آشنایی با پدرعلم فیزیک پروفسور محمود حسابی

سید محمود حسابی در سال 1281 (ه.ش)، از پدر و مادری تفرشی در تهران زاده شدند. پس از سپری نمودن چهار سال از دوران كودكی در تهران، به همراه خانواده (پدر، مادر، برادر) عازم شامات گردیدند. در هفت سالگی تحصیلات ابتدایی خود را در بیروت، با تنگدستی و مرارت های دور از وطن در مدرسه كشیش های فرانسوی آغاز كردند و همزمان، توسط مادر فداكار، متدین و فاضله خود (خانم گوهرشاد حسابی)، تحت آموزش تعلیمات مذهبی و ادبیات فارسی قرار گرفتند. استاد، قرآن كریم را حفظ و به آن اعتقادی ژرف داشتند. دیوان حافظ را نیز از برداشته و به بوستان و گلستان سعدی، شاهنامه فردوسی، مثنوی مولوی، منشات قائم مقام اشراف كامل داشتند.


پس از طی در جات ابتدایی و دبیرستان در هفده سالگی نخستین لیسانسشان را دررشته ادبیات عرب از دانشگاه آمریکایی بیروت دریافت داشتند . همچنین در سن نوزده سالگی، لیسانس بیولوژی و پس از آن مدرك مهندسی راه و ساختمان را اخذ نمودند. استاد همچنین در رشته های پزشكی، ریاضیات و ستاره شناسی به تحصیلات آكادمیك پرداختند. شركت راهسازی فرانسوی كه استاد در آن مشغول به كار بودند، به پاس قدردانی از زحماتشان، ایشان را برای ادامه تحصیل به كشور فرانسه اعزام كرد و بدین ترتیب در سال1924 (م) به مدرسه عالی برق پاریس وارد و در سال 1925 (م) فارغ التحصیل شدند وهمزمان توانستند در رشته مهندسی معدن در دانشگاه سوربن فرانسه تحصیل کنند . سپس به دلیل وجود روحیه علمی، به تحصیل و تحقیق، در دانشگاه سوربن، در رشته فیزیك پرداختند و در سال 1927 (م) در سن بیست و پنج سالگی دانشنامه دكترای فیزیك خود را، با ارائه رساله ای تحت عنوان "حساسیت سلول های فتوالكتریك"، با درجه عالی دریافت كردند.

استاد با شعر و موسیقی سنتی ایران و موسیقی كلاسیك غرب به خوبی آشنایی داشتند وایشان در چند رشته ورزشی موفقیت هایی كسب نمودند كه از آن میان می توان به دیپلم نجات غریق در رشته شنا اشاره نمود. همچنین پروفسورحسابی به چهارزبان انگلیسی ، فرانسه ، آلمانی وعربی سخن می گفت وبه زبانهای سانسکریت ، لاتین ، یونانی ، پهلوی ، اوستایی ، ترکی و ایتالیایی تسلط داشت . از نکات جالب توجه این دانشمند و فیزیکدان هموطن دلبستگی ویژه به مفاخرایرانی اسلامی بود که ازجمله می توان به تعلق خاطرایشان به زبان فارسی یاد کرد ، به همین سبب وی برای واژه های دخیل درفارسی، معاد ل یابی می کرد که نتایج زحماتش در فرهنگنامه ای گرد آمده که توسط انتشارات وزارت فرهنگ وارشاد اسلامی چاپ شده است.

پروفسور حسابی به دلیل عشق به میهن و با وجود امكان ادامه تحقیقات در خارج از كشور به ایران بازگشت و با ایمان و تعهد، به خدمتی خستگی ناپذیر پرداخت تا جوانان ایرانی را با علوم نوین آشنا سازد.

پایه گذاری علوم نوین و تاسیس دارالمعلمین و دانشسرای عالی، دانشكده های فنی و علوم دانشگاه تهران، نگارش ده ها كتاب و جزوه و راه اندازی و پایه گذاری فیزیك و مهندسی نوین، ایشان را به نام پدر علم فیزیك و مهندسی نوین ایران در كشور معروف كرد. ازآن دانشمند فقید بیست وپنج مقاله وکتاب به زیورطبع آراسته شده است . دکترحسابی درسال 1990 میلادی به عنوان مرد نخست علمی جهان معرفی شد ودرسال 1366 درکنگره 60 سال فیزیک کشور لقب پدر فیزیک ایران را به خود گرفت . اودرچنین روزی درسال 1371 دربیمارستان دانشگاه ژنوبه هنگام معالجه قلبی دارفانی را وداع گفت .

آرامگاه ایشان در تفرش

فيزيك‌دانان هسته‌اي در آستانه كشف جزيره ثبات   پژوهشگران توانسته‌اند سنگين‌ترين هسته اتمي را با دقتي عالي، همانند تعيين جرم انسان 100 كيلوگرمي به دقت ميلي‌گرم، وزن كنند. با بهبود روش‌هاي تعيين جرم مي‌توان به كشف عناصر سنگين جزيره پايداري اميد داشت. مجيد جويا: با دقيق‌تر شدن اندازه‌گيري جرم در مقادير بسيار ناچيز، مي‌توان به كشف عناصر سنگيني اميد داشت كه نيمه عمر كوتاهي نداشته باشند. به گزارش نيچر، پژوهش‌گران به تازگي توانسته‌اند با استفاده از يك تله ويژه، 3 ايزوتوپ از عنصر بسيار سنگين نوبليوم را به دام بياندازند و جرم آن را نيز اندازه‌گيري كنند. نوبليوم، سنگين‌ترين عنصري است كه تاكنون وزن آن به طور مستقيم اندازه‌گيري شده است. اين اندازه‌گيري‌ها، يك گام بسيار مهم رو به جلو در مسير كشف «جزيره پايداري» به شمار مي‌روند؛ عبارتي كه به كلاس كوچكي از عناصر سنگين‌وزن هنوز كشف‌نشده‌اي اشاره دارد كه فيزيك‌دانان اميدوارند بتوانند به مدت چند دقيقه، يا چند روز، و يا حتي چندين سال پايدار بمانند. نتايج اين تحقيق كه به سرپرستي مايكل بلاك، فيزيك‌دان اتمي و عضو هيات‌علمي مركز پژوهش‌هاي يون‌هاي سنگين هلمهولتز جي.‌اس.‌آي واقع در دارمشتات آلمان انجام شده و مشروح آن، هفته گذشته در نيچر منتشر شد؛ هم‌چنين به اصلاح تعاريف فعلي از سنگين‌ترين اتمي كه تاكنون ساخته شده نيز كمك خواهد كرد. تعيين جرم دقيق اتمي يك عنصر فوق سنگين به هيچ وجه كار آساني نيست، فيزيك‌دانان تاكنون تنها مي‌توانستند جرم عناصر سنگين را به طور غير مستقيم تخمين بزنند. هسته‌هاي سنگين معمولا به‌سرعت شكسته مي‌شوند و هسته‌هاي فرزند و نوه‌اي به وجود مي‌آورند كه با افزودن جرم و انرژي آنها، مي‌توان جرم و انرژي هسته اوليه را تعيين كرد. ولي جرم يك هسته سنگين، چيزي بيشتر از مجموع جرم اجزاي آن است. دليل اين امر هم اين است كه انرژي پيوندي كه پروتون‌ها و نوترون‌هاي هسته را در كنار هم قرار مي‌دهد، با جرم آن مرتبط است. همان‌طور كه آلبرت اينشتين در فرمول معروف E = mc^2 پيش‌بيني كرده بود، اين دو قابل تبديل به هم هستند. تخمين‌هاي غيرمستقيم از جرم اتم، معمولا نمي‌توانند اين انرژي پيوند را به درستي محاسبه كنند. رويكرد شاتگان! بلاك و همكارانش براي اندازه‌گيري مستقيم جرم اين عناصر فوق سنگين، ابتدا نياز داشتند كه آنها را توليد كنند. براي اين كار، آنها از يك شتاب‌دهنده استفاده كردند كه اتم‌هاي كلسيوم را به هدفي از جنس سرب شليك مي‌كرد. در موارد نادري، اين هسته‌هاي اتمي با هم برخورد مي‌كردند و طي فرآيند همجوشي هسته‌اي، هسته‌اي سنگين‌تر را مي‌ساختند. تقريبا يك بار در هر ثانيه، شتاب‌دهنده يك ايزوتوپ از اتم نوبليوم را توليد و آن‌را آشكار مي‌كرد. اين اتم مصنوعي بسته به تعداد نوترون‌هايي كه داشته باشد، مي‌تواند تنها به مدت چند هزارم ثانيه، و يا براي دقايق متمادي دوام بياورد. هنگامي كه پژوهشگران نوبليوم را توليد كردند، بايد به سرعت آن را از هزاران ميليارد اتم ديگري كه از هدف سربي عبور كردند، جدا كنند. براي انجام اين كار، گروه از يك تركيب ويژه ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي استفاده كرد كه به نوبليوم اجازه مي‌داد بدون مشكل عبور كند، در حالي كه ديگر اتم‌هاي سبك‌تر و سريع‌تر از منحرف مي‌كرد. سپس با عبور اتم سنگين نوبليوم از سلول‌هايي كه با گاز نجيب هليم پر شده بودند، از سرعت آن كاسته مي‌شد. در نهايت، جرم نوبليوم در درون يك تله پنينگ اندازه‌گيري مي‌شد، ابزاري است كه از ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي استفاده مي‌كند تا اتم نوبليوم را در مداري دايروي به حركت وادارد. با اندازه‌گيري شعاع و سرعت دوران اتم، مي‌توان به طور مستقيم جرم اتم را اندازه‌گيري كرد. مشكلات سنگين‌وزن بلاك مي‌گويد: «با استفاده از اين روش، ما توانستيم دقت اندازه‌گيري جرم را تا حد خيلي زيادي ارتقا بخشيم. اين تله مي‌تواند جرم يك اتم را با دقتي برابر با اندازه‌گيري جرم يك انسان صد كيلوگرمي در ابعاد ميلي‌گرم اندازه بگيرد. در مورد يك ايزوتوپ، يعني نوبليوم 253، اندازه‌گيري اخير تا پنج برابر دقيق‌تر از تخمين‌هاي قبلي است». رالف ديتمار هرزبرگ، دانشمند فيزيك هسته‌اي در دانشگاه ليورپول انگلستان، تا حدي تحت تاثير اين روش اندازه‌گيري قرار گرفته كه نتايج آن را از ديوار آزمايشگاهش آويزان كرده ست. او مي‌گويد: «قطعا اين يك كار خيلي خيلي خوب است». اندازه‌گيري دقيق جرم عناصر شناخته‌شده‌اي مانند نوبليوم مي‌تواند دانشمندان را قادر سازد تا پژوهش‌هاي خود را براي يافتن عناصر سنگين‌تر بهبود ببخشند، مانند آنهايي كه تصور مي‌شود جزو مجموعه جزيره پايداري باشند. اين محدوده از جدول هسته‌اي (كه در آن به جاي تعداد پروتون‌ها تعداد نوترون‌ها نوشته شده است)، جاي عناصري است كه خيلي خيلي سنگين‌تر از هر چيز ديگري است كه تاكنون ديده شده است. كار اخير دانشمندان را قادر مي‌سازد تا چنين اجرامي را بدون روبرو شدن با مشكلات محاسبه جرم هسته‌هاي «فرزند» و «نوه» هسته اصلي، خيلي دقيق‌تر محاسبه كنند. تصور مي‌شود كه برخي از هسته‌ها در جزيره پايداري براي چندين سال و يا حتي بيشتر از آن نيز پايدار بمانند، كه به اين معني است كه آنها را مي‌توان براي مدت‌هاي طولاني ذخيره كرد؛ امري كه در صورت تحقق آن مي‌توان آينده‌اي را متصور شد كه در آن سوخت‌هاي هسته‌اي بسيار كارامد براي سفر به اعماق فضا در دسترس بشر قرار گيرد. ولي هرزبرگ بر اين باور است كه اين كار حتي براي آينده نزديك باارزش است. به گفته او، نظريه كنوني هسته‌اي نمي‌تواند به طور دقيق اجرام ساختارهاي هسته‌اي سنگين‌ترين عناصر را پيش‌بيني كند. اندازه‌گيري مستقيم به بهبود آن كمك مي‌كند و براي مثال مي‌تواند با مشخص كردن ساختار هسته‌هاي در حال فروپاشي، به يافتن روش‌هاي كارامدتر براي خلاص شدن از شر زباله‌هاي هسته‌اي هم كمك كند. منبع:خبرآنلاين گردآورندگان: گروه اول                   یک نظر

	ديدن اجسام پشت ديوار هم امكان‌پذير شد ديدن اجسام از پشت موانع، يكي از آرزوهاي بشر در طول تاريخ محسوب مي‌شود. به تازگي فيزيك‌دانان موفق شده‌اند با پيش‌بيني الگوي پراكندگي پرتوهاي نور عبوري از مواد مات، تصوير اجسام پشت آنها را بازسازي كنند. بهنوش خرم‌روز: شايد فكر كنيد فناوري تازه رويت اجسام از پشت اجسام كدر همان استفاده از پرتوهاي ايكس باشد، اما اين طور نيست. اين روش، راه تازه‌اي است كه براي انتقال تصاوير ساده از ميان اشيا كدر با استفاده از نور معمولي پيدا شده است. فيزيكدانان از اين روش براي انتقال تصوير از ميان شيشه‌اي كه با رنگ پوشانده شده استفاده مي‌كنند. هر جسمي يا شفاف است، يا كدر محسوب مي‌شود،‌ يعني ما نمي‌توانيم از پشتش چيزي ببينيم؛ و يا كمي مات است و مي‌تواند بعضي نورها را از خود عبور بدهد. با اين حال،‌ نور هنگام عبور از شبكه‌بندي اتمي اين مواد مات، پراكنده مي‌شود و فيزيكدانان معتقدند همين مسئله،‌ نكته كاربردي براي ديدن اشيا از پشت اجسام كدر است. به گزارش نيوساينتيست، در سال 2007/ 1386 آزمايشي براي تمركز نور و عبور آن از پوست تخم‌مرغ و دندان انسان ترتيب داده شد كه نشان داد چنين كاري عملي نيست. اما اين بار فيزيكداني به نام سيلوين گيگان با همكارانش در موسسه فيزيك و شيمي صنعتي پاريس،‌ موفق شده براي اولين بار تصاوير ساده را از اجسام كدر عبور دهد به طوري كه در طرف ديگر بتوان تصوير را ديد. رسيدن به تصوير اين گروه با معكوس كردن فرايند پراكنده شدن نور،‌ توانستند از نوري كه از لايه‌هاي رنگي و كدر عبور كرده بود، تصوير را بازسازي كنند. فرايند پراكندگي نور پيچيده است، ‌اما پيش‌بيني‌پذير هم هست،‌ چون يك موج نوري مشخص هميشه يكسان پراكنده مي‌شود. نحوه‌اي كه هر شي نور را پراكنده مي‌كند به عنوان ماتريس انتقال آن شي شناخته مي‌شود. به گفته گيگان، اگر لايه رنگ را به عنوان يك ماز براي نور در نظر بگيريم،‌ آن وقت مي‌توان ماتريكس انتقال شي را به صورت نقشه در نظر گرفت. گروه گيگان با 1000 بار تاباندن باريكه‌هاي ليزر ضعيف،‌ توانستند ماتريكس انتقال شيشه رنگ‌شده خودشان را به دست بياورند،‌ بدين صورت كه شكل باريكه ليزر را هر بار با استفاده از يك تعديل‌كننده نور فاصله‌اي تغيير مي‌دادند. تعديل‌كننده نور فاصله‌اي همان دستگاهي است كه براي كنترل نور خروجي ويدئو پروژكتور به كار مي‌رود. در طرف ديگر شيشه كدر هم يك دوربين‌ ديجيتال الگوهاي متفاوت پراكندگي نوري كه در هر زمان توليد مي‌شود را تشخيص مي‌دهد. با مقايسه آن‌چه دوربين با اعمال تغييرات روي باريكه ليزر مي‌بيند، ماتريكس انتقال شي با رنگي كه دارد محاسبه مي‌شود. تصوير نامرئي بدين ترتيب،‌ اگر يك تصوير ساده به شيشه رنگي تابانده شود، يك فرد عادي مي‌تواند تنها درخششي را در آن حس كند. اما با دانستن ماتريس انتقال، اين گروه مي‌توانند كد رد كم‌نور و نامشخصي كه به دوربين ديجيتال مي رسد را شناسايي كنند و به تصوير مورد نظر برسند. گيگان در اين مورد مي‌گويد: « وقتي ماتريس انتقال شناخته شده باشد، بازسازي تصوير به سرعت عملي مي‌شود. بدين ترتيب ما مي‌توانيم به تصويري را كيفيت برسيم.» با اين حال تصاويري كه در اين آزمايش‌ها مورد استفاده قرار گرفتند بسيار ساده بودند و هنوز تا رسيدن به امكان انتقال تصاوير جالب زمان زيادي مانده است. تصاوير به كار رفته 256 پيكسلي بودند و با بالا بردن پيكسل‌ها،‌ كيفيت تصوير بازسازي شده به سرعت كاهش مي‌يابد چون نسبت سيگنال به نويز كاهش مي‌يابد. با اين وجود به گفته گيگان هنوز جا براي پيشرفت با مطالعات بيشتر در اين زمينه وجود دارد. كساني كه آزمايش 2007/ 1386 را ترتيب داده بودند، الارد موسك و همكارش ولكوپ در هلند، بسيار تحت تاثير نتايج اين مطالعه قرار گرفته‌اند. آن‌ها مي‌گويند:‌ » ما مي‌توانيم ببينيم كه اين مطالعه آغاز راهي بلند و جذاب است.» موسك هم در تاييد نظر گيگان مي‌گويد: « با اين كه در حال حاضر اين تكنيك براي تصاوير 256 پيكسلي جواب مي‌دهد،‌ اما گروه‌هاي ديگر در سراسر جهان مي‌توانند با الهام از اين كار تصاوير بزرگ‌تر و پيچيده‌تري را از اجسام كدر عبور بدهند.»   منبع: خبرآنلاين     نوشته شده :گروه دوم                   نظر بدهید

	سنگ‌ريزه‌اي كه ديوار صوتي را شكست خيلي‌ها فكر مي‌كنند دست‌يابي به سرعت‌هاي مافوق‌صوت به هنگام شليك گلوله يا پرواز جنگنده‌ها مي‌تواند روي دهد، اما حتي سنگ‌ريزه‌اي كه در آب فرو مي‌افتد، هوا را به سرعت‌ بيشتر از 340 متر بر ثانيه مي‌رساند. ابوالفضل كريمي: اگر تصور مي‌كنيد اين تصوير يك هواپيما يا يك پرنده است، در اشتباهيد. اين تصوير سنگي در حال فرو رفتن در آب است. شايد اين منظره معمولي به‌نظر برسد، اما نكته جالب اين واقعه آن است كه دانشمندان تخمين مي‌زنند جريان هوايي كه از اين برخورد به وجود مي‌آيد، از سرعت يك گلوله نيز بالاتر است. به گزارش نيوساينتيست، زماني كه شيئي مانند يك سنگ داخل آب مي‌افتد ، حفره‌اي از هوا داخل آب توليد مي‌شود كه مي‌تواند هوا را با سرعتي مافوق سرعت صوت از داخل آب به بيرون بفرستد. اين كشف توسط استفان كگل و همكارانش از دانشگاه Twente واقع در هلند انجام گرفته است. اين گروه با استفاده از تصويربرداري با سرعت بسيار بالا ، حفره‌اي از هوا را ثبت كردند كه به شكل يك ساعت شني در آب تشكيل مي‌شود. بالاي اين ساعت شني در حقيقت، سطح آبي است كه شيء با آن برخورد كرده و پايه آن را شيء در حال فرو رفتن در آب تشكيل مي‌‌دهد. اين تيم تحقيقاتي براي اندازه‌گيري سرعت هوايي كه از بالاي سطح آب خارج مي‌شود، آب را به رنگ مشكي در آوردند. اما با وجودي كه دوربين آن‌ها مي‌توانست در هر ثانيه 15هزار تصوير ثبت كند، گروه تحقيقاتي باز هم موفق نشد اين سرعت را به طور مستقيم اندازه‌گيري كند. اين بدان معني بود كه سرعت هواي خروجي خيلي بيشتر از انتظار آنهاست. بنابراين آن‌ها تصميم گرفتند با استفاده از شبيه‌سازي ، رفتار آب و هواي خروجي را بررسي كنند. با انجام اين كار، محققان متوجه شدند درست قبل از آن‌كه حفره تشكيل شده بسته شود، فشار هوا در انتهاي اين ساعت شني نسبت به گردنه آن بسيار بالاتر مي‌رود و اين تفاوت فشار، هوا را با سرعتي فراتر از سرعت صوت به بيرون مي‌فرستد.   منبع : Khabaronline.ir   نوشته شده توسط گروه سوم                   نظر بدهید

	راز ساختار غیربلوری شیشه کشف شد راز ساختار غیربلوری شیشه کشف شد فیزیکدانان بین المللی با هدف ساخت اشیای جدید فوق مقاوم کشف کردند که چگونه اتمها در داخل ساختار غیربلوری شیشه در کنار هم چیده می شوند. به گزارش خبرگزاری مهر، شیشه نوعی ماده بی نظم و غیربلوری است که در آن اتمها با ساختارهای منظم از نوع بلور کنار هم چیده نمی شوند. این ماده کاملا جامد نیست و در واقع مایعی با بیشترین سطح چسبندگی است. اکنون تیمی از محققان دانشگاه بریستول انگلیس در همکاری با محققان ژاپنی و استرالیایی موفق شدند نشان دهند که ذرات شیشه در مدت جامدشدگی در ساختارهایی به شکل بیست وجهی که مانع تشکیل بلور می شوند در کنار هم قرار می گیرند. در حقیقت در تفاوت با بلورهای جامد که در آنها اتمها در میان خود با پیوندهای شیمیایی در ساختارهای هندسی منظم ثابت می مانند، شیشه تنها به این دلیل جامد به نظر می رسد که اتمهای نزدیک به هر ذره به طور فیزیکی از جنبش آن ممانعت می کند. به طوری که ذره جانبی مانع حرکت همسایه خود می شود. این محققان با شبیه سازی تجربی، یک تئوری قدیمی 50 ساله را تائید کردند. این تئوری در خصوص بسیاری از ویژگیهای این ماده توضیح می دهد و می تواند در ساخت فلزات غیر بلوری که نسبت به فلزات سنتی بسیار مقاوم تر هستند کاربرد داشته باشد. تاکنون عدم امکان مشاهده ساختارهای بسیار کوچک با میکروسکوپ مانع اصلی درک ساختار داخلی شیشه به شمار می رفت اما اکنون این دانشمندان که نتایج یافته های خود را در مجله "نیچر مواد" منتشر کرده اند از ذرات ویژه ای در یک محلول کلوئیدی استفاده کردند که رفتار اتمها را در مدت فرایند جامدشدگی نشان می دهد. به گفته این محققان، برپایه این کشف اکنون امکان ساخت مواد نوآورانه ساخته شده از فلزاتی که ساختاری مشابه ساختار شیشه دارند فراهم می شود. موفقیت در ساخت این نوع فلز جدید به منزله ساخت اشیایی با مقاومت بسیار بالا است.                    نظر بدهید

	فشارسنج و آسمانخراش توضيح دهيد که چگونه مي توان با استفاده از يک فشارسنج ارتفاع يک آسمان خراش را اندازه گرفت؟ سوال بالا يکي از سوالات امتحان فيزيک در دانشگاه کپنهاگ بود. يکي از دانشجويان چنين پاسخ داد: "به فشار سنج يك نخ بلند مي بنديم. سپس فشارسنج را از بالاي آسمان خراش طوري آويزان مي کنيم که سرش به زمين بخورد. ارتفاع ساختمان مورد نظر برابر با طول طناب به اضافه‌ي طول فشارسنج خواهد بود." پاسخ بالا چنان مسخره به نظر مي آمد که مصحح بدون تامل دانشجو را مردود اعلام کرد. ولي دانشجو اصرار داشت که پاسخ او کاملا درست است و درخواست تجديد نظر در نمره ي خود کرد. يکي از اساتيد دانشگاه به عنوان قاضي تعيين شد و قرار شد که تصميم نهايي را او بگيرد. نظر قاضي اين بود که پاسخ دانشجو در واقع درست است، ولي نشانگر هيچ گونه دانشي نسبت به اصول علم فيزيک نيست. سپس تصميم گرفته شد که دانشجو احضار شود و در طي فرصتي شش دقيقه اي پاسخي شفاهي ارائه دهد که نشانگر حداقل آشنايي او با اصول علم فيزيک باشد. دانشجو در پنج دقيقه ي اول ساکت نشسته بود و فکر مي کرد. قاضي به او يادآوري کرد که زمان تعيين شده در حال اتمام است. دانشجو گفت که چندين روش به ذهنش رسيده است ولي نمي تواند تصميم گيري کند که کدام يک بهترين مي باشد. قاضي به او گفت که عجله کند، و دانشجو پاسخ داد: "روش اول اين است که فشارسنج را از بالاي آسمان خراش رها کنيم و مدت زماني که طول مي کشد به زمين برسد را اندازه گيري کنيم. ارتفاع ساختمان را مي توان با استفاده از اين مدت زمان و فرمولي که روي کاغذ نوشته ام محاسبه کرد." دانشجو بلافاصله افزود: "ولي من اين روش را پيشنهاد نمي کنم، چون ممکن است فشارسنج خراب شود!" "روش ديگر اين است که اگر خورشيد مي تابد، طول فشارسنج را اندازه بگيريم، سپس طول سايه ي فشارسنج را اندازه بگيريم، و آنگاه طول سايه ي ساختمان را اندازه بگيريم. با استفاده از نتايج و يک نسبت هندسي ساده مي توان ارتفاع ساختمان را اندازه گيري کرد. رابطه ي اين روش را نيز روي کاغذ نوشته ام." "ولي اگر بخواهيم با روشي علمي تر ارتفاع ساختمان را اندازه بگيريم، مي توانيم يک ريسمان کوتاه را به انتهاي فشارسنج ببنديم و آن را مانند آونگ ابتدا در سطح زمين و سپس در پشت بام آسمان خراش به نوسان درآوريم. سپس ارتفاع ساختمان را با استفاده از تفاضل نيروي گرانش دو سطح بدست آوريم. من رابطه هاي مربوط به اين روش را که بسيار طولاني و پيچيده مي باشند در اين کاغذ نوشته ام." "آها! يک روش ديگر که چندان هم بد نيست: اگر آسمان خراش پله ي اضطراري داشته باشد، مي توانيم با استفاده از فشارسنج سطح بيروني آن را علامت گذاري کرده و بالا برويم و سپس با استفاده از تعداد نشان ها و طول فشارسنج ارتفاع ساختمان را بدست بياوريم." "ولي اگر شما خيلي سرسختانه دوست داشته باشيد که از خواص مخصوص فشارسنج براي اندازه گيري ارتفاع استفاده کنيد، مي توانيد فشار هوا در بالاي ساختمان را اندازه گيري کنيد، و سپس فشار هوا در سطح زمين را اندازه گيري کنيد، سپس با استفاده از تفاضل فشارهاي حاصل ارتفاع ساختمان را بدست بياوريد." "ولي بدون شک بهترين راه اين مي باشد که در خانه ي سرايدار آسمان خراش را بزنيم و به او بگوييم که اگر دوست دارد صاحب اين فشارسنج خوشگل بشود، مي تواند ارتفاع آسمان خراش را به ما بگويد تا فشارسنج را به او بدهيم!" این دانشجو کسی نیست جز نيلز بور، فيزيکدان دانمارکي.                     نظر بدهید

	لرزش ديوارها هم برق توليد مي كند تلويزيون ، يخچال و ساير لوازم برقي منزلتان را تصور كنيد كه نيروي خود را از انرژي توليد شده از لرزش پنجره و ديواره هاي ساختمان مسكوني شما مي گيرد. فكر مي كنيد چنين چيزي تا چه حد عملي باشد؟ ماسايوكي ميازاكي كه يكي از محققان آزمايشگاه مركزي توكيوست ، براي رسيدن به چنين هدفي تلاشهاي فراواني كرده است. او بتازگي توانسته است يك ژنراتور در حال حاضر خيلي كوچك بسازد كه مي تواند حركات ساختمان ها را به الكتريسيته تبديل كند و نيروي راه انداختن يك سنسور حرارتي يا نوري را كه يك بار در هر ساعت كار مي كند؛ تامين نمايد. گرچه خروجي اين ژنراتور بسيار كوچك و فقط در حد 10ميكرووات است ؛ اما دانشمندان آينده اي خوب را براي آن پيش بيني مي كنند و اميدوارند كه در دهه هاي آينده ، اين ژنراتور بتواند بازدهي خوبي داشته باشد.به طوري كه بتوان سيستم هاي رايانه اي بدون باتري را به كمك آن راه اندازي كرد.كار ميازاكي در واقع قسمتي از يك جنبش رو به رشد ميان دانشمندان است كه هدف آن يافتن ، خلق كردن و كسب منابع انرژي جايگزين ولو در مقادير كوچك ، يعني بسيار كمتر از يك وات است. اين دانشمندان اميدوارند كه بتوانند انرژي را از هر چيزي ، از لرزش ديوارها و پنجره ها گرفته تا حركات هوا و بدن انسان ها برداشت كنند.در حالي كه منابع جايگزين انرژي به تنهايي نخواهند توانست الكتريسيته بيشتري را توليد كنند؛ اما مي توانند وسايل كوچكي از قبيل تراشه هاي رايانه اي ، شبكه هاي حسگر بي سيم و يا تلفنهاي همراه را به راه اندازند. ايده اين كار نيز بسيار ساده است. درست همانند برخي از ساعتهاي مچي كه نيروي خود را از حركات اتفاقي دست يك شخص مي گيرند، اين وسايل نيز انرژي خود را از حركات اتفاقي ديگر چيزها كسب مي كنند يك باطري آبي در يك تلاش ديگر از اين دست لاري كاستيوك از دانشگاه آلبرتاي كانادا در حال كار روي يك نوع باتري است كه نيروي خود را از آب مي گيرد، يعني توليد الكتريسيته به طور مستقيم از آب ، اما در مقياس بسيار كوچك. در حال حاضر نيز واژه اي با نام هيدروالكتريسيته يا همان برق آبي وجود دارد و بيشتر افراد نيز با آن آشنا هستند.در هيدروالكتريسيته ، آب از ارتفاعي به پايين مي ريزد و توربين ها را چرخانده و به اين ترتيب الكتريسيته توليد مي كند؛ اما روشي اين دانشمند باارزش كه ذكر شد، كاملا فرق دارد. وي آب را تحت فشار قرار مي دهد و آنها را از كانال هاي ميكروسكوپي و بسيار بسيار ريز كه درون يك لوله شيشه اي قرار دارند، رد مي كند و به اين ترتيب مستقيما برق را از آب مي گيرد. با عبور آب از سطح كانال ها، يونهاي آب به سطوح جامد ماليده مي شوند و شارژ الكتريكي شده و به كمك الكترودهايي كه در انتهاي هر يك از كانال ها قرار مي گيرند، انرژي الكتريكي استخراج مي شود.گرچه جريان توليد شده در اين روش نيز بسيار كم و در حد 4 ميكرووات است ؛ اما اگر ميليون ها كانال با خصوصيات ذكر شده به يكديگر ملحق شوند، مي توان خروجي را افزايش داد و به اين ترتيب نيروي كافي خلق يك باتري آبي را به دست آورد. منبع : khschool.ir                     نظر بدهید

	چه موقع اولين هواپيما، پرواز كرد؟ چه موقع اولين هواپيما، پرواز كرد؟ افسانه هاي قديمي نقل مي كنند كه بشر هميشه سعي مي كرده، به نحوي عمل پرواز را انجام دهد. براي مثال، «ايكاروس» و «دائه دالوس» از جمله كساني بودند كه سعي كردند با بال هائي كه از پر و موم ساخته بودند پرواز كنند. ولي اين آزمايش مدت صدها سال، مرگ بسياري را كه خواستند دوباره آزمايش را امتحان كنند، فراهم آورد. يعني وقتي بال هاي شكننده ساخته شده را با دست بر پشتشان مي بستند و از ارتفاعات بلندي خود را پرتاب مي كردند موجب مرگشان مي شد. بدين ترتيب كم كم بشر متوجه اين نكته شد كه انسان هرگز نمي تواند با تقليد از طرز پرواز پرندگان، در هوا به پرواز درآيد. بنابراين يك وسيله جديدي بايد اختراع يا درست مي شد و تا آنجائي كه مي دانيم «راجر بيكن» اولين كسي بود كه پيشنهاد كرد: «ممكن است با ساختن موتوري كه يك نفر هدايت آن را بر عهده داشته باشد، به اين آرزوي ديرينه جامه عمل بپوشاند يعني عمل پرواز در هوا را انجام دهد.»!! در قرن هفدهم، توجه بشر به پروازهاي «سبك تر از هوا» معطوف گرديد. بنابراين اولين پرواز با بالون هائي كه از هواي گرم و هيدروژن پر مي شدند انجام گرفت. گر چه يكي از معايب بزرگ بالون اين بود كه ساكنين بالون كاملاً در اختيار و دستخوش تغييرات هوا بودند و دائماً به وسيله باد اين طرف و آن طرف برده مي شدند. به اين ترتيب، بشر هنوز براي رسيدن به يك پرواز واقعي راه زيادي در پيش داشت. اولين ماشين پرواز، سنگين تر از هوا، يك هواپيماي بي موتوري ساده بود كه در سال 1804 ساخته شد. ظرفيتش، 154 اينچ مربع بود كه روي يك ميله نصب شده بود و داراي دُمي هم در عقب بود. در سال 1848، «جان استرينگ فلو»، اولين كسي بود كه هواپيماي يك باله را كه به وسيله نيروي بخار به حركت در مي آمد، ساخت. طول اين هواپيما سي پا بود. پس از اين كه آزاد مي شد، به تدريج بالا مي رفت و با يك وسيله ساده اي هم كه روي آن نصب كرده بودند مي توانستند صعود آن را متوقف كرده و فرود ايند. روسها ادعا مي كنند كه يك نفر روسي به نام الكساندر موژائيسكي، در سال 1882 اولين كسي بوده كه با يك هواپيماي بخاري، پرواز كرده است. در 1896 دكتر «ساموئل پيريونت لنگلي» توانست يك پرواز موفقيت آميز انجام دهد. بدين معني كه توانست 3250 پا با سرعت 25 ميل در ساعت پرواز كند. بال هواپيماي او، 16 پا طول داشت. در 17 دسامبر 1903، «اوريل رايت» شروع به ساختن يك موتور براي هواپيماي خود كرد يعني با قدرت خود هواپيما را به هوا برد. البته اين يك پرواز با استاندارد امروزي نبود و فقط 120 پا با سرعت 31 ميل در هر ساعت، ارتفاع مي گرفت. ولي همين هم كافي بود كه آوريل و برادرش ويلبر را مصمم سازد كه براي اولين بار هواپيمائي ساخته و پرواز دهند و پرواز آن به وسيله نيروي بخار نباشد، بلكه با قدرت خود هواپيما، به پرواز در آيد. بالاخره معروفست كه يك نفر به نام « پرستون واتسون» پرواز موفقيت آميزي را در سال 1902 با يك هواپيماي دو باله اي كه موتور در آن كار گذاشته بودند، انجام داد. ولي اين ادعا تا به حال رسماً تأييد نگرديده است. منبع : jadidtarin.com                   نظر بدهید

	اثر زيمان در حال حاضر مي‌دانيم كه اوربيتالهايي از قبيل از نظر انرژي برابرند و در غياب ميدان مغناطيسي نمي‌توان تفاوتي بين الكترونهايي كه اين اوربيتالها را اشغال كرده‌اند، قائل شد، ولي وقتي طيف نشري اتم هيدروژن در ميدان مغناطيسي مورد مطالعه قرار مي‌گيرد، وضعيت پيچيده‌تري پيدا مي‌كند. يعني هر خط طيفي حاصل از چندگانگي خطوط طيفي كه خارج از ميدان مغناطيسي بدست مي‌آيد، در ميدان مغناطيسي به چند خط طيفي فوق‌العاده نزديك به يكديگر تجزيه مي‌شود. مثلاً در مورد اتم سديم، همانطور كه در شكل نشان داده شـده است، اين رويداد موجب مي‌شود كه هر يك از دو خط طيفي اصلي آن به چندين خط تفكيك شود. چنين وضعيتي كه به ساختار ظريف خطوط طيفي موسوم است، اولين بار توسط زيمان (در سال 1896) مشاهده شد و اثر زيمان ناميده مي‌شود. اين اثر، با قبول دو درجه آزادي براي حركت الكترون يعني در نظر گرفتن دو عدد كوآنتومي اصلي و فرعي براي مشخص كردن انرژي الكترون در چرخش به دور هسته، قابل بررسي نيست. بلكه براي توجيه آن بايد سه درجه آزادي براي حركت الكترون يا به بياني ديگر، عدد كوآنتومي ديگري علاوه بر اعداد كوآنتومي اصلي و فرعي براي مشخص كردن دقيق وضعيت الكترون در فضاي اطراف هسته بايد در نظر گرفت. براي اين منظور، بايد قبول كرد كه وقتي الكترون، بدون وجود يك ميدان مغناطيسي خارجي، به دور هسته اتم مي‌چرخد مرجعي وجود ندارد تا بتوان سطح مشخصي براي مدار چرخش آن در نظر گرفت. به بيان ديگر، سطح مدار چرخش آن كاملاً اختياري است. اما وقتي الكترون در يك ميدان مغناطيسي خارجي به دور هسته مي‌چرخد، سطح مدار چرخش آن نسبت به راستاي ميدان مغناطيسي تغيير مي‌كند. زيرا الكترون (ذره باردار) ضمن چرخش به دور هسته، در نقش يك مغناطيس كوچك (با ممان مغناطيس) عمل مي‌كند. در نتيجه، در يك ميدان مغناطيسي (با شدت)، تحت تأثير قرار گرفته و سطح مدار چرخش آن دستخوش تغييراتي مي‌شود. اين تغييرات، ديگر اختياري نبوده بلكه از محدوديت كوآنتومي پيروي مي‌كند. بطوريكه تصوير بردار ممان مغناطيسي حاصل از چرخش الكترون بر روي اين سطوح، نسبت به راستاي ميدان، همواره بايد مضرب درستي از باشد. اين مضرب درست را كه به عدد كوآنتومي مغناطيسي موسوم شده است، با نشان مي‌دهند.     منبع : دانشنامه ي رشد

• Part I: To determine the density of two solids, one of which is heavier and the other lighter than an equivalent volume of water.
• Part II: To measure accurately the density of various liquids by means of the Westphal balance.
• Part III: To measure the specific gravity of these liquids by means of a hydrometer.

METHOD: A body is weighed in air and then immersed in a liquid. The apparent loss in weight of the body when immersed in the liquid is, by Archimedes’ principle, equal to the weight of liquid displaced by the body. From these measurements the density and specific gravity of either the solid body or the liquid may be determined.

THEORY: The density of a substance is defined as its mass per unit volume and in the metric system of units is measured in grams per cubic centimeter. The specific gravity of a substance is defined as the ratio of the mass or weight of the substance to the mass or weight of an equal volume of water and is a pure number having zero dimensions.

A convenient method for determining densities or specific gravities is one which uses the principle of Archimedes, namely, that when a body is immersed in a fluid there is exerted on the body a vertical upward force equal to the weight of fluid displaced.

Proof of Archimedes’ Principle: Suppose aright circular cylinder of height h is immersed in a liquid of density d gm per cm³. The bottom of the cylinder is at a depth of h₂ cm and the top at a depth h cm below the surface of the liquid (Fig. 1) where h = (h₂ − h₁) .

The pressure on the liquid at depth h₁ is p₁ = B + h₁gd dynes per cm², where B is atmospheric pressure. The total downward force on the upper surface of the cylinder is F₁ = p₁A dynes where A is the area of cross section of the cylinder. Similarly the total upward force on the bottom of the cylinder is F₂ = p₂A dynes.

Since the pressure in a fluid acts at right angles to any surface in contact with it, the pressure on the sides of the cylinder is everywhere horizontal and has no vertical component. Hence the total upward force in dynes on the cylinder is

F₂−F₁ = p₂A = (h₂ − h₁)Agd = hAgd (1)

But hA = V, the volume of the cylinder, so that

F₂−F₁ = Vgd (2)

or the resultant upward force in dynes is equal to the weight of fluid displaced.

While this proof of Archimedes’ principle is for a particularly simple geometrical object, the principle is true for an object of any shape which is immersed in a fluid.

Application of Archimedes’ Principle: 1. Suppose a body has a density of D grams per cm³ and amass of M grams. The volume of the body is V = M/D and its weight in air is Mg dynes. The weight (MLg) of the body when immersed in a liquid of density d is, by Archimedes’ principle, MLg = Mg – Vdg dynes. Thus ML = M – Vd or ML = M – Md/D.

Since ML and M may be measured by means of a balance, it follows that if the density d of the liquid-say water-is known, the density D of the body may be calculated from

D = Md/(M − M_L)

ده آزمایش برتر فیزیک

گر  چه دانشمندان تا کنون توانسته‌اند اجزای تشکیل‌دهنده ذره‌های زیر اتمی را در شتاب‌دهنده‌ها از یک‌دیگر جدا کنند، توالی ژنوم انسان را کشف و فعالیت ستارگان دور دست را تجزیه و تحلیل کنند، اما هنوز هم آزمایش‌هایی توجه دانشمندان را به خود جلب می‌کند که میلیون‌ها دلار هزینه را در برداشته و جریان بزرگی از اطلاعات ایجاد می‌کند؛ آزمایش‌هایی که پردازش آن‌ها توسط ابررایانه‌ها ماه‌ها به طول می‌انجامد. بسیاری از این گروه‌های پژوهشی توسعه پیدا کرده‌اند و برای انجام فعالیت با هم مشارکت می‌کنند.
  اما باید اذعان کرد که مفاهیم علمی به ذهن‌های منحصر به فردی که خود را درگیر کشف رازو رمزهای جهان کرده‌اند، راه می‌یابد. هنگامی که رابرت پی.کریس، از گروه فلسفه دانشگاه ایالتی نیویورک واقع در استونی بروک ومورخ آزمایشگاه ملی بروکهان از فیزیکدانان خواست که زیباترین آزمایش‌های کل تاریخ را نام ببرند، مشخص شد که ده نفر نخست بیش‌تر به طور انفرادی کار کرده‌اند و دستیاری نداشتند.
   اغلب آزمایش‌هایی که درشماره‌ی September 2002 مجله‌ی دنیای فیزیک (Physics World) فهرست شده‌اند را می‌توان روی یک میزکار معمولی انجام داد و به ابزارهای محاسبه‌ای پیشرفته‌تر ازخط‌کش و ماشین حساب نیاز ندارند. چیزی که در همه‌ی این آزمایش‌ها مشترک است، همان چیزی است که دانشمندان از آن به عنوان "زیبایی" نام می‌برند؛ یعنی، سادگی منطقی دستگاه‌های مورد استفاده و سادگی منطقی تجزیه و تحلیل. به عبارت دیگر، پیچیدگی ودشواری پدیده‌ها، به طور موقت به کناری گذاشته می‌شود و نکته تازه ای از راز ورمزهای طبیعت کشف می‌شود.
  فهرست چاپ شده در این مجله به ترتیب عمومیت آن رتبه‌بندی شده است. در رتبه‌ی نخست، آزمایشی قرار دارد که به وضوح ماهیت کوانتومی جهان فیزیکی را نشان می‌دهد. این موارد باردیگر به ترتیب دوره زمانی مرتب شده‌اند که نتیجه آن هم اکنون پیش روی شماست. این فهرست نگرش جالبی از تاریخ دو هزارساله‌ی اکتشاف را پیش روی ما می‌گذارد.

  1- اراتوستن: اندازه گیری محیط زمین

  در ظهر انقلاب تابستانی در یکی از شهرهای مصر ،که امروزه آسوان نامیده می شود، خورشیدمستقیم می‌تابد: اجسام هیچ سایه‌ای ندارند و نور خورشید تا انتهای یک چاه عمیق نفوذ می‌کند.
  اراتوستن که کتابدار کتابخانه‌ی اسکندریه در قرن سوم پیش از میلاد بود، هنگامی که این مطلب را خواند، دریافت که اطلاعات لازم برای محاسبه‌ی محیط زمین را در اختیار دارد. وی همان روز و همان ساعتی که در بالا گفته شد، آزمایشی ترتیب داد و مشاهده کرد که پرتوهای خورشید در اسکندریه تا حدودی مایل بوده و حدود هفت درجه از خط عمود انحراف دارد.
  حالا دیگر فقط محاسب‌های هندسی باقی مانده بود. فرض کنید زمین گرد است، در این صورت محیط دایره آن 360 درجه است. با این تفسیر اگر دو شهر از  یکدیگر 7 درجه دور باشند، می‌توان گفت به اندازه هفت سیصد و شصتم یا یک پنجاهم یک دایره کامل از هم فاصله دارند. با اندازه گیری فاصله دو شهر، مشخص شد که این دو 5 هزار استادیوم (واحد طول برابر با حدود185 متر) از یکدیگر دورند. اراتوستن نتیجه گرفت که محیط زمین 50 برابر این فاصله یعنی 250 هزار استا دیوم است. از آن‌جا که دانشمندان در مورد طول واقعی یک استادیوم یونانی اختلاف نظر دارند، غیر ممکن است بتوانیم دقت این اندازه گیری را تعیین کنیم. اما بر پایه‌ی برخی از محاسبه‌ها گفته می‌شود خطای این اندازه گیری حدود 5 درصد است (رتبه‌ی7)

2- گالیله : آزمایش چیزهای در حال سقوط

  تا حدود سال های 1500 میلادی، مردم فکر می کردند چیزهای سنگین سریع‌تر از اجسام سبک سقوط می‌کنند. هر چه باشد، این سخن ارسطو است. این که یک دانشمند یونان باستان توانسته بود، همچنان سلطه خود را حفظ کند، بیانگر این است که علم طی قرون وسطی چقدر تنزل کرده بود.
  گالیلئو گالیله که استاد کرسی ریاضیات در دانشگاه پیزا بود ، آن قدر جسارت داشت که دانش پذیرفته شده را با چالش روبه‌رو کند. این داستان از جمله ماجراهای معروف تاریخ علم است: گفته می شود وی دو چیز با وزن‌های مختلف را از بالای برج کج شهر رها کرد و نشان داد که آن چیزها در یک زمان به زمین می‌رسند. به چالش طلبیدن باورهای ارسطو ممکن بود برای گالیله به قیمت از دست دادن شغلش تمام شود، اما وی با این کار نشان داد که داور نهایی در موضوع‌های علمی، رویدادهای طبیعی است نه اعتبارافراد. (رتبه‌ی 2)

  3- گالیله:آزمایش سقوط توپ ها از سطح شیبدار

  گالیله به بازپیرایی باورهای خود در مورد چیزهای در حال حرکت ادامه داد. وی یک تخته که حدود 6 متر طول و 25 سانتی متر عرض داشت را انتخاب کرد و شیاری را در مرکز آن طوری حفر کرد که تا جایی که امکان دارد، صاف و مستقیم باشد. وی سطح را شیبدار کرد وتوپ‌های برنجی را درون این شیارها غلتاند وزمان سقوط را با یک ساعت آبی اندازه‌گیری کرد. ساعت آبی یک مخزن بزرگ آب بود که آبش از لوله‌های نازک به یک ظرف منتقل می شد. وی پس از هر بار آزمایش ورها کردن توپ میزان آب تخلیه شده را وزن می‌کرد.
  گالیله به وزن کردن مقدار آب تخلیه شده، زمان را اندازه گرفت و آن را با مسافتی که گلوله طی کرده بود، مقایسه می‌کرد. ارسطو پیش بینی کرده بود که سرعت گلوله های غلتان ثابت است: اگرمدت زمان حرکت را دو برابر کنید، مسافت طی شده دو برابر می شود. اما گالیله نشان داد که مسافت طی شده با مجذور زمان متناسب است: اگر مدت زمان حرکت را دو برابر کنید، مسافت طی شده چهار برابر می شود. علت آن نیز این است که توپ در اثر جاذبه گرانشی مرتبا شتاب می گیرد. (رتبه‌ی 8)

  4- نیتون : تجزیه‌ی نور خورشید با منشور

  اسحاق نیوتن در همان سالی که گالیله در گذشت، متولد شد. وی در سال 1665 میلادی از ترینیتی کالج کمبریج فارغ التحصیل شد. سپس، دو سال خانه نشین شد تا بیماری طاعون را که همه‌گیر شده بود، از سر بگذراند. وی از این که خانه نشین بود، چندان ناراضی نبود؛ چرا که مشغول فعالیت های علمی بود.
  در آن سال‌ها این تفکر رایج بود که نور سفید خالص‌ترین نوع نور است (باز هم باورهای ارسطو) و بنابراین نورهای رنگی، تغییر شکل یافته‌ی نورهای سفید هستند. نیوتن برای آزمایش این نظریه، دسته‌ای از پرتو‌های خورشید را به منشور تاباند و نشان داد که خورشید به طیفی از رنگ‌ها تجزیه می‌شود.
  البته مردم ، رنگین کمان را در آسمان مشاهده می‌کردند اما از تفسیر صحیح آن ناتوان بودند. نیوتن توانست به درستی نتیجه‌گیری کند که رنگ‌های قرمز، نارنجی ،قهوه‌ای ،سبز، آبی، نیلی، بنفش و رنگ های بین این‌ها، تشکیل دهنده نور سفید هستند. نور سفید در نگاه اول بسیار ساده به نظر می رسید، اما پس از نگاه دقیق‌تر مشخص شد که نور سفید تلفیقی زیبا از نور های گوناگون است. (رتبه‌ی 4)

5- کاوندیش :آزمایش ترازوی پیچشی

  یکی دیگر از فعالیت‌های نیوتن پیشنهاد نظریه‌ی گرانشی بود که بیان می‌کرد قدرت نیروی گرانش بین دو جسم با مجذور جرم‌هایش افزایش و به نسبت مجذور فاصله‌ی بین آن دو کاهش می‌یابد. اما این پرسش باقی بود که قدرت این نیروی گرانشی چقدر است؟
  در پایان دهه‌ی اول قرن هجدهم، هنری کاوندیش تصمیم گرفت به این پرسش پاسخ دهد. وی یک میله‌ی چوبی را که حدود دو متر طول داشت، انتخاب کرد و سپس یک گلوله‌ی کوچک فلزی به هر طرف این میله‌ی چوبی وصل کرد تا شبیه یک دمبل شود. سپس آن را با سیمی آویزان کرد. پس از آن دو گلوله سربی را که حدود 160 کیلوگرم جرم داشتند، به توپ‌های کوچک دو سر میله‌ی چوبی نزدیک کرد تا نیروی گرانشی لازم برای جذب کردن آن‌ها ایجاد شود. گلوله‌ها حرکت کردند و در نتیجه سیم تاب برداشت.
  کاوندیش با وصل کردن یک قلم کوچک در دو طرف میله توانست میزان جابه‌جایی ناچیز گلوله‌ها را اندازه بگیرد. وی برای محافظت دستگاه، از جریان هوا، آن را ، که ترازوی پیچشی نامیده می‌شود ، درون اتاقکی قرار داد و با یک تلسکوپ میزان جابه‌جایی را خواند. وی با این دستگاه توانست مقداری را که به ثابت گرانشی معروف است، با دقت بسیار زیادی اندازه‌گیری کند و با استفاده از ثابت گرانشی، چگالی و جرم زمین را به دست آورد. اراستوتن توانست محیط زمین را اندازه بگیرد اما کاوندیش جرم زمین را به دست آورد: x6/10240 . (رتبه‌ی6)

6- یانگ: آزمایش تداخل نور

  باورهای نیوتن همواره درست نبود. پس از استدلال مختلف به این نتیجه رسید که نور تنها از ذره‌هایی تشکیل شده است و نه از موج.
 در سال 1803 توماس یانگ پزشک و فیزیک‌دان انگلیسی تصمیم گرفت این نظریه را بیازماید. وی سوراخی را در پرده‌ی پنجره ایجاد کرد و آن را با یک مقوا که به وسیله سوزن شکاف کوچکی در آن ایجاد کرده بود، پوشاند. سپس، نوری را که از این شکاف می‌گذشت، با استفاده از یک آینه منحرف کرد. در مرحله‌ی بعد، ورقه‌ی نازکی از کاغذ انتخاب کرد که فقط یک سی‌ام اینچ (حدود یک میلی‌متر) ضخامت داشت و آن را به طور دقیق در مسیر عبور نور قرار داد تا پرتو نور را به دو قسمت تقسیم کند. نتیجه‌ی این آزمایش طرحی از نوارهای متناوب روشن و تاریک بود
 این پدیده را فقط با فرض این که پرتوهای نور همانند موج رفتار می‌کنند، می‌توان تفسیر کرد. نوارهای روشن وقتی مشاهده می‌شوند که دو قله موج با یک‌دیگر هم‌پوشانی و یکدیگر را تقویت کنند، اما نوارهای سیاه وقتی ایجاد می‌شوند که یک قله موج با موج مخالف آن ترکیب شود و یک‌دیگر را خنثی کنند.
  این آزمایش سال‌های بعد با استفاده از یک مقوا که در آن دو شکاف برای تقسیم نور به دو پرتو ایجاد شده بود، تکرار شد و به همین دلیل به آزمایش شکاف دوگانه نیر مشهور است. این آزمایش بعدها به معیاری برای تعیین حرکت شبه موجی تبدیل شد: حقیقتی که یک قرن بعد، هنگامی که نظریه‌ی کوانتوم آغاز شد اهمیت بیش از اندازه‌ای یافت.(رتبه‌ی 5)

  7- فوکو: چرخش کره زمین

  فوکو در سال 1851 در پاریس آزمایش بسیار مشهوری را به انجام رساند که پس از گذشت سالیان متمادی، سال گذشته در قطب جنوب دوباره تکرارشد. این دانشمندان آونگی را در قطب جنوب نصب کرد و به تماشای حرکت این آونگ پرداختند. جین برنارد فوکو دانشمند فرانسوی یک گلوله آهنی 30 کیلوگرمی را به انتهای یک مفتول متصل و از سقف کلیسایی آویزان کرد و آن را به حرکت درآورد تا به سمت عقب وجلو حرکت کند. سپس برای آن که نحوه‌ی حرکت این آونگ به خوبی مشخص شود، قلمی را به انتهای گلوله‌ای که روی بستری از شن‌های نرم و مرطوب در حال نوسان بود، قرار داد.
  تماشاچیان در کمال شگفتی مشاهده کردندکه آونگ به طرز غیر قابل توجیهی در حال چرخش است یعنی مسیر حرکت رفت و برگشتی آن در هر تناوب با تناوب قبلی متفاوت است. اما واقعیت امر این است که این کف کلیسا بود که به آرامی حرکت می‌کرد و به این ترتیب فوکو توانست با قانع‌کننده‌ترین روش ممکن نشان دهد که زمین حول محور خود در حال گردش است.
  در عرض جغرافیایی پاریس، آونگ طی هر 30 ساعت یک چرخش کامل را در جهت عقربه‌های ساعت انجام می‌دهد؛ در نیمکره جنوبی همین آونگ خلاف جهت عقربه‌های ساعت به حرکت درمی‌آید و در نهایت روی خط استوا حرکت در اصل چرخشی نبود. همان طور که دانشمندان عصر جدید نشان دادند زمان تناوب حرکت چرخشی پاندول در قطب جنوب برابر 24 ساعت است. (رتبه‌ی 10)

  8- میلیکان: آزمایش قطره‌ی روغن

  از دوران باستان دانشمندان الکتریسیته را مورد بررسی قرار داده بودند؛ پدیده پیچیده‌ای که هنگام رعد و برق از آسمان نازل می‌شد، یا با کشیدن شانه به موها می‌توانستند به راحتی آن را ایجاد کنند. در سال 1897 فیزیک‌دان انگلیسی جی.جی.تامسون اثبات کرد که الکتریسیته از ذره‌هایی که دارای بار منفی هستند، یعنی الکترون‌ها، به وجود می‌آید. ( آزمایشی که در واقع بایستی یکی از موردهای این فهرست باشد) و کار اندازه‌گیری بار این ذره‌ها در سال 1909 به رابرت میلیکان، دانشمند آمریکایی، محول شد.
  وی با استفاده از یک عطرپاش، قطره‌های ریز روغن را به درون اتاق کوچک شفافی اسپری کرد. در بالا و پایین این اتاق کوچک صفحه‌‍‌های فلزی قرار داشتند که به باتری متصل بودند و در نتیجه یکی از صفحه‌ها مثبت و صفحه دیگر منفی بود. از آن‌جا که این قطره‌ها هنگام عبور در هوا دارای مقدار جزیی بار الکتریکی می‌شد، می‌توان سرعت سقوط این قطره‌ها را با تغییر ولتاژ صفحه‌های فلزی تنظیم کرد.
  هنگامی که نیروی الکتریکی به طور دقیق با نیروی گرانشی برابر شود، قطره‌های روغن همانند ستارگان درخشان در پس زمینه تاریک به نظر می رسند و در هوا معلق می‌مانند. میلیکان این قطره‌ها را یکی پس از دیگری مورد ملاحظه قرار داد، ولتاژ صفحه را تغییر داد و به مشاهده‌ی تأثیر آن پرداخت. وی پس از انجام آزمایش‌های متعدد به این نتیجه رسید که بار الکتریکی یک مقدار مشخص و ثابت دارد. کوچک‌ترین بار این قطره‌ها چیزی نیست به جز بار یک الکترون منفرد.( رتبه 3)

  9- رادرفورد: کشف هسته

  در سال 1911 که ارنست رادرفورد در دانشگاه منچستر سرگرم آزمایش در مورد رادیواکتیویته بود، گمان می‌رفت که اتم‌ها از گلوله‌های نرم و باردار مثبتی تشکیل شده‌اند که توسط ذره‌هایی با بار منفی احاطه می‌شوند؛ مدل کیک کشمشی. اما هنگامی که وی و دستیارانش ذره‌های باردار مثبت کوچکی را که ذره‌ی آلفا نامیده می‌شدند، به صفحه نازکی از طلا تاباندند، در شگفتی تمام مشاهده کردند که درصد اندکی از این پرتوها به سمت عقب برگشتند. به عبارت دیگر این ذره‌ها پس از برخورد با اتم‌ها کمانه کرده‌اند.
  رادرفورد نتیجه گرفت اتم‌های واقعی چندان هم نرم نیستند. قسمت اصلی جرم این اتم‌ها باید در مرکز اتم‌ها، که امروزه هسته اتم می‌نامیم، قرارداشته باشد و الکترون‌ها این هسته‌ها را احاطه کرده‌اند. با وجود تغییرهایی که نظریه‌ی کوانتوم در آن ایجاد کرد، این تصویر از اتم‌ها هنوز هم به قوت خود باقی است. (رتبه‌ی 9)

  10- کلاوس جانسون: تداخل یک الکترون منفرد

  نه گفته‌های نیوتن و نه یانگ هیچ کدام در مورد ماهیت نور به طور کامل صحیح نبود. هر چند که به سادگی نمی‌توان گفت نور از ذره تشکیل شده است. خاصیت‌های آن را فقط با استفاده از ماهیت موجی نیز نمی‌توان به طور کامل تشریح کرد.
  طی 5 سال اول قرن بیستم ماکس پلانک و آلبرت اینشتین نشان دادند که نور در بسته‌هایی که فوتون نام دارد، جذب و نشر می‌شود. اما آزمایش‌هایی برای تعیین ماهیت دقیق نور هم‌چنان ادامه داشت. بعدها تئوری کوانتوم متولد شد و طی چند دهه توسعه یافت و توانست دو نظریه‌ی پیشین را با یک‌دیگر آشتی داده و نشان دهد که هر دو می‌توانند صحیح باشند: فوتون‌ها و سایر ذره‌های زیراتمی (همانند الکترون‌ها، پروتون‌هاو ...) دو چهره از خود بروز می‌دهند که مکمل یکدیگرند؛ بنابراین به گفته‌ی یک فیزیک‌دان در دسته Wavices قرار می‌گیرند.
  فیزیک‌دانان برای شرح دادن این مطلب اغلب از یک آزمایش نظری شناخته شده استفاده می‌کنند . آن‌ها ابزارهای آزمایش شکاف دوگانه یانگ را به کار می‌برند، اما به جای آن که نور معمولی به کار ببرند از پرتو الکترون استفاده می‌کنند. براساس قانون‌های مکانیک کوانتوم، جریان ذره‌ها به دو پرتو تفکیک می‌شوند، پرتوهای کوچک‌تر با یکدیگر تداخل می‌کنند و همان الگوی آشنای نوارهای متناوب تاریک و روشن را که توسط نور ایجاد شده بود، از خود نشان می‌دهند. یعنی ذره‌ها همانند موج عمل می‌کنند.
 براساس مقاله‌ای که در فیزیکس‌ورد منتشر شد و توسط پیتر راجرز سردبیر مجله نگاشته شده است تا سال 1961 هیچ کس این آزمایش را در عمل به انجام نرساند تا این که کلاوس جانسون در این سال موفق به انجام این آزمایش شد . در آن هنگام هیچ‌کس از نتایج به دست آمده چندان شگفت‌زده نشد و نتیجه‌های به دست آمده همانند بسیاری از موردهای دیگر بدون آن که نامی از کسی در میان باشد به دنیای علم وارد شد. (رتبه‌ی 1 )
  گردآورندگان:گروه پنجم

فیزیک از زبان قرآن

.......................... حرکت اجرام آسمانی و افلاک مدار ستارگان .......................

خداوند بزرگ در آيه 40 سوره مباركه يس میفرماید :

« لَا الشَّمْسُ يَنبَغِي لَهَا أَن تُدْرِكَ الْقَمَرَ وَلَا اللَّيْلُ سَابِقُ النَّهَارِ وَكُلٌّ فِي فَلَكٍ يَسْبَحُونَ . »

نه خورشيد را سزد كه به ماه رسد، و نه شب پيش گيرنده بر روز است، و هر كدام در مدارى شناورند.

آسمان شناسان پیشین معتقد بودند که فلک جسم مدور بزرگ و شفافی است که ستارگان در آن میخ کوب شده است ولی قرآن عقیده آنان را تکذیب می کند و مطابق آنچه امروزه روشن شده است می گوید فلک یعنی مدار ، افلاک یعنی مدار ستارگان و هر ستاره ای برای خود مدار مستقلی است این مطلب ازبعضی آیات قرآن به وضوح بر می آید .

در تفسیر مجمع البیان نوشته :

 نه خورشيد را زيبد كه به ماه برسد و در سرعت و حركت و مسير خود آن را دريابد و نه بر شب سزاوار است كه بر روز پيشى گيرد؛ چرا كه خورشيد منزلگاه‏هاى خود را بر اساس نظم و برنامه‏اى كه آفريدگارش براى آن مقرّر فرموده است، به صورت آرام‏تر و در مدت يك سال مى‏پيمايد، امّا ماه منزلگاه‏هايش را در مدت بيست و هشت شبانه روز؛ آفريدگار جهان حركت آنها را به صورت دور زدن و دورانى قرار داده، امّا مدار هركدام و سرعت حركت هريك به گونه‏اى سازمان يافته است كه تا بر اساس اين نظم و وصف هستند كه هيچ يك ديگرى را درنمى‏يابد؛ آرى، خورشيد دوران خود را در برج‏هاى دوازده گانه در يك سال طى مى‏كند، در حالى كه كره ماه منزلگاه‏هاى خويش را در يك ماه سپرى مى‏نمايد و همين گونه شب هرگز نمى‏تواند بر روز پيشى گيرد. «عكرمه» در اين مورد مى‏گويد: هيچ گاه دو شب با هم گرد نمى‏آيند و به هم پيوند نخواهند خورد تا ميان آن دو روز نباشد، بلكه شب و روز در پى يكديگرند و اين را خدا مقرر فرموده است. وَكُلٌّ فِي فَلَكٍ يَسْبَحُونَ‏  و هريك در مدارى - كه پديدآورنده آنها بر ايشان مقرّر داشته است - شناورند. عياشى در تفسير خود آورده است كه: «ابن حاتم» مى‏گفت من در خراسان بودم كه وجود گرانمايه حضرت رضا(ع) روزى در مرو و در كاخ «حبرى» بود و مأمون و وزير مشاورش «فضل بن سهل» نيز حضور داشتند. پس از پذيرايى و خوردن غذا، آن حضرت ضمن بيانى فرمود: روزى مردى از يهود در مدينه نزد من آمد و پرسيد، به باور شما شب زودتر آفريده شده است، يا روز؟ و كدامين آن دو پيش‏تر پديدار شده‏اند؟ به باور شما پاسخ اين پرسش چيست؟ هريك از حاضران چيزى گفتند و روشن شد كه پاسخ درست و قانع‏كننده‏اى ندارند. «فضل بن سهل» رو به حضرت رضا (ع) نمود و گفت: خداى كار شما را هماره به سامان آورد، خود پاسخ اين پرسش را بفرماييد. حضرت فرمود: بسيار خوب آيا از قرآن پاسخ دهم يا از حساب و نجوم؟ آنگاه ضمن بيانى روشنگرانه، از جمله به اين آيه شريفه استدلال كرد و فرمود: آفريدگار اين دو پديده تفكّرانگيز مى‏فرمايد:  لَا الشَّمْسُ يَنبَغِي لَهَا أَن تُدْرِكَ الْقَمَرَ  ... نه خورشيد را زيبد كه به ماه برسد و نه شب حق دارد كه بر روز پيشى گيرد. وَكُلٌّ فِي فَلَكٍ يَسْبَحُونَ‏ و هريك از خورشيد و ماه و ستارگان در مدار مقرّر خود سير مى‏كنند و در اين فضاى بى‏كران و گسترده شناورند.

گردآورنده :گروه پنجم(چهارم ریاضی) 

آیزاک نیوتن

آیزاک نیوتن
مردی که در قدرت نبوغ از مقام انسانی تجاوز کرد
در کریسمس1642یعنی سالی که گالیله درفلورانس درگوشه ی انزوااز دنیا رفت یک نوزاد پسر در روستایی نزدیک لیکن شایر در خانواده ای کشاورز از طبقه ی متوسط به دنیا آمد مادرش هانا نیوتن شوهرش را مدت کوتاهی قبل از تولد فرزندش از دست داده بود شوهرش که او نیز اسحاق نام داشت مردی بود با رفتار غیر عادی و عصبی مزاج و زود رنج و هانا زنی مقتصد خانه دار صاحب کفایت و صنعتگری با لیاقت بود . ایزاک دوره ی کودکی شادی نداشت مادرش در سال های بعد از نو ازدواج کرد و آیزاک را تحت سرپرستی مادر بزرگش قرار داد در آن دهکده هیچ مدرسه ای وجود نداشت و او تا سن دوازده سالگی به مدرسه نرفت آیزاک کودک قوی بنیه ای نبود بنابراین از بازی های پر هیاهو و زد و خورد با همسالان کناره می گرفت و به جای این که از تفریحات آ نان پیروی کند شخصاً برای خویش تفریحاتی اختراع می کرد که نبوغ وی در ضمن آن ها خود نمایی می کرد. طبق نصایح دایی وی او را به مدرسه گرانتهام فرستادند او رادر کلاس ما قبل آخر جای دادند او همواره مورد طعنه و طنز شاگردانی واقع می شد که از وی قوی تر بودند روزی از روز ها یکی از ایشان با بی رحمی بسیار کتک مفصلی به او زد در نتیجه ی تشویق یکی از معلمان شاگرد مزبور را به مبارزه طلبید و در این مبارزه نیوتن پیروز شد تا آن زمان او توجه زیادی به درس از خود نشان نداده بود اما بر اثر این واقعه تصمیم گرفت به آنان ثابت کند که مغز وی قوی تر از ایشان است با جدیت بکار پرداخت و در اندک مدتی بهترین شاگرد کلاس شد . آیزاک علاقه ی زیادی به کارهای دستی داشت و اغلب آنها را به تنهایی می ساخت از کارهای جالب او آسیاب بادی ساعت آبی و ساعت آفتابی بود که این اختراع در موزه ی انجمن سلطنتی لندن نگهداری می شود او به هنر نقاشی و جمع آوری گیاهان نیز علاقه مند بود طرح هایی که می کشید زیبا و جالب بوده است ساعت آبی او سالهای سال وقت را به دقت بهترین ساعتهای معمولی نشان میداد یکی از کارهای دستی او بادبادکی بود که می توانست شمع روشنی را با خود به هوا ببرد جعبه ای از شعله شمع محافظت می کرد آیزاک بادبادکش را شب ها بر فراز شهر گرنتهام به هوا می فرستاد مردم هنگامی که این نور لرزان و عجیب را در هوا می دیدند می تر سیدند و این همان چیزی بود که منظور آیزاک بود . پیشرفت درسی او در مدرسه باعث شد که مدیران مدرسه و دایی او به این نتیجه برسند که او قادر است برنامه دانشگاه کمبریج را درک کند تصمیم قاطع روزی گرفته شد که دایی آیزاک او را غافلگیر کرده بود او در کنار پرچین مزرعه و در خفا سخت مشغول مطالعه بود در حالی که همه فکر می کردند برای کمک با کارگران مزرعه به قصد خرید به مغازه رفته است .
آیزاک در هیجده سالگی امتحان ورودی دانشگاه کمبریج را با موفقیت پشت سر گذاشت و در سال 1660 وارد کالج ترینیتی شد معلم ریاضی اودر دانشگاه اسحاق بارو نام داشت که در عین حال ریاضی دان وعالم علوم الهی بود به استعداد فوق العاده نیوتن در ریاضی پی برده بود او را تشویق کرد تا تحصیلاتش را در ریاضی تکمیل کند .
او مدت چهار سال به تحصیل ریاضی پرداخت و در سال 1665 با درجه لیسانس فارغ التحصیل شد.
زمانی که در صدد ورود به دوره ی کارشناسی ارشد بود دانشگاه کمبریج بر اثر همه گیری طاعون در لندن و حومه تعطیل شد.
نیوتن به روستای خویش بازگشت.در طول دو سال او در خانه اش به مطالعات خود در زمینه ی حساب نور شناسی وگرانش ادامه داد.در همین زمان بود که هوش و استعداد این نابغه ی بزرگ اشکار شد. او تمام جزوه ها و کتابهایش را در دانشگاه جا گذاشته بود فکر خود را آزاد گذاشت که به تنهایی از منابع خاص خود استفاده کند . در این هنگام او 22 یا 23 سال بیشتر نداشت. در این دو سالی که در روستا بود حساب دیفرانسیل و انتگرال و قانون جاذبه ی عمومی و تئوری نور را بنیان گذاشت.نسخه ی خطی که تاریخ آن 20 مِی1665 میباشد نشان میدهد که نیوتن در 23 سالگی بقدر کافی اصول حساب عناصر بی نهایت کوچک را پیش برده بود که بتواند انحنای هر منحنی متصل را در یک نقطه حساب کند و مماس بر منحنی را در این نقطه رسم کند .در سال 1667 مجددا به دانشگاه کمبریج بازگشت و در سال 1669 به عنوان استاد ریاضیات جانشین اسحاق بارو شد و به عنوان پرفسور مشغول تعلیم و اموزش شد . سر انجام برخی از ایده هایش را برای اولین بار اشکار کرد و بر روی کاغذ اورد .
نظریه ی گرانش او بر اساس خاطره ای که خود او نقل کرده اینطور شکل گرفته که یک روز کنار پنجره ی اتاق خانه اش به تما شای باغ نشسته بود افتادن سیبی از درخت نظرش را به خود جلب می کند سال ها بعد در 15 آوریل 1726 او به دوست نویسنده اش ویلیام اِستکلی گفت : واقعه ی مذکور این سوال را به ذهنم آورد چرا سیب همیشه مستقیماً به پایین می افتد چرا به جای حرکت به سمت مرکز زمین به طرفین یا بالا نمی رود غالب مورخین علوم این نکته را پذیرفته اند که نیوتن در سال 1666 دست به یک سلسله محاسبات تقریبی زد تا ببیند آیا قانون جاذبه ی عمومی او می تواند قوانین کپلر را توضیح دهد یا خیر ؟ انتشار قانون جاذبه ی عمومی 20 سال طول کشید علت تاخیر نیوتن آن بوده است که وی نمی توانست مسئله ی مربوط به حساب انتگرال و دیفرانسیل را حل کند و این مسئله در قانون جاذبه ی عمومی به صورتی که مورد توجه او قرار گرفته بود نقش اساسی به عهده داشت.
قانون گرانش در نهایت به این صورت توسط نیوتن تعریف شد:
هر ذره ی ماده همه ی ذرات دیگر ماده را با نیرویی جذب می کند که تابع سه عامل زیر است:
1- جرم جسم ( M ) 2- جرم جسم دوم ( m) 3- فاصله ی میان دو جسم ( r )
بیان صوری این قانون چنین است هر ذره ی ماده در جهان هر ذره ی دیگر را با نیرویی جذب می کند که متناسب به حاصل ضرب جرم های آنهاست وبا مجذور فاصله میان آنها نسبت عکس دارد .
Mm
F=G
r2
این قانون مهم جهانی در حل مسایل گوناگون کمک فراوانی کرد مانند:
1-سقوط ازاد اجسام:هر جسم که به گونه ای نگه داشته نشده باشد به سمت مرکز زمین سقوط خواهد کرد.
2-جذر و مد اقیانوس ها و جذر و مد جوی.
3-حرکت ستاره های دنباله دار.
4-حرکت سیارات:اگر نیروی گرانش میان زمین و خورشید نباشد زمین مماس بر مسیر خود پرتاب خواهد شد.
در اواخر دهه ی 1660 نیوتن درباره ی شکست نور تحقیق میکرد. او در یافت که اگر نور سفید از یک منشور عبور کند به طیفی از رنگها تجزیه میشود هم چنین به وسیله ی قرار دادن منشور مشابه ی دیگری در مسیر نور تجزیه شده به صورت وارونه می توان رنگ های طیف را باز ترکیب کرد و نور سفید بدست آورد. او علت تشکیل طیف را چنین توجیه کرد:نور جریانی از ذرات کوچک است که به خط مستقیم در فضا حرکت میکنند و هنگام عبور از یک ماده ی شفاف مانند منشور این ذرات بسته به نوع لرزش خود با زاویه های گوناگون شکست می یابند در نتیجه ذرات تشکیل دهنده ی نور سفید از هم جدا شده به شکل طیف هفت رنگ ظاهر می شوند.
این ویژگی در تلسکوپ های شکستی پدیده ای را موجب می شود که به آن پراکندگی نور می گویند لبه های عدسی های این تلسکوپ ها مانند منشور عمل کرده و نور سفید را پس از عبور از خود به صورت طیف در می آورند و در تصاویر تلسکوپ ها شیشه های رنگی های ایجاد می کند برای حل این مشکل نیوتن در سال 1668 تلسکوپ باز تابی را که توسط جیمز گریگوری طراحی شده بود کامل کرد همراه با تحلیل دقیق قوانین باز تابش و تجزیه ی نور به انجمن سلطنتی ارائه نمود نظریه ی نیوتن با مخالفت رابرت هوک و هو یگنس که صاحب تئوری موجی نور بودند روبرو شد هوک گزارشی علیه نیوتن تهیه کرد و ضمن آن تبلیغ بسیاری به نفع نظریه ی موجی نور کرد نیوتن در ابتدا خونسرد و ارام بود ولی بعد رفتارش را تغییر داد و از عصبانیت تصمیم گرفت از آن پس با هیچ کس در باره ی اکتشافات خود سخن نگوید نیوتن بر پایه ی نظریات خود کتابی با عنوان اپتیکس نوشت ولی از بیم مخالفت هوک آن را منتشر نکرد تا زمانی که خود رییس انجمن سلطنتی شده بود و رابرت هوک در گذشته بود در سال 1679 که 37 سال داشت بزرگترین اکتشافات خود را انجام داده بود اما آن ها را با نهایت دقت در مغز خود یا کشوی میز محفوظ نگه می داشت پس از آن ادموند هالی توانست با تدبیر بسیار او را وادار کند که اکتشافات خود را در زمینه ی نجوم و علم حرکات برای انتشار تدوین کند ونیوتن به این کار رضایت داد با توجه و تشویق هالی نیوتن کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعت را تکمیل کرد ( principia ) در دورانی که نیوتن به تحریر و تدوین شاهکار خود مشغول بود هرگز به سلامتی خویش توجهی نکرد فراموش کرد که خوردن وخوابیدن از لوازم زندگی است غالباً به غذایی ساده اکتفا میکرد یا اصلاً چیزی نمی خورد وبا عجله از خوابی که چند لحظه بیش ادامه نداشت بر می خاست وبا لباسی مختصر ساعت ها در کنار بستر می نشست وبه تفکر و محاسبه می پر داخت تا بتواند از پیچ وخم های مشکلات ریاضی خویش عبور کند. این کتاب در سال 1686 آماده شد و برای اظهار نظر به جامعه پادشاهی تقدیم گردید و پس از آن با سرمایه های هالی منتشر شد .
نیوتن در این کتاب قوانین کپلر را هم با توجه به قانون گرانش عمومی توضیح داد.
در بخش دیگری از این کتاب نیوتن چگونگی حرکت اجسام را در قالب سه قانون توصیف کرده این قوانین آنقدر همه فهم وآشکارند که امروز کسی گمان نمی برد نیازی به کشف شدن داشته باشد با این حال نیوتن اولین کسی بود که با نبوغ خود به وجود آن پی برد و چیستان حرکت جسم را حل کرد .
قانون اول نیوتن ( قانون لختی ) : هر جسم که در حال سکون یا حرکت یکنواخت در راستای خط مستقیم باشد به همان حالت می ماند مگر آنکه در اثر نیرو های بیرونی ناچار به تغییر حالت شود .
قانون دوم نیوتن ( رابطه ی نیرو و شتاب ) : کل نیروی وارد بر یک جسم برابر است با حا صل ضرب جرم آن جسم در شتاب آن .
قانون سوم نیوتن ( کنش و واکنش ) : برای هر عمل ، عکس العملی است مساوی با آن و در خلاف جهت آن.
مجموعه قوانین سه گانه حرکت و قانون گرانش عمومی اساس و شالوده ی فن آوری مدرن هستند و با وجود پیدایش فرضیه های تازه تر از ارزش و اعتبار آن ها کاسته نشده است .
نیوتن درباره ی فضا وزمان در این کتاب چنین نوشته است :
زمان یک مقیاس جهانی است که مستقل از همه اجسام وپدیده های فیزیکی وجود دارد زمان به دلیل ماهیت فیزیکی خود جریان دارد.
فضا در ذات خود مطلق بدون احتیاج به یک چیز خارجی همه جا یکسان و ساکن است.
از نظر نیوتن مکان بخشی از فضاست که یک حجم تصاحب می کند.
همین شکل نگاه کردن در قوانین نیوتن راه گشای بسیاری از ابهامات مکانیک نیوتنی بود.زمان مطلق وفضای مطلق و حرکت مطلق مواردی بودند که مکانیک نیوتنی بر اساس انها شکل گرفته بود.
در نهایت معتقد است با اطلاعاتی که در اختیار داریم نمی توان چنین نتیجه گرفت که تنها دلایل مکانیکی باعث پیدایش جهان ما شده است. او می پرسد دلایل مکانیکی چگونه می توانند توجیه کننده ی پیدایش و حرکت این مقدار عظیم از سیارات و ستارگان گوناگون و منظم باشند؟نتیجه ای که می گیرد دلالت بر وابستگی تمامی جهان به مرکزیتی مطلق است که هدایت و موجودیت همه چیز از ان جا ناشی می شود .او از روی ضرورتی که یک سیستم منظم می بایست ناظمی داشته باشد به وجود خداوند باور دارد و او را جاودانه و حاضر می داند. خداوندی که همه چیز در اختیار اوست.او می نویسد:" خدا قلمرو خداوند است " به این مفهوم است که تمامی ان چیزی که از اراده او جاری گشته تحت حاکمیت او قرار دارد. این خدای ابدی کامل بی نهایت و مطلق است.در باور نیوتن مخلوقات تمامی خصوصیات خداوند را در حد توان و ظرفیتشان دارا هستند.
توان خداوند تا ابدیت گسترده شده و موجودیتش بی نهایت است.
این نمای کلی از چهار چوب فلسفه ای بود که نیوتن به کمک ان دریافت های ریاضی و فیزیکی خود را مورد بررسی قرار می دهد و به نتایجی می رسد که امروز بنام قوانین نیوتنی می شناسیم.

***

بی خوابی مفرط احتراز از غذا خوردن و خستگی زیاد در پاییز 1692 در نزدیکی 50 سالگی باعث شد به سختی بیمار و بستری شود.خبر کسالت شدید نیوتن در قاره ی اروپا انتشار یافت و طبعا" با اغراق توا"م شد لیکن بعد که خبر بهبود او را دادند دوستانش بسیار خوش حال شدند. در سال 1693 پس از بهبودی نیوتن دریافت که حساب انتگرال و دیفرانسیل را در قاره ی اروپا همه می دانند و عموما" ابداع ان را به لایپ نیتس نسبت می دهند. در سال 1712
مسئله ی تعیین اینکه حساب دیفرانسیل و انتگرال ابداع کیست به مسئله ای حاد تبدیل شد.
لایپنیتس و برنوئیلی در سال 1696 با طرح مسئله ی ریاضی ریاضی دانان اروپایی را به مبارزه طلبیدند.
بار اول نیوتن در سال 1696 توسط یکی از دوستانش از وجود مسئله ریاضی مطلع شد. شب مسئله را حل کرد و فردا به جامعه ی پادشاهی عرضه داشت.
وقتی لایپنیتس و برنوئیلی راه حل را دیدند برنوئیلی فریاد کشید اه من شیر را بخوبی از رد پایش می شناسم..
نیوتن بار دیگر در سال 1716 در هفتاد و چهار سالگی دلیل دیگری بر نیروی فکری خود اقامه کرد. این بار لایپنیتس مسئته ای مطرح کرد و ریاضی دانان را به مبارزه طلبید و در واقع نیوتن را مد نظر داشت زیرا مسئله به نظرش مشکل بود. این بار نیز نیوتن مسئله را حل کرد در حالی که لایپنیتس گمان می کرد که دیگر شیر را در دام انداخته است.

در کنار فعالیت های علمی معمول نیوتن از مسئولیت های سیاسی نیز روی گردان نبود .او در سالهای 1689 و1701و1702 به نمایندگی مجلس برگزیده شد .اگر چه تنها جمله ای که در طول این سه سال در صحن مجلس به زبان اورد تقاضای بستن پنجره ها بود !
در سال 1696 با فرمان چارلز مونتاگو رئیس خزانه داری انگلستان نیوتن منصب ناظر ضرابخانه ی سلتنطی را عهده دار شد و سه سال بعد به مدیریت ان سازمان گمارده شد. اگر چه نیوتن این مشاغل را برای سرگرمی می پذیرفت ولی گفته اند در این مقام او وظیفه ی خود را با شایستگی تمام انجام می داد.از سال 1703 تا اخر عمر رئیس انجمن سلتنطی بریتانیا و یکی از اعضای فرهنگستان علوم فرانسه بود.او در سال 1705 از سوی ملکه ان به مقام شوالیه مفتخر گردید.
اخرین روزهای زندگی وی تاثر انگیز و از جنبه ی انسانی قوی و عمیق بوده است. اگر چه نیوتن نیز مانند سایر افراد بشر از رنج فراوان بی بهره نماند اما بردباری بسیاری که در مقابل درد در دو سه سال اخر زندگی خویش نشان داد تحسین بر انگیز است. دردهای ناشی از سنگ مثانه هرگز قیافه ی ارام او را کدر نساخت و همواره نسبت به کسانی که از او پرستاری می کردند کلمات محبت امیز بر زبان داشت. در اخرین روزهای زندگی سرفهای مدام او را ضعیف کرده بود .عاقبت بعد از چند روز ی که از درد جانگداز اسوده بود در نهایت ارامش مابین ساعت یک و دو نیمه شب بیستم مارس 1727 زندگانی را بدرود گفت او این هنگام 85 سال داشت و نخستین دانشمندی بود که پیکرش در کلیسای وست مینیستر به خاک سپرده شد.
برای قدر دانی از این دانشمند بزرگ واحد نیرو را نیوتن نامیدند.
لاپلاس بزرگترین ارائه دهنده ی اکتشافات او در باره اش چنین میگوید:کتاب اصول بنای معظمی است که تا ابد عمق دانش نابغه ی بزرگی را که کاشف مهمترین قوانین طبیعت بوده است به جهانیان عرضه خواهد داشت.
لاگرانژدر باره ی او چنین می گوید:نیوتن خوشبخت بود که توانست دستگاه جهان را توصیف کند .افسوس که در عالم بیش از یک اسمان وجود ندارد.
منشی او در انجمن سلطنتی می گوید:هرگز او را ندیدم که تفریح کند و یا سرگرمی برای خود تهیه کند معتقد بود که هر لحظه از عمر که جز به تحصیل و مطالعه بگذرد هدر رفته و تباه شده است.
نیوتن چندی پیش از وفاتش با نگاهی به زندگی علمی گذشته اش درباره ی خود می گوید:من نمیدانم به چشم مردم دنیا چگونه می ایم اما در چشم خودم به کودکی می مانم که در کنار دریا بازی می کند و توجه خود را هر زمان به یافتن ریگی صافتر یا صدفی زیباتر معطوف میکند در حالی که اقیانوس بزرگ حقیقت هم چنان نامکشوف مانده و در جلوی او گسترده است.

 گردآورنده :گروه پنجم(چهارم ریاضی)

 

 

 

 

منابع تحقیق
آیزاک نیوتن / الفرد روبرت هال ترجمه حسن افشار. تهران نشر مرکز .
زندگی نامه آیزاک نیوتن
ریاضی دانان نامی - اثر اریک تمپل ترجمه حسن صفاری انتشارات امیر کبیر
اختراعات واکتشافات دانشمندان بزرگ - علی امید انتشارات خشایار نجوم / مایر دگانی ترجمه محمد رضا خواجه

فیبر نوری

فیبر نوری چیست و چگونه کار می‌کند؟

قسمت اول

هرجا که صحبت از سیستم های جدید مخابراتی، سیستم های تلویزیون کابلی و اینترنت باشد، در مورد فیبر نوری هم چیزهایی می‌شنوید.

فیبرنوری چیست؟

فیبرهای نوری رشته های بلند و نازکی از شیشه بسیار خالصند که ضخامتی در حدود قطر موی انسان دارند. آنها در بسته هایی بنام کابل‌های نوری کنار هم قرار داده می‌شوند و برای انتقال سیگنال‌های نوری در فواصل دور مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها همچنین برای عکسبرداری پزشکی و معاینه های فنی در مهندسی مکانیک استفاده می‌شود. 

اگر با دقت به یک رشته فیبر نوری نگاه کنید، می بینید که از قسمت‌های زیر ساخته شده :

• هسته _ هسته بخش مرکزی فیبر است که از شیشه ساخته شده و نور در این قسمت سیر می‌کند.     

• لایه روکش _ واسطه شفافی که هسته مرکزی فیبر نوری را احاطه می‌کند وباعث انعکاس نور به داخل هسته می‌شود.

• روکش محافظ _ روکشی پلاستیکی که فیبر نوری در برابر رطوبت و آسیب دیدن محافظت می‌کند.

صدها یا هزاران عدد از این رشته های فیبر نوری بصورت بسته ای در کنار هم قرار داده می‌شوند که به آن کابل نوری گویند. این دسته از رشته های فیبر نوری با یک پوشش خارجی موسوم به ژاکت یا غلاف محافظت می‌شوند.

 

فیبرهای نوری دو نوعند :

1. فیبرهای نوری تک وجهی: این نوع از فیبرها، هسته های کوچکی دارند ( قطری در حدود inch (4-) 10x 5/3  یا   9 میکرون ) و می‌توانند نور لیزر مادون قرمز ( با طول موج 1300 تا 1550 نانومتر ) را درون خود هدایت کنند.

2. فیبرهای نوری چند وجهی: این نوع از فیبرها هسته های بزرگتری دارند ( قطری در حدود inch (3-) 10x 5/2 یا  5/62  میکرون ) و نور مادون قرمز گسیل شده از دیودهای نوری موسوم به LED ها را ( با طول موج 850 تا 1300 نانومتر ) درون خود هدایت می‌کنند.

برخی از فیبرهای نوری از پلاستیک ساخته می‌شوند. این فیبرها هسته بزرگی ( با قطر 4 صدم inch یا یک میلیمتر ) دارند و نور مرئی قرمزی را که از LED ها گسیل می‌شود ( و طول موجی برابر با 650 نانومتر دارد ) هدایت می‌کنند.

بیایید ببینیم طرز کار فیبر نوری چیست.

یک فیبر نوری چگونه نور را هدایت می‌کند؟

فرض کنید می‌خواهید یک باریکه نور را بطور مستقیم و در امتداد یک کریدور بتابانید. نور براحتی در خطوط راست سیر می‌کند و مشکلی ازین جهت نیست. حال اگر کریدور مستقیم نباشد و در طول خود خمیدگی داشته باشد چگونه نور را به انتهای آن می‌رسانید؟

برای این منظور می‌توانید از یک آینه استفاده کنید که در محل خمیدگی راهرو قرار می‌گیرد و نور را در جهت مناسب منحرف می‌کند. اگر راهرو خیلی پیچ در پیچ باشد و خمهای زیادی داشته باشد چه؟ می‌توانید دیوارها را با آینه بپوشانید و نور را به دام بیندازید بطوریکه در طول راهرو از یک گوشه به گوشه دیگر بپرد. این دقیقا همان چیزی است که در یک فیبرنوری اتفاق می افتد.

نور در یک کابل فیبرنوری، بر اساس قاعده ای موسوم به بازتابش داخلی، مرتبا بوسیله دیواره آینه پوش لایه ای که هسته را فراگرفته، به این سو و آن سو پرش می‌کند و در طول هسته پیش می‌رود.

از آنجا که لایه آینه پوش اطراف هسته هیچ نوری را جذب نمی‌کند، موج نور می‌تواند فواصل طولانی را طی کند. به هر حال، برخی از سیگنال‌های نوری در حین حرکت در طول فیبر، ضعیف می‌شوند که علت عمده آن وجود برخی ناخالصی‌ها داخل شیشه است. میزان ضعیف شدن سیگنال به درجه خلوص شیشه بکار رفته در داخل فیبر و نیز طول موج نوری که درون فیبر سیر می‌کند بستگی دارد.

 

سیستم ارتباط بوسیله فیبرنوری

برای پی بردن به اینکه فیبرهای نوری چگونه در سیستم های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اجازه دهید نگاهی بیاندازیم به فیلم یا سندی که مربوط به جنگ جهانی دوم است. دو کشتی نیروی دریایی را درنظر بگیرید که از کنار یکدیگر عبور می‌کنند و لازم است باهم ارتباط برقرار کنند درحالی که امکان استفاده از رادیو وجود ندارد و یا دریا طوفانی است. کاپیتان یکی از کشتی ها پیامی را برای یک ملوان که روی عرشه است می‌فرستد. ملوان آن پیام را به کد مورس ترجمه می‌کند و از نورافکنی ویژه که یک پنجره کرکره جلو آن است برای ارسال پیام به کشتی مقابل استفاده می‌‌نماید. ملوانی که در کشتی مقابل است این پیام مورس را می‌گیرد، ترجمه می‌کند و به کاپیتان می‌دهد. (ملوان کشتی دوم عکس عملی را انجام می‌دهد که ملوان کشتی اول انجام داد.)

حالا فرض کنید این دو کشتی هر یک در گوشه ای از اقیانوسند و هزاران مایل فاصله دارند و در فاصله بین آنها یک سیستم ارتباطی فیبرنوری وجود دارد.

سیستم‌های ارتباط بوسیله فیبرنوری، شامل این قسمت هاست:

• فرستنده: سیگنال‌های نور را تولید می‌کند و به رمز در می‌آورد.

• فیبرنوری: سیگنال‌های نور را تا فواصل دور هدایت می‌کند.

• تقویت کننده نوری: ممکن است برای تقویت سیگنال‌های نوری لازم باشد. (برای ارسال سیگنال به فواصل خیلی دور)

• گیرنده نوری: سیگنال‌های نور را دریافت و رمزگشائی می‌نماید.

فرستنده

نقش فرستنده شبیه ملوانی است که روی عرشه کشتی فرستنده پیام ایستاده و پیام را ارسال می‌کند. فرستنده ابزار تولید نور را در فواصل زمانی مناسب خاموش یا روشن می‌کند.

فرستنده درعمل به فیبر نوری متصل می‌شود و حتی ممکن است دارای لنزی برای متمرکز کردن نور به داخل فیبر هم باشد. قدرت اشعه لیزر بیش از LED‌ هاست اما با کم و زیاد شدن دما شدت نورشان تغییر می‌کند و گرانتر هم هستند. متداول‌ترین طول موج‌هایی که استفاده می‌شود عبارتند از: 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر. (مادون قرمز و طول موج‌های نامرئی طیف).

 

تقویت کننده نوری

همانطور که قبلا هم به آن اشاره شد، نور حین عبور از فیبر ضعیف می‌شود. (مخصوصا در فواصل طولانی بیش از نیم مایل یا حدود یک کیلومتر مثلا در کابل‌های زیر دریا) بنابرین یک یا بیش از یک تقویت کننده نوری در طول کابل بسته می‌شوند تا نور ضعیف شده را تقویت کنند.

یک تقویت کننده نوری دارای فیبرهای نوری با پوشش ویژه ای است. نور ضعیف شده پس از ورود به این تقویت کننده تحت تاثیر این پوشش خاص و نیز نور لیزری که به این پوشش تابیده می‌شود تقویت می‌شود. ملکول‌های موجود در این پوشش ویژه با تابش لیزر به آنها، سیگنال نوری جدید و قوی تولید می‌کنند که مشخصات آن مشابه نور ورودی به تقویت کننده است. درواقع تقویت کننده نوری یک آمپلی فایر لیزری برای نور ورودی به آن است.

 

گیرنده نوری

گیرنده نوری مشابه ملوانی که روی عرشه کشتی گیرنده پیام بود عمل می‌کند. این گیرنده سیگنال‌های نوری ورودی را می‌گیرد، رمزگشائی می‌کند و سیگنال‌های الکتریکی مناسب را برای ارسال به کامپیوتر، تلویزیون یا تلفن کاربر تولید و به آنها ارسال می نماید. این گیرنده برای دریافت و آشکارسازی نور ورودی از فتوسل یا فتودیود استفاده می‌کند.

 

منبع: persianit.ir

  کاربرد و عملکرد فیبر نوری
  ● پیش گفتار
فیبر نوری یكی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر شبكه های تلفن شهری و بین شهری ، شبكه های كامپیوتری و اینترنت استفاده بعمل می آید. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای بوده كه هر یك از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.
 ● مبانی فیبر نوری
 فیبر نوری ، رشته ای از تارهای بسیار نازك شیشه ای بوده كه قطر هر یك از تارها نظیر قطر یك تار موی انسان است . تارهای فوق در كلاف هائی سازماندهی و كابل های نوری را بوجود می آورند. از فیبر نوری بمنظور ارسال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.
● مزایای فیبر نوری
 فیبر نوری در مقایسه با سیم های های مسی دارای مزایای زیر است :
 ▪ ارزانتر.
      هزینه چندین كیلومتر كابل نوری نسبت به سیم های مسی كمتر است . ▪ نازك تر. قطر فیبرهای نوری بمراتب كمتر از سیم های مسی است .
▪ ظرفیت بالا.
    پهنای باند فیبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بیشتر از سیم مسی است .
 ▪ تضعیف ناچیز.
   تضعیف سیگنال در فیبر نوری بمراتب كمتر از سیم مسی است .
▪ سیگنال های نوری .
    برخلاف سیگنال های الكتریكی در یك سیم مسی ، سیگنا ل ها ی نوری در یك فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت .
▪ مصرف برق پایین .
   با توجه به سیگنال ها در فیبر نوری كمتر ضعیف می گردند ، بنابراین می توان از فرستنده هائی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الكتریكی كه از ولتاژ بالائی استفاده می نمایند ، استفاده كرد.
▪ سیگنال های دیجیتال .
   فیبر نور ی مناسب بمنظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است .
 ▪ غیر اشتعال زا .
    با توجه به عدم وجود الكتریسیته ، امكان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .
▪ سبك وزن .
    وزن یك كابل فیبر نوری بمراتب كمتر از كابل مسی (قابل مقایسه) است.
 ▪ انعطاف پذیر .
   با توجه به انعظاف پذیری فیبر نوری و قابلیت ارسال و دریافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد كاربردی خاص مانند : عكس برداری پزشكی ، لوله كشی و ...استفاده می گردد. با توجه به مزایای فراوان فیبر نوری ، امروزه از این نوع كابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اكثر شبكه های كامپیوتری و یا مخابرات ازراه دور در مقیاس وسیعی از فیبر نوری استفاده می نمایند
 ● بخش های مختلف فیبر نوری ▪
 یك فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشكیل شده است :
1)هسته (Core)
    هسته نازك شیشه ای در مركز فیبر كه سیگنا ل های نوری در آن حركت می نمایند. 2
)روكش Cladding
   بخش خارجی فیبر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نورمنعكس شده به هسته می گردد.
 ۳) بافر رویه Buffer Coating 
   روكش پلاستیكی كه باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آسیب پذیر ، است .
● انواع فیبر نوری
 صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و كابل های نوری را بوجود می آورند. هر یك از كلاف های فیبر نوری توسط یك روكش هائی با نام Jacket محافظت می گردند. فیبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:
▪ فیبرهای تك حالته (Single-Mode)
    بمنظور ارسال یك سیگنال در هر فیبر استفاده می شود نظیر : تلفن
▪ فیبرهای چندحالته Multi-Mode  
    بمنظور ارسال چندین سیگنال در یك فیبر استفاده می شود( نظیر : شبكه های كامپیوتری)
▪ فیبرهای تك حالته دارای یك هسته كوچك ( تقریبا" ۹ میكرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز ( طول موج از ۱۳۰۰ تا ۱۵۵۰ نانومتر) می باشند. فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقریبا" ۵ / ۶۲ میكرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طریق LED می باشند
 ● ارسال نور در فیبر نوری
    فرض كنید ، قصد داشته باشیم با استفاده از یك چراغ قوه یك راهروی بزرگ و مستقیم را روشن نمائیم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسیر مسفقیم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد كرد.
 با توجه به عدم وجود خم و یا پیچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشكلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن كرد. در صورتیكه راهروی فوق دارای خم و یا پیچ باشد ، با چه مشكلی برخورد خواهیم كرد؟ در این حالت می توان از یك آیینه در محل پیچ راهرو استفاده تا باعث انعكاس نور از زاویه مربوطه گردد.
نور، در كابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبكاری شده ( Cladding) ( مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده ) حركت می كند.( مجموع انعكاس داخلی ) .
( مثلا" موج با طول ۸۵۰ نانومتر بین ۶۰ تا ۷۵ درصد در هر كیلومتر ، موج با طول ۱۳۰۰ نانومتر بین ۵۰ تا ۶۰ درصد در هر كیلومتر ، موج با طول ۱۵۵۰ نانومتر بیش از ۵۰ درصد در هر كیلومتر)
● سیستم رله فیبر نوری
بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فیبر نوری در سیستم های مخابراتی ، مثالی را دنبال خواهیم كرد كه مربوط به یك فیلم سینمائی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فیلم فوق دو ناوگان دریائی كه بر روی سطح دریا در حال حركت می باشند ، نیاز به برقراری ارتباط با یكدیگر در یك وضعیت كاملا" بحرانی و توفانی را دارند.
▪ سیستم رله فیبر نوری از عناصر زیر تشكیل شده است :
۱) فرستنده
   وظیفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه كشتی ناو فرستنده پیام است . فرستنده سیگنال های نوری را دریافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در یك دنباله مناسب ( حركت منسجم ) هدایت می نماید. فرستنده ، از لحاظ فیزیكی در مجاورت فیبر نوری قرار داشته و ممكن است دارای یك لنز بمنظور تمركز نور در فیبر باشد. لیزرها دارای توان بمراتب بیشتری نسبت به LED می باشند. قیمت آنها نیز در مقایسه با LED بمراتب بیشتر است . متداولترین طول موج سیگنا ل های نوری ، ۸۵۰ نانومتر ، ۱۳۰۰ نانومتر و ۱۵۵۰ نانومتر است .
۲) بازیاب ( تقویت كننده ) نوری
   همانگونه كه قبلا" اشاره گردید ، برخی از سیگنال ها در مواردیكه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده ( بیش از یك كیلومتر ) و یا از مواد خالص برای تهیه فیبر نوری ( شیشه ) استفاده نشده باشد ، تضعیف و از بین خواهند رفت . در چنین مواردی و بمنظور تقویت ( بالا بردن ) سیگنا ل های نوری تضعیف شده از یك یا چندین " تقویت كننده نوری " استفاده می گردد. تقویت كننده نوری از فیبرهای نوری متععدد بهمراه یك روكش خاص (doping) تشكیل می گردند. بخش دوپینگ با استفاده از یك لیزر پمپ می گردد .
زمانیكه سیگنال تضعیف شده به روكش دوپینگی می رسد ، انرژی ماحصل از لیزر باعث می گردد كه مولكول های دوپینگ شده، به لیزر تبدیل می گردند. مولكول های دوپینگ شده در ادامه باعث انعكاس یك سیگنال نوری جدید و قویتر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده ، خواهند بود.( تقویت كننده لیزری)
۳) دریافت كننده نوری
      وظیفه دریافت كننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه كشتی ناو دریافت كننده پیام است. دستگاه فوق سیگنال های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سیگنا ل های الكتریكی را برای سایر استفاده كنندگان ( كامپیوتر ، تلفن و ... ) ارسال می نماید. دریافت كننده بمنظور تشخیص نور از یك "فتوسل" و یا "فتودیود" استفاده می كند.

پچ کورد فیبر نوری

برای اتصال بین پچ پنل فیبر نوری و سوئیچ شبکه از پچ کورد استفاده می کنیم. این پچ کورد ها بایستی متناسب با فیبر نوری انتخاب شوند. مثلا پچ کورد سینگل مود برای فیبر سینگل مود و پچ کورد مالتی مود برای فیبر مالتی مود.  پچ کورد ها دارای کانکتورهای مختلفی هستند که در کارخانه بر روی آنها نصب شده است . مانند : MT – Rj و LC و SC و ST و VF – 45 . بر حسب کاربرد در برخی پچ کوردها کانکتور های یک سر پچ کورد با سر دیگر متفاوت است، برای مصارف گوناگون مثلا پچ کورد : SC به LC و ... پچ کوردها معمولاً دارای قابلیت انعطاف بسیار بالایی هستند و براحتی نمی شکنند. طول این پچ کوردها معمولا 1 ، 2 ، 3 ، 5 و 10 متر می باشد.

 

 کانکتورهای فیبر نوری
کانکتور فیبر نوری بر روی فیبر نوری توسط ابزارهای خاص نصب می شود و امکان انتقال داده را به ما می دهد . برخی از انواع این کانکتورها عبارتند از MT – Rj و LC و SC و ST  که به دو گروه مالتی مود و سینگل مود نیز تقسیم می شوند.

 

         

آداپتور فیبر نوری
آداپتور فیبر نوری واسط بین فیبر نوری که کانکتور بر روی آن نصب شده و پچ کورد فیبر نوری می باشد . این آداپتور عموما داخل پچ پنل مخصوص فیبر قرار می گیرد . و انواع مختلف آن متناسب با نوع کانکتور بصورت 2 پورت Duplex یا تک پورت Simplex وجود دارد .

 

کیف ابزار فیبر نوری
کیف ابزار فیبر نوری مخصوص نصب کانکتورهای فیبر است . 

 

 

فیوژن
دستگاه فیوژن برای اتصال فیبرنوری بکارمی رود.

 گردآورنده:گروه ششم(چهارم تجربی)

 

الکتریسیته ساکن

الکتریسته ساکن

دید کلی

·   چرا به عقب بدنه تانکرهای نفت جاده‌ای زنجیر کوتاهی که با سطح زمین تماس دارد؟

·   آیا زدن رعد و برق بین ابرها نیز به علت وجود الکتریسیته ساکن در آنهاست؟

·   چرا اگر میله فلزی را در دست بگیریم و مالش دهیم بار الکتریکی در آن ظاهر نمی‌شود؟

·   چگونه می‌توان نشان داد یک میله فلزی هم در اثر مالش الکتریسیته‌دار می‌شود؟

تاریخچه

یوناینان باستان از مشاهدات خود نتیجه گرفتند که هرگاه کهربا را با پارچه پشمی یا پوست مالش دهند، اجسام سبکی را به خود جذب می‌کند. واژه الکتریسیته از کلمه یونانی الکترون به معنی کهربا گرفته شده است. این واژه اولین بار در نوشته‌های تالس ( 547 ـ 640 ق . م ( بکار رفته است. ویلیام گیلبرت( 1544 ـ 1603 م )با انتشار کتابی درباره مغناطیس نظریات گذشتگان را مورد بررسی قرار داد. و نتیجه گرفت که نیروهای الکتریکی و مغناطیسی از هم جدا می‌باشند.

برای مثال سنگ مغناطیس می‌تواند آهن و فقط چند ماده دیگر را جذب کند. در صورتی که کهربا و اجسامی که خاصیت الکتریکی دارند می‌توانند ذرات کوچک و سبک اجسام گوناگون را جذب کنند. وی عقیده داشت که اجسام الکتریکی اثر دافعه ندارد. در سال 1646 سرتوماس برادن تجربه‌های خود را درباره اثر دافعه الکتریکی منتشر نمود و اظهار کرد که بین مواد الکتریکی نیز همانند مواد مغناطیسی نیروهای جاذبه و داففه وجود دارند.

سر تحولی و رشد

در سال 1663 اتونون گریکه ماشینی ساخت که بوسیله آن بار الکتریکی زیادی تولید می‌شد. آنگاه دانشمندان دیگری چون استن گری ( 1670 ـ 1736 ) و شارل دونی ( 1698 ـ 1739 ) تجربه‌های دقیقتری انجام دادند، به خود و نوع الکتریسیته پی بردند. برای ایجاد الکتریسیته ساکن‌تری که می‌توانستند جرقه‌ها و تکانهای ترسناک الکتریکی تولید کنند.

برای مثال یکی از استادان فیزیک دانشگاه لندن بارهای الکتریکی این گونه ماشینها را در یک بطری پر از مایع جمع کرد. مقدار الکتریسیته در بطری لیدن آن قدر زیاد بود که اگر شخصی بطری را در دست می‌گرفت و دست دیگر خود را به میله سر بطری می‌زد تکان شدیدی در بدن خود احساس می‌کرد.

در قرن هیجدهم میلادی بطری لیدن مورد توجه بنیامین فرانکلین (1756 ـ 1790) قرار گرفت، وی پس از آزمایشهای متعدد نتایج کار خود را در سال 1747 منتشر کرد. او معتقد بود که دو نوع الکتریسیته که قبل از وی کشف شده بود اساسا باهم تفاوتی ندارد، بلکه حتی جسمی در اثر مالش دارای الکتریسیته می‌شود. یکی از دو جسم دارای الکتریسیته اضافی یعنی بار مثبت و دیگر دارای الکتریسیته منفی می‌شود.

قانون بقای بار الکتریکی

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد و این بارهای الکتریکی که می‌توانند ساکن یا متحرک باشند و آثاری از خود ظاهر می‌سازند. از نظریه فارنکلین این نتیجه درست نیز بدست آمد که: «بارهای الکتریکی ایجاد نمی‌شوند و از بین نیز نمی‌روند بلکه از قسمتی از یک جسم به قسمت دیگر منتقل می‌شوند، همچنین بارهای مثبت و منفی از یکدیگر را خنثی می‌کنند، ولی هیچگاه نابود نمی‌شود.» این نتایج امروزه قانون بقای بار الکتریکی نامیده می‌شود که مانند قانون بقای جرم و انرژی از قوانین اساسی طبیعت محسوب می‌شود.

 

 

خواص بارهای الکتریسیته

با بررسی خواص بارهای الکتریکی بهتر به ماهیت ماده پی می‌بریم. مثلا این خاصیت که بارهای الکتریکی ممنوع یکدیگر را می‌رانند و بارهای الکتریکی یا نوع مخالف یکدیگر را می‌ربایند. این واقعیت را نشان می‌دهد که درون ماده نیروهای الکتریکی موجود است. نیروهای پیوستگی بین مولکول‌ها اجسام جامد یا مایع به سبب وجود نیروهای جاذبه الکتریکی بین بارهای الکتریکی از نوع مخالف است.

نیروهای متعددی که به هنگام تراکم ماده ظاهر می‌شود به علت وجود نیروهای رانشی بین بارهای الکتریکی ممنوع است. حرکت این بارهای الکتریکی ، موجب تولید جریان الکتریسیته و یا به اصطلاح متداول ، جریان برق می‌شود که ما در خانه و صنعت از آن استفاده می‌کنیم.

تولید الکتریسیته بوسیله مالش

می‌دانید هرگاه شانه یا یک میله پلاستیکی را با لباس خود یا با یک تکه پارچه پشمی خشک مالش دهید. ذره‌های گرد و غبار یا خرده‌های کاغذ را جذب می‌کند. همچنین اگر در هوای خشک ، سطح آینه یا شیشه پنجره را با یک تکه پارچه خشک تمیز کنید این پدیده اتفاق می‌افتد و ذره‌های گرد و غبار معلق در هوا و کرکهای جدا شده از پارچه به سطح آینه یا شیشه می‌چسبند. به طوری که پاک کردن سطح آنها از این ذره‌ها دشوار است. عاملی که سبب جذب این ذرات می‌شود جاذبه الکتریکی نام دارد و اجسامی که در اثر مالش این خاصیت را پیدا می‌کنند دارای الکتریسیته ساکن می‌شوند.

 

الکتریسیته مثبت و منفی

پدیده وضع الکتریکی نخستین بار در سال 1672 میلادی توسط اتوفن گریکه که با نام او آشنا هستید بیان شد. او مشاهده کرد که پرهای مرغ نخست جذب یک گلوله گوگردی باردار شده و سپس از آن رانده می‌شوند. صد و پنجاه سال بعد ، در فرانسه محققی به نام شارل دونی کشف کرد که دو جسم باردار همیشه یکدیگر را نمی‌رانند بلکه گاهی هم یکدیگر را می‌ربایند و به این نتیجه رسید که دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. بطوری که بارهای الکتریکی ممنوع یکدیگر را می‌رانند و بارهای الکتریکی که نوع آنها مختلف است یکدیگر را می‌ربایند.
دونی برای تشخیص این دو نوع الکتریسیته یکی را الکتریسیته شیشه‌ای و دیگری از الکتریسیته صمغی (رزینی) نامید. الکتریسیته شیشه‌ای از مالیدن شیشه به پارچه ابر پشمی تولید می‌شود و الکتریسیته ضمغی از مالیدن کهربا ، گوگرد ، لاک و ابونیت و بسیاری از مواد دیگر به پشم یا پوست حیوان بدست می‌آید.
بعدها معلوم شد که این طرف نامگذاری در پاره‌ای از موارد گمراه کننده است. زیرا مثلا شیشه سنگی زبر و آن در اثر مالش ، الکتریسیته ضمغی تولید می‌کند و ابونیت بسیار صیقلی شده دارای نوع الکتریسیته شیشه‌ای می‌شود. از اینرو فرانکلین دانشمند آمریکایی اصطلاح امروزی الکتریسیته مثبت و منفی را بجای دو نوع شیشه‌ای و ضمغی وضع کرد.

آزمایش ساده برای تولید الکتریسیته ساکن

بنا به روش سنتی و قدیمی ، در آزمایشهای الکتریسیته ساکن برای تولید الکتریسیته مثبت شیشه را با ابریشم و برای تولید الکتریسیته منفی ، ابونیت را با پوست حیوان و مانند پوست گربه مالش می‌دهند. ولی امروزه استات سلولز برای تولید الکتریسیته مثبت و پلیتن برای تولید الکتریسیته منفی مناسبتر تشخیص داده شده است. زیرا رطوبت هوا بر روی آنها کمتر اثر می‌گذارد.

مواد الکتریسیته ساکن

·   الکتروفور:

در سال 1775 میلادی آلساندرو داتا که در ایتالیا معلم فیزیک بود. نامهای به پریستلی (کاشف اسپزن) نوشت و در آن نامه شرح داد. که اسبابی به نام الکتروفور اختراع کرده است. الکتروفور را می توان یک نوع ماشین مولد الکتریسیته ساکن نامید. در این دستگاه صفحه نارسانا در اثر مالش با پوست حیوان دارای بار الکترون منفی می‌شود و با قرار دادن صفحه فلزی روی آن ، قسمت بالایی صفحه در اثر القا دارای بار منفی و قسمت پایین صفحه دارای بار مثبت می‌شود.
سطح پایینتر فلز بوسیله چند نقطه با سطح صفحه نارسانای زیرین تماس دارد. هرگاه سطح بالایی قرص بطور موقت به زمین وصل شود. الکترونها سطح بالایی زمین منتقل می‌شوند به این ترتیب صفحه فلزی دارای بار مثبت می‌شود

چه چیز باعث شوک الکتریکی می شود؟

شما مدتی روی فرش راه رفته اید. به دستگیره ی در می رسید و ناگهان.... ویزززززز! و به شما شوک وارد می شود.

 

یا در زمستان به خانه بر می گردید و کلاه پشمی تان را از سر بر می دارید و... پووووف! همه ی موهایتان در هوا راست می شوند. چه اتفاقی افتاده و چرا اغلب این اتفاق ها در زمستان می افتد؟ پاسخ الکتریسیته ساکن است. برای اینکه بدانیم الکتریسیته ساکن چیست، باید در مورد طبیعت ماده، قدری بیشتر بدانیم. به عبارتی باید به این پرسش پاسخ دهیم که "چیزهای اطراف ما از چه ساخته شده اند؟"

 همه چیز از اتم ساخته شده است.

یک حلقه از طلای خالص را مجسم کنید. آن را در ذهن خود به دو قسمت تقسیم کنید و نیمی از آن را کنار بگذارید. این کار را همین طور ادامه دهید و ادامه دهید. به زودی قطعه بسیار کوچکی خواهید داشت که برای دیدنش نیاز به میکروسکوپ دارید. این قطعه ممکن است بسیار بسیار بسیار کوچک باشد اما هنوز یک قطعه از طلاست. اگر بتوانید عمل تقسیم کردن به ذرات کوچکتر و کوچکتر را ادامه دهید، در نهایت به کوچکترین ذره ممکن از طلا می رسید که "اتم" نام دارد. اگر اتم را به ذره های کوچکتر تقسیم کنید، ذره های حاصل شده دیگر از جنس طلا نخواهند بود.

 

 

همه چیز در اطراف ما از اتم تشکیل شده است. دانشمندان تا امروز تنها 115 نوع اتم مختلف کشف کرده اند. هرچه در اطراف ماست از ترکیبات مختلف این اتم ها ساخته شده است.

 اجزای اتم

پس اتم ها از چه چیز ساخته شده اند؟ در مرکز هر اتمی "هسته" قرار دارد. هسته شامل دو نوع ذره ی متفاوت است که "پروتون" و "نوترون" نامیده می شوند. ذرات کوچک دیگری به نام الکترون به دور هسته می چرخند.

تعداد الکترون ها، پروتون ها و نوترون های 115 نوع اتمِ شناخته شده با هم متفاوت است و به همین خاطر هر نوع اتم را می توان در میان اتم های دیگر شناسایی کرد.

داخل هر اتم را می توان به منظومه شمسی تشبیه کرد. هسته اتم در مرکز قرار دارد، مانند خورشید که در مرکز منظومه شمسی است و الکترون ها مانند سیاره ها به دور مرکز (هسته ی اتم) در گردش هستند. درست مانند منظومه ی شمسی، هسته ی اتم نسبت به الکترون ها بسیار بزرگ است. داخل اتم به طور عمده فضای خالی است و الکترون ها فاصله بسیار زیادی از هسته دارند. (البته توجه کنید که تمام اندازه ها نسبت به ابعاد هسته و اتم سنجیده می شود.)

تصویری که از اتم تا به اینجا ساختیم خیلی دقیق نیست، با این حال می توانیم از آن استفاده کنیم تا درباره الکتریسیته ساکن بیشتر بدانیم.

 

بارهای الکتریکی

پروتون، نوترون و الکترون با هم تفاوت زیادی دارند و هر کدام خواص و ویژگی های خاص خودشان را دارند. یکی از این ویژگی ها، "بار الکتریکی" است. پروتون ها خاصیتی دارند که ما به آن "بار مثبت" (+) می گوییم و الکترون ها  "بار منفی" (-) دارند. نوترون ها بار الکتریکی ندارند و به اصطلاح خنثی هستند.

مقدار بار یک پروتون درست به اندازه ی بار الکترون است و تنها علامت بارها با هم متفاوت است. پس اگر در یک اتم تعداد پروتون ها با تعداد الکترون ها برابر باشد، آن اتم هیچ بار خالصی ندارد و خنثی است.

 

الکترون ها می توانند حرکت کنند.

پروتون ها و نوترون ها در هسته ی اتم به هم فشرده اند. معمولاً هسته اتم ثابت است و جابجا نمی شود اما برخی از الکترون های اتم که از هسته دورند می توانند از مدار خودشان خارج شوند. مثلاً می توانند از یک اتم به اتم دیگر بروند. اتمی که الکترون هایش را از دست داده، بار مثبت اش (تعداد پروتون هایش) از بار منفی اش (تعداد الکترون هایش) بیشتر است. پس کل اتم بار مثبت دارد. برعکس اتمی که الکترون به دست آورده، بار منفی اش بیشتر از بار مثبت اش است. این اتم بار منفی دارد. اتمی که بار دارد، (چه بار مثبت و چه بار منفی)، "یون" نامیده می شود.

در بعضی از مواد، اتم ها الکترون ها را محکم نگه می دارند و اجازه جدا شدن به آن ها نمی دهند. این مواد "نارسانا" نام دارند. پلاستیک، شیشه، پارچه و هوای خشک، نارسانا های خوبی هستند.

برعکس، در بعضی از مواد، اتم ها به الکترون ها اجازه ورود و خروج می دهند. در این مواد الکترون ها مدام در حرکتند. به این مواد "رسانا" می گوییم. اغلب فلزات رساناهای خوبی هستند.

چطور می توانیم الکترون ها را از جایی به جایی منتقل کنیم؟ یک راه متداول برای این کار این است که دو جسم را به هم مالش بدهیم. اگر آنها از جنس های متفاوت و هر دو عایق باشند، الکترون ها از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شوند. هر چقدر دو جسم را بیشتر به هم بساییم، بار الکتریکی بیشتری از یکی به دیگری منتقل می شود و در آن تجمع می کند. (دانشمندان معتقدند که مالش و یا اصطکاک نیست که باعث انتقال الکترون ها از جسمی به جسم دیگر می شود. بلکه به سادگی این تماس دو ماده ی متفاوت است که باعث انتقال الکترون می شود. با سائیدن دو ماده، سطح تماس آن ها با هم افزایش پیدا می کند و این کار جابجایی الکترون ها را راحت تر می کند.)

الکتریسیته ساکن، مساوی نبودن بارهای مثبت و منفی در یک جسم است.

 

جاذبه بارهای مخالف

حالا خواهیم دید که بارهای مثبت و منفی رفتارهای جالبی از خودشان نشان می دهند. آیا تا به حال شنیده اید که "آدم ها با خصوصیات اخلاقی مخالف، همدیگر را جذب می کنند."؟ در مورد یون ها این موضوع حقیقت دارد. دو جسم با بارهای مخالف (یک جسم با بار مثبت و دیگری با بار منفی) همدیگر را جذب می کنند. یعنی به سمت هم کشیده می شوند. برعکس، دو جسم با بارهای همنام (دو جسم با بار مثبت و یا دو جسم با بار منفی) همدیگر را دفع می کنند، یعنی از هم دور می شوند.

بار های مخالف همدیگر را جذب می کنند.

                                                           بار های مشابه همدیگر را دفع می کنند.

 

یک جسم باردار حتی می تواند اجسام خنثی را هم جذب کند. تا به حال درباره این که چگونه یک بادکنک به دیوار می چسبد، فکر کرده اید؟ اگر بادکنکی را با ساییدن به موهای خود باردار کنید، الکترون اضافه به دست می آورد و بار منفی خواهد داشت. نزدیک کردن بادکنک باردار به یک جسم خنثی (مثل دیوار) باعث حرکت الکترون های آن جسم می شود. اگر جسم خنثی رسانا باشد، الکترون های زیادی به راحتی به سمت دیگر آن حرکت می کنند و تا جای ممکن از بادکنک (که بار منفی دارد) دور می شوند. اما اگر جسم خنثی نارسانا باشد، الکترونها در اتم ها و مولکول ها کمی خود را به سمت دیگر جابجا می کنند و تا جایی که اتم اجازه می دهد، از بادکنک دور می شوند. در هر دو صورت (جسم خنثی رسانا باشد یا نارسانا) بارهای مثبت در مجاورت بادکنک بیشتر از بارهای منفی است. می دانیم که بارهای مخالف همدیگر را جذب می کنند. پس بادکنک باردار به جسم خنثی (مثلاً دیوار) می چسبد. (و تا وقتی که الکترونهای روی بادکنک به دیوار یا هوا منتقل نشده اند و بادکنک هنوز باردار است، به دیوار چسبیده می ماند.) اجسام خنثی و اجسام با بار مثبت هم به همین طریق همدیگر را جذب می کنند. آیا می توانید آن را به همین شیوه توضیح دهید؟

و حالا ببینیم که این اطلاعات چه ارتباطی با جرقه بین دست ما و دستگیره در دارد و چطور راست شدن موهای ما را هنگام برداشتن کلاه پشمی توضیح می دهد.

پاسخ این است که هنگامی که روی فرش راه می روید، الکترون ها از فرش به بدن شما منتقل می شوند. حالا شما بار الکتریکی اضافه در خود جمع کرده اید. دستگیره در را لمس می کنید و ... ویز! دستگیره در یک رسانا است. الکترون های اضافی بدن شما به راحتی به آن منتقل می شوند و این انتقال الکترون ها باعث ایجاد جرقه بین دست شما و دستگیره در می شود.

وقتی کلاه پشمی را از سرتان بر می دارید، کلاه به موهای سرتان مالیده می شود. الکترونها از موهای شما به کلاه منتقل می شود. حالا هر تار موی شما بار مثبت دارد. به یاد بیاورید که اشیاء با بارهای همنام همدیگر را دفع می کنند. بنابراین موها تلاش می کنند تا جای ممکن از هم دور شوند. پس راست می ایستند. در این حالت بیشترین فاصله را از هم پیدا می کنند.

ما اکثراً در زمستان با پدیده هایی که به الکتریسیته ی ساکن مربوط می شوند روبرو می شویم. زیرا در تابستان هوا بسیار مرطوب تر از زمستان است. از آن جایی که آب رسانا است، رطوبت موجود در هوا کمک می کند تا اجسام باردار سریع تر بار خود را تخلیه کنند (به هوا منتقل کنند) و در نتیجه بار الکتریکی زیادی در آن ها تجمع نمی کند.

 

سری تریبو الکتریک

وقتی دو ماده مختلف را به هم می ساییم، کدام یک بار مثبت پیدا می کند و کدام یک بار منفی؟ دانشمندان با توجه به توانایی مواد در از دست دادن یا به دست آوردن الکترون، آن ها را رده بندی کرده اند. این رده بندی را "سری تریبو الکتریک" می نامند. فهرست کوچکی از مواد در دسترس در زیر آورده شده اند. در شرایط آرمانی اگر دو ماده به هم ساییده شوند، ماده ای که در لیست، در مکان بالاتری قرار دارد، الکترون از دست می دهد و بار مثبت پیدا می کند. می توانید با مواد زیر این موضوع را آزمایش کنید:

1.دست شما

2.لیوان (شیشه)

3.موی شما

4.نایلون

5.پشم

6.خز

7.ابریشم

8.کاغذ

9.کتان (پارچه ی نخی)

10.  پاک کن سفت

11.  پلی استر

 قانون پایستگی بار

وقتی ما چیزی را با الکتریسیته ساکن باردار کنیم، هیچ الکترونی "تولید نمی شود" و یا "از بین نمی رود". همین طور پروتون جدیدی به وجود نمی آید و ناپدید نمی شود. در عمل باردار کردن اجسام، تنها الکترونها از مکانی به مکان دیگر حرکت می کنند و منتقل می شوند. بار الکتریکی خالص، در کل ثابت می ماند. به این موضوع "قانون پایستگی بار الکتریکی" می گویند.

 قانون کولن

اجسام باردار در اطراف خود یک میدان نیروی الکتریکی نامرئی ایجاد می کنند. شدت این نیرو بستگی به مسایل زیادی دارد مثلاً اندازه بار دو جسم باردار یا فاصله دو جسم و یا شکل اجسام باردار. این باعث پیچیده شدن موضوع می شود. برای ساده کردن شرایط می توانیم فرض کنیم که به جای "اجسام باردار" ، "نقاط باردار" داریم. یعنی ابعاد جسم بارداری که در نظر می گیریم، خیلی خیلی کوچکتر از فاصله بین آنها باشد. به طوری که هر جسم برای جسم دیگر تقریباً مثل یک نقطه باردار عمل کند.

اولین بار "چارلز کولن" در دهه ی 1780 میلادی، نیروی الکتریکی را توصیف کرد. او پی برد که نیروی الکتریکی بین دو جسم باردار و نقطه ای، رابطه  مستقیم با ضرب بارهایشان دارد. یعنی   که q1 و q2 اندازه بارهای نقطه ای هستند. هر چقدر بارهای نقطه ای بیشتر باشند، نیروی الکتریکی بینشان هم بزرگتر است. از طرف دیگر این نیرو با مجذور فاصله بارهای نقطه ای نسبت عکس دارد. یعنی که d فاصله ی بین بارهای نقطه ای است. هر چقدر فاصله ی بارها بیشتر باشد، نیروی الکتریکی بین آن ها ضعیف تر است.

به طورکلی می توان نوشت . در این رابطه k ضریب تناسب است و اندازه آن به ماده ای بستگی دارد که دو بار را از هم جدا می کند.

با دو برابر شدن فاصله، نیروی الکتریکی،  4/1 نیروی اولیه می شود.

با دو برابر شدن هر یک از بارها، نیروی الکتریکی، 4 برابر نیروی اولیه می شود.

نحوه از بین بردن الکتریسیته ساکن زمستان باتمام ناملایمی هایش، الکتریسیته ساکن را نیز با خود بهمراه دارد. هـمه جا بـرق دار میشود: موها، لباس ها، دستـگیره ی دری کـه هـر روز بایـد بـه آن دست بزنید و خلاصه بـهر کجا که رو میکنید، سرشار از الکتریسته است. 

واقـعاً دردسر بزرگی است و تحملش دشوار می باشد؛ اما راهـهایی وجود دارد که به واسطه ی آن می توایند این درد سر زمستانی را تا آخرین حد خود کاهش دهید.

 

برای لباس ها:

زمـانی که لباس ها را می شویید، حتماً باید از نرم کننده اسـتفاده کنید. اگر درحال حاضر این کار را انجام نمیدهید، متوجه تغییر عظیمی خواهید شد.

مطمئناً محصولات بسیار زیادی وجود دارند که می توانید از آنها استفاده کنید. برخی از انواع نرم کننده ها نیز هستند که حاوی مواد ضد جریان الکتریسیته می باشند.

نسخه ی خانگی که برای از بین بردن الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد عبارت است از 10 پیمانه آب به همراه 1 پیمانه نرم کننده پارچه و لباس؛ سپس این محلول را به خوبی بهم بزنید و آنرا درون یک ظرف اسپری بریزید. نهایتاً آنرا به آرامی بر روی لباس های دارای الکتریسیته اسپری کنید.

همچنین زمانیکه از لباس های دارای الکتریسیته استفاده می کنید، می توانید این لوسیون را بر روی پوست خود استعمال کنید. این امر می تواند تا مدتی شما را از شر الکتریسیته نجات دهد، اما توجه داشته باشید که تا پایان روز نمی توانید روی آن حساب کنید.

علاوه بر این می توانید از کاغذ خشک کن نیز استفاده کنید و آنرا به زیر و روی لباس هایی که دارای جریان الکتریسیته هستند بمالید. البته سعی کنید که از کاغذ خشک کن به طور مستقیم بر روی لباس هایی که به رنگ مشکی و یا تیره هستند، استفاه نکنید چراکه سبب ایجاد لکه های سفید بر روی لباس خواهند شد.

این ورقه ها برای جوراب های پلاستیکی نیز مورد استفاده قرار می گیرند. فقط کافی است که برای یک بار این ورقه را بر روی لباس مورد نظر بمالید تا الکتریسیته ی آن به طرز باورنکردنی از میان برود.

اگر داخل خانه هستید و مجبور نیستد که به بیرون بروید، می توایند چند قطره آب بر روی لباسی که دارای الکتریسیته است بپاشید. همچنین می توانید روی لباس های خود را با یک پارچه ی کتانی مرطوب دستمال بکشید. این کار به از بین رفتن الکتریسیته ساکن کمک بسزایی می کند.

اگر هیچ چیز دیگری در دست نداشتید، می توانید از یک تکه فلز استفاده کرده و آنرا بر روی لباس های خود بمالید. گاهی اوقات این کار جواب می دهد. من خودم وقتی در مسافرت هستم سعی می کنم تا از گیره های لباس فلزی استفاده کنم تا به این طریق هم در وقت صرفه جویی کرده باشم و هم الکتریسیته لباس ها را به سرعت از بین برده باشم.

موها:

اگر تا الآن از نرم کننده ی مو استفاده نمی کردید، شاید وقت آن رسیده باشد که این کار را انجام دهید. این کار به موها کمک می کند تا از شر الکتریسیته خلاص شوند. جنس موهایتان چه خشک باشد، چه چرب، و یا معمولی، باز هم می توانید از نرم کننده استفاده کنید. فقط سعی کنید که نرم کننده به ریشه ها و کف سر برخورد نکند. نرم کننده را بر روی ساقه ی مو بزنید تا هم الکتریسیته نداشته باشد و هم موهایتان روغنی، چرب و بی حالت نشوند.

کاغذ خشک کن در اینجا هم به کمک شما خواهد آمد. کاغذ خشک کن را در امتداد موها قرار داده و از سمت ریشه پایین آورده، بر روی ساقه ها بکشید و تا نوک موها بروید. اگر جنس موهایتان نازک و چرب است، سعی کنید کاغذ خشک کن به کف سر شما تماس پیدا نکند. یک تکه کاغذ خشک کن استفاده شده خیلی بهتر کار شما را راه می اندازد تا یک تکه کاغذ خشک کن نو.

استفاده از لوسیون نیز می تواند به خارج شدن الکتریسیته از روی موها کمک کند، اما به هنگام استفاده از لوسیون نباید آنرا مستقیماً بر روی موها بمالید چراکه این کار سبب می شود موهایتان چرب و روغنی به نظر برسند. به این منظور باید ابتدا لوسیون را بر روی دست های خود بمالید و سپس به موها بزنید. از تماس لوسیون به کف سر جداً خودداری نمایید. اگر جریان الکتریسیته موجود در موهایتان زیاد نباشد، همین کار می تواند آنرا به طور کلی از بین ببرد. مالیدن مستقیم لوسیون به پوست سر به ویژه برای موهای چرب توصیه نمی شود. این کار سبب می شود که موهایتان چرب و صاف به نظر برسند.

محصولات دیگری هستند که کاربردهای دیگری دارند اما می توانند به از بین بردن الکتریسیته ی موها نیز کمک کنند؛ مانند ژل، موس، تافت. این محصولات همه وهمه می توانند در از بین بردن الکتریسیته مفید باشند.

اگر حالت موهایتان خراب نمی شود و قرار نیست که از خانه بیرون بروید، می توانید از چند قطره آب نیز استفاده کنید.

اسپری دست ساز خانگی که در بالا به آن اشاره کردیم نیز می تواند معجزه ایجاد کند. 10 پیمانه آب، به همراه 1 پیمانه نرم کننده؛ و اگر آنرا به آرامی به موهای خود اسپری کنید، هم می تواند پیچ و تاب های زیبایی به موهای شما بدهد و هم می تواند الکتریسیته موهایتان را از بین ببرد. این کار برای افرادی که دارای موهایی نازک و شکننده هستند پیشنهاد نمی شود، چرا که این امر سبب می شود موهای آنها صاف، بی حالت، و چرب به نظر برسد.

در خانه:

همین که هوای خانه را قدری مرطوب تر کنید، این کار به خودی خود می تواند تا حد بسیار زیادی از ایجاد الکتریسیته در خانه جلوگیری کند. این امر همچنین از ایجاد جرقه های آنی آزار دهنده هنگام تماس دست شما با وسایل خانه جلوگیری می کند. این امر همچنین در روند بهبود تنفس افراد خانه نیز مفید است. علاوه بر این می توانید وسایل گرمایی را کمتر کنید که چرا که رطوبت خود می تواند خانه را گرم نگه دارد. از این گذشته ایجاد رطوبت در خانه از خشکی پوست شما نیز جلوگیری می کند. همچنین از ایجاد شک های الکتریکی در کنار کامپیوتر و سایر وسایل برقی که امکان آسیب رسیدن به آنها وجود دارد نیز کاسته خواهد شد. قابل توجه است که این امر حتی الکتریسته موجود در لباس ها و موها را نیز کاهش می دهد.

به این منظور می توانید یک دستگاه بخار خریداری کرده و در منزل از آن استفاده کنید.

یکی دیگر از راههای ایجاد بخار در خانه که ارزان تر و راحت تر نیز می باشد، جوش آوردن آب بر روی گاز است. می توایند قدری دارچین و یا گلبرگ سایر گیاهان معطر را به آن اضافه کنید تا هم از شر الکتریسیته رها شوید و هم بوی خوشی را در فضای خانه ی خود ایجاد کنید. فقط باید حواستان باشد که یک وقت آب ظرف تمام نشود و هیچ گاه زمانیکه ظرف در حال جوشیدن بر روی گاز است، خانه را ترک نکنید.

برای از بین بردن الکتریسیته ساکن فرش ها نیز می توانید از محصولاتی که به این منظور درست شده اند استفاده کرده و آنها را بر روی فرش اسپری کنید. قابل توجه است که در این مورد نیز می توانید از همان فرمول خانگی که در قسمت قبل به شما آموزش دادیم، استفاده کنید و آنرا بر روی فرش ها اسپری کنید.

در ماشین

تا کنون شاهد فیلم افراد زیادی بودیم که در هنگام سوخت گیری اتومیبل، بر اثر آتش سوزی جان خود را از دست داده اند. دلیل چنین سوانحی وجود الکتریسه ساکن در بدن اینگونه افراد بوده است. برای جلوگیری از بروز چنین مسئله ای به این نکات توجه کنید:

* هر چند روز یکبار بر روی زیر پایی ها و روکش صندلی های ماشین خود اسپری ضد الکتریسیته و یا همان فرمول خانگی که در این مقاله آموزش دیدید، بزنید.

* هر چند وقت یکبار یک کاغذ خشک کن استفاده شده را بر روی صندلی ها و کف پایی ها بمالید. اگر جریان الکتریسیته بیش از اندازه بود، پیش از سوخت گیری دست های خود را به یک کاغذ خشکن بمالید و سپس لباس هایتان را با آن الکتریسیته زدایی نمایید. همیشه پیش از اینکه پمپ بنزین را لمس کنید، ابتدا بدنه ماشینتان را لمس کنید تا الکتریسیته از بدنتان خارج شود.

خوشبختانه برخی و یا همه ی این نکات می توانند به از بین بردن جریان الکتریسیته کمک کرده و کلیه ی عواقب شوم آنرا در زمستان از بین ببرند.

پژوهشگران:گروه ۳ (سوم  ریاضی)  

ترمودینامیک

ترمودینامیک

مقدمه

یکی از تعاریف عالی ترمودینامیک این است که ترمودینامیک علم انرژی و آنتروپی میباشد. تردیدی نیست که علم در چنین تعریفی با تعبیری پوزیتیویستیک به معنای دانشی بر پایهء مشاهدات تجربی بیان شده است. از این منظر هرکجا که سخنی از علم میرود مقصود علم تجربی است . برتراند راسل معتقد است اگر نتوانیم از چیزی آگاهی تجربی بدست آوریم هیچ آگاهی ازآن نخواهیم داشت.اگر پرسیده شود که صحت خود این مدعا چگونه به اثبات میرسد پاسخ این است که اساساً چنین پرسشهایی تجربی نیستند. بدین معنا که نمیتوان آن را به محک تجربه گذاشت. سوالاتی از ازاین دست در حوزه متافیزیک جای میگیرند. روش پاسخ دادن به چنین سوالاتی که به جنبه های معرفت شناختی علم مربوط میشوند نظیر همهء مسائل متافیزیکی تعقل ومنطق است و نه محک تجربی . تفاوت عمده ای هست میان علم پوزیتیویستی که بر پایهء تجربه پذیری بنا شده و متافیزیک که تفسیری عام و فراگیر از مسائل جهان هستی است. حوزهء مبحث این نوشتار اغلب تحلیل جنبه های استدلال منطقی در قوانین ترمودینامیک وبرخی پرسشهای فلسفی ومعرفت شناختی پیرامون آن است. با این تفاسیر ترمودینامیک یک علم تجربی است. چرا که در قوانین بنیادی آن یافته های تجربی بصورت روابط ریاضی درآمده اند. بنیان ترمودینامیک بر پایهء مشاهدات تجربی است. تجربی است از اینرو که قابلیت تجربه پذیری همگانی دارد. پدیده ای که مورد کاوش تجربی قرار می گیرد باید چنان باشد که همه بتوانند در آزمون آن شرکت کنندوهرکس با تحصیل   شرایط خاص بتواند به آسانی آن را تجربه کند

 بنابراین واضح است که ترمودینامیک واجد شرایط تجربه پذیری علمی است. بااین وجود مباحث مربوط به ترمودینامیک فاقد تجربه گری صرف است که در برخی ازعلوم وجود دارد. بدین معنی که ترمودینامیک فقط برپایه تجربه ومشاهده نیست.اصولا مباحث مرتبط با مکانیک و شاخه های آن دقت و تاکید فراوانی بر استدلال استقرایی دارندواصول بنیادی مکانیک برپایه مدلسازی ریاضی ازپدیده های فیزیکی است . پایه های اصلی مباحث ترمودینامیک را مانند تکیه گاههای منطقی علم مکانیک باید در شهود و تجربه جستجوکرد.ازآن پس میتوان یک چارچوب ذهنی ترتیب داد به عنوان مثال با پی ریزی مدلی منطقی میتوان مطالعهء مکانیک شاره ها را در ادامهء مکانیک مقدماتی و ترمودینامیک قرار داد

پایه های مطالعه مکانیک شاره ها

پایستاری جرم  –  قانون دوم نیوتن - اصل تکانه زاویه ای - قانون اول ترمودینامیک-  قانون دوم ترمودینامیک

شش اصل بنیادی در مکانیک مقدماتی

1.     قانون متوازی الاضلاع برای جمع بستن نیروها  

2.     اصل قابلیت انتقال 

3.     قانون گرانش نیوتن

4.      قانون اول نیوتن

5.     قانون دوم نیوتن

6.     قانون سوم نیوتن

به استثناء قانون اول نیوتن و اصل قابلیت انتقال که دو اصل بنیادی مستقل هستند سایر اصول مکانیک مقدماتی مبتنی بر شواهد تجربی اند.با این اوصاف مطالعه ترمودینامیک صرفاً بر پایهء تجربه گری نیست بلکه آمیزه ای ازدرک شهودی intuitive reasoning  و تجربه مستقیم میباشد. قوانین ترمودینامیک را میتوان بر اساس تعاریف اصولی و رایج علم نیز بررسی کرد:

• الف: یک قانون علمی نظمی همیشگی و پایدار را بیان میکند.قضایای کلی عموما" با همیشه/هیچ/هر یا همه آغاز میشوند
• ب: قوانین علمی توانایی پیشگویی مشروط دارند و با دانستن وضع فعلی سیستم میتوان آیندهء آن را به طور مشروط معلوم کرد.
• ج: قوانین علمی وقوع برخی پدیده ها را در جهان نامکمن و نشدنی اعلام می کنند ؛ابطال پذیرند( falisifiable ) و میتوان تصور کرد که روزی تجربه ای خلاف آن مشاهده شود.
• د: قوانین و فرضیات علمی توتولوژیک نیستند حصر منطقی ندارند و جمیع حالات ممکن را در بر نمیگیرند
• ه: قوانین علمی گزینشی( selective ) هستند و هرگز همه جوانب پدیده ها را تجربه و تحقیق نمی کنند.

قوانین ترمودینامیک مجموعهء این تعاریف را ارضا می کند. فی المثل وقتی گفته میشود که قانون اول ترمودینامیک برای هر سیکل بسته ای برقرار میباشد سخن از یک تجربه همیشگی و پایدار گفته ایم. با قوانین ترمودینامیک می توان آیندهء یک سیستم را از قرائن فعلی آن پیش بینی نمود. قوانین ترمودینامیک همچنین وقوع پدیده هایی را ناممکن اعلام می کنند. این خاصیت ابطال پذیری قوانین علمی است که به پدیده ها اجازه هرگونه جهتی را نمی دهند ونسبت به جهتگیری حوادث بی تفاوت نیستند." ابطال پذیری به معنای باطل بودن نیست. قانون ابطال پذیر یعنی قانونی که برای آن بتوان تصور کرد که در صورت وقوع پدیده ای باطل می شود. نقش تجربه هم در علوم کشف بطلان است و نه اثبات صحت . ابطال پذیری به معنای این نیست که این قوانین حتماً روزی باطل خواهند شد بلکه اگر صحت یک قانون علمی تضمین هم شده باشد باز هم ابطال پذیر خواهد بود. یعنی در فرض می توان تجربه ای را که ناقض آن است پیدا کرد.ابطال پذیری معادل تجربه پذیری است. قانونی علمی است که تجربه پذیر باشد ووقتی تجربه پذیر است که ابطال پذیر باشد و وقتی ابطال پذیر است که نسبت به جهان خارج وجهت پدیده های آن بی تفاوت نباشد .قوانین ترمودینامیک مثل هر قانون علمی دیگرگزینشی هستند. وفقط چند خاصیت محدود را بررسی می کنند.بعنوان مثال مدل گازایده آل فرایند پلی تروپیک PV=mRT فقط به چند خاصیت از قبیل فشار دما حجم و… محدود می شود.هیچ قانون ترمودینامیکی یافت نمی شود که در آن همهء خواص ترمودینامیکی منظور شده باشد.هر قانون تنها جنبه هایی خاص را مورد بررسی قرار می دهد. بدین ترتیب در ترمودینامیک با یک سری قواعد اصالتاً علمی مواجهیم که ضمن علمی بودن نتایج و برداشتهای فلسفی با اهمیتی را نیز در بر می گیرد.

1.1 تکامل منطقی قوانین ترمودینامیک

ترمودینامیک در قالب چهار قانون بنیادی ارائه می شود و در نامگذاری این چهار قانون نوعی روند تکاملی لحاظ شده است.

• - قانون صفرم ترمودینامیک: هر دو جسم که با جسم سومی دارای تساوی درجه حرارت باشند آن دو جسم نیزبا هم تساوی حرارت دارند
• - قانون اول ترمودینامیک: برای هر سیستم در حال پیمودن یک سیکل انتگرال سیکلی حرارت متناسب با انتگرال سیکلی کار می باشد.(قانون بقای انرژی)
• - قانون دوم ترمودینامیک:غیرممکن است وسیله ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند وتنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سردتر به گرمتر باشد.
• - قانون سوم ترمودینامیک: این قانون بیان می‌کند که ممکن نیست از طریق یک سلسله فرایند متناهی به صفر مطلق دست یافت. به عبارتی رسیدن به صفر مطلق محال است.

قانون صفرم ترمودینامیک منطقاً بدیهی به نظر می رسد.اگر چه که تجربه پذیر است و می توان صحت و اعتبار آن را آزمایش کرد.این قانون اساس اندازه گیری درجه حرارت است و نمی توان آن را از سایر قوانین نتیجه گرفت. قانون صفرم ترمودینامیک از این رو قبل از قوانین اول و دوم می آید که برای بیان سایر قوانین ترمودینامیک به مقیاسی برای ادوات اندازه گیری درجه حرارت نیاز است. بدین ترتیب اعدادی را روی دماسنج قرار داده و گفته می شود جسم دارای درجه حرارتی است که روی دماسنج قرائت می شود. بنا براین منطقی است که این قانون قبل از سایر قوانین ترمودینامیک ارائه شود.مطابق با این قانون اندازه گیری درجه حرارت یک پایه منطقی پیدا می کند و در ادامه می توانیم سایر قوانین بنیادی ترمودینامیک را با اتکا به این پایه منطقی بیان کنیم. قانون اول ترمودینامیک بیانگر این مطلب است که در یک سیکل ترمودینامیکی مقدار حرارت منتقل شده از سیستم برابر با مقدار کار انجام شده بر سیستم می باشد. در عین حال این قانون هیچ محدودیتی برای جهت جریان حرارت و کار ایجاد نمی کند. این محدودیت در قالب قانون دوم بیان میشود. قانون دوم ترمودینامیک بیان می دارد که یک فرایند فقط در یک جهت معین پیش می رود و در جهت خلاف آن قابل وقوع نیست. " متناقض نبودن یک سیکل با قانون اول دلیلی بر این نیست که آن سیکل حتما اتفاق می افتد.این نوع مشاهدات تجربی منجر به تنظیم قانون دوم ترمودینامیک می شود. پس فقط آن سیکلی قابل وقوع است که با قوانین اول و دوم ترمودینامیک همخوانی داشته باشد. پس واضح به نظر می رسد که قانون دوم بیان یک توضیح تکمیلی از قانون اول است که قید مجاز نبودن به هر جهت دلخواه برای کار و حرارت را بر آن می نهد. از این رو در روند تکامل منطقی قوانین ترمودینامیک پس از قانون اول بیان می شود. " در کاربرد قانون دوم دانستن مقدار مطلق آنتروپی ضروری می شود و همین مساله منجر به تنظیم قانون سوم ترمودینامیک می گردد." بنابراین مشاهده شد که قوانین ترمودینامیک در یک سیر تکامل منطقی در امتداد یکدیگر بیان می شوند. قانون اول پایهء منطقی اندازه گیری درجه حرارت را می دهد. قانون اول منجر به بیان قانون دوم شده وقانون دوم نیز به بیان قانون سوم ترمودینامیک می انجامد.

2.1 تحلیل منطقی از قانون اول ترمودینامیک

قانون اول ترمودینامیک را اغلب قانون بقای انرژی می نامند.این قانون بیان می دارد که در یک سیکل ترمودینامیکی انتگرال سیکلی حرارت برابر با انتگرال سیکلی کار می باشد. قانون اول متضمن مفهوم انرژی است.مفهوم بنیادی انرژی در کاربردهای روزمره آشنا و ملموس است و یک درک عمومی از کلمه انرژی وجود دارد. از نقطه نظر ماکروسکوپیک تنها به صورتی از انرژی توجه داریم که به شکل حرارت منتقل می شود. در حالیکه در ترمودینامیک آماری , دیدگاه ما راجع به خواص ماکروسکوپیک تنها یک ارزیابی آماری از خواص میکروسکوپیک هستند. "قوانین ترمودینامیک را می شود به آسانی از اصول مکانیک آماری بدست آورد و آنها در واقع بیان ناقصی از همین اصول اند… در موارد ساده شده ایده آل می توان از پس محاسبات پیچیده اصول مکانیک آماری برآمد و به قانونی با صحت اساساً نامحدود رسید. بنابراین به نظر می رسد مفهوم بنیادی انرژی یک تحلیل نوعاً آماری در رفتار مکانیکی مجموعه بسیار بزرگی از اتمهاست. " برای تشریح کامل رفتار سیستم از دیدگاه میکروسکوپیک لزوما با حد اقل 20^10×6 معادله سر وکار خواهیم داشت. حتی با یک کامپیوتر بزرگ نیز انجام چنین محاسباتی کاملا خستگی آور و ناامید کننده است. با این وجود دو روش برای کاهش تعداد معادلات و متغیرها تا حد پذیرفتنی وجود دارد…یکی از این راهها روش آماری است که بر اساس نظریه های آمار و احتمال مقادیر متوسط را برای همه ذرات سیستم در نظر می گیریم … راه حل دوم برای کاهش تعداد متغیرها کمک گرفتن از دیدگاههای ماکروسکوپیک در ترمودینامیک کلاسیک میباشد همانگونه که از کلمه ماکروسکوپیک استنباط می شود اثرات کلی تعدادی مولکول را مورد توجه قرار می دهیم. چون ما مرتباً ازعبارت انرژی استفاده میکنیم و آن را به پدیده هایی که می بینیم نسبت می دهیم کلمه انرژی مفهومی خاص در ذهن ما یافته است و وسیله ای موثر برای بیان افکار و ایجاد رابطه شده است. انرژی از مفاهیم مجردی است که انسان برای برخی مشاهدات خود آن را ابداع کرده است. زمانی که از انرژی صحبت می کنیم یک ادراک کلی را در نظر داریم که مستقل از تحلیلهای آماری است. به بیان دیگر دیدگاه ما نسبت به انرژی به گونه کاملا محرزی مستقل از این مساله است که تعبیر ماکروسکوپیک آن , بواسطه کاربرد آمار در رفتار تعدادی مولکول بدست آمده است. در ترمودینامیک کلاسیک برای اینکه نشان داده شود انرژی یک خاصیت ترمودینامیکی است به نوعی با مفاهیم عاری از معانی ملموس روبرو هستیم. بدین معنی که Q, W و E تحت قواعد ریاضی و جبری قرار می گیرد و از آن نتایجی عام و کلی استحصال میشود. گویی که می شد همین اعمال ریاضی را روی , Y,X Z انجام داد.در ترمودینامیک , کار وحرارت تحت عنوان انرژی در حال گذار از مرزسیستم تعریف می شود. با این وصف مفهوم انرژی باید یک اصل موضوعه و به طور ضمنی تعریف شده باشد." تعریف صریح همه اصطلاحات فنی یک مبحث همان قدر غیر ممکن است که اثبات کلیه احکام آن , زیرا که یک اصطلاح فنی را باید به کمک سایر اصطلاحات فنی تعریف کرد و این اصطلاحات را توسط اصطلاحات دیگر و …, به منظور رفع این مشکل و برای احتراز از دوری( circular ) بودن در تعریف اصطلاح x به کمک اصطلاح y , و سپس تعریف اصطلاح y به کمک اصطلاح x , مجبوریم که در مقدمه مبحث مورد نظر , مجموعه ای ازاصطلاحات اولیه یا اساسی را در نظر بگیریم و معانی آنها را مورد پرسش فرار ندهیم. تمام اصطلاحات فنی دیگر مبحث را مآلاً باید به کمک این اصطلاحات اولیه تعریف کرد. از این روبرای پرهیز از دوری بودن , تعریف انرژی باید مستقل از کار وحرارت باشد ویا بالعکس. یا اینکه انرژی یک اصل موضوعه قلمداد شود و هیچ تعریفی هم برای آن ارائه نگردد.

قانون اول ترمودینامیک بیان می دارد که: 

 δW= ∫   δ Q ∫

اگر سیستم دستخوش تحولات یک سیکل باشد و طی فرایند A از حالت 1 به 2 تغییر یافته و سپس طی فرایند B از حالت 2 به حالت 1 بازگشت کند:

آنگاه نشان داده می شود که چون B و A نمایانگر هر فرایند دلخواهی بین 1 و 2 هستند پس مقدار( δ Q –  δW) برای هر فرایند انجام شده یکسان خواهد بود. بنابراین مقدار ( δ Q –  δW) تنها بستگی به حالات اولیه و نهایی دارد و ارتباطی به مسیر طی شده نخواهد داشت. می توان استنباط کرد که مقدار فوق یک تابع نقطه ای و بنابراین دیفرانسیلی از یک خاصیت جرم کنترل است. از این رو قانون اول ترمودینامیک منجر به تنظیم خاصیتی شده که انرژی نامیده می شود.اما این نتیجه گیری شبهه دوری بودن را در انرژی کار و حرارت ایجاد می کند. از طرفی کار وحرارت تحت عنوان انرژی در حال گذار از مرز سیستم تعریف می شوند و از سوی دیگر وجود خاصیتی به نام انرژی از قانون اول ترمودینامیک و بر مبنای تعاریف کار و حرارت استنتاج می شود. برای پرهیز از دوری بودن یا باید کار وحرارت را مستقل از انرژی تعریف کنیم و یا انرژی را مستقل از کار و حرارت. به هر حال باید یک تفسیر بنیادی وجود داشته باشد. انرژی نمی تواند یک بدیهی اولیه بدون نیاز به تعریف باشد. به نظر می رسد این استنتاج یک تفسیر دوری است. اما چطور ممکن است؟ پاسخ اینجاست که وقتی کار و حرارت را نوعاً تحت مبنای انرژی تعریف می کنیم , ناخواسته انرژی را بعنوان تفسیر نهایی کار و حرارت در نظر گرفته ایم.  عقیده به تفسیرهای نهایی باطل است و هر تفسیری را می توان بوسیله تئوری یا تخمینی با کلیتی بیشتر , باز هم تفسیر نمود.هیچ تفسیری نمی تواند وجود داشته باشد که خود محتاج تفسیری دیگر نباشد" بنابراین انرژی تفسیر نهایی کار وحرارت نیست بلکه تنها یک پایه تفسیر رضایت بخش برای این مفاهیم می باشد. " یک سلسله علل منتهی به علت العلل (تفسیر نهایی) میشود زیرا که تسلسل باطل است و در عین حال منتهی به علت العلل نمیشود زیرا علتی که خود معلول نباشد متصور نیست." از این رو دلیل دوری به نظر رسیدن تعاریف انرژی , کار و حرارت این مغالطه است که انرژی را بعنوان تفسیر نهایی کار و حرارت در نظر گرفته ایم. همانگونه که گفته شد عقیده به تفسیر نهایی باطل است و در اینجا نیز باید انرژی را یک تفسیر رضایت بخش از کار وحرارت بدانیم و نه تفسیر نهایی آنها. و این همان تمسک به طبائع اسانسیالیسم Essentialism  کارل پوپر ( k.popper ) است که می گوید: تفاسیر نهایی امور و حوادث بر حسب طبائع اشیا است. درست نظیر آنچه در تحلیل قانون اول ترمودینامیک با آن مواجه شدیم اگر انرژی را تفسیر نهایی کار و حرارت بدانیم آنگاه انرژی به وضوح یک تفسیر ad hoc خواهد بود. " قضایایی که به طور موضعی و به صورت وصله ای یا تبصره ای به کار می روند تا یک امر مبهم و بی تفسیر را ظاهراًًً تفسیر کنند ad hoc نام دارند… فرض کنید ά , تفسیر شده ای است که صحت آن مسلم است از آنجا که ά را بداهتاً می توان از خود ά استنباط نمود بنابر این همیشه امکان دارد که ά را بعنوان تفسیر خودش عرضه نماییم. اما با وجود اینکه در اینگونه موارد , صحت مفسر(تفسیر کننده) محقق است و تفسیر شده نیز منطقاً از آن استنتاج می شود , این تفسیر , تفسیری است بسیار نارضایت بخش و لذا ما باید تفاسیری از این قبیل را به دلیل دوری بودن غیرقابل قبول بدانیم. تفسیر کار و حرارت بر پایه انرژی تفسیری تقریباً دوری است. منتهی دلیلی نیست که اقناع کننده هم نباشد. تفاسیر نارضایت بخش , تفاسیری هستند که کاملاً دوری باشند و از این رو منطقاً باطل و غیر قابل قبول اند. اما تفاسیری که تا حدی دوری هستند و در عین حال رضایت بخش و قانع کننده عموماً تفاسیری هستند که قرائن مستقل در ﺘﺄیید آن موجود باشند. بعبارت دیگر تفسیرکننده باید بطور مستقل آزمایش پذیر باشد و این آزمایش مستقل هرچه دشوارتر باشد , تفسیر کننده مقنع تراست… برای اینکه مفسرها ad hoc نباشند باید از لحاظ محتوا غنی و دارای یک رشته نتایج آزمایش پذیر باشند. "تنها وقتی می توانیم در تحقق بخشیدن به تفاسیر مستقل و غیر ad hoc گامی به جلو برداریم که در تفسیر خود استفاده از قضایای کلی یا قوانین طبیعت را به انضمام قضایایی که مبین شرایط خاص( initial conditions ) تجربه اند شرط کنیم , زیرا قوانین کلی طبیعت می توانند قضایایی باشند با محتوای غنی آنگونه که در همه جا و در همه وقت به طور مستقل آزمایش پذیر باشند و لذا اگر بعنوان تفسیر مورد استفاده قرار بگیرند احتمال دارد که ad hoc نباشند. با این اوصاف آنچه در تحلیل منطقی قانون اول ترمودینامیک به رغم تفسیر تقریباً دوری آن اهمیت دارد درجه اقناع کنندگی این قانون می باشد. همانگونه که ذکر شد اقناع کنندگی یک تفسیر به درجه آزمایش پذیری آن بستگی دارد. قانون اول ترمودینامیک نیز به همین دلیل تفسیری قانع کننده و رضایت بخش میباشد. آزمایشات گوناگونی که صورت گرفته به طور مستقیم یا غیر مستقیم , ﻤﺆید قانون اول بوده است. عدم صحت این قانون تا به حال ثابت نشده است.

2.2 نتایج فلسفی قانون اول ترمودینامیک

ینکه قانون اول ترمودینامیک توصیف یک امر ذاتی و حقیقت فی نفسه است یا صرفاً یک مدل ذهنی , اساساً یک پرسش فلسفی است. جان لاک بیان می کرد که "تمام معلومات ما از طریق تجربه و حواس بدست می آید و آنچه نخست به حس در نیاید در ذهن وجود ندارد.امانوئل کانت در کتاب نقد عقل محض (critic of pure reason) میگوید: همه معلومات ما از راه محسوسات نیست. تجربه به هیچ عنوان تنها راه درک وعلم نیست. تجربه فقط ما را به آنچه هست راهنمایی می کند نه به آنچه_ باید چنین باشد_ و دست آخر نتیجه می گیرد که از تجربه , حقایق کلی به دست نمی آید. یعنی حقایق , بدون توجه به تجربه ما واقعیت دارند و حتی پیش از تجربه( a priori ) نیز وجود داشته است.  طبق نظریه پوپر , تئوریها هرگز انعکاس عینیت نیستند بلکه بسیار به مدلهای ذهنی کانت شباهت دارند.از دیدگاه پیر دوئم( Pierre duhem ) قوانینی نظیر قانون اول ترمودینامیک نه تفسیرهای متافیزیکی هستند و نه مجموعه ای از قوانین که صحتشان از طریق تجربه و استقراء به ثبوت رسیده باشد , " این تئوریها بناهایی مصنوع هستند که به کمک کمیات ریاضی ساخته شده اند ونسبت این کمیات با مفاهیم مجردی که از تجربه برمی خیزند مانند نسبت علامت به ذی العلامه است… این تئوریها با دقت جبری- ریاضی قابلیت گسترش دارند , چون به تقلید از جبر , این تئوریها را می توان با ترکیب کمیاتی که ما به روش خاص خودمان آراسته ایم , بنا کرد." مساله دیگر این است که ما معادلاتی را با مشاهدات تجربی استخراج کرده و اینک از همان معادلات برای توصیف پدیده مورد نظر استفاده می کنیم. درست مثل اینکه اصطلاح نارنج را با مشاهده میوه نارنج ابداع کرده ایم آنگاه اگر از ما بخواهند که رنگ میوه نارنج را توصیف کنیم خواهیم گفت نارنجی! حال آنکه این تفاسیر بوضوح ad hoc می باشند. البته طبیعی است که اینگونه باشد و ما همیشه در تفسیر رفتار وعملکرد یک شیء خاص , تنها چیزی را که بررسی می کنیم اوصاف ذاتی و لاینفک همان شیء خاص است. معادلات ریاضی با مشاهده رفتار سیستم استخراج شده و تنها بواسطه آن است که می توان رفتار سیستم را تعبیر نمود.

2.3 آیا می توان امتناع رفتار آزاد را از قانون اول استنتاج کرد؟

آیا معادلات بر پدیده ها ارجح هستند؟ پیر دوئم استدلال می کند که اینگونه نیست. به اعتقاد دوئم , معادلات از ابتدا وجود نداشته اند و آنها با مشاهده یک نظم عمومی در رفتار سیستم استخراج و تنظیم شده اند. بنابراین لایتغیر بودن این معادلات فقط به دلیل انطباق آنها با پدیده ها در همه زمانهاست و این مساله گواهی بر محال بودن ارادهء آزاد نیست. هرگز نمی توانیم ثابت و همیشگی بودن معادلات را دلیل بر این بگیریم که قوانین عینی مطلقاً جبری هستند. بدین ترتیب قانون اول ترمودینامیک نیز فقط معادله ای است که از مشاهدات تجربی تصویرسازی شده و هرگز منجر به این استنتاج نخواهد شد که قوانین و واقعیات عینی نیز لایتغیر خواهند بود. اصل بقای انرژی حکمی عام و مسلم درباره اعیان موجود خارجی نیست. بلکه یک فرمول ریاضی است که به فرمان آزادانه ذهن ما ساخته شده است تا همراه با فرمولهای دیگر که به همین نحو ساخته می شود ما را مجاز و قادر بدارد تا از آنها نتایجی را استنتاج بکنیم که به خوبی و درستی بر قوانین مکشوف آزمایشگاهی انطباق یابند وازآنها حکایت کنند. " نه فرمول بقای انرژی و نه سایرفرمولهایی که با ان همراه می کنیم هیچکدام را نمی توان گفت درست یا نادرستند. چرا که احکامی درباره واقعیات عینی نیستند. آیا امتناع رفتار مختارانه جزو لوازم اصل بقای انرژی است یا نه؟ و اینجا باید گفت اصل بقای انرژی هیچ نتیجه عینی و خارجی در بر ندارد. چگونه می توان از اصل بقای انرژی و اصول مشابه آن این نتیجه را استنتاج کرد که ارادهء آزاد محال است؟ به خاطر می آوریم که این اصول گوناگون معادل دستگاهی از معادلات دیفرانسیل اند که بر تغییرات حالات اجسام تابع آنها حاکمند. نتیجه این می شود که در میان این اجسام هیچ حرکت آزادی نمی تواند به وجود آید. حال می پرسیم ارزش این استدلال چقدر است؟ ما این معادلات دیفرانسیل را و یا اصولی را که صورت اصلی آنها هستند برگرفتیم چون که می خواستیم تصویری ریاضی از گروهی از پدیده ها داشته باشیم. برای نمایش این پدیده ها به کمک دستگاهی از معادلات دیفرانسیل , پیشاپیش مفروض گرفتیم که آن پدیده ها تابع جبر مطلق اند." با توجه به دیدگاه دوئم درمی یابیم که ما در ساختن یک مدل و تصویر ریاضی بر اثر مشاهدهء تجربی یک پدیده , فرض را بر نوشتن معادله ای گذاشتیم که ابدی و پایدار است. یعنی از قبل مطمئن بوده ایم که جایی برای ارادهء آزاد در این طبقه بندی باقی نیست. با این وصف واضح است که از لایتغیر بودن معادله نمی توان به لایتغیر بودن واقعیت عینی حکم داد.همانطور که در مثالی گفتم ما از این رو نارنجی را به عنوان یک توصیف پایدار از یک رنگ می شناسیم که از پیش یقین داریم رنگ میوهء نارنج همیشه و در همه زمانها بدون تغییر خواهد بود. و با همین پیش فرض است که می توانیم اصطلاح نارنجی را به هر جسم همرنگ با میوه نارنج اطلاق کنیم. و به همین دلیل هم هست فی المثل رنگی به نام (کتابی) نداریم. زیرا که پیشاپیش می دانیم رنگ کتابها همیشه یکجور نیست. از این رو نباید تصور کنیم که یک معادله , طبیعت و پدیده ها را ملزم به تابعیت از خود می کند. معادلهء قانون اول ترمودینامیک پدیده ها را تابع یک جبر مطلق العنان نمی کند بلکه فقط تصویری ذهنی یا مدلی ریاضی است. حتی اگر حقیقت عینی پدیده , ثابت و پایدار هم باشد این امر را نمی توانیم از لایتغیر و پایدار بودن مدل ریاضی آن پدیده استنتاج بکنیم.

 Thermodynamic
 ترمودینامیک شاخه‌ای از فیزیک است که در آن ، برخی از خواص اجسام را که به علت تغییر دما ، متغییر می‌شوند، مورد مطالعه قرار می‌گیرد

 مراحل مطالعه ترمودینامیک

 قدم اول در مطالعه ترمودینامیک ، انتخاب قسمتی از فضا یا شی و یا نمونه است که به اختیار در نظر گرفته و مطالعه روی آن متمرکز می‌شود این قسمت را اصطلاحا سیستم می‌گویند. بقیه فضا یا شی نمونه را که در تماس با سیستم بوده و در تحولات سیستم دخالت دارد یا به بیان دیگر با سیستم اندرکنش می‌کند، به مفهوم کلمه ، محیط اطراف می‌گوییم

 قدم بعدی انتخاب روش و یا دیدگاهی است که بررسی و مطالعه از آن دیدگاه صورت می‌گیرد. در این رهگذر دو دیدگاه به ظاهر متفاوت وجود دارد که عبارتند از

 

 دیدگاه ماکروسکوپیک

Macroscopic

 دیدگاه ماکروسکوپیک ، یک نگرش کلی است و مشخصات کلی ، یا خواص بزرگ مقیاس سیستم ، مبنای توصیف ماکروسکوپی سیستم را تشکیل می‌دهند. بطور خلاصه ، توصیف ماکروسکوپیکی یک سیستم عبارت از مشخص کردن چند ویژگی اساسی و قابل اندازه‌ گیری آن سیستم است

 دیدگاه میکروسکوپیک

Microscopic

 از نظر آماری ، یک سیستم متشکل از تعداد بسیار زیادی ملکول

N

 مولکول) که هر کدام از این مولکولها می‌تواند در مجموعه‌ای از حالتهایی که انرژی آنها مساوی 

E₁ و E₂ و ...

 است، قرار می‌گیرد. این سیستم را می‌توان بصورت منزوی در نظر گرفت و یا در بعضی موارد می‌توان فرض کرد که مجموعه‌ای از سیستمهای مشابه ، یا جمعی از سیستمها ، آنرا در بر گرفته‌اند

 سیر تحولی و رشد

 زمانی که برابری حرارت با انرژی مکانیکی ، بطور قاطع محقق شد، موقع آن فرا رسید که کار دانشمند معروف «سادی کارنو» درباره قوانین مربوط به تبدیل شکلی از انرژی به شکل دیگر ، تصمیم یابد. نخستین گامی که در این جهت برداشته شد، توسط فیزیکدان آلمانی ، رودلف کلاسیوس

(Clausius)

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

قانون صفرم ترمودینامیک

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

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

 قانون دوم ترمودینامیک

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

 قانون سوم ترمودینامیک

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

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

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

توصیف مشخصات کلی یک سیستم به کمک تعدادی از ویژگیهای قابل اندازه‌ گیری آن ، که کم و بیش توسط حواس ما قابل درک هستند، یک توصیف ماکروسکوپیک است. این توصیفها نقطه شروع تمام بررسیها در تمام شاخه‌های فیزیک هستند. اما در ترمودینامیک توجه ‌ما به داخل سیستم معطوف می‌شود، بنابراین دیدگاه ماکروسکوپی را اختیار می‌کنیم و بر آن دسته از کمیات ماکروسکوپی تأکید می‌کنیم که رابطه‌ای با حالت داخلی سیستم داشته باشند.
تعیین کمیتهایی که برای توصیف این حالت داخلی لازم و کافی هستند، به عهده آزمایش است. آن کمیتهای ماکروسکوپیکی که به حالت داخلی سیستم مربوط هستند، مختصات ترمودینامیک خوانده می‌شوند. این مختصات ، برای تعیین انرژی داخلی سیستم بکار می‌آیند. هدف ترمودینامیک ، پیدا کردن روابط کلی این مختصات ترمودینامیکی است که با قوانین بنیادی ترمودینامیک سازگار باشند. سیستمی را که بتوان بر حسب مختصات ترمودینامیکی توصیف کرد، سیستم ترمودینامیکی می‌گویند

 

مراحل مطالعه ترمودینامیک

·قدم اول در مطالعه ترمودینامیک ، انتخاب قسمتی از فضا یا شی و یا نمونه است که به اختیار در نظر گرفته و مطالعه روی آن متمرکز می‌شود این قسمت را اصطلاحا سیستم می‌گویند. بقیه فضا یا شی نمونه را که در تماس با سیستم بوده و در تحولات سیستم دخالت دارد یا به بیان دیگر با سیستم اندرکنش می‌کند، به مفهوم کلمه ، محیط اطراف می‌گوییم.

·قدم بعدی انتخاب روش و یا دیدگاهی است که بررسی و مطالعه از آن دیدگاه صورت می‌گیرد. در این رهگذر دو دیدگاه به ظاهر متفاوت وجود دارد که عبارتند از:

دیدگاه ماکروسکوپیک (Macroscopic)

دیدگاه ماکروسکوپیک ، یک نگرش کلی است و مشخصات کلی ، یا خواص بزرگ مقیاس سیستم ، مبنای توصیف ماکروسکوپی سیستم را تشکیل می‌دهند. بطور خلاصه ، توصیف ماکروسکوپیکی یک سیستم عبارت از مشخص کردن چند ویژگی اساسی و قابل اندازه‌ گیری آن سیستم است.

دیدگاه میکروسکوپیک (Microscopic)

از نظر آماری ، یک سیستم متشکل از تعداد بسیار زیادی ملکول ( N مولکول) که هر کدام از این مولکولها می‌تواند در مجموعه‌ای از حالتهایی که انرژی آنها مساوی E₁ و E₂ و … است، قرار می‌گیرد. این سیستم را می‌توان بصورت منزوی در نظر گرفت و یا در بعضی موارد می‌توان فرض کرد که مجموعه‌ای از سیستمهای مشابه ، یا جمعی از سیستمها ، آنرا در بر گرفته‌اند.

سیر تحولی و رشد

زمانی که برابری حرارت با انرژی مکانیکی ، بطور قاطع محقق شد، موقع آن فرا رسید که کار دانشمند معروف «سادی کارنو» درباره قوانین مربوط به تبدیل شکلی از انرژی به شکل دیگر ، تصمیم یابد. نخستین گامی که در این جهت برداشته شد، توسط فیزیکدان آلمانی ، رودلف کلاسیوس (Clausius) و فیزیکدان انگلیسی ، لرد کلوین (Keluin) در نیمه دوم قرن نوزدهم صورت گرفت. این تلاشها به همین صورت ادامه یافت تا اینکه قوانین اساسی ترمودینامیک که بدنه اصلی و زیر بنای این علم را تشکیل می‌دهند، تدوین شد.

قوانین اساسی ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک

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

قانون اول ترمودینامیک

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

قانون دوم ترمودینامیک

هیچ فرآیندی که تنها نتیجه آن جذب گر�

پیشینه ترمودینامیک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پرش به: ناوبری, جستجو

سیر تاریخی علم ترمودینامیک بصورت زیر می‌باشد (کلیه تاریخ‌ها میلادی می‌باشند):

۱۷۹۸- کنت رامفورد (بنجامین تامسون) مطالعه تبدیل کار به گرما را طی آزمایش مشهور مته و تخته آغاز نمود.

۱۷۹۹- سرهامفری دیوی تبدیل کار به حرارت را با آزمایش سابیدن یخ مطالعه نمود.

۱۸۲۴- سعدی کارنو تئوری مشهور خود «بازتابی بر نیروی محرک آتش» منتشر نمود که در برگیرنده اصل جدیدی در باره تعریف چرخه و اصلی که توضیف کننده آن بود که چرخه بازگشت پذیر بین دو منبع حرارتی تنها به دمای منابع بستگی دارد و نه به موادکاری

۱۸۴۲- مایر اصل بقا انرژی را ارائه نمود.

۱۸۴۷- هلمهولتز اصل بقا انرژی را بصورت مستقل از مایر فروموله نمود.

۱۸۴۳-۱۸۴۸- جیمز پریسکات ژول با ترتیب دادن آزمایشاتی چهارچوب تجربی قانون اول ترمودینامیک را بنیان نهاد. امروزه به پاس این دانشمند بزرگ حرف J برای نمایش معادل مکانیکی کار استفاده می‌شود.

۱۸۴۸- لرد کلوین (ویلیام تامسون) واحد درجه حرارت مطلق را بر مبنای چرخه کارنو تعریف نمود.

۱۸۵۰- رودلف کلاوزیوس احتمالا به عنوان اولین کسی که به وجود دو قانون اساسی ترمودینامیک: قانون اول و قانون دوم ترمودینامیک پی برد.

۱۸۶۵- کلاوزیوس قوانین اول و دوم ترمودینامیک را در دو خط بیان نمود:

·انرژی جهان دارای مقدار ثابتی است.

·آنتروپی جهان تمایل به بیشینه شدن دارد.

۱۸۷۵- جوسایا ویلارد گیبز گزارش سرنوشت ساز خود «در برابری مواد ناهمگون» را که ترمودینامیک را به سیستم‌های ناهمگون و واکنش‌های شیمیایی بسط داد منتشر نمود. این گزارش اصل مهم پتانسیل شیمیایی را توصیف می‌نمود.

۱۸۹۷- ماکس پلانک قانون دوم ترمودینامیک را به صورت: «غیرممکن است بتوان موتوری ساخت که در یک چرخه کامل کار نموده و اثر دیگری غیر از بالا بردن وزنه و خنک نمودن یک منبع حرارتی داشته باشد.» بیان نمود.

۱۹۰۹- کاراتئودوری ساختار جدیدی از ترمودینامیک را بر مبنای جدیدی که کاملا فرم ریاضی داشت منتشر نمود.

چکیده : در این مقاله جنبه های فلسفی و منطقی استدلال در قوانین ترمودینامیک براساس دیدگاههای کلاسیک فلسفهء علم ارا ئه میشود . آیا قوانین ترمودینامیک احکامی عام ومسلم ازاعیان خارجی و منافی اراده آزاد هستند؟ وآیا قوانین ترمودینامیک فقط و فقط اشکال ریاضی ﻤﺄخوذ ازتجربه وعاری ازهرگونه معنی ملموس هستند؟ دراین نوشتار پرسشهایی از این دست تحلیل می گردد. 

پژوهشگران:گروه ۳ (سوم  ریاضی)