علم الکتریسته به دوران باستان بر میگردد و تاریخ دقیق آن مشخص نیست. اما برخی تولد آن را به مشاهده معروف تالس ملطی (Thales of Miletus) در ۶۰۰ سال قبل از میلاد ارجاع میدهند. که در آن زمان تالس متوجه شد که یک تکه کهربای مالش داده شده خردههای کاه را میرباید، یا اینکه در یک تجربه عادی دیده ایم که وقتی یک شانه کائوچو سخت را با پارچه پشمی مالش دهیم شانه ریزههای کوچک کاغذ را جذب میکند. در اثر مالش این دو جسم به یکدیگر هم کائوچو و هم پشم خاصیت جدیدی پیدا میکنند. یعنی باردار میشوند از این آزمایش برای معرفی مفهوم بار الکتریکی استفاده میشود.
منشا الکتریسته
طبق نظریه الکترونی اتم، یک اتم از ذرات کوچکتری به نامهای الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است. که الکترونها دارای بار منفی و پروتونها دارای بار مثبت و نوترونها بدون بار هستند. تعداد الکترونها و پروتونهای یک اتم در حالت عادی برابر است. بنابراین، اتم در حالت عادی از نظر بار الکتریکی خنثی است.
در اثر تماس، نزدیکی و یا برخورد اجسام بر همدیگر میان اجسام اندازه حرکت خطی مبادله میشود. در اثر تغییر اندازه حرکت نیروهایی ایجاد میشود. چگونگی شکل گیری این نیروها به ساختار اتمی تشکیل دهنده اجسام برمی گردد. به عبارتی این نیروها منشا الکتریکی و مغناطیسی دارند. در اثر مالش اجسام برهمدیگر، جسمی که در اتمهای تشکیل دهنده خود اتمی از نوع دهنده الکترون داشته باشد، الکترون خود را به جسم دیگر که خاصیت الکترونگاتیوی کمتری دارد میدهد و مبادله الکترون بین اتمها و در نهایت اجسام منجر به تولید الکتریسته میشود.
تقسیمات الکتریسته
الکتریسته ساکن)الکتریسته مالشی(
اگر یک میله شیشهای را به پارچه پشمی مالش دهیم، هردو جسم دارای بار میشوند. زیرا شیشه تعدادی الکترون از دست میدهد. و پارچه الکترون میگیرد. پس شیشه دارای بار مثبت و پارچه به همان مقدار دارای بار منفی میگردد. بار ایجاد شده در شیشه و پارچه درمحل تماس باقی میماند.
الکتریسته القایی
اگر میله با بار منفی را به دو کره فلزی بدون باری که باهم در تماس بوده و توسط پایههای عایقی از زمین جداشده باشند، نزدیک کنیم. قبل از دور کردن میله، بدون دست زدن به پوسته کرات آنها را از هم جدا کنیم. کره نزدیک به میله دارای بار مثبت و کره دور از آن دارای منفی خواهد بود که مقدار بار روی کرات برابرند. این نوع باردارشدن را باردار شدن به روش القا یا مجاورت مینامند.
الکتریسته جاری
عبور پیوسته الکترون از یک رسانا (هادی) را الکتریسته جاری گویند. خلاف جهت حرکت الکترون را جهت قراردادی جریان الکتریکی انتخاب میکنند. عامل برقراری جریان ثابت، اختلاف پتاسیل ثابتی میباشد، که در دو سر هادی برقرار است و وسایل تولید این اختلاف پتاسیل ثابت پیلهای شیمیایی، ژنراتورها و دیناموها میباشند.
اجسام رسانا و نارسانا
بعضی از اجسام مانند فلزات که الکتریسته را به خوبی از خود عبور میدهند، رسانا نامیده میشوند. در این نوع اجسام الکترون آزاد اتم به راحتی در شبکه بلوری اجسام حرکت میکنند. و عمل رسانایی را انجام میدهند.
اجسامی که الکترونهای آزاد (برای هدایت الکترون) ندارند، و نمیتوانند الکتریسته را از خود عبور دهند، نارسانا یا عایق نامیده میشوند. باید توجه نمود که رسانایی یا نارسانایی یک کمیتِ نسبی است.
توزیع بار الکتریکی در اجسام رسانا
اگر جسم رسانایی بر روی پایه عایقی قرارگیرد و در اثر مالش باردار شود بار تولیدشده در آن در سطح خارجیاش پخش میشود، به طوری که در لبهها و قسمتهای نوکتیز چگالی سطحی بار بیشتر ازسایر قسمتها میباشد.(چرا؟)
بار الکتریکی
میزان باری که ذره بنیادی الکترون دارد را مبنا قرارمی گیرد و چون مبادله بار از طریق الکترون صورت میگیرد شمارش تعداد الکترونهای مبادله شده بار الکتریکی جسم را به ما میدهد. به عبارتی اگر جسمی n تا الکترون دریافت نماید، بار الکتریکی آن از نوع منفی بوده (چون الکترون گرفته) و مقدارش n برابر بار الکترون خواهد بود.
اگر بار الکتریکی را با علامت q و بار الکترون را با e نمایش دهیم، مقدار بارالکتریکی هر جسم از رابطه q = ne تبعیت مینماید. واحد بار الکتریکی به افتخار کولن (که نخستین بار رابطهای برای نیروی بین بارهای الکتریکی کشف کرد) کولن نام دارد. بار الکتریکی یک الکترون در دستگاه SI برحسب کولن برابر است با: e = − ۱.۶ * ۱۰ − ۱۹. در نظر داشته باشید که n یک عدد صحیح بزرگتر از یا برابر با صفر است.
==اثر بارهای الکتریکی بر همدیگر==vvccvv
بر طبق قانون کولن دو بار الکتریکی همنام همدیگر را دفع و دو بار الکتریکی غیر همنام همدیگر را جذب میکنند. مقدار نیروی کشش یا رانش بین بارها بر طبق قانون کولن با حاصلضرب اندازهٔ بارها نسبت مستقیم و با مجذور فاصلهٔ بین بارها نسبت عکس دارد. اگر بارها در یک محیط مادی (محیط دی الکتریک) قرار داشته باشند (و نه در خلاء) اجزای محیط نیز قطبیده میشوند و روی مقدار نیروی بین دو بار تأثیر میگذارند، و باید اثر این نیروها را نیز بر نیروی حاصل در نظر گرفت. در محیطهای دی الکتریک خطی، اثر محیط به شکل یک ضریب ثابت روی نیروی بین دو بار تأثیر میگذارد (یعنی در محیطهای خطی، نیروی بین دو بار در محیط دی الکتریک، ضریبی از نیروی بین آن دو بار در خلاء است). در این صورت میگویند که یک محیط خطی گذردهی الکتریکی متفاوتی از خلاء دارد، و این گذردهی به شکل یک ضریب در قانون کولن ظاهر میشود.
میدان الکتریکی
میدان الکتریکی در هر نقطه، نیروی الکتریکی وارد بر یک بار آزمون در واحد بار است (البته به این شرط که آن بار به حد کافی کوچک باشد تا آرایش بار محیط را تغییر ندهد). میدان الکتریکی یک کمیت برداری است و در معادلات الکترومغناطیس (معادلات ماکسول) ظاهر میشود.
E = kq / r۲
اختلاف پتانسیل الکتریکی
اختلاف پتانسیل الکتریکی برابر است با منفی کاری که میدان الکتریکی روی واحد بار بین دو نقطه انجام میدهد. (اگر در رفتن از نقطهٔ ۱ به نقطهٔ ۲ کار انجامشده مثبت باشد، مقدار پتانسیل الکتریکیِ نقطهٔ ۱ بیشتر از ۲ است.) اختلاف پتانسیل الکتریکی به مسیری که برای رفتن از نقطهٔ اول به نقطهٔ دوم طی شده، بستگی ندارد (زیرا میدان الکتریکی یک میدان پایستار است). میتوان یک نقطه را در فضا به عنوان مبداء پتانسیل انتخاب کرد (یعنی به آن پتانسیل صفر را نسبت داد) و پتانسیل نقطههای دیگر را نسبت به آن اندازه گرفت.
کار در الکتریسیته
میزان انرژی مصرف شده برای جابجا کرد یک بار در یک میدان از یک مکان به مکان دیگر.
توان الکتریکی در الکتریسیته
کار انجام شده در واحد زمان.
کلمات کلیدی: مغناطیس
امواج فروسرخ یا به عبارتی اشعه مادون قرمز در علم فیزیک به قسمی از طیف پرتوهای الکترومغناطیسی اطلاق میگردد که دامنه طول موج آنها از بالای نور سرخ مرئی آغاز و تا امواج غیرمرئی ریزموج یا مایکروویو را دربر میگیرند.
* دامنه طول اینگونه امواج تقریبا بین ۱ میلی متر تا ۷۵۰ نانومتر (معادل ۷۸۰۰-۱۵۰۰۰۰۰ آنگستروم )متغیر بوده بنابراین کوتاه تر از امواج رادیوئی مرسوم طبقه بندی میگردند.
* فرکانس ( تواتر) امواج فروسرخ حداکثر ۴۰۰ تریلون بار در ثانیه(در محدوده بسیار نزدیک به رنگ سرخ قابل دید) تا ۸۰۰ بیلیون بار در ثانیه (نزدیک به محدوده پایانی پرتوهای مایکروویو) اندازه گیری میگردند.
* اصطلاح تابش فروسرخ گرتهبرداری از نام انگلیسی آن یعنی Infrared است. واژه انگلیسی Infrared از ترکیب دو کلمه لاتین Infra به معنی فرو یا پایین و کلمه انگلیسی red به مفهوم سرخ به وجود میآید. وجود طول موجی بلندتر از رنگ سرخ (بلند ترین طول موج در عرصه نور مرئی)و بسامد کمتر و یا کوتاهتراز آن را میتوان علت این نامگذاری دانست.(امواج فرو سرخ طول موجشان فروتر ویا پائین تر از دامنه موج مرئی میباشد ).
* تابش فروسرخ رادر فیزیک، عموما با نام دیگری بنام گرمای تابشی و یابه عبارتی از جنس همان گرمائی که از منابعی همانند خورشید، لامپ برقی،ویا حتی از شعله هائی که از یک شمع به اطراف تابیده میگردنند، همسان میشناسند، زیرا بطور سنتی، چه درست وچه غلط، همه گونه تابشهای حرارتی رامعمولا به امواج فروسرخ نسبت میدهند.
*
این فرض بعضا باطل، با توجه به تعاریف فوق، البته دلیل مقبولی برای توجیه اینکه چرامنبعی هما نند خورشید در مجموع، تنها قادر به تامین ۵۰٪ گرمای مورد نیاز کره خاکی از منابع تابش غیر مرئی است ومابقی آن ازبرکت تابش امواج طیف تابشی مرئی، تامین میشوند،نخواهد بود. نکته ظریف در اینجا، بسیار سادهاست: هر دو نوع تابش حرارتی مرئی و غیر مرئی دارای گرمای تابشی و یا از نوع گرمای تابشی هستند. تنها تفاوت راباید نزدیکی تابشها به سوی طیف مرئی سرخ و یا دوری از آن به سوی امواج ماکروویو، دانست. طیف خورشید در حالت مرئی به سمت سرخ و زرد متمایل است.
* هر چند که اینگونه تابش در برخی دامنههای نزدیک فروسرخ از طریق پوست کاملا قابل حس بوده اما اینکه الزاما منبع تابش،حتما مبایستی با تابانیدن نور مرئی از خود،آنراقابل ثبت و حس نماید ، منتفی یا مردود است.
بطور مثال ،اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاهتر از ۱٫۵ میکرومتر از پوست میگذرند و بقیه جذب شده و تولید حرارت میکنند، اما دیده نمیشوند. همانگونه که میدانیم ، یک اطوی برقی باوجود اینکه هیچگاه ازشدت داغی به سرخی نگرایده و در تاریکی قابل رویت نمیباشد وایضا حرارت قسمتهای مختلف بدن یک گربه در یک غروب پائیزی، همچنان میتوانند نمونه هائی از منابع تابش فروسرخ را به ما بنمایانند.
خلاصه: تابشهای فروسرخ معمولااز طریق ابزار مرسوم از قبیل دوربینهای چشمی و عکاسی معمولی، عینکهای آفتابی یا لنزی متعارف، چشمان غیرمسلح انسان وبسیاری دیگر ازموجودات، قابل دیدن نمیباشند .
سپس میتوانید تصویر یک سگ کوچک را که در طیف رده بندی تابشی نیمه-فروسرخ یا حرارتیدر رده بندی تابشها گرفته شدهاست، ملاحظه کنید. توجه شمارا به دو نکته در این عکس جلب میکنم:
*
- رنگها غیرواقعی جلوه میکنند.
- عکس مذکور با فیلم حساس به IR گرفته شدهاست.
پس ّبه گونهای ساده تر میتوان گفت که هر چیزی یا موجودی ویادستگاهی ،برای نمونه از یک رادیاتور معمولی شوفاژ تا یک موجود زنده ، که بتواند گرمائی غیر مرئی و بیش از گرمای محیط اطراف خود ایجاد نماید، منبع فرآوری انرژی حرارتی و یا به تعریف دیگر تابنده امواج فروسرخ شناخته میشود. بعدا ملاحظه خواهید نمود که تمامی موارد یاد شده در بالا،تنها دردامنههای متفاوتی از رده بندی تابش ها (جدول زیر ) با هم تفاوت دارند.
جهت سهولت در تعاریف، طیف تابشی فروسرخ معمولا به زیرمجموعه هائی به شکل زیر هم نامگذاری میشود:
* رده بندی تابشها:
*
-نزدیک فروسرخ با دامنه طول موج ۰٫۷۵-۱٫۴ میکرومتر
-موج کوتاه فروسرخ با دامنه طول موج ۱٫۴-.۰۳ میکرومتر
-موج متوسط فروسرخ با دامنه طول موج ۳٫۰-۸٫۰ میکرومتر
-موج بلند فروسرخ با دامنه طول موج ۸٫۰-۱۵ میکرومتر
-موج بسیار دور فروسرخ Far IR
با دامنه طول موج ۱۵-۱۰۰۰ میکرومتر
هت رویت طیفهای الکترو مغناطیسی
* منابع تولید تابشهای فروسرخ
منبع طبیعی بزرگترین منبع تابشهای فروسرخ ، خورشید است. میزانی از نور آفتاب که به ما میرسد، دارای اشعه مادون قرمز کوتاه است، زیرا پرتوهای تابشهای فروسرخ بلند آن قبلا درلایههای مختلف جو (هوا) جذب شدهاند.
*
منابع مصنوعی:اجسام ملتهب
بهترین منابع مصنوعی برای امواجفروسرخ ، اجسام ملتهب میباشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغییر میکند. اگر بخواهیم اشعه مادون قرمز خالص داشته باشیم، باید نور این قبیل منابع مصنوعی را بوسیله شیشههایی که در ترکیب آنها ید و یا اکسید منگنز (MnO) وجود دارد، از صافی بگذرانیم. این نوع صافیها طیف مرئی را جذب کرده و فقط اشعه فروسرخ را عبور میدهند.
*
عبور جریان الکتریکی از مقاومتها
روش دیگر که هم سهل وهم عملی است، عبور جریان الکتریکی از مقاوتهای فلزیست، بطوری که این مقاوتها سرخ شوند. این مقاومتها غالبا از آلیاژهای آهن و نیکل ساخته شدهاند. چراغ با مفتول زغال چراغهایی که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شدهاست، نیز به نسبت زیاد امواجفروسرخ دارند. در این نوع چراغ نسبت اشعه کوتاه بین ۱ میکرومتر و ۷ میکرومتر خیلی کم ، ولی نسبت اندازه گیری اشعه مادون قرمز بلند آن زیاد است.
چراغ بخار جیوه نیز، امواجفروسرخ با طول موج کوتاه بین ۰٫۹۲ میکرومتر و ۱٫۳ میکرومتر تولید میکند، ولی نسبت اشعه حاصله نسبت به سایر منابع کمتر است.
* اندازه گیری امواج فروسرخ
برای اندازه گیری امواجفروسرخیا اشعه مادون قرمز از جذب انرژی حرارتی آن استفاده مینمایند، یعنی اشعه را به جسمی میتابانند که بتواند کلیه انرژی را جذب کند و آنگاه مقدار حرارت تولید گشته در جسم مزبور را ، اندازه میگیرند.
۳*- کاربردها
۳-۱دید در شب
* -دستگاه دید در شب وسیلهای برای دیدن در شرایط کمبود یا نبود نور کافی جهت مشاهده اشیاء است. دستگاه مذکور قادر به شناسائی اشیاء گرمتر نسبت به محیط، توسط ثبت سایه هائی متفاوت از اجسام سردتر از هدف در ردههای متفاوت بوده که به نیروهای پلیس و نظامی ، امکان شناسائی انسان و یا اتوموبیل و غیره را به راحتی فراهم میسازد.
یک تفنگ مجهز به دوربین دید در شب، بعنوال مثال، از آنجائی که تابش فروسرخ غیرمرئی بوده، اما رفتاری عینا مانند نور مرئی را از خود نشان میدهد، پس بنابراین توسط بازتاب و کنترل آن میتوان به مثابه یک ابزار کاراء در درگیریهای جنگی یا پلیسی از خواص آن بهره مند شد.
چنین سلاحی به یک منبع تابش فروسرخ و یک عامل بازتاب امواج برگشتی ، در راستای هدف گیریست.
*
امواج بازیافتی از هدف و یا به عبارت دیگر انرژی بازگشت شده، دریافت و توسط یک سامانه الکترونیکی بصورت یک صحنه مرئی در معرض دید تک تیرانداز ( بعنوان تنها تاظر صحنه)، قرار میگیرد.
* ۳-۲اندازه گیری حرارت از راه دور
*
سنداژ زمین از راه دور (آکموترا) یا دید در شب بعلاوه رصد اجرام آسمانی
* ۳-۳تصویر برداری / نقشه برداری
*
عکسبرداری توسط دوربینهای حساس به انواع تابش فروسرخ با هواپیما ، بالن، سفینهها وغیره
* ۳-۴
سنداژ زمین از راه دور (آکموترا) یا دید در شب
عکسبرداری هواپیمایی حرارتی فروسرخ امکان نقشهبرداری از موقعیت و حالتهای معین خطوط لوله و از جمله خطوط لوله انتقال نفت و گاز را اعم از باز و زیرزمینی فراهم میکند. هر دوی آنها از حرارتی بالاتر از محیط اطراف برخوردارند و لذا حتی در صورت ساخت زیرزمینی خطوط لوله، تفاوتهای حرارتی کافی برای ثبت آنها به وجود میآیند. از ارتفاعات پایین با دقت ۲/۰-۱/۰ متری انجام بگیرد. عکسهایی که با این کیفیت گرفته میشوند، نشانههای بارز خط لوله، قسمتهای وجود آبهای زیرزمینی دور لوله (محل وجود خطر بالای زنگزدگی و فرسایش فلز) و محل ایجاد دهانهبند هیدراتی به وضوح دیده میشود. امکان ریزش محصولات به گونههای مختلف جلوه میکنند.
در خطوط لوله انتقال گاز به علت انبساط آدبیتیک گاز این قسمتها بسیار سرد نشان داده میشوند در حالی که در خطوط لوله انتقال نفت این قسمتها از محیط اطراف گرمتر هستند. قسمتهای ریزش نفت در عکسها دقیقاً نشان داده میشوند چرا که قدرت بازتاب محل آلوده شده تغییر میکند. عکسبرداری هواپیمایی حرارتی فروسرخ امکان تشخیص نه تنها احتمال وقوع سانحه بلکه آن قسمتهای خط لوله را میدهد که در آستانه سانحه قرار دارند (یعنی کشف سوراخها، جاخالی فراز گاز و غیره
* ۳-۵مخابرات
-انتقال امواج صوتی و تصویری از باندهای پائین تابش فروسرخ (مایکروویو) نزدیک امواج رادیویی جهت تقویت و تکرار پایداری از مبداء تا به مقصد.
* ۳-۶گرمادهی
+ -گرما دهی به افراد در سوناها
+ -آب کردن یخ روی بالها و یا سایر اجزاء وادوات پروازی هواپیماها
+ -گرم کردن غذا و سایر خوراکیها بدون گرم کردن هوای اطراف مایکرفر
+ -خشکبار سازی میوه جات در یک دهم زمان متعارف، بدون آلودگی
* ۳-۷ارتباطات نزدیک بصورتهای مختلف دیجیتال
*
انتقال اطلاعات ازطریق تابش فروسرخ در دامنه کوتاه -فروسرخ بین رایانهها و لوازم جانبی دیجیتالی که از استاندارد IrDA برخوردارند، قابل انجام است.
دستگاههای متناسب با The Ifra Red Data Association ) IrDA )لوازمی اند که قادرند با استفاده ازدیودهای نور افشان LEDs توسط لنزهای پلاستیکی، امواج بسیار باریک فروسرخ را منتشر سازند.
۲-۶طیف سنجی
این تصویر با رنگ آمیزی کاذب با تلسکوپ فضایی فروسرخ اسپیتزر گرفته شدهاست و خوشه کروی را نشان میدهد که تا چندی پیش در صفحه غبارآلود راه شیری پنهان مانده بود. نوار قرمز رنگ پشت هسته خوشه یک ابر غبار است که احتمالاً نشان دهنده برهمکنش خوشه و صفحه پر گاز و غبار راه شیری است.شاید هم این ابر به طور تصادفی در خط دید اسپیتزر قرار گرفتهاست.
درست هنگامی که منجمان فکر میکردند آخرین فسیلهای راه شیری را هم پیدا کردهاند یکی دیگر از آنها در نزدیکی خودمان پیدا شد. صفحه کهکشان جای مناسبی برای کشف ناشناخته هاست. زیرا تودههای غبار و گاز موجود در صفحه اجازه گذر اجرام پشتی را در نور مریی نمیدهند اما آنها در نور فروسرخ شفافند. به کمک رصدهای بعدی که با رصدخانه فروسرخ دانشگاه ویومینگ انجام شد فاصله این خوشه کروی از ما ۹۰۰۰ سال نوری تعیین شد - نزدیکتر از بسیاری از خوشههای دیگر - با جرمی معادل ۳۰۰ هزار برابر خورشید. این خوشه در صورت فلکی عقاب جای دارد و اندازه ظاهری آن از زمین مانند دانه برنجی دیده میشود که آن را به فاصله یک دست کشیده از چشمان خود نگه داشتهاید.
* ۳-۸سامانههای فیزولوژیک/ بیولوژیکی
*
تابش امواج فروسرخ سبب گرم شدن پوست و نسج سلولی زیر جلدی شده وممکن است در پوست سوختگیهای نسبتا شدیدی ایجاد نمایند.اگر تابش امواج فروسرخ را به مقدار مناسب بکار برند، در نتیجه اتساع رگهای زیر پوست ، سبب تسهیل اعمال فیزیولوژیک پوست میشود و حتی از راه عکسالعمل پوستی در بهبودی حال عمومی نیز میتواند موثر واقع شود.
این تابش خاصیت تسکین درد را نیز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذیه بافتها است.
کلمات کلیدی: مغناطیس
برای اولین بار میدان مغناطیسی یک ستاره نوترونی به شکل مستقیم تعیین شد
با استفاده از رصدخانه پرتو X آزانس فضایی اروپا موسوم به XMM-Newton ، اخترشناسان اروپایی موفق شدند برای اولین بار و بدون واسطه میدان مغناطیسی یک ستاره نوترونی را مورد سنجش قرار دهند و دید دقیق تری نسبت به این موجودات راز آلود کیهان به دست آورند.
ستاره های نوترونی اجرامی بسیار چگالند . این ستاره ها با جرمی معادل خورشید در کره ای به قطر 20 تا 30 کیلومتر فشرده می شوند و جرمی با چگالی بسیار بالا را تولید می کنند. ستاره های نوترونی حاصل انفجارهای ابرنواختری است. پس از آنکه لایه های ستاره در اثر انفجاری مهیب در فضا پراکنده شد بقایای ستاره اصلی به شکل قلبی چگال باقی می ماند و ستاره نوترونی را تشکیل می دهد ستاره ای که با آهنگی غیرقابل تصور به دور خود می چرخد.
این گونه اجرام اگرچه خانواده ای آشنا ازاجرام کیهانی به حساب می ایند اما به شکل فردی و تک تک اطلاع اندکی از آنها در دست داریم.این اجرام در هنگام تولد دمای بسیار بالایی دارند و تابش قوی از خود ساطع می کنند اما پس از گذشت زمان با سرعت حرارات خود را از دست می دهند و به همین دلیل تابشهای قوی خود نظیر تابش در محدوده پرتو X را از دست داده و در طول موجهای رادیویی به تابش می پردازند و به همین دلیل است که برای بررسی آنها باید از این طول موجها استفاده کرد. تنها تعداد اندکی از این اجرام تابشهایی در طول موج X نشان می دهند.
یکی از این موارد ستاره ای نوترونی موسوم به 1 E1207.4-5209 است که در خلال طولانی ترین عکسبرداری رصدخانه XMM-Newton که 72 ساعت به طول انجامید آشکار شد.با کمک این تصویر برداری اخترشناسان اروپایی موفق شدند برای اولین بار به طور مستقیم به اندازه گیری میدان مغناطیسی این ستاره بپردازند این در حالیست که پیش از این تنها با کمک روشهای غیر مستقیم نظیر استفاده از نظریات شکل گیری ستاره های پرجرم و یا بررسی آهنگ کاهش دوران ستاره نوترونی (که با کمک بررسی داده های رادیویی امکان پذیر می شد) این میدان مغناطیسی مورد محاسبه قرار می گرفت . اما این بار اخترشناسان توانستند با رصد تابش پرتو X یک ستاره نوترونی این میدان را مستقیما ندازه گیری کنند تابش پرتو X پیش از آنکه در فضا منتشر شود از درون میدان مغناطیسی ستاره نوترونی عبور می کند و این میدان اثر انگشت خود را بر روی این پرتو باقی می گذارد. با بررسی پرتوهای دریافت شده می توان میدان را شناسایی کرد . اما نکته هیجان انگیز در خصوص این ستاره نوترونی جای دیگری بود میدان مغناطیسی که به روش مستقیم مورد اندازه گیری قرار گرفت 30 برابر ضعیف تر از میدانی بود که روشهای غیر مستقیم اعلام می کرد ند و این پرسشی تاز ه را مطرح می کرد منشا این اختلاف چیست.
در مدلهای رایج اندازه گیری میدان مغناطیسی ستاره های نوترونی فرض می شود که کاهش سرعت ستاره تنها در اثر میدان مغناطیسی ستاره و واکنش ان با محیط اطراف است د حالیکه به نظر می رسد، حداقل در مورد 1 E1207.4-5209 عامل دیگری نیز در کاهش سرعت ستاره نقش ایفا می کند و آن قرصی از بقایای انفجار ابرنواختری است که در اطراف ستاره نوترونی باقی مانده است.
حال این سوال مطرح اسن که آیا این مورد تنها یک استثنا و گونه جدیدی از ستاره های نوترونی است و یا نمونه ای عمومی از این خانواده از اجرام آسمانی است. بررسیهای بعدی باید پاسخگوی این سوال باشد.
کلمات کلیدی: مغناطیس
لایه أنیوسفر در فرکانس حدود 30 مگا هرتز به صورت شفاف عمل می کند. علائم ارسالی بر روی این فرکانس مستقیما از میان آن می گذرد و در فضای بیرون گم می شوند. این فرکانس ها همچنین در خط مستقیم دید حرکت می کنند. به این دلایل برای مقاصد ارتباطی آن ها را باید به طریقه های گوناگون به کار گرفت. فرکانسهای 30 تا 300 مگاهرتز بسیار مفید و کارامد هستند چون انتشار آنها با وجود محدود بودن پایدار است. این امواج با چنین فرکانسی برای امواج تلویزیون کارامدند زیرا فرکانسهای بالای آن ها اجازه حمل مقادیر فراوانی از اطلاعات مورد لزوم را می دهد و برای پخش صدای دارای کیفیت بالا نیز سودمند می باشد. علت این امر این است که در این محدوده از فرکانس برای کانالهای پهن جا وجود دارد. قسمتی از باند UHF را که بین 790 تا 960 مگاهرتز قرار دارد می توان برای مرتبط ساختن ایستگاههایی با فاصله بیش از 320 کیلومتر به شیوه به اصطلاح پراکندگی در لایه تروپوسفر زمین به کار برد. این شیوه به توانایی گیرنده دوردست در گرفتن بخش کوچکی از علائم فرکانس UHF که به دلیل ناپیوستگی های بالای لایه تروپوسفر پراکنده شده بستگی دارد. یعنی علائم در جایی پراکنده می شوند که تغییرات شدیدی و تندی در ضریب شکست هوا وجود دارد.
امواج مایکروویو چه نوع امواجی هستند؟
فرکانس های بین 3000 تا 12000 مگاهرتز برای رابطهای در خط مستقیم که در آن پیام رسانی از طریق آنتن هایی بر فراز برجهای بلند ارسال می شود به کار می رود. ایستگاههای تکرار کننده را که ساختاری برج مانند دارند نیز در فواصل 40 تا 48 کیلومتری ( معمولا بالای تپه ها ) کار می گذارند. این ایستگاهها امواج را می گیرند تقویت می کنند و دوباره به مسیر خود می فرستند. بخش مربوط به امواج مایکروویو برای ارتباط مراکز پرجمعیت بسیار مفید است چون فرکانس بالا به معنای آن است که امکان حمل باند عریضی از طریق مدولاسیون وجود دارد و این نیز به این معنی است که هزاران کانال تلفن را می توان روی یک فرکانس مایکروویو فرستاد. باند عریض این نوع فرکانس اجازه می دهد که علائم ارسالی تلویزیون سیاه و سفید و تلویزیون رنگی بر روی یک موج حامل منفرد ارسال شوند و چون این امواج دارای طول موج بسیار کوتاه هستند برای متمرکز کردن علائم رسیده می توان از بازتابنده های بسیار کوچک و اجزای هدایت مستقیم بهره گرفت.
ماهواره چیست ؟
دستگاههای ارتباطی ماهواره ها در باند مایکروویو عمل می کنند در واقع ماهواره ها صرفا ایستگاه مایکروویو غول پیکری است در مدار زمین که با کمک پایگاه زمینی بازپخش می شود. این مدار تقریبا دایره شکل در ارتفاع 36800 کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد و در این فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمین برابر است و نیروی خود را به وسیله سلولهای خورشیدی از خورشید می گیرد. نیروی جاذبه زمین شتاب زاویه شی قرار گرفته در مدار را دقیقا بی اثر می سازد. در این فاصله دور چرخش ماهواره ها با حرکت دورانی زمین کاملا همزمان و برابر است و باعث می شود ماهواره نسبت به نقطه مفروض روی زمین ثابت بماند.
ایستگاه زمینی در کشور اطلاعات را با فرکانس 6 گیگاهرتز ارسال می کند. این فرکانس فرکانس UPLINK نامیده می شود. سپس ماهواره امواج تابیده شده را گرفته و با ارسال آن به نقطه دیگر که بر روی فرکانس حامل متفاوت DownLink برابر 4 گیگا هرتز است عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده را انجام می دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقویت و رله می کند. آنتن ماهواره ترانسپوندر نام دارد. از مدار همزمان با زمین هر نقطه از زمین بجز قطبین در Line of sight است. و هر ماهواره می تواند تقریبا 40 % از سطح زمین را بپوشاند. آنتن ماهواره ها را طوری می شود طراحی کرد که علائم پیام رسانی ضعیف تر به تمام این ناحیه فرستاده شود و یا علائم قویتر را در نواحی کوچکتری متمرکز کند. بر حسب مورد این امکان وجود دارد که از ایستگاه زمینی در کشوری فرضی به چندین ایستگاه زمینی دیگر واقع در کشورهای گوناگون علائم ارسال کرد. به طور مثال : وقتی برنامه ای تلویزیونی در تمام شهر ها و دهکده های یک یا چند کشور پخش شود در این حالت ماهواره ماهواره پخش برنامه است ولی وقتی علائم ارسال ماهواره در سطح گسترده ای از زمین انتشار یابد ایستگاههای زمینی باید آنتنهای بسیار بزرگ و پیچیده ای داشته باشند. هنگامی که علائم ارسالی ماهواره در محدوده کوچکترین متمرکز می شوند و به حد کافی قوی هستند می توان از ایستگاههای زمینی کوچکتر ساده تر و ارزانتر استفاده کرد.
از آنجاییکه ماهواره ها برای جلوگیری از تداخل امواج رادیویی باید جدا از هم باشند لذا شماره مکان های مداری در مدار همزمان با زمین که امکان استفاده آن برای ارتباطات وجود دارد محدود است. از این رو جای شگفتی نیست که وظیفه مدیریت در امور دستیابی به مدار و استفاده از فرکانس ها برای انواع روز افزون و متنوع کاربردهای زمینی و ماهواره ای بوسیله شمار روزافزونی از کشورها بی نهایت دشوار شده است. از سویی استفاده از ماهواره ها در کش.رهای متمدن و پیشرفته به عملکرد دقیق و عملیات روز به روز دقیق تر نه تنها از نظر به کارگیری شیوه خودشان بلکه از نظر همسایگانشان در مدار همزمان با زمین نیاز می باشد. برخی از ماهواره ها نیز در مدار ناهمزمان با چرخش زمین non- geosynchronous قرار داده می شوند.در ماهواره های ناهمزمان با مدار زمین ماهواره دیگر در دید ایستگاه زمینی نیست زیرا که سطح افق زمین را پشت سر می گذارد و از دیررس خارج می شود در نتیجه برای اینکه ارسال همواره ادامه یابد به چندین ماهواره از این نوع نیاز است و چون نگهداری و ادامه کار چنین شیوه ارتباطی بسیار پیچیده و گران است لذا کاربران و متخصصان طراحی ماهواره ها بیشتر جذب ماهواره همزمان با زمین می شود.
فرکانس های بالای فرکانس مایکروویو چه نوع فرکانس هایی هستند؟
با کشف لیزر برای نخستین بار آن قسمت از محدوده فرکانسی که بالاتر از باند فرکانس های مایکروویو بودند به منظور حمل پیام های بی سیم در نظر گرفته شدند. پرتو های لیزری تحت تاثیر عواملی مانند مه - غبار -- خرابی وضع هوا و روزهای بسیار داغ به شدت ضعیف می شوند. اگر چه لیزر برای حمل اطلاعات تا مسافت های کوتاه خط ارتباطی بسیار عالی ایجاد می کند ولی چون پرتو لیزر خاصیت هدایت شونده بالایی دارد بازداشتن یا سد کردن آن بسیار دشوار است. این امر سبب می شود برای ارتش و بعضی از مقاصد نظامی که شیوه های آن ها باید دارای حفظ اسرار باشد بسیار سودمند است در ضمن دستگاه لیزر برای کاربردهای ارتباط سیار از سبکی و قابلیت حمل خوبی برخوردار است. برخلاف امواج رادیویی امواج نوری را نمی توان با عبور دادن جریان های متناوب در سیم ها تولید کرد آن ها تنها با فرایند هایی که داخل اتم روی می دهد به وجود می ایند فن آوری تار نوری مشابه موج رسان فلزی مایکروویو برای پرتو تابانی الکترومغناطیسی در ناحیه نور مرئی تعریف شده است. این شیوه به طور کلی شامل رشته ای شیشه ای با نازکی موی انسان است که از هدر رفتن انرژی نور در مسافت طولانی جلوگیری می کند همچنین بر خلاف پرتوی نور معمولی پرتوی نور لیزری تکفام است یعنی فقط دارای یک فرکانس تنها است. پرتوی لیزر دارای گستره پهن فرکانس است که خاصیت گسیختگی نور را ندارد به همین دلیل آن ها را می توان دقیقا به همان طریق که با فرکانس های مایکروویو تعدیل می شوند و تغییر نوسان می دهند را با پیام های تلفنی و اطلاعات و علائم تصویری تعدیل کرد.
به هر حال چون فرکانس آن ها خیلی بالاتر است به تناسب آن می توان تعداد بیشتری از امواج و کانالها را انتقال دهند. به طور کلی مقایسه بین شیوه های مختلف ارسال امکان پذیر می باشد. روابط بین فرستنده و گیرنده خواه انتشار از روی سیم و خواه از هوا به نوع ساخت شیوه ارتباطی بستگی دارد و به همین ترتیب باند به فرکانس به کار رفته به شرایط حل مساله ارتباطاتی وابسته است. بیشتر فرکانسهای در دسترس را مقررات ملی و توافق های بین المللی تعیین می کنند. اگر چه تصمیمات مربوط به شیوه ها و نحو ارسال امری فنی به شمار می آید ولی در اکثر اوقات ملاحظات سیاسی آن را در بر می گیرد.
کلمات کلیدی: مغناطیس
سلاح تازه ای که ساخت آن بسیار ساده و تأثیر آن کاملاً گسترده است ، نگرانی هایی را برای دانشمندان و دولتمردان بوجود آورده است . به نوشته هفته نامه علمی نیوساینتیست این سلاح مؤثر « بمب الکترو مغناطیسی » نام دارد که اساس و عصاره آنها چیزی نیست جز یک پرتو شدید و آنی از موجهای رادیویی یا مایکروویو که قادر است همه مدارهای الکتریکی را که در سر راهش قرار گیرد ، نابود سازد . در دورانی که بافت و ساخت تمامی جوامع تا حدود بسیار زیادی به دستاوردهای علمی از نوع الکترونیکی وابسته است و همه امور از تجهیزات بیمارستانها تا شبکه های مخابراتی و از رایانه های بانکها و مؤسسات بزرگ مالی یا نظامی تا دستگاههای نظارت و مراقبت ، نحوه کار ماشینها و ادوات صنعتی همگی متکی به ساختارهای الکترونیک هستند ، کاربرد بمبهای الکترو مغناطیس می تواند سبب فلج شدن روند زندگی در مناطق بزرگ مسکونی شود . به اعتقاد برخی کارشناسان به نظر می رسد کشورهای پیشرفته پیشاپیش چنین سلاحی را تکمیل کرده اند و حتی برخی بر این باورند که ناتو در جریان جنگ علیه صربستان از این قبیل بمبها برای تخریب دستگاههای رادار صربها بهره گرفته است . توجه به بمبهای الکترو مغناطیس حدود نیم قرن قبل مطرح شد . متخصصان در آن هنگام به این نکته توجه کردند که اگر بمبی هسته ای منفجر شود ، امواج الکترومغناطیسی که در اثر انفجار پدید می آید تمامی مدارهای الکترونیک را نابود می سازد . اما مسئله این بود که به چه ترتیب بتوان موج انفجار را ایجاد کرد بدون آنکه نیاز به انجام یک انفجار هسته ای باشد ؟
دانشمندان می دانستند که کلید حل این مسئله در ایجاد پالسهای ( تپ های ) الکتریکی که با عمر بسیار کوتاه و قدرت زیاد نهفته است . اگر اینگونه پالسها به درون یک آنتن فرستنده تغذیه شوند ، امواج الکترومغناطیس قدرتمندی در فرکانسهای ( بسامد ) مختلف از آنتن بیرون می آیند ، هر چه فرکانس موج بالاتر باشد ، امکان تأثیرگذاری آن بر مدارهای الکترونیک دستگاهها بیشتر خواهد شد . بزودی این نکته روشن شد که مناسب ترین امواج الکترومغناطیس برای ساخت بمبهای الکترومغناطیس امواج با فرکانس در حدود گیگا هرتز است . این نوع امواج قادرند به درون انواع دستگاههای الکترونیک نفوذ کنند و آنها را از کار بیندازند . برای تولید امواج با فرکانس گیگاهرتز نیاز به تولید پالسهای الکترونیکی بود که تنها 100 پیکو ثانیه تدوام پیدا کنند . یک شیوه تولید این نوع پالسها استفاده از دستگاهی به نام « مولد ژنراتور مارکس » بود . این دستگاه عمدتاً متشکل است از مجموعه بزرگی از خازنها که یکی پس از دیگری تخلیه می شوند و نوعی جریان الکتریکی موجی شکل بوجود می آورند . با گذراندن این جریان از درون مجموعه ای از کلیدهای بسیار سریع می توان پالسهایی با دوره زمانی 300 پیکوثانیه تولید کرد . با عبور دادن این پالسها از درون یک آنتن ، امواج الکترومغناطیسی بسیار قوی تولید می شود . مولدهای مارکس سنگین هستند اما می توانند پشت سرهم روشن شوند تا یک سلسله پالسهای قدرتمند را به صورت متوالی تولید کنند . این نوع مولدها هم اکنون در قلب یک برنامه تحقیقاتی قرار دارند که بوسیله نیروی هوایی آمریکا کانزاس در دست اجراست . هدف این برنامه جای دادن مولدهای مارکس روی هواپیماهای بدون خلبان یا در درون بمبها و موشکهاست تا از این طریق نوعی « میدان مین الکترومغناطیس » برای مقابله با دشمن ایجاد شود . اگر هواپیما یا موشک دشمن از درون این میدان مین الکترومغناطیس عبور کند ، بلافاصله نابود خواهد شد . اگر لازم باشد تنها یک انفجار عظیم به انجام رسد ، به دستگاهی نیاز است که بتواند یک پالس الکترونیکی بسیار قدرتمند را بوجود آورد ؛ این کار را می توان با استفاده از مواد منفجره متعارف نظیر « تی . ان . تی » انجام داد . دستگاهی که این عمل را به انجام می رساند ، « متراکم کننده شار » نام دارد . در این دستگاه از انفجار اولیه یک ماده منفجره متعارف برای فشرده کردن یک جریان الکتریکی و میدان الکترومغناطیسی تولید شده بوسیله آن استفاده می شود. زمانی که این جریان فشرده شد ، به درون یک آنتن فرستاده می شود و یک موج الکترومغناطیس بسیار قدرتمند از آنتن بیرون می آید . نیوساینتیست می افزاید : طرح تکمیل دستگاههای متراکم کننده شار از سوی نیروی هوایی آمریکا در ایالت نیو مکزیکو در دست تکمیل است . از جمله طرحهایی که برای کاربرد این دستگاه در نظر گرفته شده ، جای دادن آنها در بمبهایی است که از هواپیما به پایین پرتاب می شود و نصب آنها در موشکهای هوا به هواست . امتیاز بزرگ بمبهای الکترومغناطیس در دو نکته است : نخست آنکه این بمبها مستقیماً جان انسانها را به خطر نمی اندازد و تنها بر دستگاههای الکترونیک اثر می گذارد ؛ و نکته دوم آنکه ساخت آنها بسیار ساده است . بمبهای الکترومغناطیس در صورتی می توانند بالاترین خسارت را وارد آورند که فرکانس امواجشان با فرکانس دستگاههایی که به آنها وارد می شوند یکسان باشد . بنابراین برای ایجاد مصونیت در دستگاههای الکترونیکی که در مراکز حساس کار می کنند ، می توان طراحی مدارها را به گونه ای انجام داد که اولاً میان بخشهای مختلف ، سپرهای محافظتی موجود باشد و ثانیاً در ورودی این قبیل دستگاهها باید صافیها و سنجنده هایی را قرار داد که بتواند علامتهای مورد نیاز و امواج حاصل از انفجار را تشخیص دهند و مانع ورود این قبیل امواج شوند .
کلمات کلیدی: مغناطیس