4 مورد از خواص اساسی اتم ها(013)

4 مورد ازخواص اساسی اتم ها

 

1- اتم ها خیلی ریزند.

شعاع آنها حدود یک دهم نانو متر است. از این رو هر کوششی برای دیدن اتم با استفاده از نور مرئی به جهت اثرهای پراش بی ثمر است.

 

2-اتم ها پایدارند.

اتم ها بطور خود به خود به تکه های کوچکتر تقسیم نمی شوند یا فرو نمی پاشند.

 

3-اتم ها حاوی الکترونهای با بار منفی هستند ولی خودشان به لحاظ الکتریکی خنثی هستند.

 

4-اتمها تابش الکترومغناطیسی گسیل و جذب می کنند.

این تابش می تواند به شکلهای مختلفی چون نور مرئی،پرتو ایکس،پرتوهای فرا بنفش،پرتوهای فروسرخ و مانند آنها باشد.

یکی از جنبه های عجیب تابش های اتمی این است که طول موج جذب و تابش اتمها همواره یکسان نیست

بعضی از طول موجهای موجود گسیل در آزمایش جذب ظاهر نمی شوند.

هر نظریه موفق ساختار اتمی باید بتواند این طول موجهای گسیل و جذب را توجیه کند.

 

 برگرفته شده از کتاب فیزیک جدید((کنت اس کرین))..از مرکز نشر دانشگاهی

شاره ها((012))

به نام خدا

در متن زیر توضیح مختصری در مورد شاره ها داریم.

منبع مورد استفاده:فیزیک هالیدی جلد دوم.

شاره ها:

ابتدا به استاتیک شاره ها می پردازیم و سپس به دینامیک شاره ها.

بیشتر مواد را می توان در یکی از سه فاز جامد،مایع و گاز قرار داد.

بین خواص جامد و مایع شباهاتهایی وجود دارد،از جمله چگالی آنها تقریبا مستقل از دماست(به شرطی که سایر شرایط مثل فشار ثابت بماند).

برعکس گازها براحتی متراکم می شوند و چگالی آنها شدیدا تابع دماست.

از نگاهی دیگر گازها و مایعات دارای خواص مشترکی هستند که آنها را تحت نام کلی شاره می نامیم.

شاره ها جاری می شوند،در شاره ها اتمها می توانند نسبت به هم حرکت کنند.

بعضی از مواد را نمی توان براحتی طبقه بندی کرد مثل شیشه.توجه داشته باشید که شیشه هم نوعی شاره   می باشد.شیشه جاری می شود اما بسیار کند.

مثالی دیگر از این مواد بینابینی،پلاستیک است-ماده ای که می توان آنرا قالب ریزی کرد و به آن شکل داد.

مثلا گِل را در نظر بگیرید،گِل شکل خود را نسبتا خوب حفظ می کند و مشکل می شود پذیرفت که شاره است اما با اعمال فشار می توان کاری کرد که شکل ظرف را به خود بگیرد.

یکی دیگر از موادی که براحتی در طبقه بندی جامد،مایع و گاز نمی گنجد پلاسما است.

پلاسما گازی است که اتم های آن یونیده اند.

وقتی لامپ فلورسنت را روشن می کنیم،گاز درون لوله آن به شکل پلاسما در می آید.

در مقیاس بزرگتر،خورشید و سایرستاره ها در حقیقت گویهای پلاسما هستند.

به این ترتیب بیشتر مادهء موجود در جهان به شکل پلاسما است.

در ضمن اصل پاسکال هم به موضوع شاره ها اشاره ای دارد.

طبق اصل پاسکال داریم:

فشاری که بر یک شاره محصور وارد شود،بدون کاهش،به همه نقاط آن و همچنین به دیواره های ظرف شاره،منتقل می شود.

ما اصل پاسکال را برای یک شاره تراکم ناپذیر((دراین حالت چگالی ثابت است))اثبات می کنیم.

اصل پاسکال اساس کار همه سازوکارهای هیدرولیکی انتقال نیرواست.

و اما قسمت دوم...دینامیک شاره ها.

دینامیک شاره ها از لحاظ اصول با دینامیک حرکت ذرات و اجسام صلب تفاوتی چندانی ندارد.

یکی از راههای توصیف حرکت شاره ها آن است که شاره ها را به عناصر حجم بی نهایت کوچک،که می توانیم به آنها ذرات شاره بگوییم،تقسیم کنیم.

اگر نیروهای وارد بر هر ذره شاره را بدانیم می توانیم مکان و سرعت هر ذره را بر حسب زمان بدست بیاوریم.

این روش را که تعمیم مستقیم مکانیک ذرات است،ژوزف لویی لاکرانژ ابداع کرد.

روش دیگری وجود دارد که ابداع لئونارداویلر است و برای بیشتر مقاصد مناسبتر است.

در این روش بررسی تاریخچه ذرات را کنار می گذاریم و به جای آن چگالی و سرعت شاره را در نقاط مختلف فضا و در زمانهای مختلف تعیین می کنیم.

چند مشخصه کلی شارش شاره ها:

1.شارش یا پایاست یا ناپایا.

اگر متغیرها((مثل چگالی و سرعت شارش و...))در طی زمان ثابت بماند شارش را پایا می نامیم.

2.شارش یا تراکم پذیر است یا تراکم ناپذیر.

اگر چگالی شاره مستقل از مکان و زمان باشد آنرا تراکم ناپذیر گوییم.

معمولا شارش مایعات تراکم ناپذیر است.

3.شارش یا گرانرو است یا ناگرانرو.

گرانروی در شارش شاره ها مشابه اصطحکاک در حرکت جامدات است.

شارش اگر چنان باشد که نیروهای گرانروی باعث اتلاف انرژی نشوند،آنرا ناگرانرو می نامیم.

4.جریان شاره یا چرخشی است یا ناچرخشی.

اگر عناصر شاره حول محوری گذرنده از مرکز جرمشان نچرخند،شارش ناچرخشی است.

 

نور (011)

با وجود اینکه این وبلاگ بطور تخصصی در زمینه ی الکترومغناطیس کار نمی کند ولی بنا به درخواست و پاسخ به سوال یکی از دوستان این کار صورت گرفت.

مطالب زیر چکیده ایست از کتاب فیزیک هالیدی جلد چهارم

((مفاهیم پایه مبحث نور))

نور مرئی

 

نور هیچ تفاوت بنیادی با امواج الکترومغناطیسی ندارد،نور خود از جنس امواج الکترومغناطیسی است.

تفاوت میان نور و امواج الکترومغناطیسی آن است که ما گیرنده هایی داریم(چشمان) که به تابش الکترومغناطیسی فقط به گستره باریکی از طول موج، از 400 نانو متر تا 700 نانومترحساس است.

چشم انسان فقط قادر به دیدن تابش با طول موج بین 400 تا 700 نانومتر (بنفش – قرمز) را ببیند.

همچنین حساسیت به طول موجهای مختلف ثابت نیست!

حدود گسترهء مرئی خوش تعریف نیست.

چشمه های نور مرئی در نهایت به حرکت الکترون ها وابسته اند. که الکترونهای اتم را می توان به راههای مختلف از حالت پایه به حالت برانگیخته بُرد.(گرم کردن و عبور جریان الکتریکی و...)

وقتی الکترون به تراز پایه برمی گردد،اتم تابشی گسیل می دارد که ممکن است در گسترهء مرئی باشد.

گسیل نور مرئی زمانی محتملتر است که الکترونهای خارجی والانس برانگیخته شوند.

آشناترین چشمه نور مرئی خورشید است.سطح خورشید در همهء طیف الکترومغناطیسی تابش گسیل می کند.

همهء اجسام، به واسطه دمایشان تابش الکترومغناطیسی ای گسیل می کنند که به آن تابش گرمایی می گوییم.

به اجسامی مانند خورشید که تابش الکترومغناطیسی (گرمایی) شان مرئی است ملتهب گوییم.

مانند:شعله آتش ذغال،رشته درون لامپهای معمولی و...

التهاب معمولا مربوط به اجسام داغ است،یعنی اجسامی که دمایشان بیش از 1000 سانتی گراد است.

اجسام سرد هم ممکن است نور گسیل کنند،این پدیده را نورتابی می نامند.

ساعت شب نما،آذرخش،لامپ فلوئورسان و.. نمونه هایی از این مثال هستند.

نورتابی می تواند علت های مختلفی داشته باشد.اگر انرژی برانگیزانندهء اتم ها ناشی از واکنش های شیمیایی باشد،به پدیده نورتابی شیمیایی گویند.

اغلب این پدیده در موجودات زنده رُخ می دهد،مثل سوسک شب تاب و بسیاری از موجودات زنده دریایی که در اینصورت به آن نورتابی زیستی می گویند.

بعضی از بلورها هنگام خرد شدن نور می گسیلند(مثل شکر) به این اثر ساولیانی گویند.

 

سرعت نور

 

بر اساس نظریه ماکسول،همه امواج الکترومغناطیسی در خلا با سرعت یکسان حرکت می کنند،این سرعت را سرعت نور می نامیم. هر چند این سرعت مربوط به همهء تابش های الکترومغناطیسی است نه فقط نور.

این سرعت(سرعت نور) یکی از ثابتهای بنیادی طبیعت است.

تا قرن هفدهم عموما تصور می شد که نور آنا منتشر می شود،یعنی سرعت نور بی نهایت است.

گالیله در کتاب مشهورش(گفت و گو درباره دو علم جدید) که در سال 1638 منتشر شد،به این مسئله

می پردازد.

اکنون سرعت نور را بصورت دقیق زیر تعریف می کنیم.

C=299792458 m/s

وقتی می گوییم سرعت نور منظورمان سرعت نور در خلا است و همچنین سرعت نور در ماده به طول موج و بسامد نور بستگی دارد.

 

تابش گرمایی(یکی از انواع امواج الکترومغناطیسی)

تابش گرمایی

 

اغلب اجسام را با نور بازتابیده از آنان می بینیم.اما در دماهای به اندازه کافی زیاد،خود اجسام درخشان می شوند و در تاریکی تابان اند.رشتهء لامپ های التهابی،و نیز آتش بازی مثالهایی از این دسته اند.

به تابشی که اجسام به خاطر دمایشان گسیل می کنند تابش گرمایی می گویند.

همه اجسام نه تنها تابش گرمایی می گسیلند،بلکه تابش از محیط را هم جذب می کنند.اگر یک جسم از محیط اطراف خود داغتر باشد،تابشی که می گسیلد بیش از تابشی است که جذب می کند و جسم سرد می شود.

معمولا سرانجام جسم با محیط اطراف خود به تعادل گرمایی می رسد و آهنگ گسیل و جذب تابش برای آن برابر می شود.

طیف تابش گرمایی ناشی از یک جسم داغ پیوسته است،و جزئیات آن به شدت، تابع دماست.

اگر دمای جسم را زیاد کنیم،متوجه دو چیز می شویم:

1.اگر دما زیاد شود،تابش گرمایی زیادتری گسیل می شود.ابتدا جسم کم نور به نظر می رسد سپس درخشان می شود.

2.هر چه دما بیشتر شود طول موج بخشی از تابش که شدت آن از همه بیشتر است کوتاهتر می گردد.

 

چون مشخصات طیف گرمایی جسم به دما بستگی دارد،از روی تابشی که اجسام داغ،مثلا یک شمس فولاد سرخ یا یک ستاره، گسیل می کند می شود دمای آنها را برآورد کرد.چشم عمدتا رنگ متناظر با شدیدترین تابش با ناحیهء مرئی را می بیند.

واکنش های هسته ای(010)

واکنش های هسته ای و کاربرد آنها

 

شناختی که می توان از طریق مطالعه واپاشی های هسته ای درباره هسته بدست آورد بسیار محدود است.

زیرا فقط بعضی فرایندهای واپاشی در طبیعت صورت میگیرد،فقط بعضی ایزوتوپ ها در این فرایندها ساخته می شوند، فقط بعضی از حالتهای هسته ای را می توان مطالعه کرد.

اما واکنش های هسته ای،روش قابل کنترلی برای مطالعه هر نمونه هسته ای،و انتخاب هر حالت برانگیخته در آن نمونه بشمار می آید.

در میان این واکنش ها دو واکنش هسته ای شکافت و همجوشی دارای اهمیت ویژه اند.

 

انواع واکنش های هسته ای:

 

فرود می آید. X به هدف حاوی هسته های نوع xدر هر آزمایش واکنش هسته ای،یک باریکه ذرات از نوع

 در آزمایشگاه مشاهده می شود،     yپس ازواکنش یک ذره خروجی

 باقی می ماند،به زبان نمادین واکنش را به صورت زیر می نویسیم.Y و یک هسته

x+X _ y+Y 

 

مانند واکنش های شیمیایی واکنش های هسته ای باید متوازن باشند،تعداد پروتونها و نوترونها باید در دوطرف معادله یکسان باشد.

چون هر واکنش هسته ای فقط تحت تاثیر نیروهای داخلی سیستم و هدف صورت می گیرد،انرژی،تکانه خطی،تکانه زاویه ای در واکنش پایسته هستند.

 

شکافت

 

در فرایند شکافت یک هسته سنگین مانند اورانیوم به دو هسته سبکتر شکافته می شود،چون انرژی بستگی هسته های سبکتر در حدود یک مگا الکترون ولت به ازای هر نوکلئون بیش از هسته سنگین است،در هر فرایند شکافت انرژی در حدود 200 مگا الکترون ولت است.

انرژی تیدیل شده بازای هر اتم در واکنش های هسته ای تقریبا( 10 به قوه 8 )برابر واکنش های شیمیایی است.

در یک هسته، رقابتی بین نیروهای هسته ای،که اجزای هسته را بهم می پیوندند،و دافعه الکترواستاتیکی،که

می خواهد پروتون ها را از هم دور کند،وجود دارد.

برای اغلب هسته ها نیروی هسته ای در این رقابت حاکم است،اما برای هسته های سنگین تعادل ظریفی بین نیروهای هسته ای و الکتریکی وجود دارد. تعادلی که براحتی بهم میخورد.

 

می توانیم یک هسته پایدار سنگین را،نوعی قطره مایع،با شکل تعادلی اندکی کشیده در نظر بگیریم.

با ایجاد اختلال در هسته،بر اثر جذب یکنوترون یا فوتون پر انرژی،هسته شروع به ارتعاش و لرزیدن می کند.

شکل هسته به سرعت از یک شکل کشیده تر به شکل کروی و برعکس تغییر می کند،انرژی دافعه کولنی تغییر چندانی نمی کند.اما نیروی هسته ای که نسبتا کوتاه بُرد است بطور چشم گیری کم می شود.

بر اثر کشیدگی کافی مرکز آن تا اندازه ای باریک می شود،و هسته به سرعت به دو پاره شکافته می شود

و دافعه کولنی این دو قسمت را از یکدیگر دور می کند،انرژی لازم برای شکافت نوعا در حدود (شش مگا الکترون ولت است).

اندازه دو پاره شکافت می تواند تغییر کند.

اغلب انرژی آزاد شده در شکافت بصورت انرژی جنبشی دو پاره شکافت در می آید.

 

سه ویژگی واکنش شکافت از آن وسیله ای مفید برای تولیدانرژی الکتریکی می سازد.

1.اتلاف انرژی:

قسمت اعظم انرژی بصورت انرژی جنبشی پاره های شکافت آزاد می شود.

پاره های شکافت بیشتر انرژی جنبشی خود را بر اثر برخورد با اتم های سوخت از دست میدهند.این انرژی را می توان به گرما تبدیل کرد و آب را به جوش آورد،در اینصورت می توان توربین بخار را راه اندازی و برق تولید کرد.

 

2.تکثیر نوترون:

چون میانگین نوترونهای تولید شده بزرگتر از یک است،واکنش زنجیره ای را امکانپذیر می کند.

اینکه این مقدار چقدر باید بزرگتر از یک باشد تا وکنش زنجیره ای میسر شود به ساختمان راکتور بستگی دارد.

 

3.نوترونهای تاخیری:

حدود یک درصد نوترونها در فرایند شکافتنوترونهای تاخیری هستند،که پس از واپاشی پاره های سنگین گسیل می کنند.

مطالب فوق از کتاب فیزیک جدید انتخاب شده است.

ادامه مقاله در پست های بعدی..

ذرات بنیادی(009)

چکیده ای از کتاب فیزیک جدید

 

ذرات بنیادی

 

پی بردن به اجزای سازنده طبیعت از 2500 سال قبل که یونانیان ایده اتم باوری را مطرح کردند، ذهن پژوهشگران را به خود مشغول کرده اند.

هر چند طبیعت همه اجسام مادی را ازتقریبا 100 عنصر تشکیل می دهد.

اما این اتم ها را می توان فقط با توجه به سه ذره بنیادی:الکترون،پروتون و نوترون فهمید.

کوشش ما در جهت نگرش عمیق تر به الکترون ناموفق بوده است – بنظر می رسید که الکترون ذره بنیادی و بدون ساختار داخلی باشد.

اما وقتی نوکلئون های پرانرژی به یکدیگر برخورد می کنند،نتیجه حاصل دارای پیچیدگی بیشتر است نه سادگی.

بطوریکه صدها ذره جدید بعنوان محصول این واکنش ها پدیدار می شود.

نظم و ترتیب و طبقه بندی ویژگی های ذرات سبب پیدایش مدل کوارک و سیستم مکانیکی نوینی به نام کرمودینامیک کوانتمی شد.

 

چهار نیروی بنیادی

 

این نیروها به ترتیب افزایش قدرتشان عبارتند از:

گرانش،برهم کنش ضعیف،الکترومغناطیس،برهم کنش قوی

 

1.برهم کنش گرانشی:

نیروی گرانشی بین پروتون ها وقتی که سطحشان بر یکدیگر مماس است بسیار کوچکتر از نیروی قوی بین آنهاست((ده به توان منفی سی و هشت برابر)).

تفاوت بنیادی بین گرانش و سایر برهم کنش ها در آن است که،در مقیاس عملی،گرانی انباشتی و دارای برد بی نهایت است، درحالیکه بر هم کنش های قوی و ضعیف در فواصل طولانی تر از ابعاد نوکلئون تاثیری ندارند.

 

2.برهم کنش ضعیف:

 برهم کنش ضعیف عامل واپاشی بتازا،و سایر فرایندهای واپاشی مشابه است که در آن ذرات بنیادی دخیل اند،این برهم کنش نقشی در پیوند هسته ها ندارد.

نیروی ضعیف بین دو پروتون همسایه در حدود(10 به توان 7 -) برابر نیروی قوی بین آنهاست.

نیروی ضعیف در شناخت رفتار ذرات بنیادی اهمیت دارد،ونقش آن در درک تحول عالم حیاتی است.

 

3.برهم کنش الکترومغناطیسی:

الکترومغناطیس در ساختار و برهم کنش های ذرات بنیادی مهم است.برد برهم کنش های الکترومغناطیسی

بی نهایت است.

بسیاری از نیروهای ماکروسکوپی معمولی (مانند اصطحکاک،مقاومت هوا،کنش و تنش) در نهایت ناشی از نیروهای الکترومغناطیسی هستند.

در داخل اتم نیروهای الکترومغناطیسی مسلط اند.

 

4.نیروی قوی:

نیروی قوی عامل پیوند هسته ها بشمار می آید،در برهم کنش ها و واپاشیهای اغلب ذرات بنیادی نیروی حاکم است.

بعضی از ذرات(مانند الکترون) این نیرو را به هیچ وجه حس نمی کنند. برد این نیرو نسبتا کوتاه، و در حدود

،یک فمتو متر) است.1fm)

 

مقدماتی در مورد فیزیک حالت جامد (008)

متن زیر چکیده ایست از کتاب فیزیک جدید.

در فیزیک حالت جامد چگونگی ترکیب اتم ها یا مولکولها را برای تشکیل جامدات مطالعه می کنیم.

 

در نگاه اول،به نظر می رسد که تعداد جامدات مختلف به اندازه ای زیاد است که طبقه بندی و یافتن قاعده ای کلی برای مشخصات آنها بیهوده باشد.

اگر به محیطی که در آن زندگی می کنید بنگرید،درختان،آجرها،بتن و فلزات و ...را می بینید که انسانها یا طبیعت برای استحکام و رفاه و زیبایی آنها را بر گزیده اند.

هر یک از جامدات دارای رنگ مشخص،بافت،رسانندگی گرمایی،رسانندگی الکتریکی ،استحکام و سختی،

نقطهءذوب قابل اندازه گیری و چندین ویژگی دیگری هستند.

 

به عنوان یک تعمیم منطقی می توان گفت که همهء ویژگی ها تابع دو جنبه ساختار مواد است:

1) نوع اتم ها یا مولکولهایی که ماده از آنها ساخته شده است

2)کُپه شدن یا چگونگی پیوند آنها برای تشکیل جسم جامد.

این وظیفهء دشوار فیزیکدانان حالت جامد(یا مادهء چگال) یا شیمی – فیزیکدانان است که بکوشند تا ساختار مواد را به ویژگی های فیزیکی یا شیمیایی مشاهده شده ربط دهند.

 

مکانیک کوانتمی در تعیین ویژگی های: مکانیکی،الکتریکی،گرمایی،مغناطیسی،اُپتیکی و غیره در جامدات نقش اساسی بازی می کند.

یکی از دسته بندی های جامدات از نوع زیر است:

جامدات یونی،جامدات کوالانسی،جامدات مولکولی

در پست های بعدی درباره هر کدام از این جامدات به اختصار توضیحاتی ذکر می شود.

فیزیک نوین (007)

متن زیر چکیده ایست از کتاب فیزیک جدید

 

در پایان قرن 19 به نظر می رسید که به بیشتر آنچه باید درباره فیزیک بدانیم پی برده ایم.

دینامیک نیوتنی بارها به دقت آزموده شده بود،و موفقیت آن معیاری از درک عمیق و منسجم طبیعت بشمار می رفت.

بنا به نظریه الکترومغناطیس کلاسیک،برای انتشار امواج الکترومغناطیس محیط مادی لازم است،اما آزمایش های دقیق وجود چنین محیطی را نشان نمی داد.

مطالعه گسیل امواج الکترومغناطیس از اجسام داغ و تابان به نتایجی می انجامید که با نظریه های کلاسیک الکترودینامیک و الکترومغناطیس قابل توجیح نبود.

آزمایش های مربوط به گسیل الکترون از سطح هایی که نور به آنها می تابید را نیز نمی شد با بهره گیری از نظریه های کلاسیک درک کرد.

 

عنوان فیزیک نوین معمولا به تحولاتی گفته می شود که با نظریه های نسبیت و کوانتمی و کاربرد آنها در درک اتم،هسته اتم و ذرات تشکیل دهنده آن،آرایش اتم ها در مولکولها و جامدات و در مقیاس کیهانی،منشا و تحول عالم شروع شد.

 

نظریه نسبیت خاص انیشتین و نظریه کوانتمی پلانک در اولین دهه قرن بیستم تقریبا همزمان بر صفحه فیزیک نمایان شدند.

هر دو نظریه تغییرات عمیقی در نحوه نگرش ما به جهان در بنیادی ترین سطح آن ایجاد کردند.

نظریه نسبیت خاص امروزه به ناحق به عنوان یک نظریه عجیب و غریب که افراد محدودی می توانند آن را درک کنند شهرت یافته است.

بر خلاف این شهرت،نسبیت خاص صرفا یک دستگاه سینماتیک و دینامیک مبتنی بر یک مجموعه اصل موضوع است که با اصل موضوع های فیزیک کلاسیک تفاوت دارد.

فرمول بندی نهایی آن از قانون های نیوتن چندان پیچیده تر نیست، اما به پیشگوییهایی می انجامد که ظاهرا بر خلاف عقل سلیم اند.

با وجود این نظریه نسبیت خاص در آزمایشهای مختلف با دقت آزموده شده اند و صحت همه پیش گوییهای آن به اثبات رسیده است.