آهنربايي كره زمين

 

آهنربايي كره زمين

1 - زمينه با پيدايش آهنربا ، پس از گذشت زمان كوتاهي پي بردند كه كرة زمين نيز خاصيت آهنربايي دارد ؛ تا آنجا كه نام قطب هاي آهن ربا را را بر اساس نام قطب هاي زمين نام گذاري كردند .

به دنبال آن ، براي اولين در سال 1600 ميلادي ، توسط « گيلبرت » زمين به عنوان يك آهنرباي بزرگ معرفي شد .

براي دليل وجود خاصيت مغناطيسي در كرة زمين ، نظريه هاي متفاوتي از آغاز شناخت آن تا كنون ، ارائه شده است و حتي بعضي مي گفتند ، خاصيت مغناطيسي كرة زمين ، تحت تأثير كره هاي ديگر است . اما آخرين نظريه ، اين خاصيت را به مواد مذاب داخل كرة زمين مربوط مي داند .

2 - خاصيت مغناطيسي كرة زمين

يكي از ويژگي هاي مهم كرة زمين ، وجود خاصيت آهنربايي در آن است و مانند اين است كه درون كرة زمين ، آهنرباي بسيار بزرگي قرار داده شده است و تا كنون ، نظريه هاي گو ناگوني براي علت آن ارائه شده است . آخرين نظريه اين است كه درون كرة زمين ، مواد مذاب در حال حركت وجود دارد و بيشتر اين مواد ، از جنس آهن و نيكل هستند . هنگامي كه اين مواد حركت مي كنند ، در اطراف جريان هاي الكتريكي ضعيفي به وجود مي آورند كه در مجموع ، باعث مي شود كرة زمين ، خاصيت آهنربايي پيدا كند و در اطراف كرة زمين ، ميدان مغناطيسي به وجود مي آيد . ما روي آهنرباي بزرگي به نام «زمين » زندگي مي كنيم .

چندين سيارة ديگر از سياره هاي منظومه شمسي نيز ، ميدان مغناطيسي دارند كه از جمله آنها مي توان از عطارد و مشتري نام برد . اين خاصيت در خورشيد و بسياري ستاره هاي ديگر نيز ديده مي شود .

خاصيت مغناطيسي كرة زمين ، نقش بسيار مهمي در جهت يابي كشتي ها و هواپيماها دارد . شمال و جنوب مغناطيسي زمين ثابت نيست و در فاصله هاي زماني ، به ميزان قابل ملاحظه اي تغيير مي كند .

3 - زاويه انحراف

چنانچه به كمك عقربة مغناطيسي به طرف قطب شمال يا جنوب برويم ، به قطب شمال و جنوب واقعي كرة زمين نمي رسيم . علت اين است كه قطب شمال و جنوب جغرافيايي و مغناطيسي كرة زمين ، با هم يكي نيست ؛ يعني اينكه قطب شمال مغناطيسي زمين ، درست روي قطب شمال جغرافيايي زمين قرار ندارد و اگر دو قطب جغرافيايي و مغناطيسي زمين را توسط خطي فرضي به به نام « محور » به هم وصل كنيم ، بين دو محور مغناطيسي و محور جغرافيايي زمين ، زاويه اي ساخته مي شود كه به آن ، زاوية انحراف گويند . اين زاويه ، به مرور زمان ، جزئي تغيير مي كند و ثابت نمي ماند ، و اندازة آن در نقاط مختلف زمين متفاوت است . زاوية انحراف در جهت يابي هواپيماها و كشتي ها بسيار مهم است . هم اكنون قطب شمال مغناطيسي كرة زمين ، در شمال كانادا قرار دارد .

4 - زاويه ميل

مطالعة مغناطيسي زمين ، نشان مي دهد كه خط هاي ميدان مغناطيسي زمين افقي نيست و با سطح زمين زاويه اي مي سازد همچنين مي دانيم خاصيت مغناطيسي يك آهنربا در نقاط مختلف آن متفاوت است و در دو قطب آن ، اين خاصيت بيشتر است . به همين ترتيب ، خاصيت آهنربايي كرة زمين در دو قطب بيشتر است . پس اگر يك عقربة مغناطيسي آزاد باشد تا بتواند در راستاي عمودي نيز حركت كند ، نوك اين عقربه نزديك قطب ها به زمين متمايل مي شود و در خط استواي مغناطيسي عقربه ، افقي قرار مي گيرد و در قطب ها ، به عنوان مثال قطب شمال ، نوك عقربه N آن ، عمود بر سطح افقي خواهد شد . پس محور مغناطيسي عقربه هاي مغناطيسي در مكان هاي مختلف استوا تا قطب ، نسبت به سطح افق تغيير كرده و زاويه اي با افق مي سازد ؛ اين زاويه را زاوية ميل گويند . پس زاويه ميل ، زاويه اي است كه محور مغناطيسي عقربه با سطح افق مي سازد همچنين اين زاويه ، در جهت يابي هواپيماها و كشتي ها نقش بسيار مهمي دارد ؛ در جغرافيا به اين زاويه ، عرض جغرافيايي گويند .

5 - كشف معدن هاي آهني زمين

مطالعة ميدان مغناطيسي زمين براي هدف هاي علمي و عملي ، از اهميت به سزايي برخوردار است . وجود ميدان مغناطيس زمين ، انجام پاره اي از بررسي هاي مهم ديگر را ميسر كرده است ؛ از آن جمله ، مي توان از روش هاي اكتشاف و مطالعة ذخاير زمين نام برد . تحليل دقيق ميدان مغناطيسي زمين ، وسيلة توانمندي براي بررسي ذخاير معدني زمين است . در حال حاضر ، جست و جوي مغناطيس سنجي ، روش ژئوفيزيكي مهم و گسترده اي است كه براي اكتشاف و ذخاير معدني به كار مي رود .

در زمين ، نواحي اي وجود دارد كه در آن جا كميت هاي مغناطيسي به طور ناگهاني تغيير مي كنند و مقاديري به خود مي گيرند كه با مقادير مربوط به محل هاي مجاور ، تفاوت زيادي دارند تفاوت زياد كميت هاي مغناطيسي در اين ناحيه ها ، ناشي از فشار تودة بزرگي از سنگ آهن هاي مغناطيسي در زير سطح زمين است ؛ به همين دليل ، مطالعة ناهنجاري هاي مغناطيسي ، دانسته هاي باارزشي در مورد وجود و محل مخزن هاي سنگ هاي مغناطيسي ارائه مي دهد .

6- مين هاي دريايي

مواد مغناطيسي مانند آهن كه در ميدان مغناطيسي كرة زمين قرار گرفته باشند . به مرور زمان ، خاصيت مغناطيسي پيدا مي كنند ؛ مثلاً يك كشتي كه در آن آهن نيز به كار رفته است ، به مرور زمان آهنربا مي شود . از اين خاصيت براي به دام انداختن آن استفاده مي شود .

عملكرد يك مين دريايي ، به گونه اي است كه خاصيت آهنربايي كشتي بر آن اثر گذاشته و فرمان انفجار صادر مي شود .

در يك مين دريايي ، عقربه اي مغناطيسي قرار داده اند كه هنگام عبور كشتي از بالاي آن ، عقربه تحت تأثير قرار گرفته و مين از سطح زيرين دريا ، به سطح دريا مي رسد و سپس منفجر مي شود . براي خنثي كردن اين مين ها دو روش وجود دارد .

الف ـ مغناطيس نيرومندي را با كابل هاي سيمي از زير هواپيما آويزان كرده و آن را نزديك سطح آب ، حركت مي دهند . آهنرباي قوي روي مين ها اثر گذاشته و آنها را خنثي مي كند . گاهي كابل سيمي دايره شكل را به طور شناور روي سطح آب قرار مي دهند و جرياني را از آن مي گذرانند ، كه بر اثر اين ميدان مغناطيسي يا جريان جريان ساز و كار ، مين ها عمل كرده ، بدون هيچ خسارتي منفجر مي شوند .

ب ـ حلقه هايي از سيم عايق شده را به كشتي وصل كنند و جرياني را از آنها مي گذرانند ؛ به طوري كه ميدان مغناطيسي اين جريان مساوي و در خلاف ميدان مغناطيسي كشتي كشتي ( كه يك مغناطيس دائمي است ) باشد . وقتي اين ميدان ها با هم تركيب شوند ، يكديگر را خنثي مي كنند و كشتي بدون اين كه ساز و كار مين را به كار اندازند ، از روي آن مي گذرد .

7 - باستان شناسي مغناطيسي

ميدان مغناطيسي زمين ، منظم و پايدار نيست ؛ بلكه با گذشت سال ها در يك محل معين ، مقدار متوسط زاوية انحراف و ميل تغيير مي كند . اين انحراف محور مغناطيسي و در نتيجه ، تغييرات زاويه انحراف و زاويه ميل در يك محل نسبت به زمان ، شاخة جديدي را در « باستان شناسي » به نام «باستانو مغناطيسي» ايجاد كرده است كه توسط آن ، عمر كوره ها ، اجاق ها و آتشكده هاي قديمي تعيين مي شود . اساس كار ، مبتني بر اين است كه بيشتر خاك رسهايي كه اين اجسام از آنها ساخته شده اند ، حاوي مقدار كمي مواد مغناطيسي اند . سمتگيري اين مواد مغناطيسي ، با گرم شدن در موقع استفادة عادي تثبيت شده است . با مقايسة جهت فعلي ميدان مغناطيسي زمين با جهت ميدان مغناطيسي اين مواد ، مي توان قدمت باستاني تقريبي آن ها را تعيين كرد .

در مقياس طولاني تر زمان ( دوران زمين شناسي ) ، شواهدي وجود دارد كه نشان مي دهد محور مغناطيسي زمين در مدت چهار ميليون سال گذشته ، نه بار كاملاً تغيير جهت داده است . اين شواهد ، مبتني بر اندازه گيري هاي خاصيت مغناطيسي ( ضعيف ) تثبيت شده در تخته سنگ هاي با عمر زمين شناسي معين هستند .

منبع:هوپا

طيف سنج جرمي

تاريخچه
اصول طيف سنجي جرمي ، جلوتر از هر يك از تكنيكهاي دستگاهي ديگر ، بنا نهاده شده است. تاريخ پايه گذاري اصول اساسي آن به سال 1898 بر مي‌گردد. در سال 1911 ، "تامسون" براي تشريح وجود نئون-22 در نمونه‌اي از نئون-20 از طيف جرمي استفاده نمود و ثابت كرد كه عناصر مي‌توانند ايزوتوپ داشته باشند. تا جايي كه مي‌دانيم، قديميترين طيف سنج جرمي در سال 1918 ساخته شد.

اما روش طيف سنجي جرمي تا همين اواخر كه دستگاههاي دقيق ارزاني در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چنداني نداشت. اين تكنيك با پيدايش دستگاههاي تجاري كه بسادگي تعمير و نگهداري مي‌شوند و با توجه به مناسب بودن قيمت آنها براي بيشتر آزمايشگاههاي صنعتي و آموزشي و نيز بالا بودن قدرت تجزيه و تفكيك ، در مطالعه تعيين ساختمان تركيبات از اهميت بسياري برخوردار گشته است.
اصول طيف سنجي جرمي

به بيان ساده ، طيف سنج جرمي سه عمل اساسي را انجام مي‌دهد:

مولكولها توسط جراياناتي از الكترونهاي پرانرژي بمباران شده و بعضي از مولكولها به يونهاي مربوطه تبديل مي‌گردند. سپس يونها در يك ميدان الكتريكي شتاب داده مي‌شوند.

يونهاي شتاب داده شده بسته به نسبت بار/جرم آنها در يك ميدان مغناطيسي يا الكتريكي جدا مي‌گردند.

يونهاي داراي نسبت بار/جرم مشخص و معين توسط بخشي از دستگاه كه در اثر برخورد يونها به آن ، قادر به شمارش آنها است، آشكار مي‌گردند. نتايج داده شده خروجي توسط آشكار كننده بزرگ شده و به ثبات داده مي‌شوند. علامت يا نقشي كه از ثبات حاصل مي‌گردد يك طيف جرمي است، نموداري از تعداد ذرات آشكار شده بر حسب تابعي از نسبت بار/جرم.

دستگاه طيف سنج جرمي

هنگامي كه هر يك از عمليات را بدقت مورد بررسي قرار دهيم، خواهيم ديد كه طيف سنج جرمي واقعا پيچيده‌تر از آن چيزي است كه در بالا شرح داده شد.

سيستم ورودي نمونه

قبل از تشكيل يونها بايد راهي پيدا كرد تا بتوان جرياني از مولكولها را به محفظه يونيزاسيون كه عمل يونيزه شدن در آن انجام مي‌گيرد، روانه ساخت. يك سيستم ورودي نمونه براي ايجاد چنين جرياني از مولكولها بكار برده مي‌شود. نمونه‌هايي كه با طيف سنجي جرمي مورد مطالعه قرار مي‌گيرند، مي‌توانند به حالت گاز ، مايع يا جامد باشند. در اين روش بايد از وسايلي استفاده كرد تا مقدار كافي از نمونه را به حالت بخار در آورده ، سپس جرياني از مولكولها روانه محفظه يونيزاسيون شوند.

در مورد گازها ، ماده ، خود به حالت بخار وجود دارد. پس ، از سيستم ورودي ساده‌اي مي‌توان استفاده كرد. اين سيستم تحت خلاء بوده، بطوري كه محفظه يونيزاسيون در فشاري پايينتر از سيستم ورودي نمونه قرار دارد.

روزنه مولكولي
نمونه به انبار بزرگتري رفته كه از آن ، مولكولهاي بخار به محفظه يونيزاسيون مي‌روند. براي اطمينان از اينكه جريان يكنواختي از مولكولها به محفظه يونيزاسيون وارد مي‌شود، قبل از ورود ، بخار از ميان سوراخ كوچكي كه "روزنه مولكولي" خوانده مي‌شود، عبور مي‌كند. همين سيستم براي مايعات و جامدات فرار نيز بكار برده مي‌شود. براي مواد با فراريت كم ، مي‌توان سيستم را به گونه‌اي طراحي كرد كه در يك اجاق يا تنور قرار گيرد تا در اثر گرم كردن نمونه ، فشار بخار بيشتري حاصل گردد. بايد مراقب بود كه حرارت زياد باعث تخريب ماده نگردد.

در مورد مواد جامد نسبتا غير فرار ، روش مستقيمي را مي‌توان بكار برد. نمونه در نوك ميله‌اي قرار داده مي‌شود و سپس از يك شير خلاء ، وارد محفظه يونيزاسيون مي‌گردد. نمونه در فاصله بسيار نزديكي از پرتو يونيزه كننده الكترونها قرار مي‌گيرد. سپس آن ميله ، گرم شده و توليد بخاري از نمونه را كرده تا در مجاورت پرتو الكترونها بيرون رانده شوند. چنين سيستمي را مي‌توان براي مطالعه نمونه‌اي از مولكولهايي كه فشار بخار آنها در درجه حرارت اتاق كمتر از 9 - 10 ميليمتر جيوه است، بكار برد.

محفظه يونيزاسيون
هنگامي كه جريان مولكولهاي نمونه وارد محفظه يونيزاسيون گشت ، توسط پرتوي از الكترونهاي پرانرژي بمباران مي‌شود. در اين فرآيند ، مولكولها به يونهاي مربوطه تبديل گشته و سپس در يك ميدان الكتريكي شتاب داده مي‌شوند. در محفظه يونيزاسيون پرتو الكترونهاي پرانرژي از يك "سيم باريك" گرم شده ساطع مي‌شوند. اين سيم باريك تا چند هزار درجه سلسيوس گرم مي‌شود. به هنگام كار در شرايطي معمولي ، الكترونها داراي انرژي معادل 70 ميكرون - ولت هستند.

اين الكترونهاي پرانرژي با مولكولهايي كه از سيستم نمونه وارد شده‌اند، برخورد كرده و با برداشتن الكترون از آن مولكولها ، آنها را يونيزه كرده و به يونهاي مثبت تبديل مي‌كنند. يك "صفحه دافع" كه پتانسيل الكتريكي مثبتي دارد، يونهاي جديد را به طرف دسته‌اي از "صفحات شتاب دهنده" هدايت مي‌كند. اختلاف پتانسيل زيادي (حدود 1 تا 10 كيلو ولت) از اين صفحات شتاب دهنده عبور داده مي‌شود كه اين عمل ، پرتوي از يونهاي مثبت سريع را توليد مي‌كند. اين يونها توسط يك يا چند "شكاف متمركز كننده" به طرف يك پرتو يكنواخت هدايت مي‌شوند.

بسياري از مولكولهاي نمونه به هيچ وجه يونيزه نمي‌شوند. اين مولكولها بطور مداوم توسط مكنده‌ها يا پمپهاي خلا كه به محفظه يونيزاسيون متصل نيستند، خارج مي‌گردند. بعضي از اين مولكولها از طريق جذب الكترون به يونهاي منفي تبديل مي‌شوند. اين يونهاي منفي توسط صفحه دافع جذب مي‌گردند. ممكن است كه بخش كوچكي از يونهاي تشكيل شده بيش از يك بار داشته باشند، (از دست دادن بيش از يك الكترون) اينها مانند يونهاي مثبت تك ظرفيتي ، شتاب داده مي‌شوند.

پتانسيل يونيزاسيون
انرژي لازم براي برداشتن يك الكترون از يك اتم يا مولكول ، پتانسيل يونيزاسيون آن است. بسياري از تركيبات آلي داراي پتانسيل يونيزاسيوني بين 8 تا 15 الكترون ولت هستند. اما اگر پرتو الكترونهايي كه به مولكولها برخورد مي‌كند، پتانسيلي معادل 50 تا 70 الكترون ولت نداشته باشد، قادر به ايجاد يونهاي زيادي نخواهد بود. براي ايجاد يك طيف جرمي ، الكترونهايي با اين ميزان انرژي براي يونيزه كردن نمونه بكار برده مي‌شوند.

تجزيه گر جرمي
پس از گذر كردن از محفظه يونيزاسيون ، پرتو يونها از درون يك ناحيه كوتاه فاقد ميدان عبور مي‌كند. سپس آن پرتو ، وارد "تجزيه گر جرمي" شده كه در آنجا ، يونها بر حسب نسبت بار/جرم آنها جدا مي‌شوند. انرژي جنبشي يك يون شتاب داده شده برابر است با:

12mv²=ev

كه m جرم يون ، v سرعت يون ، e بار يون و V اختلاف پتانسيل صفحات شتاب دهنده يون است.

در حضور يك ميدان مغناطيسي ، يك ذره باردار مسير منحني شكلي را خواهد داشت. معادله‌اي كه شعاع اين مسير منحني شكل را نشان مي‌دهد به صورت زير است:

^{(r =MV)}/_eH

كه r شعاع انحناي مسير و H قدرت ميدان مغناطيسي است.

اگر اين دو معادله را براي حذف عبارت سرعت تركيب كنيم، خواهيم داشت:

اين معادله مهمي است كه رفتار و عمل يك يون را در بخش تجزيه‌گر جرمي يك طيف سنج جرمي توجيه مي‌كند.

طيف سنج جرمي

تجزيه گر جرمي و قدرت تفكيك
از معادله فوق چنين بر مي‌آيد كه هر قدر ، مقدار m/e بزرگتر باشد، شعاع انحناي مسير نيز بزرگتر خواهد بود. لوله تجزيه‌گر دستگاه طوري ساخته شده است كه داراي شعاع انحناي ثابتي است. ذره‌اي كه نسبت m/e صحيحي داشته باشد، قادر خواهد بود تا طول لوله تجزيه‌گر منحني شكل را طي كرده ، به آشكار كننده نمي‌رسند. مسلما اگر دستگاه ، يونهايي را كه جرم بخصوصي دارند، نشان دهد. اين روش چندان جالب نخواهد بود.

بنابراين بطور مداوم ، ولتاژ شتاب دهنده يا قدرت ميدان مغناطيسي تغيير يافته تا بتوان كليه يونهايي كه در محفظه يونيزاسيون توليد گشته‌اند را آشكار ساخت. اثري كه از آشكار كننده حاصل مي‌گردد، بصورت طرحي است كه تعداد يونها را بر حسب مقدار m/e آنها رسم مي‌كند. فاكتور مهمي كه بايد در يك طيف سنج جرمي در نظر گرفتن قدرت تفكيك آن است. قدرت تفكيك بر طبق رابطه زير تعريف مي‌شود:

(R=M)/M

كه R قدرت تفكيك ، M جرم ذره و M∆ اختلاف جرم بين يك ذره با جرم M و ذره بعدي با جرم بيشتر است كه مي‌تواند توسط دستگاه تفكيك گردد. دستگاههايي كه قدرت تفكيك ضعيفي دارند، مقدار R آنها حداكثر 2000 در بعضي مواقع قدرت تفكيكي به ميزان پنج تا ده برابر مقدار فوق مورد نياز است.

آشكار كننده
آشكار كننده بسياري از دستگاهها ، شامل يك شمارشگر است كه جريان توليدي آن متناسب با تعداد يونهايي است كه به آن برخورد مي‌كند. با استفاده از مدارهاي الكترون افزاينده مي‌توان آن قدر دقيق اين جريان را اندازه گرفت كه جريان حاصل از برخورد فقط يك يون به آشكار كننده اندازه ‌گيري شود.

ثبات آشكار كننده
سيگنال توليد شده از آشكار كننده به يك ثبات داده مي‌شود كه اين ثبات خود طيف جرمي را ايجاد مي‌نمايد. در دستگاههاي جديد ، خروجي آشكار كننده از طريق يك سطح مشترك به رايانه متصل است. رايانه قادر به ذخيره اطلاعات بوده و خروجي را به هر دو صورت جدولي و گرافيكي در مي‌آورد. دست آخر داده‌ها با طيفهاي استاندارد ذخيره شده موجود در رايانه مقايسه مي‌گردد.

در دستگاهها قديميتر ، جريان الكتروني حاصل از آشكار كننده به يك سري از پنج گالوانومتر با حساسيتهاي متفاوت داده مي‌شود. پرتو نوري كه به آينه‌هاي متصل به گالوانومترها برخورد مي‌كند و به يك صفحه حساس به نور منعكس مي‌گردد. بدين طريق يك طيف جرمي با پنج نقش بطور همزمان ، هر يك با حساسيتي متفاوت ايجاد مي‌گردد. در حالي كه هنوز دستگاه قويترين قله‌ها را در صفحه طيف نگاه مي‌دارد، با استفاده از اين پنج نقش ثبت ضعيفترين قله‌ها نيز ممكن مي‌گردد.

منبع:هوپا

جوزف تامسون چگونه نسبت بار به جرم الكترون رااندازه گيري كرد؟

جوزف تامسون چگونه نسبت بار به جرم الكترون رااندازه گيري كرد؟

 

آزمايش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الكترون ) 

در آزمايش تامسون از اثر ميدان الكتريكي و ميدان مغناطيسي استفاده شده است. دستگاهي كه در اين آزمايش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهاي زير تشكيل شده است:

الف ) اطاق يونش كه در حقيقت چشمه تهيه الكترون با سرعت معين مي باشد بين كاتد و آند قرار گرفته است. در اين قسمت در اثر تخليه الكتريكي درون گاز ذرات كاتدي ( الكترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حركت مي كنند و با سرعت معيني از منفذي كه روي آند تعبيه شده گذشته وارد قسمت دوم مي شود. اگر بار الكتريكي q  تحت تاثير يك ميدان الكتريكي بشدت E  قرار گيرد، نيروييكه از طرف ميدان بر اين بار الكتريكي وارد مي شود برابر است با:      

F= q.E

 در آزمايش تامسون چون ذرات الكترون مي باشند q = -e بنابراين:

F= -eE  

از طرف ديگر چون شدت ميدان E  در جهت پتانسيلهاي نزولي يعني از قطب مثبت بطرف قطب منفي است بنابراين جهت نيرويF   در خلاف جهت يعني از قطب منفي بطرف قطب مثبت مي باشد. اگرx  فاصله بين آند و كاتد باشد كار نيروي F در اين فاصله برابر است با تغييرات انرژي جنبشي ذرات . از آنجاييكه كار انجام شده در اين فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسيل موجود بين كاتد وآند بنابراين خواهيم داشت

ev₀ =½m₀v²

كه در آن  v₀    اختلاف پتانسيل بين كاتد و آند e  بار الكترون  v  سرعت الكترون و  m₀  جرم آن مي باشد. بديهي است اگر v₀  زياد نباشد يعني تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق مي كند يعني سرعت الكترون مقداري خواهد بود كه مي توان از تغييرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراين سرعت الكترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است با:

v = √(2e v₀/ m₀)

 

ب) قسمت دوم دستگاه كه پرتو الكتروني با سرعت v وارد آن مي شود شامل قسمتهاي زير است :

 

 

1- يك خازن مسطح كه از دو جوشن  A  وB  تشكيل شده است اختلاف پتانسيل بين دو جوشن حدود دويست تا سيصد ولت مي باشد اگر پتانسيل بين دو جوشن را به v₁   و فاصله دو جوشن را به d   نمايش دهيم شدت ميدان الكتريكي درون اين خازن E = v₁/d   خواهد بود كه در جهت پتانسيلهاي نزولي است.

 

2- يك آهنربا كه در دو طرف حباب شيشه اي قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن: يك ميدان مغناطيسي با شدت B  ايجاد مي نمايد . آهنربا را طوري قرار دهيد كه ميدان مغناطيسي حاصل بر امتداد ox   امتداد سرعت - و امتداد  oy امتداد ميدان الكتريكي - عمود باشد.

 

پ) قسمت سوم دستگاه سطح دروني آن به روي سولفيد آغشته شده كه محل برخورد الكترونها را مشخص مي كند.

وقتي الكترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي تاثير ننمايند نيرويي بر آنها وارد نمي شود لذا مسير ذرات يعني پرتو الكتروني مستقيم و در امتداد ox   امتداد سرعت ) خواهد بود و در مركز پرده حساس p يعني نقطه  p₀ اثر نوراني ظاهر مي سازد.

اگر بين دو جوشن خازن اختلاف پتانسيلv₁ را برقرار كنيم شدت ميدان الكتريكي داراي مقدار معين E خواهد بود و نيروي وارد از طرف چنين ميداني بر الكترون برابر است با   F_E = e E  اين نيرو در امتداد  oy و در خلاف جهت ميدان يعني از بالا به پايين است.

ميدان مغناطيسي B  را طوري قرار مي دهند كه برسرعتv   عمود باشد . الكترون در عين حال در ميدان مغناطيسي هم قرار مي گيرد و نيرويي از طرف اين ميدان بر آن وارد مي شود كه عمود بر سرعت و بر ميدان خواهد بود . اگر اين نيرو را بصورت حاصلضرب برداري نشان دهيم برابر است با:

  

F_M = q.(VXB)

در اينجا q = e    پس:

F_M = q.(VXB)

و مقدار عددي اين نيرو مساوي است با  F = e v B   زيرا ميدان B   بر سرعت v   عمود است يعني زاويه بين آنها 90 درجه و سينوس آن برابر واحد است. اگر ميدان B     عمود بر صفحه تصوير و جهت آن بجلوي صفحه تصوير باشد امتداد و جهت نيروي F_M در  جهت  oy يعني در خلاف جهت F_E خواهد بود. حال ميدان مغناطيسي B  را طوري تنظيم مي نمايند كهF_E = F_M  گردد و اين دو نيرو همديگر را خنثي نمايند. اين حالت وقتي دست مي دهد كه اثر پرتو الكتروني روي پرده بي تغيير بماند پس در اين صورت خواهيم داشت:

         F_M = F_E

        e.v.B = e E

        v = E/ B

چون مقدار E و B  معلوم است لذا از اين رابطه مقدار سرعت الكترون در لحظه ورودي به خازن بدست مي ايد . حال كه سرعت الكترون بدست آمد ميدان مغناطيسي B  را حذف مي كنيم تا ميدان الكتريكي به تنهاي بر الكترون تاثير نمايد . از آنجاييكه در جهت ox  نيرويي بر الكترون وارد نمي شود و فقط نيروي F_E  بطور دائم آنرا بطرف پايين مي كشد لذا حركت الكترون در داخل خازن مشابه حركت پرتابي يك گلوله در امتداد افقي مي باشد و چون سرعت الكترون را نسبتا كوچك در نظر مي گيريم معادلات حركت الكترون ( پرتو الكتروني ) در دو جهت ox و oy  معادلات ديفرانسيل بوده و عبارت خواهد بود از  

m₀(d²x /dt²)/span>=0     در امتداox 

  m₀d²y /dt²)=e. E      در امتداoy

با توجه به اينكه مبدا حركت را نقطه ورود به خازن فرض مي كنيم اگر از معادلات فوق انتگرال بگيريم خواهيم داشت:

y=(1/2)(e.E)t²/m₀

x=v.t

 معادلات فوق نشان مي دهد  كه مسير حركت يك سهمي است و مقدار انحراف پرتو الكتروني از امتداد اوليه (ox  )  در نقطه خروج از خازن مقدار  y  در اين لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را به L  نمايش دهيم x = L    زمان لازم براي سيدن به انتهاي خازن عبارت خواهد بود از t = L / v  اگر اين مقدار  t  را در معادله y   قرار دهيم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن به دست مي آيد:

     Y =  ½ e( E/m₀) ( L/ v )²

     e/ m₀ = ( 2y/ E ) ( v/ L )²

كه در آن v سرعت الكترون كه قبلا بدست آمده است. L و E بترتيب طول خازن و شدت ميدان الكتريكي كه هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگيريم بار ويژه يا e/m₀  محاسبه مي شود.

 پس از خروج الكترون از خازن ديگر هيچ نيرويي بر آن وارد نمي شود بنابراين از آن لحظه به بعد حركت ذره مستقيم الخط خواهد بود و مسير آن مماس بر سهمي در نقطه خروج از خازن است . اگر a  فاصله پرده از خازن يعني D P₀ باشد مي توانيم بنويسيم:

P₀P₁ = y + DP₀ tgθ

tgθعبارتست از ضريب زاويه مماس بر منحني مسير در نقطه خروج از خازن و بنابراين مقدار يست معلوم پس بايد با اندازه گرفتن فاصله اثر روي پرده( P₀ P₁)به مقدار y رسيد و در نتيجه مي توانيم e/ m₀ را محاسبه نماييم.

مقداري كه در آزمايشات اوليه بدست آمده بود 10⁸×7/1 كولن بر گرم بود مقداريكه امروزه مورد قبول است و دقيقتر از مقدار قبلي است برابر 10⁸×7589/1 كولن بر گرم است.

علاوه بر تامسون، ميليكان نيز از سال 1906 تا 1913 به مدت هفت سال با روشي متفاوت به اندازه گيري بار الكترون پرداخت.

منبع:هوپا

ليزرهاي فضائي

ليزرهاي فضائي

گامي نو در كشف حيات در منظومه شمسي

همانطور كه ميدانيد ليزرها در ماموريت هاي فضائي استفاده هاي جديدي پيدا كرده اند . براي بررسي يك موضوع خاص ليزرها ميتوانند در وسيله اي به نام طيف سنج مورد استفاده قرار بگيرند . يكي از كاربردهاي طيف سنج استفاده از آن براي تشخيص تركيبات شيميائي به وسيله نور است . براي مثال وقتي پرتوي نوري از ميان يك گاز عبور ميكند گاز مورد نظر بر طول موج آن اثرهاي خاصي ميگذارد .براي مثال گازهاي زيادي هستند كه طول موج هاي مختلفي از نور را در خود جذب ميكنند . بنابراين نور عبور كرده از گاز ميتواند يك انگشت نگاري منحصر به فرد از آن گاز باشد . (بنابراين به كمك طيف سنج ميتوانيم به تشخيص نوع گاز مورد نظر بپردازيم )

مثلا وقتي يك طيف سنج نور خورشيد از بالاي يك شهر را جذب ميكند ميتواند تشخيص بدهد كه هواي يك شهر شامل چه گازهائي است يا ميزان آلودگي هواي آن شهر را تشخيص و بررسي كند . خوب حالا يك نوع طيف سنج ليزري مخصوص وجود دارد كه ميتواند به همه طرف پيش روي كند و ميزان دقيق گاز موجود را اندازه بگيرد . (به نظر شما ) مثلا اين وسيله چه طوري ميتواند آثار حيات روي مريخ را جست و جو كند؟

بله درست است ... يكي از راهها براي جست و جوي حيات گاز متان است . متان گازي است كه توسط موجودات زنده مثل باكتري ها ساخته ميشود . حتي مقدار كمي از متان بر روي مريخ ميتواند به اين معني باشد كه برخي موجودات زنده در آن به خوبي و خوشي زندگي ميكنند .

قابل گفتن است كه دانشمندان طيف سنج هاي مخصوص را به عنوان قسمتي از يك مريخ نورد يا مامور سيار به مريخ ميفرستند . دانشمندان بر اين باورند كه متان و فقط متان است كه يك طول موج مخصوص از نور را جذب ميكند ... بنابراين مانند تنظيم صدا در يك ايستگاه راديوئي دانشمندان نيز طيف سنجهاي ليزري خود را روي آن طول موج مخصوص تنظيم ميكنند .

ليزر طيف سنج با پرتوي خود يك سنگ را در فاصله دوري از مريخنورد نشانه گيري ميكند و پرتوي خود را روي آن مي اندازد اين پرتو با فشار از ميان هواي مريخ عبور كرده و به سنگ برخورد ميكند و سپس باز ميگردد اين پرتوي برگشتي به چشم طيف سنج باز ميگردد . اگر در برگشت نور ليزر ساتع شده از سنگ نسبت به حالت قبل ضعيف تر شده باشد به اين معني است كه متان موجود در هواي مريخ مقداري از انرژي اين پرتو ليزر با طول موج مخصوص را جذب كرده است و مقدار انرژي جذب شده توسط متان نشان دهنده ميزان متان موجود است .

يك ليزر مخصوص :

ناسا در حال فرستادن يك طيف سنج ليزري مخصوص به مريخ در سال 2009 است كه طيف سنج ليزري تنظيمي نام دارد . اين طيف سنج يكي از ابزارهاي مريخ نورد سيار " آزمايشگاه علمي مريخ " خواهد بود .
در اين طيف سنج از سه نوع ليزر استفاده شده است . اين طيف سنج براي طول موج هاي مشخصي براي تشخيص گازها استفاده ميشود .مانند گاز متان . اين طيف سنج بسيار كوچك و سبك و حساس است . و ميتوان گفت كه اين طيف سنج وسيله اي ايده آل براي ماموريت هاي فضائي به مريخ و ساير سيارات خواهد بود .

از اين طيف سنج در كره خاكي خودمان هم ميتوانيم استفاده كنيم :
-- كمك كردن به پزشكان براي تشخيص بيماري ها
-- قسمتي از سيستم هاي كنترلي گردشي براي جلوگيري از تصادفات اتومبيل ها

منبع:هوپا

كشف خرده سياره‌هاي جديد در منظومه شمسي

كشف خرده سياره‌هاي جديد در منظومه شمسي

 

گروهي از سياره شناسان ايتاليايي موفق شدند شش خرده سياره جديد را در منطقه بين سيارات مريخ و مشتري كشف كنند.
به گزارش ايرنا ، سياره شناسان انجمن نجوم و هواشناسي "فريولانا" شش خرده سياره جديد را كشف كردند، اين شش جرم آسماني بين ‪۵۰۰‬ متر تا سه كيلومتر قطر دارند و در فاصله بين ‪ ۱۲۰‬تا ‪ ۲۲۰‬ميليون كيلومتراز زمين واقع شده‌اند.
اين كشف در ادامه بررسي يك شهاب سنگ كه از سال ‪ ۱۹۹۹‬تاكنون رصد نشده بود انجام شد، اين شهاب كه " رمنزاكو " نام دارد در سال ‪ ۱۹۹۷‬به دست سياره شناسان اين مركز كشف شد.
اين دانشمندان نتايج اين كشف را به مركز خرده سيارات در كمبريج آمريكا ارسال كردند و اين مركز وجود اين شش خرده سياره را تاييد كرد.
نور اين خرده سيارات بسيار ضعيف است به طوري كه درخشان‌ترين آن‌ها حدود ‪ ۱۵۰‬هزار برابر ضعيف تراز كم نورترين ستارگاني است كه با چشم غير مسلح قابل رويت هستند.
اين مركز تحقيقاتي اكنون در حال ادامه تحقيقات خود در خصوص مدار حركت اين خرده سيارات است.

منبع:هوپا

سيارات تنهاي كيهان

وجود سياراتي با اقيانوس­هايي از آب مايع به دور از هر ستاره­اي، امكان­پذير است. چه روي خواهد داد اگر چنين سياره­ي رانده شده­اي، يك قمر بزرگ داشته باشد؟ 

 

نوشتاري كوتاه در مجله­ي نيچر(Nature)، مايه­ي الهام جان دبس(John Debes) شد. نوشته­اي در سال 1999، به قلم ديويد ج استيونسون(David J. Stevenson) (مؤسسه­ي فناوري كاليفورنيا)، پيشنهاد مي­كرد كه وجود سياراتي با اقيانوس­هايي از آب مايع ـ و حتي حيات ـ در اعماق سرد و تاريك فضاي ميان ستاره­اي، به دور از هر ستاره­اي، امكان­پذير است. اين مقاله بر پايه­ي اين آگاهي كه بخشي از سيارات، در حين تشكيلِ سيستمِ سياره­اي، در اثر گرانش، از سيستمشان به بيرون پرتاب مي­شوند، اين فرضيه را مطرح مي­كند كه برخي از اين سياراتِ به بيرون پرتاب شده، با گرماي دروني كافي، مي­توانند جَو خود را نگه دارند و براي نگه داشتن آب مايع در زير لايه­اي ضخيم از پوسته­ي يخ­زده، به اندازه­ي كافي گرم باقي بمانند.

دانشمندان معتقدند وجود سيارات شناور تنها ـ گاه همراه با اقماري ـ در اعماق فضاي ميان ستاره­اي امكان­پذير است اما يافتن آنها در غياب هرگونه آفتاب، بسيار دشوار خواهد بود. (تصوير از ناسا NASA)

 

چه روي خواهد داد اگر چنين سياره­ي رانده شده­اي، يك قمر بزرگ داشته باشد؟ دبس (در مؤسسه­ي كارنجي Carengie واشنگتن) براي يافتن پاسخ، 2700 شبيه­سازي رايانه­اي را بر اساس سياره­اي با جرم زمين و همدمي با جرم ماه، انجام داد. دبس مي­گويد:’’فرايند پرتاب به بيرون امكان دارد بسيار شديد باشد. براي ما مشخص نبود كه آيا هيچ سيستم مقيدي واقعاً از آن جان به در مي­برد.‘‘ اما در 123 مورد، يا بين 4 تا 5 درصد مواقع، سيستم ’’زمين ـ ماه‘‘، پرتاب شدن از منظومه­ي شمسي­اش را بدون آسيبي دوام آورد.

 

دبس مي­گويد:’’هرگاه رويدادي در ستاره­شناسي درصد كمي از مواقع رخ مي­دهد، براي ما جالب توجه است چرا كه در مقياس بزرگِ چيزها، اين به آن معنا است كه آن رويداد بسيار رخ مي­دهد و مردم بايد از آن آگاه شوند.‘‘

 

اين جفت­ها امكان بهتري براي پناه دادن به حيات دارند، زيرا افت انرژيِ كشندي بين قمر و سياره­ي چرخان، باعث گرم شدن درون سياره مي­شود. مدل­هاي دبس پيش­بيني مي­كنند كه اين گرم شدن با آن­چه 4 ميليارد سال پيش در مورد زمين روي داد همانند

است، هنگامي كه ماه جوان بسيار نزديك­تر بود و زمين سريع­تر مي­چرخيد.

 

 نوشته اند كه گرمايِش، احتمالاً در نقاط داغِ آتشفشانخيزي يا ديگر فرآيندهاي زمينْ­گرمايي متمركز شده است. زيست­شناسان، روي

زمين در حال يافتن نمونه­هاي بسياري از حياتي هستند كه روي اين گونه منابع انرژي بقا يافته است؛ مثلاً در پشته­هاي

ميانْ اقيانوسي. آيا ممكن است چنين اكستريموفيل­هايي¹ (extremophile) رايج­ترين شكل  حيات در كيهان باشد؟

 

اين تيم دريافت كه در بهترين حالت، يك سيستم زمين­ـ­ماهِ به بيرون پرتاب شده، مي­تواند گرماي خود را تا 250 ميليون سال نگهدارد:

زماني كه براي پديدار شدن حيات كفايت مي­كند. اما آيا اين زمان براي سازگار شدنِ اين حيات با دماهاي نهايتاً در حال كاهش، كافي

است؟

 

و اگر چنين كره­هاي زمينِ تاريكِ آزاد و شناوري واقعاً وجود دارند، دانشمندان كي مي­توانند يكي از آن­ها را آشكار كنند؟ اين موضوع،

آنقدر كه ممكن است به نظر آيد ناممكن نيست. دبس شانس نسل آينده­ي نقشه­برداري­هاي ميكرولنزينگ فضايي را در كشف اين

سيارات، 2 درصد تخمين مي­زند.

 

منبع:هوپا

تابش الكترومغناطيسي

تابش الكترومغناطيسي:

هر شي در نجوم بوسيله تابش الكترو مغناطيسي مشاهده مي شود بنابر اين توجه به برخي از مباني فيزيك درباره تابش وجذب لازم است .تابش الكترو مغناطيسي فقط يك موج متحرك در ميدان مغناطيسي و الكتريكي است كه در معادلات ماكسول به هم مربوط مي شوند.موج الكترو مغناطيسي باسرعت نور منتشر مي شود. C=2.998*108
حاصل ضرب طول موج و فركانس برابر سرعت نور است.
C=F*g
كه به صورت سنتي طيف سنجها طول موج را اندازه گيري مي كنند.
با وسائل جديد تمام محدوده طيف قابل مشاهده است. تعدادي ازطول موجهايي كه فقط مي توانند در بالاي جو اندازه گيري شوند؛درفنآوري ماهواره اي به كارمي روند.

تابش نور به چندطريق صورت مي گيرد:
1-فرآيند پهن شدگي (فرآيند گرما يوني )-تابش جسم سياه. 2-تابش خطي .
3-تابش سينكروترون ناشي از بارهاي الكتريكي شتابدار.
ما درباره’ مورد اول بحث خواهيم كرد
تابش جسم سياه:

جسم گرم در دماي مشخص T گستره پهني از امواج الكترو مغناطيس تابش مي كندو جسم گرمتر آبي تر تابش ميكند .
براي مثال داخل زمين يك مخزن نور است كه مانند يك باطري ضعيف شده كم نورتر وقرمزتر است . اين مسئله در ابتداي قرن بيستم در فيزيك كلاسيك حل شده ويكي از موفقيتهاي مكانيك كوانتومي شكل گرفته بود.
طيف تابش گسيل يافته براي فيزيك كلاسيك يك مشكل بزرگ بود .
استفان و بولتزمن كشف كردند كه تمام گرماي تابش شده بوسيله سطح جسمي با مساحت A و دمايT برابر است با:
Q=AsT4 s =5.67*108
شدت تابش درواحد حجم كه تابع طول موج است ،اندازه گيري شد. موقعيت ماكزيمم ناگهاني در طيف ،توسط قانون جابجايي وينز ((Wiens تشريح شد و مكان بيشترين شدت در طول موج
-3^10*2.9 كه در آن Tدر مقياس كلوين است.
بنابرا ين طول موج تابش گسيل يافته، نظريه تابشي جسم را ارائه مي دهد.
تلاشهاي رايلي (Rayleigh)براي توضيح مشاهدات از نظر كلاسيكي نا موفق بود .او محاسباتي انجام داد با اين فرض كه موجها درون كاواك قرار بگيرند وتابش گريزي از سوراخ كوچكي در ديواره كاواك را بدست آورد.فقط طول موجهايي مجازبودند كه دقيقا موج بر ديواره كاواك قرار مي گرفت (ديواره’ كاواك مكان گره ها بود).
رايلي فرض كرد كه هر گونه طول موج داراي انرژي KT است( K ثابت بولتزمن است).محاسبات پش بيني مي كرد كه در دماي T تابندگي (شدت تابش ) به طول موج وابسته است.
I(l)= T/landa^4
فرض بالا يك مشكل دارد؛وقتي طول موج صفر مي شود شدت بينهايت مي گرددواين مساله به عنوان فاجعه فرابنفش شناخته شد.
در سال 1900م.پلانگ اين مشكل را با گسسته فرض كردن تابش الكترو مغناطيسي حل كرد.او فرض كرد كه تابش بوسيله نوسانگرهاي الكترو مغناطيسي درون ديواره كاواك توليد ميشود.انرژي نوسانگرها فقط مي توانست به صور ت گسسته مضربي از بسامد باشدn=0,1,2,3,… ; E=nhn.
محا سبات پلانگ تفاوت بنيادي با محاسبا ت رايلي داشت كه مقادير انرژي را پيوسته فرض كرده بود. محاسبات پلانك تابندگي در طول موج خاص را بصورت زير داد:
I(l)=2*π*h*c^2/[l^5[exp(hc/lkT)-1]]
فرم بالاقانون استفان بولتزمن و قانونوينز را تاييد مي كند
. در طول موجهاي زياد فرمول بال منجر به نتايج رايلي مي شود.
در واقع در اندازه گيري دماي يك ستاره نوعي طيف سنجي يا نور سنجي ميتواند به كار رود.
مقايسه بين تابندگي نسبي مقدار نور گسيل شده يك ستاره در دو طول موج:.
اين نسبت مشخصه دمايي است بنابر اين اندازه گيري تمام طيف جسم سياه الزامي نيست.چون تابندگي در هر دماي مشخص به طور نسبي در شدت 550 nm بهنجار شده است.called V or Visual Band )) ((
اندازه گيري دوم در تابندگي 440nm
(( called B or Blue band ))
اندازه گيري دما را ممكن ميسازد

منبع:هوپا