ضعیف و الکترومغناطیسی در ابتدا وحدت یافته‌اند و این که حاملهای نیروی مربوط به هر دو بدون جرم هستند . شکست تقارن ، و حامل نیروی الکترومغناطیسی (فوتون) را بدون جرم باقی می‌گذارد همراه 80 الی 90 Gv/c2 را با یک برهمکنش ضعیف هسته‌ای در انرژیهای پایین با برد بسیار کوتاه (2x10 -18 ) بدست می‌آورند.

الکترودینامیک کلاسیک برای انتقالات کوچک انرژی و اندازه حرکت و تعداد میانگین بزرگ فوتونهای مجازی یا حقیقی حد الکترودینامیک کوانتومی است. علی رغم حضور تعداد نسبتا زیادی از کمیتهای که بایستی از آزمایش بدست آیند، مدل استاندارد وحدت یافته (همراه با نسبیت عام در مقیاسهای بزرگ) توضیعی با دقت بالا از طبیعت را در تمام جنبه‌هایش ارائه می‌دهد. از درون هسته ، تا میکروالکترونیک و میزها و صندلیها و دورترین کهکشانها. بخاطر مبدأها در یک نظریه وحدت یافته ، برد و قدرت برهمکنشهای ضعیف به جفت شدگی الکترومغناطیسی مربوط شدند.

بطور خلاصه می‌توان گفت که در الکترودینامیک کوانتومی با استفاده از مفاهیم آنالیز تانسوری یک میدان برداری (که به تانسور الکترومغناطیسی معروف است ) معرفی می‌شوند ، سپس با تعریف چگالیهای لاگرانژی و هامیلتونی خاص سیستمها مورد بحث قرار می‌گیرند.

سختی الکترودینامیک
همانطوری که اشاره شد، الکترودینامیک جهت توصیف کمی پدیده‌های الکترو مغناطیسی از ریاضیات عالی و روشهای پیچیده ریاضی بهره می‌گیرد. بنابراین افرادی که تمایلی به استفاده از این پیچیدگیها ندارند و آن را دشوار می‌دانند، به الکترو‌دینامیک به دید یک شاخه‌ای از فیزیک که درک آن بسیار سخت است، نگاه می‌کنند. اما امروزه با پیشرفت علوم کامپیوتری و گسترش روشهای عددی ، بسیاری از مسائل الکترودینامیک را می‌توان با استفاده از حلهای عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

آشکار ساز الکترومغناطیسی آشکارسازهای فروسرخ :‏

آشکارسازی در ناحیه فروسرخ مسئله مشکل تری است زیرا در طول موج های بالای حدود 13000 ‏آنگستروم ، فوتون ها انرژی کافی برای خروج الکترون از کاتد یا فعال ساختن امولسیون را ندارد. و ‏منابع نوری نیز ضعیف اند.

در طول موجی حدود 1mm آشکارسازهای بلوری روش کهموج قابل استفاده اند، لذا در اینجا فاصله ‏‏ 1μmالی 1000μm را بررسی می کنیم. آشکارسازهای گرمایی و فوتورسانا ، تقسیم بندی کرد. در هر ‏دو دسته ، جواب حاصل متناسب با توان جذبی w است. با این تفاوت که آشکارسازهای گرمایی ‏آهنگ انرژی جذب شده را مستقل از طول موج آن اندازه می گیرند. در صورتی که آشکارسازهای ‏فوتورسانا ، مانند تکثیرکننده های فوتون ، میزان جذب فوتون ها را اندازه می گیرند. ‏

بنابرین به طور مطلوب ، جواب آنها برای یک توان مطلوب در گستره حساسشان ، به طور خطی با ‏طول موج افزایش می یابد. این دو نوع از لحاظ زمان تغییرات علامت سرعت متفاوتی دارند. بصورت ‏یک دستور کلی می توان گفت که این مقدار در مقایسه با نانو ثانیه برای تکثیرکننده های فوتون ، ‏برحسب میلی ثانیه برای آشکارسازهای گرمایی ، میکرو ثانیه برای آشکارسازهای فوتورسانا اندازه ‏گیری می شود. ‏


قیاس آشکارساز فروسرخ با سایر آشکارسازها:


در مقایسه با تکثیر کننده های فوتون ، آشکارسازهای فروسرخ در طول موج های کوتاه تر هم نوفه ‏دارند و هم کندتر هستند. از آنجایی که توان تابشی منابع فروسرخ نسبتا پایین است، لذا تراز نوفه این ‏آشکارساز یک سرشتی بسیارمهم است.


آشکارسازهای گرمایی برای تمامی ناحیه فروسرخ حساس اند. ترموکوپل ها و ترموپیل ها افزایش ‏دمای حاصل از جذب تابش را به صورت نیروی محرکه الکتریکی ترموالکتریک اندازه گیری می کنند. ‏و بولومترها آن را از روی تغییر مقاومت اندازه می گیرند. بولومترها عموما بیشتر مورد استفاده اند. ‏و جهت کاهش نوفه گرمایی و افزایش حساسیت ، آنها را اغلب در دمای هلیوم مایع به کار می برند.‏


یک نوع آشکارساز نسبتا متفاوتی ، سلول گولای براساس انبساط یک گاز نادر در اثر گرمای حاصل ‏از تابش فرودی کار می کند. یکی از دیوارهای سلول کوچک حاوی گاز از یک غشای قابل انعطاف ‏باریکه نور باز تابیده ازآن دریافت می شود. سلول گولای یک مرتبه مقداری آهسته تر و ناحساس تر ‏از یک بولومتر خنک شده است. اما منیمم علامت آشکارسازی توسط آن زیاد متفاوت نیست و سلول ‏گولای دارای مزیت کار در دمای اتاق است.


سلول های فوتورسانا عبارت از نیم هادیهایی است که مقاومت الکتریکی آنها در اثر نوردهی کم می ‏شود. تغییر در مقاومت متناسب با آهنگ جذب فوتون هاست و می توان آن را به صورت یک تغییر ‏ولتاژ در دو سر یک مقاومت بار ، سری با دستگاه فوتورسانا ، اندازه گیری کرد. این ساز و کار را ‏می توان به صورت یک اثر فوتو الکتریک داخلی توصیف کرد. ‏


آشکارساز فوتونی:‏

برخلاف فوتوسل یا فوتوکاتد یک تکثیرکننده فوتونی ، فوتون ها دارای انرژی کافی برای خارج کردن ‏مستقیم الکترون ازسطح نیستند ولی آنها پایدارتر از طول موج های قطع مشخصی انرژی کافی برای ‏آزاد ساختن یک الکترون از شبکه بلور را به دست می آورند و لذا باعث افزایش تعداد الکترون ها و ‏یا حفره های آزادی می شوند که به عنوان حاملین بار عمل می کنند. این اثر با پر کردن نیمه هادی ، ‏جهت کاهش تعداد الکترون های برانگیخته گرمایی تقویت می یابد. تا این اواخر دستگاه های ‏فوتورسانا فقط می توانستند در ناحیه فروسرخ نزدیک کار بکنند. که طول موج قطع برای این بلورها ‏مانند سولفور سرب در حدود چند میکرومتر است. ‏

اما انواع جدید نیمه هادی نا خالص شده یعنی بلورهای شامل مقدار کمی از ناخالصی های برگزیده ، ‏می توانند ( در دمای هلیوم ) تا حدود 100μm کار بکنند. در واقع ، اینک معلوم شده است که آشکارسازهای bs – nI می توانند تا درون ناحیه موج میلی متری هم کار کنند. زیرا قابلیت حرکت الکترون های آزاد با جذب انرژی فوتون افزایش می یابد و این الکترون ها می توانند در دمایی بالا تر ‏از دمای بلور وجود داشته باشند. به این دلیل این آشکارسازها به آشکارسازهای با الکترون گرم ‏موسومند.‏


آشکارساز امواج فرابنفش:


علاوه بر صفحات عکاسی مخصوص و تکثیرکننده های فوتون که می توانند تا ناحیه فرابنفش به کار ‏برده شوند. برای طول موج های کمتر از حدود 1300 آنگستروم که انرژی فوتون تا حد یونیدن ‏گازهای پایدار بالاست ( E<9ev) می توان به وسیله نور آشکارسازی کرد.


برای آشکارسازی مداوم از یک اتاقک یونش استفاده می شود. اتاقک در ناحیه مسطح یا اشباع ‏منحنی جریان برحسب ولتاژ کار می کند. که در آن جریان یون مستقل از ولتاژ اتاقک بوده و متناسب ‏با شدت فرودی است.


کارآیی آشکارساز ، برحسب زوج های یون به ازای هر فوتون می تواند به سادگی تا %100‏برسد. در واقع اگر انرژی فوتون تا حد یونش مضاعف بالا باشد، ممکن است کار آیی بیشتر از این نیز ‏شود. ‏


آشکارساز گایگر مولر:‏

از آشکارسازهای پالسی یک نوعش شمارنده گایگر مولر است. فوتوالکترون اولیه حاصل از فوتون ‏فرودی شتاب داده می شود تا با برخوردهای متوالی با مولکول های گاز بهمنی را به وجود بیاورد، که ‏این تقویت گازی است. به علت نبودن مواد برای ایجاد پنجره ، استفاده از هر دو نوع مزبور در ناحیه ‏طول موج های 1040 – 300 آنگستروم مشکل است. این امر مخصوصا در مورد شمارنده گایگر یا ‏شمارنده فوتون ، که در فشارهای گاز نسبتا زیاد ( حدود 100 تور ) فلزی نازک قابل عبور می شوند ‏و از این ناحیه یک راست تا ناحیه اشعه ایکس می توان از آشکارساز مزبور استفاده کرد.

گاز به کار برده شده در طول موج های بلند معمولا اکسید نیتریک یا مولکول های مشابه است، اما در ‏طول موج های کوتاه گازهای نادر به علت بالا بودن پتانسیل یونش آنها ترجیح داده می شوند. با ‏انتخاب زیرکانه ماده پنجره و گاز محتوی می توان نقطه نقطه قطع طول موج های کوتاه و بلند را ‏طوری مرتب کرد که نوار باریکی از حساسیت به وجود آید. آشکارسازهای برگزیده ای از این قبیل ‏جایگزین طیف سنج در پاره ای از آزمایش های اختر پاراکت رها گشته است. ‏


آشکارسازی نور قطبیده:‏

آشکارسازهای نور یونش هم چنین برای اندازه گیری های شدت های مطلق و برای درجه بندی منابع ‏به صورت استانداردهای شدت در فرابنفش خلا به کار برده شده اند. اگر هر فوتون جذب شده یک ‏فوتوالکترون تولید کند، جریان خروجی یک اطاقک یونی برابر تعداد فوتون های جذبی می شود. ‏گازهای نادر این شرط را به جا می آورند. و به علاوه ضرایب جذب آنها به قدری بالاست که فشار ‏کمی از گاز برای جذب کامل کافی می باشد.

اتاقک یونی را می توان در این طریق با گازهای نادر به ترتیب کاهش وزن اتمی آنها از 1022 ‏آنگستروم ، حد یونش گزنون تا 250 آنگستروم که در آن فوتوالکترون های خروجی دارای انرژی ‏کافی برای ایجاد یونش ثانوی در هلیوم است، به کار برد. به هر حال شمارنده فوتونی می تواند در این ‏نقطه کار را به عهده گیرد. زیرا این آشکارساز به جای تعداد الکترون ها ، پالس حاصله از هر فوتون ‏جذب شده را ثبت می کند.

آهن ربای مولکولی فیزیکدانان دانشگاه اوهایو با همکاری دیگر دانشمندان برای اولین بار نوعی از خاصیت آهن ربایی را به نمایش درآوردند که 50 سال قبل پیش بینی شده بود. این خاصیت عبارت است از یک نوع خاص از گذار انرژی که برای اتم های موجود در یک آهن ربای کوچک روی می دهد. این نوع آهن ربا های بسیار کوچک کرومیوم ۸ (Cr8) نامیده می شوند. دانشمندان انتظار داشتند این اثر از قوانین مکانیک کوانتومی تبعیت کند، اما در عمل خواص آهن ربایی مشاهده شده، نشان از قوانین فیزیک کلاسیک داشت. قوانین کلاسیکی حرکت و انرژی را مردم در زندگی روزانه خودتجربه می کنند. این قوانین درباره اجسامی صدق می کنند که به اندازه کافی بزرگ هستند تا با چشم غیرمسلح دیده شوند. اما مکانیک کوانتومی علمی است که برهمکنش میان ذرات کوچک (در اندازه اتم) را بررسی می کند. آهن رباهای مولکولی Cr8 تا آن اندازه کوچک هستند که باید برای توصیف خواص آنها از مکانیک کوانتومی استفاده کرد. یافته های اخیر می تواند به پر شدن شکاف میان مکانیک کلاسیک و کوانتوم درباره توصیف ساختارهای ریز کمک کند.

همچنین از نتایج به دست آمده می توان برای ساخت تجهیزات آتی بر پایه نانوتکنولوژی استفاده کرد. یکی از این اهداف ساخت کامپیوتر هایی در اندازه کوچک با توان بسیار بالاست. الیور والدمن (Oliver Waldmann) از دپارتمان فیزیک دانشگاه اوهایو می گوید: این آزمایش نشان داد که می توان جنبه های مهمی از خواص مکانیک کوانتومی را با معلومات کلاسیکی درک کرد. نتایج به دست آمده توسط والدمن و همکارانش در شماره اخیر مجله فیزیکال ریو لترز (Physical Review Letters) منتشر شده است.

مولکول هایی همچون Cr8 را آهن رباهای مولکولی می نامند. این ترکیبات هر چند از تعداد کمی اتم تشکیل شده اند اما مولکول بزرگی را تشکیل می دهند. آنچه باعث ایجاد خاصیت آهن ربایی می شود اسپین الکترون های اتم است اما کل مولکول همانند یک آهن ربای مجزا عمل می کند. Cr8 شامل هشت اتم باردار کروم است که به صورت حلقه ای به هم متصل شده اند و اندازه حلقه کمتر از یک نانومتر است.

اسپین این هشت اتم به گونه ای است که چهار اتم دارای اسپین هم جهت (به عنوان مثال جهت بالا) و چهار اتم دیگر دارای اسپین در جهت مخالف (پایین) هستند. اسپین های بالا و پایین اثر هم را خنثی می کنند و باعث می شوند که Cr8 به عنوان ماده ای آنتی فرومغناطیس شناخته شود. محققان ساختارهای متشکل از اسپین بالا و پایین را به عنوان ساختار نیل (Neel) می شناسند. لوئیس نیل فیزیکدان فرانسوی در سال 1970 به خاطر کشف اثر آنتی فرومغناطیس جایزه نوبل را دریافت کرد. در سال 1952 فیزیکدان دانشگاه پرینستون و برنده جایزه نوبل فیلیپ آندرسون (Philip Anderson) پیش بینی کرد که اگر اتم ها در یک ماده آنتی فرومغناطیس اندکی از حالت تعادل اسپین های بالا و پایین خارج شوند، گذار های انرژی آنها همانند یک ساختار موج مانند خواهند بود. اما نظریه آندرسون پیشنهاد می کند که وقتی در این نوع آهن رباها، الکترون ها در پایین ترین حالت انرژی باشند نوع دومی از القا که القای نیل نامیده می شود به وقوع خواهد پیوست. این نوع از القای نیل تا به حال مشاهده نشده بود.هنگامی که والدمن در دانشگاه نورنبرگ آلمان بود اساس تئوری این تحقیق را بنا نهاده بود و دیگر همکارانش در اروپا در پی انجام آزمایش های مربوطه بودند.این قبیل آهن رباهای مولکولی با ساختار های گوناگون می توانند اثرات جدیدی را نشان دهند که یکی از آنها مشاهده القای نیل بود.

تحقیق درباره آهن رباهای مولکولی می تواند امکان استفاده از شیمی تجزیه را در شناخت خصوصیات آهن رباها فراهم کند و برخی از ویژگی هایی را که قبلاً ناشناخته بودند، معرفی کند. این روش می تواند منجر به پیدایش علوم بنیادی جدید و تکنولوژی نوینی گردد. برای انجام دادن آزمایش دانشمندان نمونه Cr8 را تا دمای چند درجه کلوین سرد کردند. در این حالت الکترون ها به احتمال زیاد در پایین ترین تراز انرژی قرار می گیرند. سپس نمونه ها را با استفاده از نوترون ها طوری بمباران کردند که الکترون ها انرژی لازم را برای بروز القای نیل کسب کنند. با انجام بسیار ماهرانه آزمایش تعدادی از اتم ها نوترون ها را جذب کردند و سیگنال های ضعیفی از اثرات انرژی پایین آشکار شد، که القای نیل هم یکی از این اثرات بود. فیزیکدانان از این جهت Cr8 را برای انجام آزمایش انتخاب کرده بودند که توانایی تولید سیگنال ضعیف را دارا بود. هنگامی که والدمن سیگنال های مربوط به سطوح انرژی را پس از انجام آزمایش بررسی می کرد، مشاهده کرد که نتیجه آزمایش با آنچه که نیم قرن پیش توسط آندرسون پیش بینی شده بود مطابقت دارد و همه چیز سر جای خودش قرار گرفته است. والدمن در این باره می گوید: من مدت زیادی امیدوار بودم که القای نیل را مشاهده کنم. این پروژه از چهار سال قبل آغاز شده بود با این حال رسیدن به جواب برای ما موفقیت و پیروزی ناگهانی بود و این نتایج بسیار هیجان انگیز بودند، زیرا با وجود آنکه القای نیل یک اثر کوانتوم مکانیکی است اما فیزیکدانان قبلی توانسته بودند آن را با استفاده از مکانیک کلاسیک تبیین کنند. این ایده می تواند در تولید نوع جدیدی از الکترونیک به کار آید.

در الکترونیک معمولی اطلاعات بر پایه کد باینری (Binory) که از صفر و یک تشکیل می شود، کدگذاری می شوند. صفر یا یک بودن که وابسته به این است که الکترون در ماده ای از قبیل سیلیکون حضور داشته باشد یا نه. اما می توان از جهت اسپین الکترون ها که هم شامل جهت بالا و هم پایین و هم جهات مابین این دو را شامل می شوند، استفاده کرد. از نظر تئوری این روش کدگذاری اطلاعات بسیار بیشتری را تدارک می بیند، طوری که یک الکترون به تنهایی می تواند انواع مختلفی از اطلاعات را ذخیره کند. این قبیل کامپیوتر های کوانتومی از نظر حجمی بسیار کوچک تر از کامپیوتر های معمول امروزی خواهند بود اما در عمل بسیار توانمند تر. در این قبیل کامپیوتر ها به جای تراشه های سیلیکونی از آرایه های مولکولی همانند Cr8 استفاده خواهد شد. البته تولید این نوع کامپیوتر ها نیاز به تکنولوژی خاص دارد که شاید تا چند دهه آینده به طول انجامد. این تحقیق نشان داد که القائاتی از این دست را می توان با استفاده از استدلال های کلاسیکی درک کرد و این روش می تواند برای درک دیگر اثر ها در این قبیل مواد کمک موثری باشد.

آهنربای الکتریکی دید کلی
آهنربای دائمی با کیفیت بالا کاربردهای بسیار زیاد و مهمی در علم و انقلاب تکنولوژیک ، مثلا در اسبابهای اندازه گیری الکتریکی دارند. ولی میدانهایی که توسط آنها ایجاد می‌شود خیلی قوی نیست، اگر چه آلیاژهای مخصوصی که اخیرا بدست آمده‌اند داشتن آهنربای دائمی قوی که خواص مغناطیسی خود را برای مدت مدیدی حفظ کنند امکان پذیر ساخته است. از جمله این آلیاژها ، مثلا فولاد-کبالت است که شامل حدود 50% آهن ، 30% کبالت و مخلوطهایی از تنگستن ، کروم و کربن است.

عیب دیگر آهنربای دائمی این است که القای مغناطیسی آنها نمی‌تواند به سرعت تغییر کنند. از این نظر ، سیملوله‌های حامل جریان (آهنرباهای الکتریکی) بسیار مناسبند. زیرا با تغییر جریان در سیم پیچ سیملوله می‌توان میدان آنها را به آسانی تغییر داد. با قرار دادن هسته آهنی داخل سیملوله ، میدان آن را می‌توان صدها هزار بار افزایش داد. بیشتر آهنرباهای الکتریکی که در مهندسی بکار می‌روند چنین ساختمانی دارند.

ساخت آهنربای الکتریکی ساده
آهنربای الکتریکی ساده را می‌توان در منزل ساخت. کافی است که چندین دور سیم عایق شده‌ای را بر یک میله آهنی (پیچ یا میخ ، بپیچانیم و دو انتهای سیم را به یک منبع dc نظیر انبار ، یا پیل گالوانی وصل کنیم. بهتر است آهن ابتدا تابکاری شود، یعنی ، تا دمای سرخ شدن داغ شود. مثلا در کوره گرم و سپس به آرامی سرد شود. سیم پیچ باید توسط رئوستایی با مقاومت 1W تا 20W به باتری وصل شود، بطوری که جریان مصرف شده از باتری خیلی شدید نباشد. گاهی آهنرباهای الکتریکی شکل نعل اسب را دارند که برای نگه داشتن بار بسیار مناسبترند.

ساختار آهنربای الکتریکی
میدان پیچه با هسته آهنی بسیار قویتر از پیچه بدون هسته است، زیرا آهن درون پیچه شدیدا مغناطیده و میدان آن بر میدان پیچه منطبق است. ولی ، هسته‌هایی آهنی که در آهنرباهای الکتریکی برای تقویت میدان بکار می‌روند، فقط تا حدود معینی مقرون به مساحت‌اند. در واقع ، میدان آهنرباهای الکتریکی عبارت است از برهمنهی میدان حاصل از سیم ‌پیچ حامل جریان و میدان هسته مغناطیده ، برای جریانهای ضعیف ، میدان دوم به مراتب قویتر از میدان اولی است.

وقتی که میدان در سیم پیچ افزایش می‌یابد، ابتدا این دو میدان به یک میزان معینی متناسب با جریان افزایش می‌یابند، بطوری که نقش هسته تعیین کننده می‌ماند. ولی ، با افزایش بیشتر جریانی که از سیم پیچ می‌گذرد، مغناطش آهن کند می‌شود و آهن به حالت اشباع مغناطیسی نزدیک می‌شود. وقتی که عملا تمام جریانهای مولکولی موازی شدند، افزایش بیشتر جریانی که از سیم ‌پیچ می‌گذرد نمی‌تواند چیزی بر مغناطش آهن اضافه کند، در حالی که میدان سیم‌ پیچ به زیاد شدن متناسب با جریان ادامه می‌دهد.

هرگاه جریان شدید از سیم‌ پیچ (برای دقت بیشتر ، در لحظه‌ای که تعداد آمپر ـ دورها در متر به 106 نزدیک می‌شود.) بگذارند، میدان حاصل از سیم ‌پیچ بسیار قویتر از میدان هسته آهنی اشباع شده می‌شود. بطوری که هسته عملا بی‌فایده می‌شود و فقط ساختمان آهنربای الکتریکی را پیچیده می‌کند. به این دلیل ، آهنرباهای الکتریکی ، پر قدرت بدون هسته آهنی ساخته می‌شوند.

آهنربای الکتریکی پر قدرت
تهیه آهنرباهای الکتریکی پرقدرت مسأله انقلاب تکنولوژیک بسیار پیچیده‌ای است. در واقع ، برای اینکه بتوانیم جریانهای بزرگی را بکار بریم، سیم‌پیچها باید از سیم کلفتی ساخته شوند. در غیر این صورت ، سیم‌ پیچ شدیدا گرم و حتی گداخته می‌شود. گاهی بجای سیم از لوله‌های مسی استفاده می‌شود، که در آن جریان نیرومند آب برای خنک کردن سریع دیواره‌های لوله که جریان از آن می‌گذرد گردش می‌کند. ولی با سیم ‌پیچی که از سیم کلفت یا لوله ساخته شده است داشتن تعداد زیادی دور در واحد طول ناممکن است.

از طرف دیگر ، استفاده از سیم نازک تعداد دورهای زیادی را در واحد متر ممکن می‌سازد، نمی‌گذارد تا جریانهای زیاد را بکار بریم. پیشرفت زیادی را در ایجاد میدانهای مغناطیسی بدست آمده به بهره گیری از ابررسانا‌ها در سیم پیچهای مغناطیسها مربوط می‌شود، که بکار بردن جریانهای شدید را مقدور می‌سازد.

تکنیک کاپیتزا
کاپیتزا (P.L. kapitza) فیزیکدان شوروی سابق راه هوشمندانه‌ای را برای بیرون آمدن از این وضع پیشنهاد کرد. او جریانهای عظیم 104 آمپر را برای مدت بسیار کوتاهی حدود 0.01 s از سیملوله‌ای گذرانید. در این مدت ، سیم ‌پیچ سیملوله خیلی شدید گرم نشد، در حالی که میدانهای مغناطیسی کوتاه مدت شدیدی بدست آمده بودند.

البته او وسایل خاصی را ترتیب داد که برای ثبت نتایج آزمایشهایی که در آنها اثر میدان مغناطیسی پرقدرت حاصل در سیملوله برای اجسام گوناگون مورد بررسی قرار می‌گرفتند. در اغلب کاربردهای فنی ، تعداد آمپر ـ دورها در سیم ‌پیچهای آهنرباهای الکتریکی میدانهای نسبتا شدید می‌توان بدست آورد (با القای چند تسلا)

اثر مایسنر وقتی که یک ابر رسانا در یک میدان مغناطیسی سرد شود، در دمای گذار ، جریانهای ماندگار روی سطح به راه افتاده و به طریقی حرکت می‌‌کنند که شار مغناطیسی داخل نمونه را خنثی کنند. این درست به همان روشی است که پس از این که فلز را سرد کرده باشیم، یک میدان مغناطیسی به آن اعمال شود. این اثر یعنی این که یک ماده ابر رسانا حتی وقتی که در میدان مغناطیسی اعمال شده قرار گرفته باشد، دارای شار عبوری مغناطیسی در داخل نیست، اثر مایسنر نامیده می‌‌شود.


مقدمه
یک ماده رسانای کامل به صورت حلقه در نظر بگیرید. فرض کنید این نمونه در غیاب هر گونه میدان مغناطیسی ، مقاومت خود را از دست می‌‌دهد (نمونه را سرد می‌‌کنیم). حال یک میدان مغناطیسی اعمال می‌‌کنیم. چون چگالی شار مغناطیسی در فلز باید ثابت باشد و نیز چون در حالت قبل از اعمال میدان ، شار صفر بوده است، لذا باید بعد از اعمال میدان نیز شار صفر بماند. به چنین نمونه‌ای که در آن هیچ شار مغناطیسیی ، وقتی که میدان مغناطیسی اعمال می‌‌شود، وجود ندارد، دیامغناطیس کامل گفته می‌‌شود.

در سال 1923 مایسنر و اوشن فلد ، دو دانشمند آلمانی ، توزیع شار مغناطیسی را در خارج از فلزات قلع و سرب که در یک میدان مغناطیسی تا دمای گذار (دمایی که ماده تبدیل به ابر رسانا می‌شود) اندازه گیری کردند. لازم به ذکر است که در این حالت ، در حالت اول شار مغناطیسی در درون ماده وجود دارد، لذا اگر بعد از این که ماده به ابر رسانا تبدیل شد، میدان را حذف کنیم، باید باز هم شار مغناطیسی در داخل آن وجود داشته باشد، اما مایسنر و اوشن ملاحظه کردند که نمونه‌های مورد آزمایش با وجود این که در میدان مغناطیسی سرد شده بودند، در دمای گذارشان بطور آنی به یک دیامغناطیس کامل تبدیل شده و شار داخلی آنها حذف گردید.

بنابراین آنان دریافتند که ابر رسانا چیزی بیشتر از موادی که صرفا یک رسانای کامل هستند، می‌‌باشد. آنها خاصیت اضافی دیگری که یک فلز بدون مقاومت فاقد آن است، دارا هستند. یعنی در داخل یک فلز ابر رسانا همیشه میدان صفر است، در حالی که در داخل فلزی که بدون مقاومت است، ممکن است شار مغناطیسی موجود باشد، یا نباشد که بستگی به شرایط دارد.

فرق یک ابر رسانا و یک رسانای کامل از نظر مغناطیس شدگی
اگر فلزی را که فقط دارای مقاومت نیست، رسانای کامل بگوییم، @می‌‌توان گفت که مغناطیس شدگی یک رسانای کامل به ترتیبی که حالت نهایی میدان مغناطیسی و درجه حرارت اعمال شده به جسم بدست آید، بستگی خواهد داشت، اما مغناطیس شدگی یک ابر رسانا فقط به مقادیر میدان اعمال شده و درجه حرارت بستگی دارد و به ترتیبی که اندازه گرفته می‌‌شود، وابسته نیست.

دلیل صفر بودن شار در داخل ماده ابر رسانا
فرض کنید که یک نمونه در غیاب میدان مغناطیسی مقاومت الکتریکی خود را از دست می‌‌دهد و به ابر رسانا تبدیل می‌‌گردد. حال میدان مغناطیسی اعمال می‌‌شود. چون چگالی شار در فلز نمی‌‌تواند تغییر کند، پس باید شار حتی بعد از اعمال میدان نیز صفر باقی بماند. در حقیقت اعمال میدان مغناطیسی جریانهای القایی بدون مقاومتی را در روی سطح نمونه ایجاد می‌‌کند، طوری که چگالی شار مغناطیسی ایجاد شده توسط این جریانها دقیقا با چگالی شار میدان اعمال شده مساوی و مختلف‌الجهت است.

به دلیل میرا نبودن این جریانها ، چگالی شار خالص داخل فلز در سطح ، صفر باقی می‌‌ماند. به فرض اگر جریان سطحی را با i و چگالی شار مغناطیسی ایجاد شده از این جریان را با B_i و چگالی شار اعمال شده را با B_a نشان دهیم، چگالی شار B_i دقیقا چگالی شار B_a را در همه جا داخل فلز خنثی می‌‌کند. این جریانهای سطحی را جریان پوششی می‌‌گویند.

چگالی شار ایجاد شده توسط جریانهای ماندگار در مرزهای نمونه محو نمی‌‌شوند، اما خطوط شار حلقه‌های بسته‌ای را تشکیل می‌‌دهند که از طریق فضای خارج بر می‌‌گردند. با وجود این که چگالی این شار در داخل فلز همه جا با چگالی شار میدان اعمال شده ، مساوی و مختلف‌الجهت است، این شرایط در خارج فلز برقرار نیست. بنابراین به نظر می‌‌رسد که نمونه از ورود شار حاصل از میدان اعمال شده ، به درون خود جلوگیری می‌‌کند.

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.

در جست و جوي القاي الکترومغناطيسي نويسنده: هاريس بنسون / مترجم : احمد توحيدي دي 1382

در سده هيجدهم از تخليه بار الکتريکي بطري هاي ليد براي گرم کردن سيم ها و ايجاد تغييرات شيميايي در محلول هاي يوني استفاده مي کردند. اين ها نمونه هايي از کاربرد اثر هاي گرمايي و تغيير شيميايي الکتريسيته در آن زمان بودند. البته ، اين که گرما مي تواند آغازگر واکنش هاي شيمايي ، و واکنش هاي شيمايي هم مي توانند مولد گرما باشند، در آن زمان پديده هاي شناخته شده اي بودند. مثلاً با استفاده از پيل ولتا و پيل هاي گالواني معلوم شد که با تغييرات شيمايي مي توان الکتريسيته توليد کرد. در سال 1822 توماس سي بک 1 کشف کرد که با گرم کردن محل اتصال دو فلز مختلف مي توان جريان الکتريکي توليد کرد.
اين شواهد اين گمان را در ميان دانشمندان تقويت کرد که همه " نيروهاي موجود در طبيعت " با هم ارتباط دارند. يادآوري کنيم که همين فکر انگيزه اورستد براي جست و جوي ارتباطي ميان الکتريسيته و مغناطيس گرديد. يک سال پيش از آن يعني در سال 1821 فرانسوا آراگو 2 نشان داد که ميله اي آهني داخل سيملوله حامل جريان الکتريکي مي تواند خاصيت مغناطيسي پيدا کند. اين واقعيت که جريان الکتريکي مي تواند ميله آهني را آهنربا کند به طور طبيعي موجب جست وجو براي عکس اين اثر گرديد. يعني جريان الکتريکي هم مي تواند خاصيت مغناطيسي ايجاد کند.
در سال 1821 ، آمپر نشان داد که يک سيملوله حامل جريان مانند يک آهنرباي ميله اي است و دو سيم حامل جريان به يکديگر نيروي مغناطيسي وارد مي کنند. آمپر نتيجه گرفت که کليه اثر هاي مغناطيسي به علت جريان هاي الکتريکي است و نظريه خود را که درباره خاصيت مغناطيسي بود ، برحسب اجزاي جريان هاي الکتريکي بر هم کنش کننده از نيروهاي الکتريکي در يک آهنربا مشخص نبود . آنها مي توانستند جريان هاي مولکولي ميکروسکوپي يا جريان هاي ماکروسکوپي باشند که در مسيرهاي دايره اي اطراف محور آهنربا حرکت مي کنند.
برخلاف رهيافت پيچيده ء رياضياتي آمپر ، فاراده به درک فيزيکي و ارائه مدل هاي تجسم پذير در مورد جريان الکتريکي تکيه کرد. او شديداً تحت تأثير " دايره اي بودن " خطوط نيروي اطراف سيم هاي حامل جريان قرار گرفت. در سپتامبر سال 1821 فارادي اين جنبه از نظريه خود را به زيبائي به نمايش گذاشت و بر حسب اتفاق يک موتور الکتريکي اختراع کرد. فارادي تحت تأثير نيروهاي مرکزي در نظريه آمپر و يا اين فکر که خاصيت مغناطيسي بر اثر جريان هاي الکتريکي به وجود مي آيد ، قرار نداشت. او براي رد کردن اين ايده ها ، آزمايش هاي ظريفي انجام داد. مثلاً ، او نشان داد که " قطب هاي " يک سيملوله حامل جريان درست در همان محل قطب هاي يک آهنربا ميله اي قرار ندارند. بنابر اين آمپر مجبور به کنار گذاشتن مفهوم جريان هاي ماکروسکوپي شد. او در تلاش براي حفظ نظريه اش به سرعت توصيفي را براي آزمايش هاي فارادي بر حسب جريان هاي ميکروسکوپي ارائه کرد. ديگر دانشمندان از روش ساده اي که آمپر براي اصلاح نظريه خود انجام داده بود تا با دستاوردهاي تجربي سازگار شود. خشنود نبودند. در سال 1822 آمپر آزمايش ( ناموفق) اوليه خود را که براي توضيح سرشت جريان ها طراحي کرده بود ، تکرار کرد. او يک حلقه مسي را داخل پيچه اي با دور زياد آويزان کرد و قطب هاي يک آهنربا را مطابق شکل (1) در دو سر نقطه اي روي لبه آن قرار داد. حلقه هنگام برقراري جريان الکتريکي تحت زاويه اي مي چرخيد و هنگام قطع جريان الکتريکي به مکان اوليه خود باز مي گشت. آمپر از اين آزمايش نتيجه گرفت که حلقه مسي نامغناطيسي به علت جريان هاي القايي ميکروسکوپي پايا " مغناطيدگي موقتي " به دست آورده است . آمپر براي پيدا کردن جهت جريان ها خود را به زحمت نينداخت.
قرص آراگو در سال 1824 کشف بسيار جالب توجه ديگري وجود داشت. فرانسوا آرگو همکار آمپر دريافت که نوسان هاي يک آهنرباي ميله اي آويزان در حضور يک صفحه رسانا ميرا مي شود. او در سال بعد نشان داد که آهنربايي که به سرعت مي چرخد ، مي تواند يک قرص مسي را به چرخش وادارد و يک قرص سريعاً چرخان هم مي تواند يک عقربه مغناطيسي را به چرخش در آورد. آراگو يک سيملوله الکترومغناطيسي را نيز بالاي يک قرص چرخان آويزان و انحراف آن را ملاحظه کرد. آمپر از اين آزمايش ها صرفاً براي تأييد اين فکر که جريان ها علّت غايي خاصيت مغناطيي هستند استفاده کرد.
بابيج 3 و هرشل 4 در لندن کارهاي آراگو را دنبال کردند. آن ها آهنربايي را بالاي قرص هاي فلزي چرخان مختلف مطابق شکل(2- الف) قراردادند. آن دو دريافتند که انحراف آهنربا به جنس قرص فلزي بستگي دارد. براي مثال ، براي قرص مسي بيشتر از قرص سربي است ( رسانندگي مس بيشتر از سرب است ) و در قرص هاي غير فلزي هيچ انحرافي مشاهده نکردند. همين طور بابيج و هرشل به اين نتيجه رسيدند که بايد قرص خاصيت مغناطيسي القايي موقتي به دست آورده باشد. سپس با ايجاد شکاف هاي شعاعي در صفحات فلزي مطابق شکل (2- ب) مشاهده کردند که با زياد شدن شکاف ها انحراف کاهش مي يابد. اين پديده را مي توان ناشي از کاهش مغناطيدگي حاصل از گاف هاي هوا در فاصله شکاف ها توضيح داد. معماي قرص آراگو حل نشد و علاقه مندي نسبت به آن به تدريج کاهش يافت. رابطه ميان انحراف آهنرباي آويزان و رسانندگي نشانگر وجود جريان هاي القاي مغناطيسي در قرص هاست. اين واقعيت را وقفه ايجاد شده در جريان در نتيجه ايجاد شکاف ها در قرص تأييد مي کرد . همين طور جريان هاي القايي در سيملوله آويزان آراگو به حدّ کافي بزرگ بود که مي توانست آن را به چرخش وادارد. در سال 1822 آمپر در مقاله اي که درباره آزمايش هاي خود ، بابيج و هرشل نوشت ، به طور آشکار از " جريان هاي الکتريکي کوچک " نام برد. به عبارت ديگر آمپر کاملاً متوجه شده بود که جريان هاي الکتريکي القا شده اند.
آمپر تمام شواهد لازم براي کشف " پديده القايي الکترومغناطيسي" را در اختيار داشت ، اولاً ، پذيرش جريان هاي ماکروسکوپي براي آمپر مشکل بود. زيرا توجيه او از آزمايش هاي فارادي او را مقيد به مدلي از جريان هاي ميکروسکوپي کرد. ثانياً ، آمپر همراه با ديگران بر اين باور بودند که جريان پايا بايد جريان ديگري را القا کند. چشمان آمپر چنان با اين مفاهيم پيشبيني که چه چيزي را بايد بيابد و تمايل او به حفظ نظريه اش نابينا شده بود که به رغم ديدن تمام واقعيت هاي ضروري ، چيزي را از آنها استنباط نمي کرد. اين مثال روشني از اين واقعيت است که چيزي را که هرکس مشاهده مي کند ، شديداً به ديدگاه يا نظريه اش بستگي دارد.
در اين بين ، فارادي براي مدت چند سال در پي جريان هاي القايي بود. هنگامي که از آزمايش آمپر با حلقه مسي آگاه شد کوشيد تا آن را تکرار کند. متأسفانه لغزشي در ترجمه به زبان انگليسي باعث آزمايشي ناموفق شد ، زيرا او به جاي حلقه مسي ، از قرص مسي استفاده کرد ( گشتاور لختي قرص مسي بسيار بزرگتر از گشتاور لختي حلقه است ). در سال 1828 فارادي آهنرباي ميله اي را در حلقه آويزان شده اي قرار داد. سپس کوشيد تا جريان القايي را با آهنرباهاي ديگر آشکار سازد( فکر مي کنيد اگر فارادي به سرعت آهنربا را داخل حلقه کرده بود چه اتفاق مي افتاد ؟). هر يک از اين آزمايش ها مي توانست کشف جريان هاي القايي بينجامد ، امّا در آن زمان ترتيب آزمايش ها به حدّ کافي حساس نبودند.
در اينجا بد نيست از بداقبالي کولادون 5 نيز ذکري به ميان آوريم . در سال 1825 او آهنرباي توانمندي را به يک سيملوله با دورهاي زياد نزديک کرد. براي محافظت گالوانومتر از هر تأثير مستقيم آهنربا آن را در اتاق مجاور محل آزمايش قرار داد. او بسيار محتاط بود. امّا زماني که براي بررسي انحراف عقربه گالوانومتر به اتاق مجاور رفت ، اثر گذرا پايان يافته بود.
در اوت 1830 جوزف هنري 6 به طور کاملاً مستقل و بدون آگاهي از آزمايش هايي که در اروپا در حال انجام شدن بود " تبديل مغناطيس به نظر مي رسد که او فرصت کافي براي دنبال کردن کامل اين پديده يا انتشار فوري کشف خود را نداشت. به هر حال ، هنري چيز جديدي را مشاهده کرده بود که فارادي آن را ناديده گرفته بود.
در سال 1831 فارادي بدون آگاهي از کشف هنري با فوراني از خلاقيت و اطمينان شگفت انگيز به اين مسئله روي آورد. او نه تنها معماي قرص آراگو را حل کرد ، بلکه با ابداع مبدل همقطب خود شکل (3) جريان القايي پيوسته توليد کرد – نشان افتخاري که براي مدّت ده سال هنوز به چنگ هيچ کس نيفتاده بود. در سال 1822 آمپر شتابزده و بدون آگاهي از جزئيات کارهاي فارادي نظريه خود را درباره جريان هاي القايي انتشار داد. ديگران هم کوشيدند که در اين مورد ادعاي تقدم کنند، به استثناي آراگو که قرص او تماشايي ترين نمايش جريان هاي القايي بود. هنگامي که تنش ها فروکش کرد ، آمپر پذيرفت که از درک نقش عامل اساسي زمان در القاي مغناطيسي غافل بوده است. هر سه آزمايش ساده اي که در اين مقاله شرح داده شد آزمايش هاي سر راست و آشکاري به نظر مي رسند ، امّا ارائه منظم آنها شامل گزيده آزمايش هايي است که طي يک دهه انجام شده است. بيشتر ذهن هاي برجسته نظري و تجربي نمي توانند يا علاقه مند نيستند که اصول نهفته شده در يک پديده را تشخيص دهند.
زير نويس
* The Search for Electormagnetic induction 1. Seeback 2. Francois Arago 3.Babbage 4.Herschel 5. colladon 6. Joseph Henry

منبع
University physics / Harris Benson

اجاقهاي ميكرو ويو


در بيست ساله اخير ، اجاقهاي ميكروويو حضوري فراگير پيدا كرده اند . فن آوري ميكروويو ما را قادر مي سازد كه غذا را بسيار سريعتر از اجاقهاي معمولي بپزيم يا گرم كنيم . شايد اين سؤال به ذهن شما خطور كرده باشد كه اجاقهاي ميكروويو چگونه مي توانند غذا را با اين سرعت گرم كنند ؟ ميكروويو كه شكلي از انواع تابش الكترومغناطيسي است بوسيله ماگنترون magnetron توليد مي شود كه در زمان جنگ جهاني دوم همزمان با توسعه فن آوري رادار اختراع شد . ماگنترون استوانه اي تو خالي است كه ميان مغناطيسي نعلي شكل قرار دارد . در مركز استوانه ميله اي كاتدي قرار دارد و ديواره استوانه هم به عنوان آند عمل مي كند . وقتي استوانه گرم مي شود ، كاتد الكترونهايي گسيل مي كند كه آنها هم به سوي ديواره استوانه حركت مي كنند . نيروي حاصل از ميدان مغناطيسي سبب مي شود تا الكترونها در مسيري دايره اي بچرخند . اين حركت ذرات باردار با بسامد 45/2 گيگاهرتز ميكروويوي مناسب پخت توليد مي كنند . يك « هدايت كننده موج » ميكروويوها را به سوي محفظه پخت هدايت مي كند . و پره هاي يك بادبزن هم سبب پخش ميكروويوها به تمام قسمتهاي اجاق مي شود . عمل پخت در اجاق ميكروويو ناشي از برهمكنش مؤلفه ميدان الكتريكي تابش با مولكولهاي قطبي ( عمدتاً آب ) موجود در غذاست . تمام مولكولها در دماي اتاق مي چرخند . اگر بسامد تابش و بسامد حاصل از چرخش مولكولي مساوي باشند ، انرژي مي تواند از ميكروويو به مولكول قطبي منتقل شود و در نتيجه مولكول مي تواند سريعتر بچرخد . بسامد 45/2 گيگاهرتز براي افزايش انرژي چرخشي مولكولهاي آب بسيار مناسب است . اصطكاك ناشي از چرخش سريع مولكولهاي آب سرانجام سبب گرم شدن مولكولهاي غذايي احاطه كننده مولكولهاي آب مي شود . دليل اينكه اجاقهاي ميكروويو مي توانند غذا را اين چنين سريع بپزند ، اين است كه تابش بوسيله مولكولهاي غير قطبي جذب نمي شود ؛ بنابراين مي تواند همزمان به قسمتهاي مختلف غذا برسد ( ميكروويوها ، بسته به مقدار آب موجود در غذا ، مي توانند تا عمق چند سانتيمتر در غذا نفوذ كنند ) . در يك اجاق متعارف ، گرما از طريق رسانش فقط تا مغز غذا مي توانداثر كند ـ و اين امر بوسيله انتقال گرما از مولكولهاي هواي داغ به مولكولهاي سردتر غذا در اجاق چند لايه صورت مي گيرد ـ كه البته فرآيند بسيار كندي است . تذكر نكات زير در كار كرد يك اجاق ميكروويو سودمند است : مواد پلاستيكي و ظروف پيركس چون در بر گيرنده مولكولهاي قطبي نيستند ، بنابراين تحت تأثير تابش ميكروويو قرار نمي گيرند (برخي مواد پلاستيكي كه از گرماي غذا ذوب مي شوند ، نبايد در اجاقهاي ميكروويو مورد استفاده قرار گيرند ) . فلزات ، بازتاب دهنده ميكروويوها هستند ؛ بنابراين همچون حفاظي براي غذا محسوب مي شوند و حتي ممكن است آنقدر انرژي را به گسيل كننده ميكروويو بازگردانند كه سبب افزايش بار آن شوند . چون ميكروويوها مي توانند در فلزات جرياني القا كنند ؛ لذا ممكن است سبب جرقه هايي بين محفظه و جداره داخلي اجاق شوند .
__________________

میدان مغناطیسی زمین در هر نقطه‌ای در نزدیکی سطح زمین ، عقربه مغناطیسی آویزان از رشته یا واقع روی یک نقطه به ترتیب خاصی سمت گیری می‌کند (تقریبا در جهت شمال به جنوب). این واقعیت مهم به این معنا است که زمین میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند، مطالعه میدان مغناطیسی زمین برای مقاصد عملی و علمی از اهمیتی اساسی برخودار است.

از زمانهای قدیم ، قطب نماها ، یعنی وسایلی بر اساس استفاده از میدان مغناطیسی زمین برای سمت گیری نسبت به چهار جهت اصلی ، بکار گرفته می‌شدند. قطب نمای مرسوم شامل یک عقره مغناطیسی و یک صفحه مدرج است و در جهت یابیها کاربرد وسیعی دارد.

از میدان مغناطیسی زمین چه استفاده‌هایی می‌شود؟
در دریانوردی و هوانوردی جدید ، دیگر قطب نمای مغناطیسی تنها وسیله‌ای برای سمت گیری و تعیین مسیر کشتی یا هواپیما نیست. برای این منظور وسایل دیگری نیز وجود دارد. با وجود این ، از اهمیت قطب نمای مغناطیسی به هیچ وجه کاسته نشده است. تمام کشتیها و هواپیماهای امروزی به قطب نمای مغناطیسی مجهزند. زمین شناسان ، شکارچیان و مسافران نیز از قطب نما خیلی استفاده می‌کنند. وجود میدان مغناطیسی زمین انجام پاره‌ای از بررسیهای مهم دیگر را میسر ساخته است. از آن جمله می‌توان از روشهای اکتشاف و مطالعه ذخایر آهن نام برد.

قطبهای مغناطیسی زمین
مغناطیس زمین
پیرامون زمین را میدان مغناطیسی که ماینوتسفر یا مغناطو کره نامیده می‌شود احاطه نموده است. باید توجه داشت که نقاط به هم رسیدن خطوط میدان مغناطیسی روی سطح زمین قرار ندارد، بلکه قدری از آن پایینتر هستند. همچنین قطبهای مغناطیسی زمین با قطبهای جغرافیایی آن منطبق نیستند. محور میدان مغناطیسی زمین ، یعنی خط مستقیمی که از هر دو قطب مغناطیسی می‌گذرد، از مرکز زمین نمی‌گذرد و از اینرو قطر زمین نیست. مغناطو کره توسط دو عامل مشخص می‌شود: انحراف مغناطیسی و شیب مغناطیسی.

انحراف مغناطیسی عبارت است از زاویه انحراف عقربه مغناطیسی از نصف النهار جغرافیایی مورد نظر. خطوط واصل نقاط دارای انحراف مغناطیسی مساوی که خطوط هم گوشه نام دارند، در جنوب و شمال قطبین مغناطیسی که مخالف قطبین جغرافیایی است، همگرا می شود. برخی از محققان ، عدم تطابق قطبهای مغناطیسی و جغرافیایی را به توزیع نایکنواخت خشکی و آب در زمین توجیه می‌نمایند.

شیب مغناطیسی عبارت است از زاویه میان عقربه مغناطیسی نسبت به افق (در نیمکره شمالی سر شمالی عقربه و در نیمکره جنوبی عقربه به افق متمایل می شود). ضمن حرکت از استوا به سوی قطبین ، شیب مغناطیس افزایش می یابد. خط واصل نقاط دارای شیب صفر استوای مغناطیسی نام دارد . استوای مغناطیسی ، استوای جغرافیایی را در دو نقطه، یکی با 169˚ طول شرقی و دیگری با ˚23 طول غربی به جنوب و در نیمکره شرقی به شمال منحرف می گردد. در قطبین مغناطیسی شیب به ˚90 می رسد.

مغناطش خود بخودی مواد در میدان مغناطیسی زمین
از مغناطش خودبخودی مواد در میدان مغناطیسی زمین استفاده‌های زیادی می‌شود. از جمله در ساخت مینهای مغناطیسی است که در عمق معینی زیر سطح آب قرار می‌دهند و با عبور کشتی از بالای آنها منفجر می‌شود. ساز و کاری که باعث صعود مین به سطح و انفجار آن می‌شود وقتی عمل می‌کند که عقربه مغناطیسی که می‌تواند حول میله‌ای افقی بچرخد، بر اثر میدان مغناطیسی کشتی که از بالای مین می گذرد، بتواند بگردد. معلوم شده است که کشتی همیشه خودبخود آهنربا می‌شود. برای محافظت در مقابل مینهای مغناطیسی دو روش بکار می‌برند:

مین روبی
این روش عبارت است از حمل مغناطیس نیرومندی که با طنابهای سیمی از هواپیمای در حال پرواز در ارتفاع کم در منطقه مین گذاری شده آویزان می‌شود. گاهی کابل سیمی دایره شکلی را بطور شناور روی آب قرار می‌دهند و جریانی از آن می‌گذرانند. بر اثر میدان مغناطیسی یا جریان ، ساز و کار مینها عمل می‌کند و بدون هیچ خسارتی منفجر می‌شوند.

خنثی سازی میدان مغناطیسی کشتی
این روش به این ترتیب است که حلقه هایی از سیم عایق بندی شده را به کشتی وصل می‌کنند و جریانی را از آنها می‌گذرانند، بطوری که میدان مغناطیسی این جریان مساوی و در خلاف جهت میدان مغناطیسی کشتی (که یک مغناطیس دائمی است) باشد. وقتی که این میدانها باهم ترکیب شوند، همدیگر را خنثی می‌کند و کشتی بدون اینکه ساز و کار مین را به کار اندازد از روی آن می‌گذرد

مبانی نظریه فرومغناطیس برعکس دیامغناطیس و پارامغناطیس ، که خاصیت انفرادی اتم‌ها و مولکول‌های ماده هستند، خواص فرومغناطیس ماده با توجه به ویژگیهای اختصاصی ساختار بلورین آن توضیح داده می‌شود. به عنوان مثال ، اتم‌های آهن در حالت بخار خودشان دیامغناطیس یا پارامغناطیس هستند.

ماهیت مواد فرومغناطیس
فرومغناطیس خاصیت آهن در حالت جامد ، یعنی خاصیت بلورهای آهن است. شماری از آزمایشها و مشاهدات این گفته را تصدیق می‌کنند. قبل از همه ، این امر از بستگی خواص مغناطیسی آهن و دیگر مواد پارامغناطیس به اعمالی که ساختار بلورین آنها تغییر می‌دهد، نتیجه می‌شود. (سخت کاری و بافر تفتی). دیگر اینکه فلزات پارامغناطیس و دیامغناطیس را می‌توان برای ساختن آلیاژهایی به کاربرد که خواص فرومغناطیسی کامل داشته باشند.

برای مثال ، این امر برای آلیاژ هیسلر (Heusler) که دارای خاصیت مغناطیسی تقریبا مثل آهن ولی آلیاژی است از فلزات با خواص مغناطیسی ضعیف ، مانند مس (65%) ، منگنز (25%) و آلومینیوم (15%) مصداق دارد. از طرف دیگر ، بعضی از آلیاژهای مواد فرومغناطیس ، مثل آلیاژی ، که دارای 75% آهن و 25% نیکل است، تقریبا غیر مغناطیس هستند.

اختلاف فرومغناطیسها با پارامغناطیسها فقط مقدار نسبتا بالای تراوایی m و بستگی آنها به شدت میدان مغناطیسی نیست، بلکه در بستگی خاص مغناطش آنها به شدت میدان مغناطیسی خارجی نیز هست. این ویژگی پدیده پسماند و همه پیامدهای آن ، مثل مغناطش بازمانده و نیروی وادارنده ، تظاهر می‌کند.
دلیل پسماند مغناطیسی چیست؟
اختلاف بین آهنگ افزایش در مغناطش یک ماده فرومغناطیس با ازدیاد H و طریق وامغناطش آن با H رو به کاهش ، نشان می‌دهد، وقتی که مغناطش ماده فرومغناطیس تغییر می‌کند، یعنی وقتی که شدت میدان مغناطیسی خارجی افزایش یا کاهش می‌یابد، جهت گیری یا درهم شدن جهتهای آهنرباهای بنیادی بلافاصله بعد از عوض شدن میدان پیش نمی‌آید، بلکه بعد از یک تأخیر زمانی معین رخ می‌دهد. تحلیل تفصیلی مغناطش و وامغناطش آهن و دیگر مواد فرومغناطیسی نشان می‌دهد که خواص فرومغناطیسی ماده را فقط خواص مغناطیسی اتم‌ها و مولکول‌های منفرد ، که خودشان پارامغناطیس هستند تعیین نمی‌کنند، بلکه توسط مغناطش ناحیه‌های کاملی به نام حوزه تعیین می‌شود (به این دلیل این نظریه را اغلب نظریه حوزه می‌نامند).

این اصطلاح به ناحیه‌های کوچکی در ماده اطلاق می‌شود که دارای شمار زیادی اتم هستند. اندرکنش گشتاورهای مغناطیسی اتمهای منفرد در فرومغناطیس به شکل گیری میدانهای مغناطیسی ذاتی خیلی قوی منفجر می‌شود که در هر حوزه عمل می‌کنند و در داخل چنین ناحیه‌ای همه آهنرباهای اتمی را موازی با یکدیگر آرایش می‌دهند که خود بخود تا حد اشباع مغناطیسی هستند. اما جهتهای مغناطش در حوزه‌های مختلف ، متفاوت هستند. بنحوی که در نبود میدان مغناطیسی خارجی به علت توزیع نامنظم این نواحی جسم نامغناطیده است.

بر اثر میدان مغناطیسی خارجی ، این ناحیه‌های مغناطش خود بخود از نو مرتب و گروه بندی می‌شوند. در نتیجه ، ناحیه‌هایی که در آنها مغناطش با میدان خارجی موازی است غالب می‌شوند و ماده در کل حالت مغناطیسی پیدا می‌کند. نظر به اندازه بزرگ ناحیه‌های مغناطش خود بخود در مقایسه با ابعاد اتمی ، جهتگیری (و نیز فرایند عکس یعنی بهم خوردن جهتها) این ناحیه‌ها با دشواری‌های بیشتری برخورد می‌کند تا حالت اتمها و مولکولهای منفرد در پارامغناطیسها و دیامغناطیسها. به این دلیل ، پشت سر تغییرات میدان خارجی مغناطش و وامغناطش قرار دارد، یعنی پسماند مشاهده می‌شود .

اشعه مادون قرمز
مادون در لغت به معناي زير دست و قرمز به معناي هر چه به رنگ خون باشد، است. پس ميتوان گفت كه مادون قرمز اشعه بسيار ريز و قرمز رنگ است.

اطلاعات اوليه

كشف هرسل اولن گام در ايجاد پديده‌اي كه ما آن را طيف الكترومغناطيسي ميناميم. نور مرئي و پرتوهاي مادون قرمز دو نمونه اشكال فراواني از انرژي هستند كه توسط تمام اجسام موجود در زمين و اجرام آسماني تابانده ميشوند. مادون قرمز در طيف الكترومغناطيسي داراي محدوده طول موجي بين 0.78 تا 1000 ميكرو متر است. تنها با مطالعه اين تشعشعات است كه ميتوانيم اجرام آسماني را تشخيص و تميز دهيم و تصويري كامل از چگونگي ايجاد جهان و تغييرات آن بدست آوريم. در سال 1800 سر ويليام هرشل يك نمونه نامرئي از تشعشعات را كشف كرد كه اين نمونه دقيقا زير بخش قرمز طيف مرئي قرار داشت. او اين شكل از تشعشعات را مادون قرمز ناميد.

سير تحولي و رشد

Greathouse و همكارانش طي مطالعه‌اي تاثير ليزر مادون قرمز را به انتقال عصبي ، عصب راديال بررسي كردند. زمان تاخير ، دامنه پتانسيل عمل و دما ، متغيرهاي مورد آزمايش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همكارانش اثر ليزر كم توان هليوم - نئون را بر زمان تاخير شاخه حسي عصب راديال در دو گروه ليزر و پلاسبو بررسي نمودند و مشاهده كردند كه در گروه ليزر ، افزايش معني دارا در زمان تاخير حسي پس از بكارگيري ليزر ايجاد گرديده است.

Bas Ford و همكارانش طي مطالعه‌اي اثر ليزر كم توان هليوم - نئون را بر شاخه حسي اعصاب راديال و مدين بررسي كردند. هيچ اختلاف معني داري در دامنه پتانسيل عمل ، زمان تاخير و دما ساعد بعد از بكارگيري ليزر مشاهده نشد.Baxter و همكارانش افزايش معني دار در زمان تاخير عصب مدين بعد از بكارگيري ليزر گرارش كردند. Low و همكارانش كاهش دما را به دنبال تابش ليزر كم توان مادون قرمز ديدند.

نتايج اشعه مادون قرمز

گرمايي كه ما از خورشيد يا از يك محيط گرم احساس ميكنيم، همان تشعشعات مادون قرمز يا به عبارتي انرژي گرمايي است. حتي اجسامي ‌كه فكر ميكنيم خيلي سرد هستند، نيز از خود انرژي گرمايي منتشر ميسازند (يخ و بدن انسان). سنجش و ارزيابي انرژي مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومي ‌به علت اينكه بيشترين جذب را در اتمسفر زمين دارند مشكل است. بنابراين بيشتر ستاره شناسان براي مطالعه انتشار گرما از اين اجرام از تلسكوپهاي فضايي استفاده ميكنند.

مادون قرمز در نجوم

تلسكوپها و آشكارسازهايي كه توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار ميگيرند نيز از خودشان انرژي گرمايي منتشر ميسازند. بنابراين براي به حداقل رساندن اين تاثيرات نامطلوب و براي اينكه بتوان حتي تشعشعات ضعيف آسماني را هم آشكار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسكوپها و تجهيزات خود را به درجه حرارتي نزديك به 450?F ، يعني درجه حرارتي حدود صفر مطلق ، ميرسانند. مثلا در يك ناحيه پرستاره ، نقاطي كه توسط نور مرئي قابل رويت نيستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبي نشان داده ميشود. همچنين مادون قرمز ميتواند چند كانون داغ و متراكم را همره با ابرهايي از گاز و غبار نشان دهد. اين كانونها شامل مناطق پرستاره‌اي هستند كه در واقع ميتوان آنها را محل تولد ستاره‌اي جديد دانست. با وجود اين ابرها ، رويت ستاره‌هاي جديد با استفاده از نور مرئي به سختي امكانپذير است.

اما انتشار گرما باعث آشكار شدن آنها در تصاوير مادون قرمز ميشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهاي بلند مادون قرمز ميتوانند به مطالعه توزيع غبار در مراكزي كه محل شكل گيري ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موجهاي كوتاه ميتوان شكافي در ميان گازها و غبارهاي تيره و تاريك ايجاد كرد تا بتوان نحوه شكل گيري ستاره‌هاي جديد را مورد مطالعه قرار داد. فضاي بين ستاره‌اي در كهكشان راه شيري ما نيز از توده‌هاي عظيم گاز و غبار تشكيل شده است. اين فضاهاي بين ستاره‌اي يا از انفجارهاي شديد نواخترها ناشي شده‌اند و يا از متلاشي شدن تدريجي لايه‌هاي خارجي ستاره‌هايي جديد از آن شكل ميگيرند. ابرهاي بين ستاره‌اي كه حاوي گاز و غبار هستند، در طول موجهاي بلند مادون قرمز خيلي بهتر آشكار ميشوند (100 برابر بيشتر از نور مرئي).

اخترشناسان براي ديدن ستاره‌هاي جديد كه توسط اين ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهاي كوتاه مادون قرمز براي نفوذ در ابرهاي تاريك استفاده ميكنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهاي نجومي ‌مجهز به مادون قرمز صفحات ديسك مانندي از غبار را كشف كردند كه اطراف ستاره‌ها را احاطه كرده‌اند. اين صفحات احتمالا حاوي مواد خامي ‌هستند كه تشكيل دهنده منظومه‌هاي شمسي هستند. وجود آنها خود گوياي اين است كه سياره‌ها در حال گردش حول ستاره‌ها هستند.

مادون قرمز در پزشكي

اگر نگاه دقيق و علمي ‌به يك طيف الكترومغناطيسي بيندازيم، ميبينيم كه از يك طرف طيف تا سوي ديگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها بر اساس طول موج و فركانس‌هاي مختلف قرار دارند، از آن جمله ميتوان به تشعشعات گاما ، اشعه ايكس ، ماوراي بنفش ، نور مرئي ، مادون قرمز و امواج راديويي اشاره كرد. هر كدام از اين پرتوها و تشعشعات همگام با پيشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هايي را در زمينه‌هاي علمي ‌پديد آورده‌اند كه در اينجا علاوه بر كاربرد مادون قرمز در شاخه ستاره شناسي ، اشاره‌اي به كارآيي چشمگيري اين پرتو در رشته پزشكي خواهيم داشت.

كاربرد درماني مادون قرمز

بكار بردن گرما يكي از متداولترين روشهاي درمان فيزيكي است. از موارد استعمال درماني مادون قرمز موارد زير را ميتوان ذكر كرد.

تسكين درد

با وجود حرارت ملايم ، كاهش درد به احتمال زياد بواسطه اثر تسكيني بر روي پايانه‌هاي عصبي ، حسي ، سطحي است. همچنين به علت بالا رفتن جريان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابوليتها و مواد دردزاي تجمع در بافتها ، درد كاهش مييابد.

استراحت ماهيچه

تابش اين اشعه راه مناسبي براي درمان اسپاسم و دستيابي به استراحت عضلاني ميباشد.

افزايش خون رساني

در درمان زخمهاي سطحي و عفونتهاي پوستي ، براي اينكه فرآيند ترميم به خوبي انجام گيرد، بايد به مقدار كافي خون به ناحيه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نيز افزايش گردش خون سبب افزايش تعداد گلبولهاي سفيد و كمك به نابودي باكتريها ميكند. از اين پرتو ميتوان براي درمان مفصل آرتوريتي و ضايعات التهابي نيز استفاده كرد.

كاربرد تشخيصي مادون قرمز

از مهمترين كابردهاي تشخيصي آن ميتوان توموگرافي را نام برد. اصطلاح ترموگرافي به عمل ثبت و تفسير تغييراتي كه در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ ميدهد، اطلاق ميشود. تصوير حاصل از اين روش كه توموگرام ناميده ميشود، بخش الگوي حرارتي سطح بدن را نشان ميدهد. در توموگرافي ، آشكار ساز ، تشعشع حرارتي دريافت شده توسط دوربين را به يك سيگنال الكترونيكي تبديل ميكند و سپس آن را علاوه بر تقويت بيشتر ، پردازش ميكند تا اينكه يك صفحه كاتوديك مثل مونيتور تلويزيون آشكار شود.

تصاوير بدست آمده به صورت سايه‌هاي خاكستري رنگ ميباشند، بدين معني كه سطوح سردتر به صورت سايه‌هاي خاكستري روشن ديده ميشوند و در نوع رنگي آن نيز نواحي گرم ، رنگ قرمز و نواحي سرد ، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتيجه فرآيندهاي فيزيكي ، فيزيولوژيك طبيعي يا بيماري تغيير ميكند. از اين خاصيت تغيير گرمايي در عضوي خاص يا در سطح بدن براي آشكارسازي يك بيماري استفاده ميشود كه مهمترين آنها به قرار زير است.

- بيماري پستان : وسيع ترين جنبه كاربردي توموگرافي در آشكار سازي سرطانهاي پستاني است.

زيرا روشي كاملا مطمئن و بدون آزار است.

از پرتوهاي يونيزان استفاده نميشود.

روشي كاملا سريع ، راحت و ارزان است.

به دليل بي ضرر بودن از قابليت تكراري بسيار زيادي برخوردار است.

كاربرد ترموگرافي در مامائي

چون جفت از فعاليت بيولوژيكي زيادي برخوردار است. درجه حرارت حاصله در اين محل بطور قابل ملاحظه‌اي از بافتهاي اطراف بيشتر است. پس ميتوان از توموگرافي براي تعيين محل جفت استفاده كرد.

ضررهاي مادون قرمز

از طرف ديگر خطرهايي نيز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد كه ميتوان به سوختگي الكتريكي (در اثر اتصال بدن به مدارات الكتريكي دستگاه) سر درد ، توليد ضعيف در بيمار و آسيب به چشمها در اثر تابش مستقيم پرتو اشاره كرد.
منبع :دانشنامه رشد

http://www.senatorha.com/forum/image...2010/03/21.gif
خواص جديد مواد غير مغناطيسي http://www.physorg.com/newman/gfx/news/studyfindsne.jpg

يك شبكه غيرمغناطيسي، كه در تصوير 1 نشان داده شده است، ميتواند تقارن مشابه شبكه مغناطيسي، كه در تصوير 2 نشان داده شده است، داشته باشد. در اين حالت، هر دو شبكه به گونه اي تعريف ميشوند كه داراي تقارن سرگروه 12 كه دانشمندان آن را 4 {اِم اِم} 13 مينامند باشند. تصوير 1 (ماده غيرمغناطيسي): ساختار كريستالي غير مغناطيسي مربوط به استرونتيم تيتانات تشكيل شده است از استرونتيم (گوي هاي آبي)، تيتانيم (گوي هاي قرمز) و اكسيژن (گوي هاي زرد). نقشهاي خاكستري رنگ ساختار 8وجهي (اوكتتي) اكسيژن هستند كه ،همانطور كه با پيكان هاي سبز رنگ نشان داده شده است، خلاف جهت 8وجهي همسايه تاب ميخورند. » تهيه: ساوا دنو (14) ، پن استيت.

http://www.physorg.com/newman/gfx/ne...udyfindsne.jpg


يك شبكه مغناطيسي، كه در تصوير 2 نشان داده شده است، ميتواند تقارن مشابه شبكه غيرمغناطيسي، كه در شكل 1 نشان داده شده است، داشته باشد. در اين حالت، هر دو شبكه به گونه اي تعريف ميشوند كه داراي تقارن سرگروه كه دانشمندان آن را 4 {اِم اِم} مينامند باشند. تصوير 2 (ماده مغناطيسي): اين شبكه مغناطيسي، كه معادل شكل نشان داده شده در تصوير 1 است، شباهت بين چرخشهاي مغناطيسي (پيكان هاي سبز رنگ در شكل 2) و حلقه جريان الكتريكي (پيكان هاي سبز رنگ در شكل 1) را نشان ميدهد. » تهيه: ساوا دنو، پن استيت.



يك تيم از محققين پن استيت (1) براي اولين بار نشان دادند كه تمام دسته هاي مواد غيرمغناطيسي، مانند آنهايي كه در اجزا برخي از كامپيوترها استفاده ميشوند، ميتوانند به طور قابل ملاحظه اي استفاده هاي بيشتري از آنجه كه دانشمندان تصور ميكردند داشته باشند. اين يافته ها به اين دليل اهميت دارند كه اطلاعات نامشخص قبلي در مورد ساختار اين مواد را آشكار ميكنند، شمار خواص بالقوه اي را كه آنها ميتوانند داشته باشند را بسط ميدهد. خواص يك ماده، مانند هدايت الكتريكي و استحكام مكانيكي، چيزهايي هستند كه سودمندي يك ماده را تعيين ميكنند. اين تحقيق در ژورنال فيزيكال ريويو لترز (2) منتشر خواهد شد.

خواص يك ماده به وسيله ساختارش تعيين ميشود، يك محقق در مركز دانش نانو پن استيت، پروفسور مهندسي و دانش مواد و سرپرست پروژه، ونكاترامن گوپالان (3) توضيح داد. "اگر من در حال پياده روي يك سنگ حاوي كريستال كوارتز پيدا كنم،تنها بر پايه چيزي كه ما آن را تقارن (4) جسم -تعداد و ترتيب سطوح كريستالي آن- مي ناميم ميتوانستم به شما بگويم كه كريستال چه ويژگيهايي را داراست و چه ويژگيهايي را دارا نيست. تقارن نتيجه شيوه قرار گرفتن اتم ها در كوارتز است." او افزود: "اين يك شيوه بسيار قدرتمند جهت شناخت دنياي اطراف ماست."

گمان ميشد مواد غيرمغناطيسي كه گوپالان و همكارانش مطالعه كردند يكي از 32 تقارن كريستال متفاوت -كه تقارنهاي سرگروه شناخته ميشدند- را داشته باشد كه در طبيعت يافت ميشوند. از سوي ديگر، مواد مغناطيسي به دليل اينكه ذرات اتمي آنها داراي چرخشهاي مغناطيسي (5) است، كه ميتوان آنها را به صورت حلقه هاي كوچك جريان الكتريكي تصور كرد، داراي 90 تقارن سرگروه متفاوت هستند. گوپالان گفت: "حركت يك جنبه بسيار پر اهميت از مغناطيس است." او افزود: "به محض اين كه ذرات باردار شروع به حركت يا چرخش كردند، مغناطيس در طبيعت ايجاد شد."

دانشمندان مدت ها بر اين عقيده بودند كه تقارن، به دليل اينكه جا به جا شدن جهت چرخش يك تقارن اضافي را ايجاد ميكند، به مواد مغناطيسي اين امكان را ميدهد كه خواص بيشتري نسبت به مواد غيرمغناطيسي داشته باشند. اما گروه گوپالان نشان داده است كه مواد غيرمغناطيسي، از لحاظ تئوري، ميتوانند دقيقا به همان مقدار خواص مواد مغناطيسي را داشته باشند. بر طبق گفته هاي گوپالان، بعضي از مواد غيرمغناطيسي داراي گروهي از اتمها هستند كه با دوران (6) و تاب خوردن (7) شكل آنها را به هم ميريزند. اين حركت ناچيز كه معادل يك حلقه كوچك جريان الكتريكي است كافيست تا به ماده برخي خواص اضافي را دهد كه قبلا تصور ميشد تنها متعلق به مواد مغناطيسي هستند.

اين محققين تئوري خود را از راه آزمايش با استفاده از استرونتيم تيتانات (8)، كه يك ماده غيرمغناطيسي است، امتحان كردند. آنها ماده را سرد كردند و كشف كردند كه اين اتم هاي اكسيژن هستند كه به وسيله تاب خوردن در يك ناحيه تنگ تر براي حفظ انرژي و فضا از خود واكنش نشان ميدهند. گوپالان گفت: "اتمهاي اكسيژن يك دوران كامل را،‌ مانند يك حلقه جريان الكتريكي كه در اجسام مغناطيسي اتفاق مي افتد، انجام نميدهند، اما تحليل هاي تئوري نشان ميدهند كه آنها عمل تاب خوردن را انجام ميدهند، بنابراين، اين احتمال وجود دارد كه اين مواد داراي خواص ناشناخته قبلي باشند."

در مرحله بعد، اين تيم بررسي كرد كه، آيا اين حركت تابي شكل در خواص اضافي ماده جلوه گر ميشود. به ويژه، آنها براي يك خاصيت بصري و قابل مشاهده كه آن را توليد هماهنگ دوّم روتو (9) مينامند، كه قابل مقايسه با خاصيت مشهوري به نام توليد هماهنگ دوّم مغناطيسي (10) است، محاسبه و آزمايش كردند. توليد هماهنگ دوم، براي مثال، در كريستال هاي مورد استفاده در اشاره گرهاي ليزري سبز رنگ، براي تبديل اشعه مادون قرمزليزر به اشعه سبز رنگ ليزر يافت ميشود.اين گروه كشف كردند كه ماده استرونتيم تيتانات داراي مقدار كوچكي از توليد هماهنگ دوّم روتو است.

گوپالان گفت: "هيچ كس تصور برقراري ارتباط بين تقارنهاي مغناطيسي با يك ماده غيرمغناطيسي مانند استرونتيم تيتانات را نميكرد، اما اين كاريست كه تحقيق ما با صراحت انجام ميدهد." او افزود: "ما در ابتدا يك تحليل تئوري انجام داديم كه در آن از چهارچوب تقارن، كه به طور مرسوم براي توصيف مواد مغناطيسي به كار برده ميشد، براي اين دسته بزرگ از مواد غيرمغناطيسي استفاده كرديم. ما سپس بر روي يك ماده غيرمغناطيسي خاص پژوهش هاي آزمايشگاهي انجام داديم و خاصيتي از آن را كشف كرديم كه قبلا تصور ميشد تنها به مواد مغناطيسي تعلق دارد.عقيده ما اين است كه احتمال داشتن تقارنها و خواصي، بيش از آنچه كه قبلا ممكن ميدانستند، براي تمامي دسته مواد غيرمغناطيسي وجود دارد."

يافته هاي اين تيم ميتواند منجر به انفجاري در زمينه تحقيق در مورد خواص جديدي از مواد غيرمغناطيسي و كاربردهاي احتمالي اين خواص شود. پيتر شيفر (11)، نائب رئيس همكار در تحقيق و پروفسور فيزيك در پن استيت، گفت: "اين مواد در صدها مورد كاربرد استفاده ميشوند." او افزود: "اما اين كار كار جديد وعده بزرگي براي پيدا كردن استفاده هاي بسيار بيشتر را ميدهد."