فوتون، انرژی بکر اقیانوسها

فوتون یکی از ساختارهای بینادی جهان است. در مقام یک ذره ابتدایی اصلی، فوتون به صورت یکی از نیروهای اصلی در داخل میدان مغناطیسی عمل می کند و در فیزیک ذرات واحد بینادی نور در نظر گرفته می شود.

فوتون ها اولین بار در قرن بیستم به وسیله ماکس پلانک عنوان بسته “packets” انرژی شناسایی شدند و او آنها را به عنوان کوانتا quanta منتسب کرد. کار او را آلبرت اینشتین تعقیب کرد. اینشتین در سال 1905 این بسته ها را به صورت امواج الکترومغناطیسی شناسایی کرد. شیمیدانی به نام گیلبرت لویس، درنهایت در سال 1926 با شناسایی ذراتی که یک عنصر پایه ای جهان هستند نام فوتون ها را برای این ذرات ابداع کرد که نه می شود ایجادشان کرد و نه نابود می شوند.

خواص مشخصی در فوتون ها وجود دارد که آنها را در مقایسه با دیگر ذرات بنیادی منحصر بفرد کرده است. اول این که یک فوتون خودش حاوی جرمی نیست. همچنین هیچ بار الکتریکی ای ندارد و از آن جایی که زیر ذرات subparticles کوچک تری ندارد در داخل فضای خالی ( empty space ) فاسد نمی شود. موقعی که یک بار، یا مثبت یا منفی، شتابی نزدیک به سرعت نور می گیرد، اشعه سینکروترون synchrotron  (این اشعه، اشعه ای الکترومغناطیسی است) ایجاد می شود که باعث می شود فوتون ها آزاد شوند. به علاوه فوتون ها می توانند موقعی که انرژی مولکول ها، اتم ها یا هسته به سطح بالاتر تغییر می کند، ساطع شوند. طبق فیزیک کوانتومی موقعی که نابودی الکترون- پزیترون ( electron-positron ) رخ می دهد، به این معنی که ذره و ضد ذره حذف می شوند، نور فوتون هم ساطع می شود.

به این خاطر که فوتون ها هر دو خاصیت موجی و ذره ای را نشان می دهند، شماری از کاربردها را در صنعت و تکنولوژی دارند.

منبع: http://www.wisegeek.com/what-is-a-photon.htm

انرژی بکر اقیانوسها

در اقیانوس ها انرژی بکری نهفته است. از اقیانوس ها می توان دو نوع انرژی گرفت. یکی انرژی حرارتی ناشی از گرمای خورشید و نیز فرایند شکل گیری رسوب لایه های اقیانوسی و دوم انرژی مکانیکی ناشی از جزرومد و امواج.

اقیانوس ها بیش از 70 درصد کره زمین را فراگرفته اند و بزرگ ترین جمع کننده گرمای خورشید به شمار می آیند. گرمای خورشید سطح اقیانوس ها را خیلی بیشتر از اعماق آنها گرم می کند و همین اختلاف دما می تواند باعث ایجاد انرژی حرارتی شود. تنها بخش کوچکی از این گرمای به دام افتاده در اقیانوس ها می تواند انرژی کل زمین را تأمین کند. انرژی حرارتی اقیانوس ها می تواند کاربردهای زیادی داشته باشد و از جمله برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرد. سه نوع سیستم برای تبدیل انرژی حرارتی به برق وجود دارد که عبارتند از: چرخه بسته، چرخه باز و ترکیبی.

انرژی مکانیکی اقیانوس کاملاً با انرژی حرارتی آن متفاوت است. درحالی که خورشید بر تمام فعالیت های اقیانوس ها اثر می گذارد، جزر و مد عمدتاً در نتیجه کشش جاذبه ای ماه به وجود می آید و امواج هم عمدتاً به وسیله باد هدایت می شوند. نتیجه آن که جزر و مد و امواج، منابع متناوب انرژی هستند، در حالی که انرژی حرارتی اقیانوس ها نسبتاً ثابت است.

مراکز انرژی های تجدیدپذیر می گویند می توان انرژی جنبشی جزرومدها و امواج اقیانوسی را به دام انداخت و مورد استفاده قرار داد. آنها این انرژی ها را انرژی های تجدیدپذیر دریایی می نامند.

محققان می گویند فرایند دریافت انرژی جنبشی جزرومد و جریانات باز مثل امواج اقیانوسی و نیز انرژی حرارتی شامل انرژی ناشی از فرایند شکل گیری و رسوب لایه های اقیانوسی را می توان با استفاده از فناوری تبدیل حرارتی اقیانوسی بهبود بخشید.

به گفته محققان لازمه گرفتن انرژی جنبشی از جزرومد پیشرفت در ساخت مصالح و استفاده از طرح های جدید در زمینه توربین های مناسب جریانات دریایی و به کارگیری مؤثر آنها است.

در حال حاضر سه مرکز مربوط به انرژی های تجدیدپذیر دریایی موسوم به MRE برای بررسی منابع بالقوه انرژی در اقیانوس ها و یافتن راه های بهبود فناوری های مربوط به آنها در آمریکا تشکیل شده است.

منابع: http://www.renewableenergyworld.com/rea/tech/ocean-energy

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119151320.htm

اشعه تی چیست؟

حمیده احمدیان راد

دانشمندان اشعه نامریی تی T-ray را در حوزه تصویربرداری، بی نهایت جذاب می دانند. در واقع اشعه تی شیوه تصویربردای آینده است و به ویژه می تواند در زمینه حفظ امنیت کشور و بهبود نظام سلامت کاربردهای زیادی پیدا کند. اما با وجود تمام فواید این اشعه، به دلیل فقدان فرستنده اشعه تی که بتواند امواج تراهرتز (ترا هرتز 10¹² هرتز است) قابل تنظیم و قدرتمندی را تولید کند، استفاده از آن تاکنون با اشکال مواجه بوده است. اما ابداع مهم دو دانشمند به نام های پرفسور لختمن و پرفسور شوارتسمن می تواند محدودیت ها را در زمینه استفاده از اشعه تی از میان بردارد.

این دو دانشمند طراحی جدیدی از لیزرهای اشعه تی یا اشعه تراهرتز ابداع کرده اند. به این ترتیب که آنها با استفاده از ساختارهای نانویی که بر پایه نیمه هادی هایی با ویژگی های خاص بنا شده، دستگاه جدیدی که دامنه ای 400 برابر قوی تر از لیزرهای کوانتومی آبشاری تی هرتز دارد را ابداع کرده اند. لیزرهای کوانتومی آبشاری تی هرتز تاکنون تنها منبع موجود در رابطه با اشعه تی بوده اند. به عبارت ساده تر این دو دانشمند فرستنده مؤثری را برای اشعه تی درست کرده اند که به طور عملی اشعه تی را به پایه دوربین ها و طیف نماها تبدیل می کند و به ورود به عصر جدیدی در زمینه تصویربرداری های پزشکی و امنیتی منجر می شود.

ویژگی های اشعه تی

اشعه تی از حیث توانایی نفوذ در مواد نیمه شفاف (مانند شیشه های مشجر) با اشعه ایکس قابل مقایسه است. اما مزیت آن به ویژه در بی ضرر بودنش است. اشعه نامریی تی T-ray با امواج رادیویی، میکرویو، اشعه مادون قرمز و اشعه ایکس قابل مقایسه است. این اشعه امواج الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه تر از میکروویو اما بلندتر از اشعه مادون قرمز است که به چند دلیل در زمینه تصویربرداری جذابیت دارد. از طرفی می تواند از میان مواد مختلف شامل پوشاک، کاغذ، چوب، پلاستیک، مصالح ساختمانی و سرامیک عبور کند و همچنین در مه و ابرها نفوذ کند. درعین حال بی ضرر است و بنابراین اجازه استفاده بی خطر در زمینه های امنیتی و حفظ سلامتی را می دهد. به این ترتیب که اشعه تی می تواند مواد شیمیایی مختلف به ویژه مواد منفجره را آشکار کند. بنابراین دستگاه های با پایه این اشعه قادرند سلاح ها و مواد منفجره مخفی شده را آشکار کنند. همین طور با این اشعه می توان وضع نظام سلامت و شیوه های مراقبت از بیماران را بهبود بخشید. چراکه بی ضرر بودن این اشعه اجازه انجام شمار نامحدودی عکسبرداری برای آزمایشات پزشکی را می دهد.

تا پیش از این ابداع، برای بیش از یک دهه، بسیاری از دانشمندان در سراسر جهان بر مطالعه نور تراهرتز متمرکز شده بودند و راه های بهتری را برای تولید و استفاده از آن جست و جو می کردند. در 16 آگوست سال 2002 مقاله ای با عنوان «آشکار کردن نامریی» در مجله ساینس به چاپ رسید. این مقاله با اعلام این که بیشتر تحقیقات به جانب توسعه منابع اشعه تی و فرستنده های آن به ویژه برای کاربردهای تصویربرداری پزشکی و سیستم های اسکن کننده امنیتی متمرکز شده اهمیت این اشعه را بیش از پیش آشکار کرد.

حالا که راهی برای تولید اشعه تی پیدا شده، استفاده از این اشعه می تواند گسترش زیادی پیدا کند و با فناوری ها قرن بیستمی با پایه موج یعنی تلگراف، امواج رادیویی، اشعه ایکس، رایانه ها، تلفن های سلولی و ام آر آی پزشکی پهلو بزند.

البته هر چقدر هم که آینده کاربرد اشعه تی روشن و درخشان باشد، اما این نکته را نمی توان از نظر دور داشت که این اشعه نمی تواند در آب و فلز نفوذ کند. بنابراین نمی تواند برای بازرسی محموله کشتی ها در هنگام پهلو گرفتن مورد استفاده قرار گیرد و یا وضعیت بخش های داخلی تر بدن انسان را نشان دهد. اما به هر حال همان گونه که در قرن گذشته فواید و کاربردهای اشعه ایکس روز به روز بیشتر مشخص شد، گذشت زمان و کار دانشمندان نیز کاربردهای وسیع تری را در زمینه اشعه تی آشکار خواهد کرد.

منبع: http://www.physorg.com/news180352656.html

نحوه ساخت آهن ربا و دلایل حرکات عجیب آن

بسیاری از ابزارهای الکترونیکی امروزی به آهن ربا نیاز دارند تا کار کنند. این تکیه بر روی آهن ربا نسبتاً‌ جدید است. به خاطر این که ابزارهای جدید آهن رباهایی لازم دارند که قوی تر از آنهایی باشند که در طبیعت پیدا می شوند. آهن ربای طبیعی یک شکل از آهن آهن ربایی شده است که قوی ترین جذب کننده ای است که در طبیعت به وجود آمده. این آهن ربا می تواند اشیای کوچک مثل گیره های کاغذ را جذب کند.

تا قرن 12 مردم کشف کرده بودند که می توانند آهن ربا را مورد استفاده قرار دهند تا قطعه های آهن را مغنناطیسی کنند و یک قطب نما به وجود آورند. همین طور آهن ربای ساییده شده در طول یک سوزن یا عقربه آهنی در یک مسیر، سوزن را آهن ربایی می کند. سپس موقعی که این سوزن آویزان یا معلق می شود خودش را در مسیر شمال-جنوب تنظیم می کند. درنهایت دانشمندی به نام "ویلیام گیلبرت" توضیح داد که این تنظیم شمال-جنوب سوزن های آهن ربایی شده ناشی از حرکت زمین است که خودش مثل آهن ربای عظیمی با قطب های شمال و جنوب است.

اگرچه سوزن قطب نما به نوعی به همان قدرت بسیاری از آهن رباهای دایمی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند نیست، اما به طور کلی فرایند فیزیکی ای که سوزن قطب نما را آهن ربایی می کند و  نیز قطعات بزرگ آهن ربا با ترکیب نئودیمیوم یکی است و به مناطق میکروسکوپی ای دارد که به نام حوزه های مغناطیسی (آهن ربایی) شناخته می شوند بستگی دارد که بخشی از ساختمان فیزیکی مواد فرومغناطیس مثل آهن، کبالت و نیکل هستند.

به طورکلی هر حوزه مغناطیسی به خودی خود یک آهن ربای ریز است. با یک قطب شمال و یک قطب جنوب. در یک ماده فرومغناطیس غیر آهن ربایی، هر یک از نقاط قطب های شمال در مسیری تصادفی هستند و حوزه های مغناطیسی ای که از مسیرهای مخالف منشأ گرفته اند همدیگر را خنثی می کنند. به طوری که مواد یک میدان مغناطیسی شبکه ای تولید نمی کند.

اما برعکس در آهن رباها، بیشتر یا همه حوزه های مغناطیسی در یک مسیر قرار گرفته اند. در نتیجه به جای خنثی کردن یکدیگر، میدان های مغناطیسی میکروسکوپی با هم ترکیب می شوند تا یک میدان مغناطیسی بزرگ به وجود آورند و میدان سراسری را قوی تر می کنند. هر میدان مغناطیسی حوزه مغناطیسی از قطب شمالش به داخل قطب جنوبش از طرف جلوی میدان گسترش می یابد.

 

در یک ماده فرومغناطیس غیر آهن ربایی، میدان های مغناطیسی در مسیرهای تصادفی جهت گیری می کنند

این توضیح می دهد که چرا شکستن یک آهن ربا به دو نیمه دو آهن ربای کوچک تر با قطب های شمال و جنوب به وجود می آورد. همچنین توضیح می دهد که چرا قطب های مخالف همدیگر را جذب می کنند – خطوط میدان، قطب شمال یک آهن ربا را ترک می کنند و طبیعتاً وارد قطب جنوب دیگری می شوند و اساساً یک آهن ربای بزرگ تر به وجود می آورند. همین طور قطب ها همدیگر را می رانند چون خطوط نیرویشان در مسیرهای مخالف حرکت می کند و به جای این که با هم حرکت کنند با یکدیگر تصادف می کنند.

به طور کلی اتصال قطب شمال یک آهن ربا به قطب جنوب یک آهن ربای دیگر یک آهن ربای بزرگ تر به وجود می آورد.

 

در یک آهن ربا، بیشتر یا همه حوزه ها در یک مسیر جهت گیری می کنند

منبع: http://science.howstuffworks.com/magnet1.htm

اسرار آهن رباها

هر موقع از رایانه استفاده می کنید، آهن رباها را به کار می برید. "هارد درایو" رایانه برای این که داده ها را ذخیره کند، به آهن ربا وابسته است. بعضی از مونیتورها هم از آهن ربا استفاده می کنند تا تصاویر را روی صفحه رایانه ایجاد کنند. اگر در خانه زنگ دارید، ممکن است زنگتان از الکترومغناطیس استفاده کند تا صدا کند. همچنین آهن رباها اجزای حیاتی در تلویزیون های CRT، اسپیکرها، میکروفون ها، ژنراتورها، مبدل ها، موتورهای الکتریکی، زنگ خطر برای دزد، نوارهای کاست، قطب نماها و سرعت سنج های خودروها هستند.

علاوه بر این کاربردها، آهن رباها موارد مصرف زیادی برای سرگرم کردن دارند. یک حوزه مغناطیسی به اندازه کافی قوی می تواند اشیای کوچک یا حتی جانوران کوچک را از زمین بلند کند.

ترن های "مالگو" از  رانش مغناطیسی استفاده می کنند تا با سرعت زیاد حرکت کنند و میدان های مغناطیسی به پر کردن موتورهای موشک با سوخت کمک می کند. میدان مغناطیسی زمین که به نام مگنتوسفر شناخته می شود، از زمین مقابل بادهای خورشیدی محافظت می کند. بعضی از مردم حتی آهن ربای ریز "نئودیمیوم" را در انگشتانشان می کارند که به آنها اجازه می دهد تا میدان های الکترومغناطیسی را کشف کنند! 

ترن ترنسرپید در آلمان

ماشین های MRI، با استفاده از میدان های مغناطیسی به پزشکان کمک می کنند تا اندام های داخلی بیمار را معاینه کنند. همچنین پزشکان از میدان های الکترومغناطیسی استفاده می کنند تا استخوان های شکسته ای را که کاملاً التیام نیافته اند، درمان کنند. این روش که در دهه 1970 از سوی وزارت غذا و داروی ایالات متحده آمریکا مورد تأیید قرار گرفت، می تواند استخوان هایی را که به معالجات دیگر پاسخ نداده اند را درمان کند. روش های مشابه مانع از جداشدن ماهیچه های فضانوردانی که در مدت های طولانی در محیط زیر جاذبه می مانند می شود.

همچنین آهن رباها می توانند به سلامتی جانوران کمک کنند. گاوها مستعد بیماری ای به نام بیماری "فلزات" هستند که جراحت ناشی از بلع اشیای فلزی است. اشیای بلعیده شده می تواند معده گاو را سوراخ کند و یا به قلب و دیافراگم او صدمه بزند. آهن رباها ابزاری برای جلوگیری از این وضعیت هستند.

 

آهن ربای گاو

یک راه گرفتن آهن ربا روی غذای گاو برای برداشتن اشیای فلزی است. راه دیگر خوراندن آهن ربا به گاوها است. آهن ربای بلند و باریک، که به نام آهن ربای گاو  شناخته می شود، قطعات آهن را جذب می کند و مانع از مجروح شدن معده گاو می شود.

اما انسان ها هرگز نباید آهن ربا بخورند. زیرا ممکن است آهن ربا به دیواره های روده بچسبد و جلوی جریان خون را بگیرد و بافت را بکشد. در انسان ها، آهن رباهای بلعیده شده باید با جراحی برداشته شوند.

بعضی از مردم با استفاده از مغناطیس تراپی انواع بیماری هایشان را درمان می کنند. به گفته برخی از پزشکان، مغناطیسی کردن بخش قوسدار کفش، دستبند، گردن بند، لایه های تودوزی شده تشک و بالش می تواند بیماری ها را از آرتریت گرفته تا سرطان معالجه کند یا بهبود بخشد. همچنین برخی می گویند که آشامیدن آب مغناطیسی می تواند بیماری های مختلف را درمان کند و یا از بیماری ها پیشگیری کند. آمریکایی ها تقریباً 500 میلیون دلار در سال برای معالجه با مغناطیس هزینه می کنند و این هزینه در سراسر جهان به پنج میلیارد دلار می رسد.

چند توضیح برای این دست فواید آهن رباها وجود دارد. یکی این است که آهن رباها آهنی که در همگلوبین خون است را جذب می کنند و گردش خون را در منطقه بخصوصی بهتر می کنند. توضیح دیگر این است که میدان مغناطیسی، ساختمان سلول های همجوار را قدری تغییر می دهد. اما به هرحال مطالعات علمی اثبات نکرده اند که استفاده از آهن رباهای ساکن اثری روی درد یا بیماری داشته باشند. براساس آزمایشات کلینیکی، فایده های مثبت نسبت داده شده به آهن رباها ممکن است ناشی از گذشت زمان و دلایل دیگر باشد. آب آشامیدنی هم عناصری ندارد که بتوانند الکترومغناطیسی شوند و همین ایده آب آشامیدنی مغناطیسی شده را سؤال برانگیز کرده.

همچنین بعضی از هواداران آهن رباها می گویند که آهن ربا می تواند سختی آب خانه ها را با رفع کردن مواد معدنی فرومغناطیس کم کند. اما مواد معدنی ای که معمولاً موجب سختی آب می شوند فرومغناطیس نیستند.

به هر حال ممکن است که آهن ربا نتواند دردهای مزمن یا سرطان را معالجه کند، اما برای مطالعه هنوز مورد جالبی است.

منبع: http://people.howstuffworks.com/search.php?terms=magnet+myth&x=35&y=18

مدار چیست؟

مدار یک مسیر است. مدار راهی است که در آن یک چیز در اطراف یک جسم در فضا می گردد. ماه در مداری اطراف زمین می گردد. ما همین حالا در یک مداریم! دلیلش این است که زمین در یک مدار در اطراف خورشید می چرخد. ایستگاه فضایی بین المللی هم در مداری به دور زمین می گردد. هر شیء موجود در یک مدار ماهواره نامیده می شود. ماهواره می تواند طبیعی باشد مانند ماه. ماهواره می تواند ساخته دست بشر باشد مثل ایستگاه فضایی. زمین هم یک ماهواره طبیعی خورشید است.

یستگاه فضایی بین المللی هر 90 دقیقه یک بار در مداری به دور زمین می گردد

سیارات، ستاره های دنباله دار، سیارک ها و دیگر اشیاء در مدارهایی به دور خورشید می گردند. سیارات بسیاری نیز دارای ماه هستند. این ماه ها در مدارهایی در اطراف سیاره هایشان می گردند.

مدار چه شکلی است؟
مدار یک مسیر منحنی مثل دایره یا بیضی است. مدار یک ستاره دنباله دار بسیار طولانی و باریک است. گاهی اوقات ستاره دنباله دار به خورشید نزدیک است و به سرعت حرکت می کند اما بیشتر اوقات دور از خورشید است و به آهستگی حرکت می کند. مدار ماه تقریباً دایره ای شکل است.

چگونه اجسام در مدار باقی می مانند؟
یک جسم در حال حرکت به حرکت خود ادامه خواهد داد مگر این که چیزی آن را بکشد یا هل دهد. این قانون اول حرکت نیوتن نامیده می شود. بدون نیروی جاذبه (گرانش)، ماهواره به به فضا پرواز می کند. با گرانش یک ماهواره به طور مداوم به عقب و سمت زمین کشیده می شود. این کش و واکش ماهواره را در مدار نگه می دارد.

اشیایی که در ارتفاعات مختلف قرار دارند با سرعت های متفاوتی در مدار حرکت می کنند. ایستگاه فضایی در فاصله حدود 200 مایلی (322 کیلومتری) بالای زمین است. در آن ارتفاع، ایستگاه باید با سرعت حدود 17500 مایل (28160 کیلومتر) در ساعت حرکت کند. ایستگاه فضایی در مدت حدود 90 دقیقه به دور زمین می گردد. ماه بسیار بالاتر است و حدود 250000 مایل (402000 کیلومتر) از زمین فاصله دارد. تقریباً 28 روز طول می کشد تا ماه در مدارش به دور زمین بگردد. به عبارتی حدود 2200 مایل (حدود 3540 کیلومتر) در ساعت را می پیماید. یک سال هم طول می کشد تا زمین به دور خورشید بگردد. پلوتون در مدت حدود 248 سال زمینی طول می کشد تا به دور خورشید بگردد.