چند تا تست با جواب

1-اتومبیلی مسافت 30 کیلومتر را در نیم ساعت طی می کند.سرعت متوسط این اتومبیل چه قدر است؟

الف) 15 (کیلومتر بر ساعت) ب)30 (کیلومتر بر ساعت) ج)60 (کیلومتر بر ساعت) ت)120 (کیلومتر بر ساعت)

2- توپی را به طور مستقیم بالا می اندازیم. اگر از آثار اصطکاکی هوا چشمپوشی کنیم، شتاب لحظه ای توپ درست در بالای مسیر چه قدر است؟

الف) صفر است. ب) از شتاب گرانشی کمتر و رو به پایین است.

پ) مساوی شتاب گرانشی و رو به بالا است. ت) مساوی شتاب گرانشی و رو به پایین است.

3-توپی را به طور مستقیم بالا می اندازیم. اگر از آثار اصطکاکی هوا چشمپوشی کنیم، شتاب لحظه ای توپ درست قبل از رسیدن توپ به بالای مسیر چه قدر است؟

الف) از شتاب گرانشی کمتر و رو به بالا است. ب) از شتاب گرانشی کمتر و رو به پایین است.

پ) مساوی شتاب گرانشی و رو به بالا است. ت) مساوی شتاب گرانشی و رو به پایین است.

4- شیب منحنی تغییر مکان نسبت به زمان ، عبارت است از

الف) شتاب متوسط ب) شتاب لحظه ای پ) سرعت لحظه ای ت) سرعت متوسط

5- شیب منحنی نمایش تغییرهای سرعت نسبت به زمان ، عبارت است از

الف) شتاب متوسط ب) شتاب لحظه ای پ) سرعت لحظه ای ت) سرعت متوسط

6- سرعت لحظه ای جسمی صفر است. در این صورت چه چیزی در مورد شتاب جسم نتیجه می شود؟

الف) شتاب صفر است. ب) شتاب مثبت است.

پ) شتاب منفی است. ت) هیچکدام

7- جسمی را از بالای صخرهً بلندی به پایین می اندازیم. در مورد شتاب جسم پس از پرتاب و قبل از برخوردش با زمین ، کدام گزاره درست است؟

(از اصطکاک هوا چشمپوشی کنید.)

الف) صفر است. ب) از شتاب گرانشی بزرگتراست.

پ) از شتاب گرانشی کمتر ولی از صفر بزرگتر است. ت) مساوی شتاب گرانشی است.

امیدوارم این سوالها اشکالهای شما را برطرف نماید.

به امید موفقیت تمامی شما دوستان محترم در تمامی مراحل زندگی(از جمله کنکورسراسری)" "

آموزش فیزیک1(فصل1)

قسمت سوم : انرژی درونی

این بخش را مطابق کتاب پیش ببرید. فقط از مثال های خوب آن غافل نشوید!

قسمت چهارم : قانون پایستگی انرژی

داستان کتاب برای پول احمد، داستان مناسبی برای گفتن مفهوم بقای انرژی است، فقط باید آن را کمی کامل تر کنید. در این داستان، جابجایی و انتقال انرژی به خوبی بیان شده است، اما مساله تبدیل انرژی از صورتی به صورت دیگر در آن دیده نمی شود. داستان را به صورت زیر ادامه دهید:

احمد می خواهد به چند کشور همسایه سفر کند. اما پول ایران را نمی تواند در هیچ کدام از این کشورها خرج کند. (چون واحد پول آن ها با واحد پول ایران فرق دارد.) به همین دلیل به یک صرافی می رود و پول ایرانی خود را با پول کشور های همسایه تعویض می کند. اما باز ارزش پول های جدید او معادل ارزش پول های ایرانی اوست.

( یعنی اگر در ابتدا می توانست با همه پول ایرانی خود یک شمش طلا و 5 بشکه نفت بخرد، هنوز هم با دادن همه پول های جدید خود همان مقدار طلا و نفت بخرد).

(البته اگر به کار خرید و فروش ارز وارد باشید، می دانید که صراف مقداری از پول شما را به عنوان دستمزد می گیرد. یعنی در واقع پول جدید شما کمی کمتر از پول اولیه است. این اتفاق در تبدیل انرژی از صورتی به صورت دیگر هم رخ می دهد، زیرا همیشه مقداری از انرژی به صورت گرما تلف می شود. یا به قولی می دانیم که هیچ ماشینی بازده 100% ندارد.)

حال برای اینکه کلاس را به هیجان درآورید و نیز مطمئن شوید دانش آموزان بقای انرژی را فهمیده اند، پوستر زیر را به آنها نشان دهید.

به آنها 10 دقیقه وقت دهید تا نحوه کار کردن ماشین را دنبال کنند، یا حتی از آنها بخواهید آن را توضیح دهند.

• چگونه ممکن است افتادن روزنامه در سینی باعث انجام این همه کار شود؟

• در واقع انرژی داده شده به ماشین، فقط انرژی روزنامه نیست. بلکه با کمی دقت معلوم می شود که ماشین از قبل کوک شده است. یعنی انرژی بسیاری از قبل در ماشین ذخیره شده است. مثلا گلوله ها از قبل در بلندی قرار گرفته اند، که برای این کار انرژی مصرف شده است. فقط این انرژی در ماشین ذخیره شده است و با افتادن روزنامه در سینی شرایطی پیش می آید که این انرژی آزاد شود.

اگر می خواهید در مورد بقای انرژی کار بیشتری انجام دهید، کمی توضیح تاریخی در مورد "ماشین های کار دایم" موضوع جالبی برای بحث است. برای این کار کتاب سرگرمی های فیزیک، نوشته پرلمان، و نیز کتاب "تاریخ صنایع و اختراعات" تالیف پیر روسو، انتشارات امیرکبیر، منابع مفیدی هستند. در هر دوی این کتاب تصویر بسیاری از ماشین های معروف کار دائم و توضیح مختصری در مورد آنها وجود دارد.

قسمت پنجم : انرژی پتانسیل گرانشی

این قسمت از درس را نیز با مشاهده ای بسیار ساده و پرسش و پاسخ کلاسی ارائه کنید.

خودکار یا گچی را که در دست داریدرها کنید (فقط رها کنید، نه پرتاب).

• خودکار به حرکت درآمد. حرکت خودکار یعنی اینکه .....
انرژی جنبشی دارد.

• وقتی در دست شما بود هم انرژی داشت؟ در دست ما انرژی جنبشی نداشت، چون حرکت نمی کرد.

• شما به آن انرژی دادید؟ نه، ما فقط آن را رها کردیم.

• پس این انرژی را از کجا آورده است؟ این انرژی نمی تواند ناگهان به وجود آمده باشد. پس حتما خودکار در دست ما نیز انرژی داشته است، اما نوع آن جنبشی نبوده است.

• اگر دست شما از ابتدا روی زمین بود و خودکار را رها می کردید، خودکار حرکت می کرد؟ نه.

سیبی که به سر آقای نیوتن خورد هم ابتدا روی شاخه درخت بود. اما سیب های روی زمین هیچ وقت به خودی خود بر سر نیوتن نیفتادند!

در مثال های بالا به نظر می رسد چیزی که باعث افتادن سیب می شود، بالا بودن آن از سطح زمین است.

این نوع انرژی که جسم صرفا به علت ارتفاعش از سطح زمین دارد، انرژی پتانسیل گرانشی نام دارد.

مسایلی که در آن ها بحث نسبی بودن انرژی پتانسیل مطرح شده، فراموشتان نشود.

همچنین مبحث انرژی کشسانی فنر را مانند کتاب پیش ببرید

آموزش فیزیک1(فصل1)

• انرژی جنبشی یعنی چه؟
یعنی اجسام به واسطه حرکت خود انرژی دارند.
پس حتما توپ در حال حرکت هم انرژی دارد؟ بله.

• وقتی در حیاط مدرسه استراحت می کنید و دوستان دیگرتان به بازی بسکتبال، والیبال و پینگ پونگ مشغول هستند،از توپ بسکتبال بیشتر واهمه دارید یا توپ پینگ پونگ؟
• وقتی توپ به سر شما می خورد، چشمان شما سیاهی می رود و حرکت توپ کند می شود. در واقع بخشی از انرژی جنبشی توپ صرف دردآوردن سر شما شده است. حالا بگوئید انرژی جنبشی کدام یک از توپ ها بیشتر بوده ؟
• از توپ بسکتبالی که سریع تر به سمت شما می آید بیشتر وحشت دارید، یا توپ کندتر؟ چرا؟
توپ سریع تر؛ چون توپ سریع تر، محکم تر به سر می خورد!

پس به نظر می رسد هر چه جرم توپ بیشتر باشد، انرژی جنبشی آن بیشتر است.
همچنین هر چه سرعت توپ بیشتر باشد، باز هم انرژی جنبشی آن بیشتر است.

برای عینی تر شدن این بحث می توانید مشاهده زیر را ضمن درس در کلاس انجام دهید:

مشاهده انرژی جنبشی

وسایل لازم: چند تکه یونولیت یا کارتن مثل هم، 2 وزنه یا 2 سنگ با وزن های مختلف (50 تا 100 گرم)

شرح :
یکی از تکه های یونولیت را هدف قرار دهید و وزنه یا سنگ را به آرامی به سوی آن پرتاب کنید. (مواظب سر و چشم دانش آموزان باشید!!!) . یونولیت دیگری را هدف قرار دهید و وزنه را از همان جای قبلی ولی بسیار محکم تر از پیش به سمت آن پرتاب کنید. خرابی یونولیت ها را با هم مقایسه کنید.

• وقتی سنگ را محکم تر پرت می کنید، سرعت آن (تندتر - کندتر ) می شود.
• در این حالت، تخریب یونولیت ( بیشتر- کمتر) از حالت اول است.
• انرژی ای که سنگ در هنگام حرکت خود داشت، در برخورد با یونولیت چه می شود؟ صرف تخریب آن می شود.

پس :

هر چه سرعت جسم بیشتر باشد، انرژی جنبشی آن ( بیشتر-کمتر ) است.

حال سنگ های مختلف را با سرعت های تقریبا یکسان به سمت یونولیت های مختلف پرت کنید و باز آثار تخریب سنگ های مختلف را با هم مقایسه کنید.

• سنگ سنگین تر اثر تخریبی ( کمتر-بیشتر)ی روی یونولیت دارد.

هر چه جرم جسم بیشتر باشد، انرژی جنبشی آن ( کمتر- بیشتر ) است.

با توجه به آنچه در فعالیت بالا دیدیم انرژی جنبشی را به صورت زیر تعریف می کنیم :

 K= 1/2 mv²
در این رابطه اگر جرم را بر حسب کیلوگرم و سرعت را بر حسب متر بر ثانیه فرار دهیم، انرژی بر حسب واحد استاندارد آن یعنی "ژول" بدست می آید.

مسایل زیر می تواند برای مقایسه انرژی های مختلف با یکدیگر و پیدا کردن شهودی از واحد ژول، به دانش آموز کمک کند. همچنان که مهارت او را در حل مسایل ابتدایی انرژی بالا می برد.

1- جرم اتوموبیل پیکان 1100 کیلوگرم است. اگر این ماشین با سرعت 100 کیلومتر بر ساعت در حال حرکت باشد، انرژی جنبشی آن چقدر است؟ (به واحد ها دقت کنید)
این اتوموبیل از گاز طبیعی (CNG ) برای سوخت استفاده می کند.برای به دست آوردن این مقدار انرژی جنبشی چند گرم گاز نیاز دارد؟ ( فرض کنید بازده اتوموبیل 20% باشد)

2- معلم ورزش تان در امتحان دو سرعت از شما می خواهد که مسافت 65 متر را در زمان کمتر از 10 ثانیه طی کنید. انرژی جنبشی شما در طول امتحان چقدر است؟ (وزن خود را بنویسید)

3- پرستوهای مهاجر هنگام کوچ سالیانه خود می توانند با سرعت 150 کیلومتر بر ساعت پرواز کنند. اگر جرم یک پرستو 500 گرم باشد، انرژی جنبشی هر پرستو هنگام پرواز چه قدر است؟

پس از حل این مثال ها توجه دانش آموزان را به اعدادی که بدست آورده اند جلب کنید. از آن ها بخواهید قدرت پرستو را با قدرت خودشان که تنها مدت بسیار کوتاهی می توانند با سرعت مشابه بدوند، مقایسه کنند. این پرستوهای مهاجر حدود 2 ماه در سفرند.
 

نمونه سوالات فیزیک 1

سوال :مدت امتحان :90 دقيقه

2

جاهاي خالي را با كلمات مناسب پر كنيد ؟

الف– مجموع انرژي هاي ذرات تشكيل دهندههرجسم را ..............................مي گويند .

ب- عامل اتنقال گرما از يك جسم به جسم ديگررا .................................مي باشد .

ج- وقتي پرتو نوري از محيط ................. وارد محيط .........................پرتو شكست به خط عمود نزديك مي شود .

د- جسمي از كانون آينه مقعر به طرف مركز آن حركت مي كند تصوير آن از .................تا ..................جابجا مي شود .

ر- در يك جسم ............................................ بار الكتريكي در محل ايجاد شده باقي مي ماند وپديده ي تخليه ي الكتريكي يك قطعه ابر باردار بازمين .....................................نام دارد.

1

3

مفاهيم فيزيكي زير را تعريف كنيد

الف – گرماي ويژهب- قانون اهمج-زاويه حدد- محور اصلي آينه هار – پاشيدگي نور ط- عمل تطابق چشم

2

2

شكل هاي زير را به پاسخنامه منقل كرده و مسير نور را مشخص كنيد

C F

F C

3

5/1

با طراحي آزمايشي نشان دهيد كانون آينه مقعر (كاو) را چگونه تعيين مي كنند ؟

4

1

نوع عدسي ذربين كدام است با رسم شكل ويژگي هاي آن را مشخص كنيد ؟

5

25/1

جسمي در شرايط خلاء از ارتفاع5 متري زمين رها مي شود حساب كنيد با چه سرعتي به زمين برخورد مي كند ؟

6

1

گرمكني به توان 420 وات را 5 دقيقه روشن مي كنيم دراين مدت چند ژول انرژي الكتريكي مصرف مي شود ؟

7

1

به دو كيلو گرم آب 20 درجه سلسيوس 840000 ژول گرما مي دهيم دماي آن چقدر افزايش مي يابد ؟گرماي ويژه آب4200 مي باشد .

8

5/2

جسمي به طول4 در فاصله 40 آينه كاوي (مقعر) كه بزرگنمائي آن 3 مي باشد قرار گرفته واز آن تصوير وارونه تشكيل شده است حساب كنيد

الف – فاصله تصوير از آينهب – فاصله كانوني آينهج- شعاع انحنا آينهد- با مقياس مناسب شكل آن را رسم كنيد و دومورد از ويژگي هاي آن را بنويسيد

9

2

جسمي در فاصله 40يك عدسي همگرا با توان 5 ديوپتر قرار دارد . پيدا كنيد :

الف – فاصله كانوني عدسيب- فاصله تصوير از عدسيج- بزرگنمايي عدسيد- فاصله تصوير از جسم

10

75/1

الف – ضريب شكست محيط شفافي2 مي باشد زاويه حد آن محيط چقدر است ؟

ب- اگر سرعت نوردر هوا باشدسرعت نور در اين محيط شفاف چقدر است ؟

ج- اگر پرتو نوري با زاويه 40 درجه از اين محيط به هوا بتابد چه اتفاقي رخ مي دهد با رسم شكل نشان دهيد ؟

11

1

زير يك شيشه به ضخامت10 سكه اي قرار دارد . اگر ضريب شكست شيشه 5/1 و از هوا به سكه نگاه كنيم سكه در چه فاصله اي ديده مي شود ؟

12

نمونه سوالات فیزیک 2

امتحان :100 دقيقه
1	الف - جمع آوري اطلاعات از رويداد يا موضوع مورد بررسي را ........................ گويند . ب - دقت اندازه گيري را تعريف كنيد ؟		25/0 75/0
2	الف - حركت سقوطي را تعريف كنيد ؟ ب- نمودار سرعت- زمان  دو متحرك A و B   در شكل روبرو نشان داده شده است . شتاب اين دو متحرك را با هم مقايسه كنيد ؟	B A V t	5/0 5/0
3	متحركي كه بر روي خط راست با شتاب ثابت در حركت است در فاصله 10 متري مبدا سرعتش    4 در فاصله 19 متري مبدا سرعتش   18  هست . شتاب حركت آن  چقدر است ؟		1
4	الف - لختي را تعريف كنيد ؟ ب-  جسمي  به جرم  4 كيلو گرم روي سطح افقي با نيروي افقي  8/10 نيوتن كشيده مي شود . سرعت  جسم در مدت  5 ثانيه با شتاب ثابت از  4   به  10 ميرسد . نيروي اصطكاك جنبشي در مقابل حركت جسم و ضريب اصطكاك جنبشي بين جسم و سطح را حساب كنيد		5/0   5/1
5	الف – در چه مواردي با جابجا شدن جسم،  نيرو كاري انجام نمي دهد ؟ توضيح دهيد . ب- انرژي پتانسل گرانشي يك جسم در يك نقطه نسبت به زمين برابر است با  ..............كه انجام مي دهيم تا جسم را با ..................... از سطح زمين تا نقطه ياد شده منقل كنيم .		5/0 5/0
6	جسمي  مطابق شكل با سرعت اوليه   2 از نقطه ي A   شروع به حركت مي كند . و حداكثر تا نقطه ي B  بالا مي رود ( ) اگر سطح بدون اصطكاك باشد و از مقاومت هوا نيز صرفنظر كنيم . ارتفاع نقطه ي B  از سطح زمين چقدر است ؟	1/8m B A hB=?	1
6	قطره باراني به جرم  060/0 گرم از ابري در ارتفاع 2500 متري جدا شده است و با سرعت  30   به زمين مي رسد كار برايند نيرو هاي وارد بر قطره ي باران را حساب كنيد		1
7	شخصي از پله هاي يك ساختمان يك بار به صورت عادي و بار ديگر با سرعت بالا مي رود ، در كدام حالت توان شخص بيشتر است ؟ چرا ؟		1
8	الف - تفاوت جامد بلورين و بي شكل را بنويسيد و براي هر كدام يك مثال بنويسيد ؟ ب- چرا هنگام پاك كردن تخته سياه ذرات گچ بطور نا منظم به اطراف حركت مي كند ؟ ج- توضيح دهيد "  نيروي هاي بين مولكولي كوتاه برد هستند " يعني چه ؟ د- چرا سوزن فولادي كه چگالي آن بيشتراز آب  است روي سطح آب مي تواند بماند ؟ ر- توضيح دهيد چرا جيوه در لوله هاي موئين پائين ميرود ؟                                     بقيه سوالات در صفحه دوم		1 5/0 5/0 5/0 5/0

صفحه ي 2

1	مكعبي به ابعاد 5 *  8* 20  از ماده اي به چگالي   5/2 ساخته شده است اين مكعب مستطيل را روي كدام وجوهش روي سطح زمين قرار دهيم تا بيشترين فشار را بر سطح زمين وارد كند ؟ مقدار اين فشار  را بر حسب پاسكال بدست آوريد ؟		9
1     25/0	10 50cm	الف -  در شكل مقابل اگر مساحت درپوش  A  برابر  005/0 متر مربع باشد چه نيروئي از طرف مايع بر آن وارد مي شود . چگالي مايع داخل لوله  1500  است . ب- اختلاف فشار درون محفظه و فشار هوا ........ ناميده مي شود .	10
25/0 5/0 1 5/0	الف –  دماي هر جسم متناسب با  .......................... مولكول هاي سازنده ي آن جسم است . ب- گرماي ويژه ي نهان ويژه ي تبخير را با ذكر واحد آن تعريف كنيد ؟ ج- انبساط غير عادي آب را توضيح داده و نمودار ( ) آن را رسم كنيد ؟ د - چرا شناگران وقتي از آب بيرون مي آيند احساس سرما مي كنند؟		11
1	يك صفحه ي آهني كه طول و عرض آن به ترتيب    50* 100  است حرارت داده مي شود تا دماي آن از 20 به  220  برسد .مساحت اين صفحه چقدر افزايش مي يابد ؟		12
1	يك حباب هوا  در عمق 30 متري آب داراي شعاعي برابر  2  مي باشد . اگر در دماي ثابت اين حباب به سطح آب بيايد حجمش چند برابر مي شود ؟		13
5/1	يك قطعه مس به جرم 4 كيلو گرم و دماي 460 را داخل ظرفي شامل مخلوطي از آب و يخ به جرم كل  2 كيلوگرم مي اندازيم . پس از برقراي تعادل گرمايي ، دماي مس به  40 مي رسد . قبل از انداختن مس داخل ظرف چقدر يخ در آن بوده است ؟ از اتلاف گرما چشم پوشي كنيد ؟		14

عنصر

عناصر مواد خالصی هستند که نمی‌توان آنها را به دو ماده یا مواد بیشتر طوری تفکیک کرد که خاصیت مواد بدست آمده از ماده اصلی متفاوت باشد. بنابراین عنصر ماده‌ای است که به مواد خالص ساده‌تر از خود تجزیه نمی‌شود.

نگاه کلی

طبیعت در جهان پیرامون ما از مواد گوناگونی ساخته شده است. این مواد دارای حالتهای فیزیکی مختلف می‌باشند، سنگها و کوهها جامدند، رودها و دریاها از آب مایع تشکیل شده‌اند و هوای اطراف به صورت گاز می‌باشد. پوسته زمین از ترکیبات مختلفی تشکیل شده است.

از کانیهای مختلفی که با تجزیه آنها عناصر سازنده آنها بدست می‌آید و انسان با یافتن شیوه‌های مختلف عناصر فراوانی را از پوسته زمین استخراج کرده و برای رفع نیازهای خود از آنها استفاده می‌کند. عناصر مختلف از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر متفاوت می‌باشند، اما در یک خاصیت مهم باهم مشترک هستند و آن عدم تجزیه آنها به مواد ساده‌تر می‌باشد.

منابع عناصر

از 90 عنصری که در طبیعت وجود دارد شش تای آنها ( N₂ و O₂ و چهار گاز نجیب Ye ، kr ، Ar ، Ne) به صورت عنصر در اتمسفر یافت می‌شوند. این شش عنصر را می‌توان با تقطیر جز به جز هوای مایع از یکدیگر جدا کرد. چهار عنصر دیگر (Na ، Mg ، Cl₂ ، Br₂) را می‌توان از آب اقیانوسها که در آنجا بصورت یونهای تک اتمی وجود دارند، استخراج کرد و سپس با واکنشهای الکتروشیمیایی در سلولهای الکتریکی به عناصر مربوطه تبدیل کرد.

تقریبا تمام عناصر دیگر را می‌توان از ذخایر معدنی روی زمین یا زیر زمین بدست آورد. اما اکثر این معادن را نمی‌توان به عنوان منابع تهیه عنصر در نظر گرفت زیرا بسیاری ناخالص هستند. مواد معدنی نسبتا کمی وجود دارد که استخراج عناصر از آنها مقرون به صرفه است و اصطلاحا آنها را کانه می‌نامند.

فلزاتی مانند طلا و پلاتین را که به حالت عنصر وجود دارند، می‌توان با روشهای جداسازی فیزیکی ساده بصورت خالص بدست آورد. معمولا طلا را از طریق انحلال در جیوه جدا می‌کنند. گوگرد تنها جامد غیر فلزی است که بصورت ذخایر عظیم زیرزمینی با خلوص 99% یافت می‌شود.

جدول تناوبی عناصر

در سال 1864 جی نیولندز و درسال 1867 دیمتر مندلیف تدوین عناصر را در قالب جدولی شروع کردند. جدول نیولندز تا عنصر کلسیم کارایی داشت و بعد از آن اشکالات عمده‌ای داشت که در جدول مندلیف این اشکالات تا حدی بر طرف شده بود. مندلیف عناصر را برحسب افزایش وزن اتمی مرتب می‌کرد. شکل جدید این جدول امروزه برحسب افزایش عدد اتمی عناصر مرتب شده است و هر عنصر با نشانه اتمی که شامل یک یا دو حرف بوده و از اسم عنصر یا اسم لاتین آن عنصر و یا از اتم یکی از ترکیبات آن مشتق شده است، نمایش داده می‌شود.

عناصر با خواص شیمیایی مشابه در زیر یکدیگر در یک گروه قرار می‌گیرند و هر دوره تناوب با یک فلز قلیایی آغاز و به یک گاز نجیب ختم می‌شود. به جز گروه یک که با هیدروژن آغاز می‌شود. جدول تناوبی ، وسیله با ارزشی است که از روی آن می‌توان خواص عناصر مختلف را پیش بینی کرد.

طبقه‌بندی عناصر

فلزات

از 106 عنصر شناخته شده تقریبا 81 عنصر را می‌توان جزء فلزات طبقه بندی کرد. همه فلزات کم و بیش دارای خوص فیزیکی زیر هستند. رسانایی الکتریکی زیاد - رسانایی گرمایی زیاد - جلاپذیری - قابلیت مفتول شدن و چکش خواری و بارزترین خاصیت فلزات که آنها را از سایر عناصر متمایز می‌سازد، تمایل به از دست دادن الکترون می‌باشد. خصلت فلزی در جدول تناوبی از چپ به راست کاهش و از بالا به پایین افزایش می‌یابد.

عناصری که معمولا فلز نامیده می‌شوند، شامل گروههای زیر هستند : تمام عناصر گروههای A₁ و A₂ ، عناصر سنگین در گروههای A₃ )Tl و In و Ga و Al ) A₄ ، ( Sn و Pb و A₅ ، ( Bi ، تمام عناصر واسطه از زیر گروههای B ، تمام آکتنیدها و لانتانیدها.

غیرفلزات

در گوشه راست بالای جدول تناوبی مجموعه 17، عنصری وجود دارد که معمولا غیرفلزات نام دارند. به جز سلنیوم و شکل گرافیت کربن بقیه آنها نارسانای الکتریکی می‌باشند. بلورهای غیرفلزات به جز چند استثناء از جمله الماس از نظر ظاهری کدر هستند و تمام جامدات غیرفلزی با چکش خوردن یا کشیده شدن ، خرد می‌شوند.

از دیدگاه شیمیایی مهمترین خاصیت غیرفلزات تمایل آنها در بدست آوردن الکترون در واکنشهای شیمیایی است. به جز گازهای نجیب که برعکس سایر غیرفلزات تمایل کمتری به ترکیب با سایر عناصر نشان می‌دهند و برعکس سایر غیرفلزات که در حالت گازی مولکولهای چند اتمی تشکیل می‌دهند (مثل N₂ و O₂ و S₈ و …) این گازها تک اتمی هستند.

شبه فلزات

عناصری مانند بور ، سیلیسیم ، ژرمانیوم ، آرسنیک ، آنتیموان و تلوریوم که خواص آنها حد واسط فلزات و غیرفلزات می‌باشد، شبه فلز نامیده می‌شوند. همه آنها جلای فلزی دارند ولی هیچ‌یک در واکنشهای شیمیایی یون مثبت تشکیل نمی‌دهند. شبه فلزات نیم رسانا هستند.

اگرچه رسانایی الکتریکی آنتیموان و آرسنیک به فلزات نزدیک است. سیلیسیم و ژرمانیوم در ساخت ترانزیستورها کاربرد دارند. خاصیت بارز شبه فلزات این است که برعکس فلزات ، رسانایی الکتریکی آنها به دما بستگی دارد و با بالا رفتن دما رسانایی الکتریکی آنها بهتر می‌شود. دو عنصر بسیار سنگین پولونیوم و استاتین که هیچ یک در طبیعت وجود ندارند بطور قراردادی در گروه شبه فلزات طبقه‌بندی می‌شوند.

رادیو

موج های رادیو

موج های رادیویی یک فرمی از اشعه الکترومغناطیس هستند، و به وجود می آیند وقتی یک شارژ الکتریکی موضوع شتاب با یک فرکانس که در فرکانس رادیو قرار دارد و قسمتی از طیف الکترومغناطیسی است. این یک تیررس از مقداری هرتز دربرابر مقداری گیگا هرتز. اشعه الکترومغناطیس (تکثیر) حرکت می کنند توسط نوسان الکتریکی و زمینه های مغناطیسی که از هوا و خلاء فضا به خوبی عبور می کند و نیاز به وسیله برای حرکت و جابجایی ندارد.

توسط تفاضل، دیگر اشعه های الکترومغناطیسی با فرکانس های بیشتر ازRF اشعه گاما، اشعه ایکس و مادون قرمز، ماورای بنفش و روشنایی قابل دیدن هستند.
وقتی موجهای رادیو از یک سیم عبور می کنند، نوسان الکتریکی آنها یا زمینه ی مغناطیسی (بستگی به جنس سیم دارد) که ولتاژ را زیاد می کند. که این می تواند به صدا یا علامت های دیگر که حاوی اطلاعات هستند تغییر فرم دهد.
با وجود اینکه کلمه ‘‘رادیو’‘ برای توضیح این پدیده به کار می رود، وسایل ارتباطی که ما می شناسیم تلویزیون، رادیو، رادار و موبایل، همه در زیر مجموعه ی فرکانس های رادیو قرار دارند.
رادیو-طیف مغناطیسی

کشف

پایه تئوریک تکثیر موجهای الکترومغناطیس ابتدا در سال 1873م توسط جیمز کلرک مکس ول شرح داده شد در مقاله اش به جامعه اشرافی ‘‘تئوری حرکتی زمینه ی الکترومغناطیس’‘ که موضوع کار او در بین سالهای 1861م و 1865م بود.
هیزیچ رادولف هرتز بین سالهای 1886م و 1888م بود که تئوری مکس ول را نقض کرد و نشان داد که اشعه ی رادیو تمام جزئیات موجها را دارا می باشد (امروزه هرتزین نامیده می شود)، و کشف کرد که معادله ی الکترومغناطیس می تواند با معادله متفاوتی دوباره فرمول نویسی شود فرمول موج

تاریخ و اختراع

هویت مخترع رادیو، در آن زمان به نام تلگراف بی سیم شناخته شده بود، ادامه دارد. ادعاها می شد که ناتان استابل فیلد رادیو اختراع کرد قبل از تسلا یا مارکونی. اما به نظر می رسید که وسایل توسط القاء کار می کند.


در سال 1893م در خیابان لوئیس، میسوری، نیکولا تسلا. اولین نمایش عمومی از ارتباط رادیو را انجام داد. نشان دادن آموزشگاه فرانکلین در فیلادلفیا و شرکت ملی برق الکتریکی، او موضوعات مدیران ارتباطی رادیو را تشریح کرد و نشان داد. تجهیزاتی که او استفاده می کرد شامل عناصری بود که در سیستمهای رادیو استفاده می شد قبل از توسعه ی تیوب خلاء. او ضرورتاً از دریافت کننده های مغناطیسی استفاده کرد hHp://www.tesla society. Com/ teobrec.pdf برخلاف منسجمان توسط مارکونی و دیگر آزمایشگرها استفاده شد. و در سال 1894 فیزیکدان انگلیسی سرالیورلوژ احتمال استفاده از علائم را نشان داد و در استفاده از موج رادیو از یک وسیله تخصصی به نام ‘‘اتصال گر’‘ استفاده کرد، یک تیوپ پر از آهن که توسط تسیستوکل کالزچی-انستی اختراع شد در ایتالیا 1884. ادوارد برانلی از فرانسه و فیزیکدان از روسیه که بعداً استفاده ی از اتصال گر را توسعه دادند. پوپوف یک وسیله ی و سیستم ارتباطی تمرینی را تولید کرد که آن را براساس اتصال گر تولید کرد، همیشه توسط هم کشوریانش برای اختراع رادیو مورد توجه قرار می گرفت. فیزیکدان هندی یاگدیش چاندرا بوز. در یک مکان عمومی استفاده ی از موجهای رادیو را نشان داد در نوامبر 1894 در کلکته، ولی او از این کارش لذت کافی را نبرد.
در سال 1896م گاگلیلمو مارکونی برای اولین تولید رادیو به این صورت در دنیا، جایزه گرفت در انگلستان امتیاز 12039، ‘‘توسعه در ارسال و پخش کردن سیگنالها و ضربه های الکتریکی و در ابزارها’‘. در سال 1897 در آمریکا بعد از تولیدات در تاریخ رادیو اختراع کننده و صاحب امتیاز را نیکولا تسلا خواندند.
اداره امتیاز آمریکا این نظریه را در سال (1904) عوض کرد، مارکونی را به عنوان صاحب امتیاز رادیو دانست، که توسط حامی مالی مارکونی در آمریکا انجام گرفت، که شامل توماس ادیسون و اندرو کارنجی.در سال(1909) مارکونی، با کارل فردیناند براون، که جایزه ی نوبل فیزیک برای توسعه دادن تلگراف بی سیمی دریافت کرد. در هر حال امتیاز تسلا (شماره ی ‘‘645576’‘) در سال (1943) توسط دادگاه عالی آمریکا به ثبت رسید. عقاید بر روی حقیقت ما ند که قبل از شروع امتیاز مارکونی کارهایی قبل از آن در مورد اختراع رادیو صورت گرفته بود. بعضی عقاید بر این بود که به طور نسبتاً او این کار را برای دلایل مالی انجام داد، به دلتمردان آمریکا اجازه دادند که از خسارت دادن به کمپانی مارکونی در جنگ جهانی اول دوری کنند.
مارکونی اول کارخانه ی ‘‘بی سیم’‘ را در خیابان حال تأسیس نمود. شلمز فورد، انگلستان در سال 1898م، که حدود50 نفر را استخدام کرد. در حدود1900، وارون کلیف تور را تأسیس کرد که سرویسها را امکانات می داد و تبلیغ می کرد. در سال1903 میلادی، ساختمان تور نزدیک به تمام شدن بود. تئوریهای زیادی بود که چگونه تسلا به اهداف سیستمهای بی سیم دست یافت (با گزارش، 200ک و). تسلا ادعا کرد که واردن کلیف، یک بخشی از سیستم جهانی اتصال، اجازه دادند که فرستنده ی چند کانالی اطلاعات را امنیت بدهند.
اختراع بزرگ بعدی تیوب خلاء، که توسط یک گروه از مهندسان وستینگ هاوس اختراع شد. در کریسمس 1906، رینالد فسندن اولین صدای رادیو را در تاریخ پخش کردن برنت راک ماساچوست. کشتیها در دریا یک صدایی از رادیو شنیدند که فسندن در حال خواندن شعر’‘ای شب مقدس’‘ و پیامی را از کتاب مقدس خواند. اولین برنامه ی رادیویی در 31 آگوست در سال 1920م توسط ایستگاه 8 م ک در دیترویت، میچیگان پخش شد. اولین صدای منظم بی سیم جهانی در سال 1922م از گاگلیلمو مارکون مرکز تحقیقات در رقیل نزدیک شلمز فورد، انگلستان، که اولین مکان کارخانه ‘‘بی سیم’‘ جهانی بود.
رادیوهای اولیه قدرت پخش را توسط میکروفن کربنی زیاد کردند. در حالی که بعضی رادیوها از بعضی انواع تقویت در صدامت و یا باتری استفاده می کردند. در اواسط 1920م دریافت کننده های معمولی مثلکریستال ست وجود داشت. در سال1920. تیوب خلاء را تقویت کردند که باعث تحول عظیمی در دریافت کننده رادیو و پخش کننده رادیو به وجود آمد.

توسعه در قرن20

نیروی هوایی از رادیو تبلیغاتی برای هدایت هواپیما استفاده می کرد. این موضوع همچنان تا سال1960م ادامه داشت وقتی که سیستم در نهایت جهانی شد.
در اوایل سال1930م، گروه تنها و تغییر فرکانس که توسط کارفرماهایی آماتور رادیو اختراع شد. رادیو عکسهای قابل دیدن را مثل تلویزیون پخش می کرد در اوایل سال1920، پخش های استاندارد و متداول در آمریکای شمالی و اروپا در سال1940 شروع به کار کرد.
در سال1960 سانی اولین رادیوی ترانزسیتوری را معرفی کرد، به اندازه ای کوچک بود که در یک جیب جا می گرفت و با یک باتری به راحتی قابل حمل بود. در بیست سال بعدی، ترانزسیتورها جایگزین تیوب ها شدند به غیر از استفاده قدرت های بالا، یا فرکانس بالا.
در سال 1963 تلویزیون رنگی به وجود آمد و اولین رادیو ماهواره ارتباطی، تل استاره شروع به کار کرد. در اواخر سال1960 تلفن راه دور آمریکا سیستم خود را دیجیتال کرد، از رادیوی دیجیتال برای بسیاری از این ارتباطات استفاده کرد.
در سال1970 لوران سیستم ارتباطی اولیه رادیو شمار آمد. به زودی آمریکا آزمایشاتی با ماهواره ارتباطی انجام داد، که به اختراع و راه اندازی گروه منتهی شد در سال1987.
در اوایل سال1990 رادیو آماتور آزمایشگران شروع به استفاده از کامپیوترهای شخصی با کارت صوتی برای پیشرفت سیگنالهای رادیو کردند. در سال1994، ارتش آمریکا راه اندازی شد و در این پروژه موفق شدند و رادیوی نرم افزار ساختند که می توانست یک رادیوی متفاوتی در پرواز با تغییر نرم افزار باشد.
نمایش دیجیتالی در صدا در سال1990 راه اندازی شد.

استفاده هایی از رادیو

استفاده های اولیه آن بیشتر در نیروی دریایی بود، برای فرستادن پیام های که مورس بین کشتی و خشکی به کار می رفت. امروزه، رادیو شکل های متعددی دارد، شامل سیستم بی سیم، ارتباط همراه در انواع گوناگون، به خوبی رادیوصدا. بیشتر در موردتاریخ رادیو مطالعه کنید.

قبل از اختراع تلویزیون، رادیو فقط شامل اخبار و موسیقی نبود، بلکه قصه ها، طنزها، شوهای مختلف، و فرم بسیاری از نمایش را دارا بود. رادیو در بین نمایش های دراماتیک بی نظیر بود زیرا فقط از صدا استفاده می شد. برای اطلاعات بیشتر، برنامه رادیو را مطالعه کنید.
استفاده های متعددی از رادیو وجود دارد:
*صوتی
موج رادیو که صحبت ها و موزیک را در یک فرکانس متوسط می فرستد( ). رادیوی از دامنه متغیر استفاده می کند. در حالی صداهای بلند در میکروفن سبب نوسان بیشتری در قدرت نمایش می شود در حالی که فرکانس نمایش بدون تغییر باقی می ماند. نمایش ها توسط آمار مورد تأثیر قرار می گیرند زیرا روشنایی و منابع دیگر رادیو موجهای رادیویی خود را به یکی از نمایش دهنده ها اضافه می کند.
موج رادیو که صحبت و موزیک می فرستد، با توانایی بیشتر نسبت به در تغییر فرکانس، صداهای بلند در میکروفن باعث می شود تا فرکانس نمایشگر نوسان بیشتری داشته باشد، و قدرت نمایشگر بی تغییر باقی می ماند. نمایش داده می شود در فرکانس بسیار بالا( ). به فضای فرکانس رادیویی بیشتری نسبت به نیاز دارد و در فرکانس بالا فرکانسهای بیشتری قابل دسترس می باشند، بنابراین جایگاه های زیادی وجود دارد که هر کدام حاوی اطلاعاتی می باشند. موضوع دیگر این است که موجهای کوتاه رادیو خیلی بهتر عمل می کنند، که در یک خط مستقیم سیر می کنند که بازتابی نسبت به زمین ندارند توسط (یونسیفر) که در یک تیررس دریافت کوتاهتری نتیجه می شود. دریافت کننده های به صورت افکت متمرکز قرار می گیرند، که سبب می شوند که رادیو فقط سیگنالهای قوی را وقتی سیگنالهای زیادی روی یک فرکانس قرار می گیرد، دریافت کنند.
سرویسهای سیگنالهای دوگانه هستند که «روی شانه» را نشان می دادند که در مدت طولانی با یک برنامه مهم طول کشید. سرویس دهنده های مخصوص نیاز به بکارگیری و بهره برداری از این سرویسها دارند. کانال های مشابه ممکن است به صورت برنامه های متصل باقی بمانند، مثل خواندن سرویسها برای نابینایان، موزیک پشت صحنه یا سیگنالهای صدای استدیو. در بعضی مناطق شهری بسیار شلوغ، برنامه های این کانال ممکن است به صورت برنامه رادیویی زبان خارجی متناوب باشد برای گروه ها و اغشار مختلف.
رادیوی صدای هوانوردی از رادیو استفاده می کند. از استفاده می کنند بنابراین ایستگاه های مختلف روی یک کانال را می توان دریافت کرد. (استفاده از باعث می شود تا ایستگاه های قویتر مانع از دریافت ایستگاه های ضعیفتر شوند با توجه به افکت متمرکز. بشقاب پرنده اغلب بسیار بالا است که رادیوی آن می تواند صدها مایل را به خوبی ببیند، با اینکه آنها از استفاده می کنند.

نور سنج

نورسنج ( Light Meter )

نورسنج ، وسیله ای است ، الکترونیکی که میزان نور را اندازه می گیرد. در نتیجه می توان با توجه به شدت و میزان نور ، حساسیت فیلم و سرعت شاتر ، مقدار گشودگی دیافراگم را برای رسیدن به تصویری واضح و مناسب ، تعیین کرد.


انواع نورسنج

نورسنج اتوماتیک

این نور سنج ها ، داخل برخی از دوربین های فیلم برداری قرار دارند و علاوه بر آنکه میزان و شدت نور را اندازه می گیرند ، به دیافراگم دوربین نیز دسترسی دارند و مستقیما ، بدون دخالت فیلم بردار ، دیافراگم را متناسب با مقدار نور ، حساسیت فیلم و سرعت شاتر ، تنظیم می کنند.


نورسنج دستی

این نور سنج ها ، تنها میزان نور را اندازه می گیرند و نمی توانند نتیجه را بر روی دیافراگم دوربین اعمال کنند. این نورسنج ها معمولا جدا از دوربین هستند.
هر نورسنج دستی ، دو عامل متغیر دارد که این دو عامل عبارت اند از :
1- درجه حساسیت فیلم.
2- سرعت شاتر.
برای استفاده از این نوع نورسنج ها ، فیلم بردار باید قبل از نورسنجی ، درجه حساسیت نورسنج را با درجه حساسیت فیلم و سرعت نورسنج را با سرعت شاتر تطبیق دهد و سپس اقدام به نورسنجی کند. در این حالت باید نورسنج را در موقعیت مناسبی قرار داد ، سپس ضامن نورسنج را فشار داد ، تا عقربه نورسنج حرکت کند و بر روی صفحه مدرج بر روی عددی قرار گیرد ، سپس ضامن را رها کرده تا عقربه ثابت شود. در این حالت نورسنج عدد مناسب را نشان می دهد و بر اساس آن باید صفحه دیافراگم را چرخاند تا متناسب با عدد نورسنج شود.



انواع نورسنج بر اساس سوژه مورد اندازه گیری

نورسنج ها دارای سلول حساسی هستند ( سلول فتو رزیستانس ) که برای اندازه گیری نور ، آن سلول باید در موقعیت مناسب قرار گیرد.


نورسنج تابشی ( Incident Light Meter )

این نورسنج ها نور تابیده شده از منابع نوری را اندازه می گیرند.
این نورسنج ها بر دو نوع هستند :
نوع نیمکره ای : سلول حساس نورسنج نیمکره ای به طرف دوربین نگه داشته می شود ، تا متوسط شدت نور منابع مختلف را که به دوربین می رسد ، اندازه بگیرد.
نورسنج تخت : سلول حساس نورسنج تخت ، مستقیما رو به منبع نور قرار می گیرد و نور هر یک از منابع نوری را ، به طور جداگانه اندازه می گیرد. از این نورسنج ها به ویژه برای اندازه گیری نور اصلی استفاده می شود.


نورسنج بازتابی ( Reflected Light Meter )

این نورسنج ها نور بازتابیده از سوژه را اندازه می گیرند. نورسنج بازتابی ، باید به عدسی دوربین نزدیک باشد و سلول حساس آن ، باید در جهتی باشد که عدسی دوربین هست ، زیرا این نورسنج برای اندازه گیری نور بازتابیده شده از سوژه ، که به عدسی دوربین می رسد ، مورد استفاده قرار می گیرد. بهترین حالت این عدسی ها آن است که از نوع

اتوماتیک باشند.



نورسنج نقطه ای ( Spot Light Meter )

این نورسنج ها زاویه پذیرش تنگی دارند و برای اندازه گیری نور بازتابیده از ناحیه ای کوچک ، یا برای اندازه گیری نور بازتابی ، از اجسامی که یا خیلی کوچک اند و یا در فاصله ای دور قرار گرفته اند مورد استفاده قرار می گیرند. این نورسنج ها را معمولا در محل استقرار دوربین قرار می دهند و سپس با استفاده از چشمی که روی آن تعبیه شده ، آن را روی ناحیه مورد نظر تنظیم می کنند و میزان نور را اندازه می گیرند.

خازن

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می روند . خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دوقسمت اصلی تشکیل می‌شود :

الف – صفحات هادی

ب – عایق بین هادی ها(دی الکتریک)

بنا بر این هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود ، تشکیل خازن می دهند . معمولا صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتا زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می شود .
هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگتر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است .
به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می باشد . بنابر این خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است .

دیود

مقدمه

دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.6 ولت می‌‌باشد.

ولتاژ معکوس

هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌‌کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود می‌‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می‌شود.

دسته بندی دیودها

در دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می‌‌کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می‌‌روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌‌دهند، دیودهای یکسو کننده (Rectifiers) که برای یکسو سازی جریانهای متناوب بکار برده می‌‌شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود.

اختراع دیود پلاستیکی (plastic diode)

محققان فیزیک دانشگاه اوهایو (Ohio State University) توانستند دیود تونل پلیمری اختراع کنند. این قطعه الکترونیکی منجر به ساخت نسل آینده حافظه‌های پلاستیکی کامپیوتری و چیپهای مدارات منطقی خواهد شد. این قطعات کم مصرف و انعطاف پذیر خواهند بود. ایده اصلی از سال 2003 که یک دانشجوی کارشناسی دانشگاه اوهایو ، سیتا اسار ، شروع به طراحی سلول خورشیدی پلاستیکی نمود بوجود آمد. تیم پژوهشی توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین پروفسور فیزیک دانشگاه اوهایو رهبری می‌شود.

فیزیک الکترونیک

نگاه اجمالی

شاید برای افرادی که آشنایی کمتری با فیزیک دارند ، تعجب آور باشد که در مباحث فیزیک ، از واژه الکترونیک یاد شود. اما اگر مباحث مطرح در فیزیک را از نظر بگذرانیم ملاحظه می‌کنیم فیزیک و الکترونیک دو واژه‌ای هستند که با هم مانوس بوده و تقریبا وابسته به یکدیگرند. بعنوان مثال ترانزیستور یک وسیله الکترونیکی است که نحوه اتصال آن در مدار در الکترونیک مورد بررسی قرار می‌گیرد. اما ساختار ترانزیستور ، مشخصه‌های ترانزیستور و اطلاعات دیگر که مربوط به ساختمان ترانزیستور است در فیزیک بحث می‌شود.

مفاهیم پایه فیزیک الکترونیک

• اجزای ساختمان ماده:
  برای توضیح پدیده‌های الکترونیکی ، فیزیکدانها فرضیه‌های مختلفی را درباره ساختمان ماده ، پیشنهاد کرده‌اند. می‌دانیم که ماده قابل تقسیم تا بینهایت نیست. کوچکترین کمیت از ماده را که می‌تواند به حالت آزاد وجود داشته باشد مولکول می‌گویند.
  کمیتی از یک جسم خالص را که فرمول شیمیایی آن جسم معرفی می‌کند، مولکول گرم و جرم مربوطه را جرم مولکولی می‌گویند. هر مولکول گرم از یک جسم خالص ، شامل تعداد N_A مولکول است، که N_A عدد آووگادرو می‌باشد. مولکولها از اتمها تشکیل شده‌اند. کوچکترین بخش از یک جسم ساده که می‌تواند در یک ترکیب شیمیایی شرکت کند، اتم نام دارد همانند مولکول ، اتم نیز دارای ابعاد بسیار کوچک است.
  
  پیشرفت‌های امروز ، الکترونیک ، نظریه‌های آلبرت انیشتین را که از سال 1905 به بعد بنا کرد ، کاملا به اثبات می‌رساند. برخلاف آنچه که در مکانیک کلاسیک تصور می‌شود ، در فیزیک نوین جرم یک جسم کمیتی تغییر ناپذیر نیست، بلکه با بالا رفتن سرعت افزایش پیدا می‌کند. سرعت نور معرف حدی است که تجاوز از آن را نمی‌توان انتظار داشت.

• فلزات و نیم رساناها:
  واژه نیم رسانا را برای مشخص کردن جامداتی که مقاومت ویژه آنها خیلی بزرگتر از مقاومت ویژه یک رسانای خوب و خیلی کوچکتر از مقاومت ویژه یک عایق خوب است، به کار می‌برند. به علاوه این مقاومت ویژه می‌تواند در کرانه‌های عریض تحت تاثیر بعضی از عوامل نظیر دما ، نور ، جریانهای قوی و همچنین با افزودن ناخالصیهای معین تغییر کند. بدین ترتیب ، آنها می‌توانند به طور دائم و برگشت پذیر از حالت عایق به حالت رسانا بروند.

• رسانش در فلزات:
  یک رسانا در حالت عادی دارای الکترونهای آزاد است. اتمهایی که این الکترونها را از دست داده‌اند یک شبکه یونهای مثبت تشکیل می‌دهند. الکترون‌های آزاد که دیگر به اتم مشخصی تعلق ندارند، دارای یک حرکت بی‌نظمند که از این لحاظ شبیه مولکولهای گاز است. این الکترونها نقش رسانش در فلزات را ایفا می‌کنند.

• نیم رسانای ذاتی (خالص):
  نیم رساناهایی که بیشتر از همه مورد استفاده قرار می‌گیرند. ژرمانیوم و سیلسیوم هستند. به علت داشتن خواص مشابه ، در مورد یکی از آنها مثلا ژرمانیوم استدلال می‌کنیم. اتم ژرمانیوم دارای ظرفیت چهار است که هسته آن 32 پروتون دارد که توسط 32 الکترون احاطه شده است. این الکترونها در روی چهار لایه مدار که آخرین آنها چهار الکترون دارند توزیع شده است.
  انرژی جنبشی الکترونها در دمای محیط معمولی خیلی بیشتر از انرژی آنها در صفر مطلق است. این امر موجب بریدگی بعضی از اتصالات و تولید حاملهای بار الکتریکی می‌شود. بدبن ترتیب یک نیم رسانای ذاتی در دمای عادی به طور جزئی رساناست.

• نیم رسانای غیرذاتی:
  
  با افزودن تعداد خیلی کم از بعضی از ناخالصیها در یک نیم رسانای ذاتی می‌توان با نسبتهای قابل ملاحظه‌ای عده حاملهای بار (الکترون‌های آزاد یا حفره) را افزایش داد. بدین ترتیب مقاومت ویژه ماده کاهش می‌یابد. بلوری که بدین ترتیب آلاییده می‌شود، نیم رسانای غیرذاتی نام دارد. بعنوان مثال با اضافه کردن یک گرم آرسنیک به 10³ گرم ژرمانیوم خالص مقاومت ویژه از 50 اهم-سانتی متر به چند اهم-سانتی متر تغییر می‌کند. ناخالصیهای به کاربرده شده سه یا پنج ظرفیتی هستند که به دو نوع بلور مختلف هدایت می‌کنند.

اجسام نیم رسانا

دید کلی

معمولاُ اجسام از لحاظ عبور یا عدم عبور الکتریسیته به دو دسته رسانا و عایق تقسیم می‌شود. اما گروه دیگری از اجسام نیز وجود دارد که بطور کامل رسانا و نه بطور کامل نارساناست. این گروه خاص از اجسام را نیم رسانا می‌گویند.

انواع نیم رسانا

نیم رسانای ذاتی

بخش عمده الکترونیک نوین ، وابسته به کاربرد مواد نیرم رسانا است. دیودهای نورگسیل « LEDها) ترانزیستورها و باتریهای خورشیدی از جمله عناصر الکترونیکی متداولی هستند که از نیم رساناها استفاده می‌کنند. نیم رساناهایی مانند Cds و ورمیلیون (Hgs) رنگهای درخشان دارند و هنرمندان نقاشی ، از آنها استفاده می‌کنند. آنچه که تعیین کننده خواص الکترونیکی نیم رسانا است گاف انرژی (گاف نواری). بین ظرفیت و نوار و رسانش است. در بعضی مواد مانند Cds این شکاف اندازه ثابتی دارد. این مواد ، نیم رساناهای ذاتی نامیده می‌شود.

هنگامی که نور سفید ، با نیم رسانا برهمکنش می‌کند الکترونها تحریک شده و به نوار رسانش می‌روند. Cds ، نور بنفش و تا حدودی نور آبی را در می‌آشامد. اما انرژی سایر بسامدها ، کمتر از انرژی لازم برای برانگیختن یک الکترون ورای گاف انرژی است. این بسامدها بازتاب می‌یابند و رنگی که مشاهده می‌کنیم، زرد است. در برخی نیم رساناها مانند GoAS و Pbs ، گاف نواری ، چنان کوچک است که تمام بسامدهای نور مرئی در آنها دیده می‌شوند. هیچ نور مرئی بازتابی وجود ندارد و ماده تیره رنگ است.

نیم رسانای مصنوعی

در بیشتر نیم رساناها که غیر ذاتی نامیده می‌شوند، اندازه گاف نواری ، با افزودن دقیق ناخالصیهایی کنترل می‌شود، که این فرآیند تقویت نامیده می‌شود. سیستم عمل تقویت روی سیلیکون یکی از متداولترین نیم رساناهاست.

نیم رسانای نوع n

وقتی به سیلیکون ، ناخالصی فسفر افزوده شود، تراز انرژی اتمی فسفر ، دقیقا در زیر نوار رسانش سیلیکون قرار می‌گیرد.
هر اتم فسفر ، 4 الکترون از 5 الکترون ظرفیتش را تشکیل نمونه با 4 اتم si مجاور بکار می‌برد و انرژی گرمایی به تنهایی کافی است تا باعث شود، الکترون اضافی ظرفیت به نوار رسانش بر انگیخته شده به یک یون p غیر متحرک را بر جای گذارد. اتمهای فسفر ، دهنده نامیده می‌شود. رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا در اثر حرکت الکترونهای حاصل از اتمهای دهنده در نوار رسانش، به وجود می‌آید. این نوع نیم رسانا نوع n نامیده میشود که در آن n به معنی منفی است، این نوعی بار الکتریکی که توسط الکترونها حمل می‌شود.

نیم رسانای نوع p

وقتی به سیلیکون ناخالص آلومینیم افزوده می‌شود. تراز انرژی اتمهای AL که اتمهای پذیرنده نامیده می‌شوند، درست بالای نوار ظرفیت سیلیکون قرار می‌گیرد. با سه اتم Si مجاور پیوند جفت الکترونی منظمی تشکیل می‌دهد. اما با چهارمین اتم Si فقط یک پیوند تک الکترونی تشکیل می‌دهد. یک الکترون به راحتی از نوار ظرفیت یک اتم آلومینیوم در تراز پذیرنده بر انگیخته می‌شود. در نهایت ، یک یون منفی تا A غیر متحرک بوجود می‌آمد و در نتیجه این فرآیند یک حفره مثبت در نوار ظرفیت پدیدار می‌شود. از آنجا که رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا شامل حرکت حفره‌های مثبت است این نوع نیم رسانا ، نوع P نامیده می‌شود.

کاربرد نیم رساناها در باطری خورشیدی

یک سلول خورشیدی که از نیم رساناها ساخته شده از سیلیکون استفاده می‌شود. لایه نازکی از نیم رسانای نوع P با یک نیم رسانای نوع n ، در ناحیه‌ای به نام پیوندگاه در تماس است. عمدتا عبور الکترونها و حفره‌های مثبت از میان پیوندگاه بسیار محدود است. زیرا چنین حرکتی ، منجر به تفکیک بار می‌شود: حفره‌های سبک ناشی از نیم رسانای نوع p که از پیوندگاه عبور می‌کنند ناگزیر از یونهای غیر متحرک تا A جدا خواهند شد و الکترونهای ناشی از نیم رسانای نوع n که از پیوندگاه عبور می‌کنند به ناچار از یونهای غیر متحرک ⁺P جدا می‌شوند.

حال در نظر بگیرید که نیم رسانای نوع p در معرض باریکه‌ای از نور قرار گیرد. الکترونهای واقع در نوار ظرفیت ، می‌توانند انرژی ، در آشامیده و همراه با ایجاد حفره‌های مثبت در نوار ظرفیت ، به لایه رسانش ارتقاء یابند. الکترونهای رسانش بر خلاف حفره‌های مثبت می‌توانند به راحتی از پیوندگاه عبور کرده وارد نیم رسانای نوع n شوند. این عمل ، سفارش الکترونها (جریان الکتریکی) را برقرار می‌کند. الکترونها می‌توانند توسط سیمها از میان یک مصرف کننده خارجی مانند لامپها ، موتورهای الکتریکی و … انتقال پیدا کنند و سرانجام به نیم رسانای نوع p باز گردند. جایی که آنها حفره‌های مثبت را پر می‌کنند.

راکتور های هسته ای

راکتورهای هسته ای   

مقدمه

در  نيروگاهها ی برق ابتداآب را گرم می کنند تا به بخار تبديل گردد وازفشار بخار آببرای بکار انداختن توربين های ژنراتورهای مولد برق استفاده ميشود .

گرمای لازم  در نيروگاههای فسيلی با سوزاندن زغال سنگ يا نفت  بدست می آيد ولی در نيروگاههای اتمی اين گرما با ايجاد پديده شکافت در هسته اورانيم بدست می آيد. و از آنجاييکه انرژی حاصل از يک کيلوگرم اورانيم معادل انرژی يک ميليون ليتر نفت يا ده هزار تن زغال سنگ است . استفاده از انرژی اتمی بسيار جذابتر به نظر می رسد.

راکتورهای هسته ای

امروزه دو نوع راکتور متداولند راکتورهای  با فشار آب و  راکتورهای آب جوشان

اجزای ساختمان يک راکتور با فشارآب pwr عبارتند از:

۱- راکتورreactor:د ستگاهی که در آن شکافت هسته ای رخ می دهد

۲-ماده سوخت اورانيم غنی شده ۲ تا ۳٪ nuclear fuel:

از انجاييکه اورانيم طبيعی شامل ۳/۹۹٪ اورانيم ۲۳۸ و ۷/. ٪ اورانيم ۲۳۵ است اورانيم طبيعی را بايد غنی سازی نموديعنی  ۲ تا ۳٪ايزوتوپ اورانيم۲۳۵در آن بايدوجود داشته باشد. ماده سوخت مورد استفاده در راکتور ممکن است شامل صدها ميله سوخت  باشد که درون اين ميله ها اورانيم غنی شده بصورت قرص هايی قراردارند وامادهاند مه با برخورد نوترونهای کند پديده زنجيره ای شکافت را انجام دهند.

۳- منبع آب: 

اورانيم غنی شده مطابق شکل زير بصورت ميله های سوخت در يک منبع آب قرار داده می شود. . ازانجاييکه هر چقدر نوترونهای شکافنده کند با شند احتمال شکافت هم زيادتر خواهد بود   آب نه تنها کار انتقال گرمای حاصل از شکافت را برعهده دارد بلکه نقش کند  ساز نوترونهای توليد شده را هم انجام می دهد و انرژی انها را کاهش می دهد

۳- ميله های تنظيم  control rod:

ميله هايی هستند از جنس کادميم يا بر که برای کنترل زنجيره شکافت استفاده می شود که  بطور خودکار وارد راکتور می شوند  و مقدار زيادی از نوترونها را جذب ميکتتد و ضريب تکثير نوترونها تا يک تنزل می دهند يعنی تنها يک نوترون حاصل از شکافت در شکافت بعدی شرکت کند.هر گاه بخواهيم سرعت شکافت را بيشتر کنيم کافی است ميله را از راکتور خارج سازيم 

 

آشنایی با پلاسما

 آشنايی با پلاسما   

پلا سما چهارمين حالت ماده است  و هما نطور که در شکل فوق ميبينيد   بطور طبيعی  در  رعدو برق-دربادهای خورشيدی -در کهکشانها 

و... وجود دارد .پلاسما را ميتوان بطور مصنوعی در آزمايشگاه توليد نمود. اگر درون محفظه ای مانند يک کره دو الکترود قرار دهيم ومحفظه

را پراز گاز بی اثر نماييم  برقراری اختلاف پتانسيل جريان متناوب چند کيلو ولت بين دو الکترود  سبب برانگيختگی اتمهای گاز ميشود که اتمها

برای برگشتن به حالت پايدار از خود نور ميدهند ومارشته های درخشان وزيبای پلاسما را خواهيم ديد  .

با وجود ولتاژ بالا  بسامد مورد استفاده در کره های پلاسما بسیار بالاست که مانعاز اثر ولتاژ بر بدن ميشود .البته کره های پلاسمای موجود

در بعضی از آزمايشگاهها با مبدل ولتاژ ۱۲ ولت کار ميکنند که خطری نداردو براحتی ميتوان آنرا لمس نمود

پراش نور

پراش نور

وقتي جسم كدري ميان يك پرده و يك چشمه نقطه‌اي نور قرار گيرد، سايه‌اي پيچيده متشكل از نواحي روشن و تاريك ايجاد مي‌شود. اين اثر به آساني قابل روئيت است، اما يك چشمه نسبتا قوي ضروري است. لامپي با شدت زياد كه از يك سوراخ كوچك مي‌درخشد، اين كار را به خوبي انجام مي‌دهد. اگر به نقش سايه حاصل از يك قلم ، تحت روشنايي يك چشمه نقطه‌اي نگاه كنيد يك ناحيه روشن غير معمولي در كناره خواهيد ديد.

حتي نواري با روشنايي ضعيف در وسط اين سايه تشكيل مي‌شود. به سايه‌اي كه توسط دستتان در امتداد نور خورشيد ايجاد مي‌شود، نگاهي دقيق بيندازيد. معمولا پراش مربوط به موانع شفاف مورد نظر قرار نمي‌گيرد. هر چند اگر در شب رانندگي كرده باشيد، در حاليكه چند قطره باران بر روي شيشه عينكتان نشسته باشد، فريزهاي روشن و تاريك را مشاهده خواهيد كرد.

تاريخچه

اولين مطالعه تفضيلي منتشر شده درباره انحراف نور از مسير مستقيم توسط فرانسسيكو گريمالدي در قرن هفدهم انجام گرفت و آن را پراشه ناميد.

انواع پراش

پراش فرانهوفر

فرض كنيد كه يك مانع كدر حاوي يك روزنه كوچك داريم كه امواج تخت حاصل از يك چشمه نقطه‌اي شكل خيلي دور (S) ، آن را روشن كرده است. صفحه مشاهده ، پرده‌اي است موازات با مانع كدر ، دورتر بودن صفحه مشاهده به آرامي باعث تغيير پيوسته در فريزها مي‌شود. در فاصله خيلي دور از مانع نقش تصوير شده بطور قابل ملاحظه‌اي پخش خواهد شد. بطوري كه به روزنه واقعي بي‌شباهت است و يا شباهت اندكي با آن خواهد داشت. از آنجا به بعد حركت دادن پرده تنها اندازه نقش پراش را تغيير مي‌دهد ولي شكل آن را بدون تغيير مي‌گذارد. اين پراش را فرانهوفر يا پراش ميدان- دور مي‌گويند.

- پراش فرنهوفر تك شكاف

در اين نمونه شكاف مستطيل شكل كه پهناي كوچك و طول چند سانتي متردارد، در مقابل منبع نور قرار مي‌گيرد. پرتوهاي نور بعد از عبور از شكاف بر روي پرده تشكيل تصوير مي‌دهند، كه قسمت مركزي در مقايسه با كناره‌ها شدت بيشتري دارد. نقش‌هاي پراش در اطراف اين ناحيه بوضوح ديده مي‌شود و ضمن اينكه شدت نور با دور شدن از ناحيه مركزي كاهش ي‌يابد، نوارهاي تاريك در بين نوارهاي روشن قابل روئيت است.

- شكاف دوگانه

در اين نمونه مانع كدر كه در مقابل نور قرار مي‌گيرد از دو شكاف مستطيل شكل موازي تشكيل شده است. هر روزنه به خودي خود همان نقش پراش تك شكافي را روي پرده ديد ايجاد خواهد كرد. در هر نقطه روي پرده سهم‌هاي مربوط به اين دو شكاف روي هم مي‌افتد. گرچه دامنه هر كدام از آنها اساسا بايد باهم مساوي باشد، ممكن است اختلاف فاز قابل توجهي پيدا كنند. در داخل قله مركزي پراش وجود خواهد داشت. ممكن است يك بيشينه تداخل و يك كمينه پراش با يك مقدار از (زاويه انحراف از قسمت مركزي) متناظر باشند. در چنين حالتي نوري وجود ندارد، كه در آن موقعيت دقيق در تداخل شركت كند و قله حذف شده را مرتبه گم شده مي‌نامند.

پراش فرنل

فرض كنيد يك مانع كدر حاوي روزنه كوچك كه اموج تخت حاصل از يك چشمه نقطه‌اي شكل خيلي دور (S) ، آن را روشن كرده است. در اين حالت صفحه مشاهده پرده‌اي موازي با مانع است. در اين شرايط يك تصوير از روزنه بر روي پرده مي‌افتد، كه علي‌رغم وجود برخي فريزهاي جزئي در اطراف محيط آن ، به روشني قابل تشخيص است. بتدريج كه صفحه مشاهده از مانع دور مي‌شود، تصوير روزنه گر چه هنوز به راحتي قابل تشخيص است، هرچه شكل مشخص‌تري به خود مي‌گيرد، و اين در حالي است كه فريزها نمايانتر مي‌شوند. اين پديده مشاهده شده پراش فرنل يا ميدان- نزديك ناميده مي‌شود.

اصل بابينه

دو پرده پراشان را مكمل مي‌گويند، هرگاه نواحي شفاف روي يك پرده با نواحي كدر پرده ديگر و بر عكس متناظر باشند. وقتي كه دو پرده مكمل روي هم بيافتند، آشكار است كه تركيب آنها كاملا كدر است.

توري پراش

آرايه‌اي تكراري از عناصر پراشان ، نظير روزنه‌ها يا موانعي كه اثر آنها ايجاد تغييرات متناوبي در فاز ، دامنه يا هر دوي آنها در يك موج خروجي است، يك توري پراش ناميده مي‌شود. غالبا توريهاي تخت تراشه‌اي ، يا شيارهايي تقريبا مستطيلي چنان سوار مي‌شوند كه بردار انتشار فرودي تقريبا بر هر يك از وجوه شيارها عمود باشند.

پراش صوتی

پراش صوتي

بازتابش ، شكست و پراش فيزيك امواج صوتي عينا مانند بازتاب ، شكست و پراش نور صورت ميگيرد. زيرا آثار امواج نوري از بسياري جهات شباهت به آثار امواج صوتي دارند و تنها فرق موجود اين است كه طول موج فيزيك امواج نوراني نسبت به طول موج فيزيك امواج صوتي بسيار كوچك ميباشد. ولي قوانين هندسي آنها كاملا با هم شباهت دارد.

وقتي كه بين منبع صوت و گوش مانعي قرار دهيم بر حسب بزرگي و كوچكي مانع نسبت به طول موج ، ممكن است آثار مختلف پيدا شود. اگر فيزيك امواج صوتي به جدار محكمي كه در آن سوراخي تعبيه شده است برخورد كنند، قسمتي از فيزيك امواج كه به سطح ديواره برخورد ميكنند منعكس ميگردند و قسمت ديگر كه به لبه جداره و يا به لبه سوراخ برخورد ميكنند ممكن است پراشيده شوند.

مشاهده پديده تفرق در زندگي روزمره

پديده تفرق فيزيك امواج صوتي در مشاهدات روزانه ما زياد است. مثلا وقتي اشخاص در مقابل دهنه بوقي شكل بلندگو واقع ميشوند، آنهايي كه در وسط و در نزديكي محور قرار دارند، تمام صداها را ميشنوند، ولي آنهايي كه در اطراف محور و خارج از ميدان بوق شده‌اند فقط آن كلمات و با قسمتي از موزيك را ميشنوند كه با صداي بم ادا نشده باشد. همچنين وقتي دو نفر در اطاقي مكالمه ميكنند اگر در ديوار مشترك با اطاق مجاور ، سوراخ كوچكي باشد ممكن است صداي آنها را در اتاق مجاور تشخيص داد. در صورتيكه اگر درب همان دو اطاق باز باشد آنكه در همسايگي واقع است ممكن است درست صداي مكالمه در همان اطاق مجاور را بخوبي و مانند سابق نشنود.

همينطور وقتي كه در سينما يا تئاتر پشت سر شخص چاق يا قد بلندي بنشينم ، به گونه‌اي كه مشاهده صحنه براي ما مقدور نباشد باز صداي آرتيستها را ميشنويم. فيزيك امواج صوتي كه به بدن آن شخص ميرسند قسمتي جذب شده و قسمتي منعكس ميگردند و قسمتي كه به حدود اطراف بدن او برخورد ميكنند، به واسطه پديده پراش در پشت سر او در هر نقطه كه گوش ما قرار گيرد قابل شنيدن ميباشند.

يك آزمايش ساده

قطعه‌اي از نمد را كه تقريبا به مساحت يك متر مربع باشد اختيار كنيد و در وسط آن سوراخي به قطر 15 سانتي متر ايجاد نمائيد. اگر يك فرفره آلماني (نوعي فرفره است كه در جدار آن چند سوراخ وجود دارد، وقتي كه ميچرخد، توليد صدا ميكند) را در فاصله 30 سانتي متري از سوراخ بچرخانيم در هر جايي كه در پشت نمد قرار گيريم صداي آن به آهستگي و به طور يكنواخت شنيده ميشود. و اگر خود را در مقابل سوراخ طوري قرار دهيم كه فرفره را با چشم خود ببينيم، صداي آن از وقتي كه خود را در جاي ديگر قرار دهيم بلندتر شنيده نميشود. تنها وقتي در ناحيه پشت قطعه نمد صداي قويتر شنيده ميشود كه نمد را از ميان برداريم و اين مطلب براي اين است كه در صورت اخير انرژي صوتي بيشتري در گوش ما داخل ميشود.

اگر بجاي فرفره ، يك ساعت جيبي قرار دهيم (طول موج امواجي كه ساعتها توليد ميكنند از يك الي هشت سانتي متر تغيير ميكند) در اين حالت براي اينكه صداي تيك تيك آن را در پشت قطعه نمد بشنويم بايد خود را در روي محور قرار دهيم، به گونه‌اي كه ساعت از پشت نمد قابل رويت باشد. وقتي كه اين شرط حاصل شد‌، صداي آن عينا مانند وقتي شنيده ميشود كه نمد وجود نداشته باشد و چون در خارج محور واقع باشيم صداي ساعت تقريبا ديگر شنيده نميشود.

شرايط پراش

- فرض كنيد فيزيك امواج صوتي به سطح ديواري كه سوراخي در آن تعبيه شده است، برخورد ميكنند. امواج صوتي را با طول موج معيني در نظر ميگيريم. هرگاه طول موج نسبت به قطر سوراخ بزرگ باشد، چون طبقه متراكم (موج) به ديوار برسد، قسمت كوچكي از آن كه از سوراخ عبور ميكند خود مانند مركز صوت شد. و با آن طرف جدار طبقات كروي متراكم و منبسط ، پشت سر هم بمركز سوراخ درست ميشوند. نتيجه اينكه در پشت مانع در همه جا صدا وجود خواهد داشت.

- برعكس اگر طول موج نسبت به قطر سوراخ كوچك باشد ، فيزيك امواج در حين عبور از سوراخ عينا به همان حالت باقي ميمانند. بديهي است كه در اين حالت قسمتي از موج تابشي كه با ديوار برخورد ميكند، خود به خود حذف ميگردد، و فقط قسمت مواجه با سوراخ از آن عبور مي كند.

- بنابراين در حالت اول ، در هر نقطه از پشت جدار كه واقع باشيم، صداي منبع آهسته‌تر ولي به يك اندازه شنيده ميشود، در صورتي كه در حالت دوم ، فقط اگر در ناحيه مقابل سوراخ باشيم صداي منبع را به خوبي ميشنويم و در خارج آن صداي منبع مسموع نيست. علت اينكه در حالت اول صدا آهسته‌تر شنيده ميشود، آنست كه انرژي صوتي كه از سوراخ عبور ميكند روي سطح كروي توزيع شده و ضعيف ميگردد، در صورتي كه در حالت دوم تمام مقدار انرژي صوتي كه از سوراخ عبور ميكند روي فيزيك امواج با سطوح كوچك در پشت مانع متمركز ميباشند.

انفجار هسته ای

 انفجار هسته اي

تعريف انفجار

انفجار اعم از عادي يا هسته اي عبارتست از رهايي مقدار زيادي انرژي در مدت زماني بسيار كوتاه و در فضاي محدود .

ساختار انفجاري هسته اي

در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گوي آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت است مي دهد اين گوي آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گوي آتشين فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاري بسيار شديدي و يا موج ضربه فوق العاده اي در زمين يا آب يا در زير زمين ايجاد مي كند كه اثر تخريبي انفجار مربوط به آنها ست .

مشخصات انفجاري هسته اي

- در نزديكي انفجار سرعت موج از يك كيلومتر درثانيه يعني هزارها كيلومتر در ساعت بيشتر است .

- قسمت عمده اي از انرژي انفجار بصورت حرارت و نور آزاد مي شود كه در منطقه وسيعي ايجاد آتش سوزي نموده و حتي در فاصله هاي دورتر سبب سوختگي در پوست بدن موجودات زنده اي كه در معرض آنها قرارگرفته باشند مي گردد .

- مقدار زياري اشعه نامرئي هسته اي به نام تشعشع هسته اي اوليه بوجود مي آيد كه قدرت نفوذي فوق العاده اي داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بيولوژيكي تشعشعات هسته اي وخيم يا كشنده در موجودات زنده بوجود مي آورند .

- مواد حاصل از انفجار هاي هسته اي به شدت راديو اكتيو بوده ومنطقه وسيعي را بطوري الوده مي سازد كه بر حسب نزديكي يا دوري از مركز انفجار تامدتي غير قابل سكونت خواهند بود مانند هيروشيماي ژاپن .

- در انفجارهاي معمولي درجه حرارت در مركز انفجار به حدود 5000 درجه سانتيگراد درمورد انفجارهاي هسته اي به ده ها ميليون درجه مي رسد .

حوزه انفجارهسته اي

قطر كره آتشين از بمب هسته اي يك مگاتني در يك هزارم ثانيه به حدود 150 متر رسيده ودر هر ثانيه به حداكثر اندازه خود كه حدود 2000 متر است مي رسد و پس از يك دقيقه نسبتا سرد شده و روشنايي خود را از دست مي دهد اين زماني است كه انفجار 7 كيلو متر صعود كرده است براي تصور ميزان درخشندگي آن كافيست اشاره كنيم كه :

- از فاصله يكصد كيلومتري از نور خورشيد در وسط روز درخشنده تر است .

- در پاره اي از آزمايش ها كه در طبقات بالاي جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كيلومتري محسوم بوده است كه تحت بعضي شرايط اين نور مي تواند موجب كوري موقتي يا سوختگي دائمي شبكيه چشم شود .

- در موقع آزمايشات هسته اي در معرض بودن تصادفي اشخاص موجب سوختگي شبكيه چشم درمسافت 10 مايلي در سلاح 20 كيلو تني شده است .

- گوي آتشين همانطور كه به سرعت بزرگ شده و صعود مي كند تغيير شكل داده و پهن تر مي شود ضمناً هوا و خاك و عناصر ديگر را از پايين به داخل خود مي مكد و به همين ترتيب دنباله اي از غبار تشكيل مي شود كه گوي آتشين را به زمين وصل مي كند كره آتشين بتدريج سرد شده و بصورت ابري متلاطم در مي آيد كه ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفيد مي شود در اين حال با دنباله خود شكل قارچي به خود مي گيرد .

تخريب بعد از انفجار هسته اي

- چنانچه انفجار در سطح زمين يا نزديكي آن اتفاق بيافتد مقدار زيادي خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوي آتشين بالا مي روند يك صدم انرژي سلاح مگاتني در تر كش سطحي كافي است كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نمايد اين مواد كه بدين ترتيب به داخل گوي آتشين كشيده شده با مواد راديو اكتيو مخلوط مي شوند و ابر اتمي قارچ شكل انفجارات اتمي را شكل مي دهند ذرات اين باد بتدريج به زمين بازگشته و يا در اثر برف و باران به زمين ريخته خواهد شد اين عمل ريزش اتمي ناميده شده و منبع تشعشعات باقيه خواهند بود .

- در انفجارهاي زير آبي مقدار زيادي آب بخار خواهد شد يك صدم انرژي سلاح يك مگاتني كافيست كه 20000 تن آب را بخار كند .

- انفجار زير زميني اتمي ايجاد تكانهايي مانند زمين لرزه مي نمايد در اثر اين لرزش و جابه جاشدن قسمتي از سطح زمين خرابي بوجود مي آيد اما انرژي يك زلزله قوي با انرژي يك ميليون بمب اتمي برابر است!

تقسيم بندي انرژي انفجار سلاح اتمي

مجموع انرژي حاصله كه به نام قدرت بمب ناميده مي شود به سه اثر اوليه تقسيم مي شود . گرچه تقسيم بندي انرژي تا اندازه اي به نوع سلاح و سوختنش وشرايط انفجار بستگي دارد ولي بطور كلي بصورت زير تقسيم بندي مي شود .

- 50% انرژي به توسط موج انفجاري يا موج ضربه حمل مي شود .

- 35% انرژي را تشعشع حرارتي و امواج نوراني در خود دارند .

- 15% انرژي را تشعشع هسته اي ( 5% تشعشع ابتدايي 10% تشعشع باقيه ) دارد.

پدیده نابودی زوج

 

پديده نابودي زوج

يكي از نتايج اصل هم ارزي جرم و انرژي اين است كه اين دو مي‌توانند به يكديگر تبديل شوند. مشاهده تجربي اين مسئله در فرايندهاي مختلف مانند اثر فوتوالكتريك ، اثر كامپتون ، پديده توليد زوج و … انجام شده است. در پديده توليد زوج تابش الكترومغناطيسي در مجاورت يك هسته سنگين به دو ذره الكترون و پوزيترون واپاشيده مي‌شود، اما پوزيترون نمي‌تواند طول عمر زيادي داشته باشد، چون فضا پر از الكترون است، لذا پوزيترون بعد از مدت كوتاهي از توليد شدن با يك الكترون تركيب شده و از بين مي‌رود و به جاي آن فوتون يا تابش الكترومغناطيسي ايجاد مي‌شود كه به اين پديده نابودي زوج ميگويند.

شرايط اوليه نابودي زوج

نابودي زوجهاي ذره و پادذره و همراه با آن آفرينش فوتونها ، عمل عكس توليد زوج است. نابودي ماده و آفرينش انرژي الكترومغناطيسي را براي حالتي در نظر مي‌گيريم كه الكترون و پوزيترون نزديك به هم و اساسا ساكن باشند. در آغاز اندازه حركت خطي كل اين دو ذره صفر است، بنابراين وقتي اين دو ذره به هم مي‌پيوندند و نابود مي‌شوند، يك تك فوتون نمي‌تواند آفريده شود، زيرا اين عمل باعث نقض قانون بقاي اندازه حركت خطي مي‌شود، ولي اگر دو فوتون آفريده شوند كه با اندازه حركتهاي مساوي و در جهتهاي مخالف حركت كنند، اندازه حركت خطي مي‌تواند پايسته بماند.

چنين زوج فوتونهايي داراي فركانسها و انرژيهاي يكسان هستند. در واقع مي‌توان گفت كه سه يا چند فوتون مي‌توانند آفريده شوند، ولي با احتمال به مراتب كمتر از آفرينش دو فوتون. همين طور ، وقتي چندين زوج الكترون و پوزيترون در نزديكي يك هسته سنگين نابود مي‌شوند، تعداد كمي ‌از اين نابوديها يك تك فوتون توليد خواهند كرد.

سرنوشت نهايي پوزيترون

سرنوشت نهايي پوزيترونها بعد از توليد در پديده توليد زوج ، نابودي است. وقتي كه يك پوزيترون با انرژي بالا ظاهر مي‌شود، هنگام عبور از ماده ، در اثر برخوردها ، انرژي جنبشي خود را از دست مي‌دهد و سرانجام با سرعت پايين حركت مي‌كند. آنگاه اين پوزيترون با يك الكترون تركيب مي‌شود و تشكيل يك دستگاه مقيد به نام پوزيترونيوم مي‌دهد كه خيلي سريع (در مدت 10- ^ 10 ثانيه) به دو فوتون با انرژي مساوي واپاشيده مي‌شود.

از اين رو ، مرگ يك پوزيترون با ظهور دو كوانتوم نابودي يا دو فوتون ، كه انرژي هريك 0،51 ميليون الكترون ولت است، خبر داده مي‌شود. قابليت فنا شدن پوزيترونها به دليل ناپايداري ذاتي نيست، بلكه به خاطر احتمال زياد برخورد آنها و نابوديهاي بعدي با الكترونهاست.

جهان فرضي

در جهاني كه ما در آن زندگي مي‌كنيم، كثرت تعداد الكترون ، پروتون و نوترون (در حالت كلي ذره) برقرار است، بنابراين زماني كه پادذره‌هاي اين ذرات خلق مي‌شوند، بلافاصله طي فرايندهايي نابود مي‌شوند، اما مي‌توان فرض كرد كه بخشي از جهان وجود دارد كه در آن تعداد پوزيترون ، پادپروتون ، پادنوترون (در حالت كلي پادذره) زياد است. هرچند اين امر در حال حاضر فقط در حد يك حدس و گمان است.

پدیده فتوولتائیک

پديده فتوولتائيك

اثر فتوالكتريك كه براي اولين بار توسط آلبرت انيشتين شرح داده شد. بر اساس اين پديده وقتي كه يك كوانتوم انرژي نوري يعني يك فوتون در يك ماده نفوذ مي كند، اين احتمال وجود دارد كه بوسيله الكترون جذب شود. و الكترون انتقال پيدامي كند.

اخيراً دانشمندان آمده اند سلولهاي خورشيدي ساخته اند. وقتي كه امواج الكترو مغناطيسي خورشيد برروي آن مي تابد، جفت ماده ها ( الكترون و پوزيترون ) يعني در نوار گاف نيم رسانا به تعداد زياد توليد مي شود «توليد زوج). در نتيجه برهم كنشهاي فيزيكي بين ذرات صورت مي گيرد كه نهايتاً منجر به يك پيل خورشيدي مي شود.

مواد سازنده سلول هاي خورشيدي

ماده اي كه سلولهاي خورشيدي از آنها ساخته مي شود سيليكون و آرسينورگاليم هستند. سلولهايي كه از سيليكون ساخته مي شوند از لحاظ تئوري بازده ماكزيمم حدود 22 درصد دارند. ولي بازده عملي آن حدود 15 تا 18 درصد است. در صورتي كه بازده سلولها يي كه از آرسينورگاليم ساخته مي شود بازده عملي آنها بيشتر از 20 درصد است.

ماهواره هاي دريافت كننده انرژي خورشيدي

يك ايستگاه فضايي در مداري كه هم زمان با زمين در حركت باشد دايماً با تابش خورشيد روشن مي شود. برقراري ماهواره هاي خورشيدي در مدار زمين بطور جدي در سال 1968 پيشنهاد شد. در اين ماهواره ها پانل هايي ساخته اند از جنس آرسينوگاليم كه انرژي خورشيد را دريافت و تبديل به جفت الكترون مي كند، در داخل ماده الكترون ها شروع به حركت مي كنند كه نهايتاً منجر به توليد الكتريسته مي شود. ضريب توان سلولها 18% ولتاژ بالاي آن 40 كيلو وات با 5% اتلاف توان محاسبه شده است.

ماده و صورت

ماده و صورت

ماده و صورت از مفاهيم اساسي فلسفه هستند كه اول بار توسط ارسطو وضع شدند و در طول تاريخ حيات فلسفه، همواره مفهومي بنيادين بوده و جاي خاص خود را حفظ كرده اند.

ما در هر چيزي مي توانيم ماده و صورت را بيابيم. به همين دليل گفته مي شود كه: وجود و حركت عالم هستي، بر اساس ماده و صورت است.

در آغاز، آنچه ارسطو را براي اولين بار، به اين دو اصل راهنمايي كرد، تفاوتي بود كه ميان مواد سازنده شئ و ساختار شئ، مشاهده مي كرد.

ماده

ماده ي هر چيز يعني مواد ، عناصر و در واقع خميره اي كه شئ از آن تشكيل شده است. مثلا ماده ي لباس، پارچه، ماده ي ميز، چوب و ماده ي نمك طعام، سديم و كلر است.

بنابراين وقتي از ماده شئ صحبت مي كنيم، منظورمان اين است كه شئ از چه موادي ساخته شده است. آن موادي را كه شئ را تشكيل داده اند، روي هم رفته، ماده شئ مي خوانيم.

صورت

منظور از صورت، قالب و ساختار شئ است؛ نوعي نظم و ساختار كه شئ را شكل و تعين مي بخشد. به عنوان مثال، خياط، پارچه را كه ماده لباس است شكل داده و به صورت لباس در مي آورد؛ به عبارت ديگر، خياط، به پارچه صورت مي بخشد. در اينجا، صورتِ لباس است كه آن را لباس مي كند، نه پارچه(ماده آن).

بايد توجه داشت كه منظور از صورت فقط شكل و قيافه و ريخت ظاهري شئ نيست؛ بلكه همچنين مقصود از آن اين است كه شئ براي اينكه به وجود آمده و كاركرد داشته باشد، به چه نحو تشكل يا سازمان پيدا كرده است.

مثلا، صورت مرغ در واقع، آن چيزي است كه همه مرغ ها به طور مشترك دارند؛ يعني مجموعه ويژگي هاي خاصي كه در هر مرغ وجود دارد و آن را مرغ مي كند؛ مانند بال، پر، تخم گذاري ... و از همه اساسي تر سازمان و ساختار مرغ يا صورت مرغ است كه به آن اين اجازه را مي دهد كه فعاليت ها و ويژگي هاي خاص يك مرغ را داشته باشد.

به اين ترتيب، به نحوه خاص تشكل اجزاء مادي به منظور ايجاد كاركرد، صورت مي گوييم. صورت مانند ظرف و ماده مانند آب است؛ آب را در هر ظرفي بريزيم، به شكل همان ظرف در مي آيد. صورت ماده را كه هيچ گونه تعيني ندارد، شكل مي دهد.

رابطه ماده با صورت

صورت و ماده هميشه با هم وجود دارند و امكان ندارد يكي بدون ديگري تحقق پيدا كند. صورت، همان ساختار شئ است؛ همان ويژگي هاي شئ است و به همين علت، چيزي نيست كه بتواند از شئ جدا باشد، زيرا ويژگي شيئ از آن جدا نيست. امكان ندارد ماده اي بدون صورت موجود شود؛ زيرا هر ماده اي ظرف و قالبي مي خواهد تا در آن جاي بگيرد و متعين گردد.

البته مي توانيم چنين چيزي را، يعني ماده صرف را كه هيچ تعيني ندارد، فرض كنيم. فلاسفه، اين ماده نامتعين و بي صورت را هيولاي اولي مي نامند و همان طور كه گفته شد، هيولاي اولي فقط فرض ذهني ماست و ممكن نيست تحقق خارجي داشته باشد.

صورت و حقيقت شئ

در حقيقت، اين صورت شئ است كه يك شئ را آن شئ ميكند؛ به عبارت ديگر، فعليت شئ به صورت آن است. ماده شئ هيچ چيز خاصي نيست؛ توده اي خميره است كه هيچ نامي نمي توانيم به آن بدهيم و اين خميره هر چيزي مي تواند باشد؛ يعني اين استعداد را دارد كه به هر چيزي تبديل شود. تنها وقتي كه اين ماده به صورت خاصي درآمد، نام مخصوصي به خود مي گيرد و در واقع آن هنگام است كه چيزي مي شود. به عبارت ديگر، تنها وقتي مي توانيم چه بودي و حقيقت يك شيئ را تعيين كنيم كه صورتي را پذيرفته باشد.

همه اشيا و موجودات به سوي كمال خود در حال حركتند و اين كمال، همان صورت است. يعني همه آن ها مي خواهند به فعليت برسند. دانه مي خواهد گياه شود؛ بنابراين دانه ماده و گياه صورت آن است. بدين ترتيب گفته مي شود كه ماده قوه و صورت، فعليت شئ است.

چيزي كه هيچ ماده اي نداشته باشد، يعني اين كه همه اش كمال و فعليت است؛ يعني صورت محض و به گفته ارسطو، اين صورت محض، خدا است.