در جست و جوي القاي الکترومغناطيسي
نويسنده: هاريس بنسون / مترجم : احمد توحيدي دي 1382
در سده هيجدهم از تخليه بار الکتريکي بطري هاي ليد براي گرم کردن سيم ها و ايجاد تغييرات شيميايي در محلول هاي يوني استفاده مي کردند. اين ها نمونه هايي از کاربرد اثر هاي گرمايي و تغيير شيميايي الکتريسيته در آن زمان بودند. البته ، اين که گرما مي تواند آغازگر واکنش هاي شيمايي ، و واکنش هاي شيمايي هم مي توانند مولد گرما باشند، در آن زمان پديده هاي شناخته شده اي بودند. مثلاً با استفاده از پيل ولتا و پيل هاي گالواني معلوم شد که با تغييرات شيمايي مي توان الکتريسيته توليد کرد. در سال 1822 توماس سي بک 1 کشف کرد که با گرم کردن محل اتصال دو فلز مختلف مي توان جريان الکتريکي توليد کرد.
اين شواهد اين گمان را در ميان دانشمندان تقويت کرد که همه " نيروهاي موجود در طبيعت " با هم ارتباط دارند. يادآوري کنيم که همين فکر انگيزه اورستد براي جست و جوي ارتباطي ميان الکتريسيته و مغناطيس گرديد. يک سال پيش از آن يعني در سال 1821 فرانسوا آراگو 2 نشان داد که ميله اي آهني داخل سيملوله حامل جريان الکتريکي مي تواند خاصيت مغناطيسي پيدا کند. اين واقعيت که جريان الکتريکي مي تواند ميله آهني را آهنربا کند به طور طبيعي موجب جست وجو براي عکس اين اثر گرديد. يعني جريان الکتريکي هم مي تواند خاصيت مغناطيسي ايجاد کند.
در سال 1821 ، آمپر نشان داد که يک سيملوله حامل جريان مانند يک آهنرباي ميله اي است و دو سيم حامل جريان به يکديگر نيروي مغناطيسي وارد مي کنند. آمپر نتيجه گرفت که کليه اثر هاي مغناطيسي به علت جريان هاي الکتريکي است و نظريه خود را که درباره خاصيت مغناطيسي بود ، برحسب اجزاي جريان هاي الکتريکي بر هم کنش کننده از نيروهاي الکتريکي در يک آهنربا مشخص نبود . آنها مي توانستند جريان هاي مولکولي ميکروسکوپي يا جريان هاي ماکروسکوپي باشند که در مسيرهاي دايره اي اطراف محور آهنربا حرکت مي کنند.
برخلاف رهيافت پيچيده ء رياضياتي آمپر ، فاراده به درک فيزيکي و ارائه مدل هاي تجسم پذير در مورد جريان الکتريکي تکيه کرد. او شديداً تحت تأثير " دايره اي بودن " خطوط نيروي اطراف سيم هاي حامل جريان قرار گرفت. در سپتامبر سال 1821 فارادي اين جنبه از نظريه خود را به زيبائي به نمايش گذاشت و بر حسب اتفاق يک موتور الکتريکي اختراع کرد. فارادي تحت تأثير نيروهاي مرکزي در نظريه آمپر و يا اين فکر که خاصيت مغناطيسي بر اثر جريان هاي الکتريکي به وجود مي آيد ، قرار نداشت. او براي رد کردن اين ايده ها ، آزمايش هاي ظريفي انجام داد. مثلاً ، او نشان داد که " قطب هاي " يک سيملوله حامل جريان درست در همان محل قطب هاي يک آهنربا ميله اي قرار ندارند. بنابر اين آمپر مجبور به کنار گذاشتن مفهوم جريان هاي ماکروسکوپي شد. او در تلاش براي حفظ نظريه اش به سرعت توصيفي را براي آزمايش هاي فارادي بر حسب جريان هاي ميکروسکوپي ارائه کرد. ديگر دانشمندان از روش ساده اي که آمپر براي اصلاح نظريه خود انجام داده بود تا با دستاوردهاي تجربي سازگار شود. خشنود نبودند. در سال 1822 آمپر آزمايش ( ناموفق) اوليه خود را که براي توضيح سرشت جريان ها طراحي کرده بود ، تکرار کرد. او يک حلقه مسي را داخل پيچه اي با دور زياد آويزان کرد و قطب هاي يک آهنربا را مطابق شکل (1) در دو سر نقطه اي روي لبه آن قرار داد. حلقه هنگام برقراري جريان الکتريکي تحت زاويه اي مي چرخيد و هنگام قطع جريان الکتريکي به مکان اوليه خود باز مي گشت. آمپر از اين آزمايش نتيجه گرفت که حلقه مسي نامغناطيسي به علت جريان هاي القايي ميکروسکوپي پايا " مغناطيدگي موقتي " به دست آورده است . آمپر براي پيدا کردن جهت جريان ها خود را به زحمت نينداخت.
قرص آراگو در سال 1824 کشف بسيار جالب توجه ديگري وجود داشت. فرانسوا آرگو همکار آمپر دريافت که نوسان هاي يک آهنرباي ميله اي آويزان در حضور يک صفحه رسانا ميرا مي شود. او در سال بعد نشان داد که آهنربايي که به سرعت مي چرخد ، مي تواند يک قرص مسي را به چرخش وادارد و يک قرص سريعاً چرخان هم مي تواند يک عقربه مغناطيسي را به چرخش در آورد. آراگو يک سيملوله الکترومغناطيسي را نيز بالاي يک قرص چرخان آويزان و انحراف آن را ملاحظه کرد. آمپر از اين آزمايش ها صرفاً براي تأييد اين فکر که جريان ها علّت غايي خاصيت مغناطيي هستند استفاده کرد.
بابيج 3 و هرشل 4 در لندن کارهاي آراگو را دنبال کردند. آن ها آهنربايي را بالاي قرص هاي فلزي چرخان مختلف مطابق شکل(2- الف) قراردادند. آن دو دريافتند که انحراف آهنربا به جنس قرص فلزي بستگي دارد. براي مثال ، براي قرص مسي بيشتر از قرص سربي است ( رسانندگي مس بيشتر از سرب است ) و در قرص هاي غير فلزي هيچ انحرافي مشاهده نکردند. همين طور بابيج و هرشل به اين نتيجه رسيدند که بايد قرص خاصيت مغناطيسي القايي موقتي به دست آورده باشد. سپس با ايجاد شکاف هاي شعاعي در صفحات فلزي مطابق شکل (2- ب) مشاهده کردند که با زياد شدن شکاف ها انحراف کاهش مي يابد. اين پديده را مي توان ناشي از کاهش مغناطيدگي حاصل از گاف هاي هوا در فاصله شکاف ها توضيح داد. معماي قرص آراگو حل نشد و علاقه مندي نسبت به آن به تدريج کاهش يافت. رابطه ميان انحراف آهنرباي آويزان و رسانندگي نشانگر وجود جريان هاي القاي مغناطيسي در قرص هاست. اين واقعيت را وقفه ايجاد شده در جريان در نتيجه ايجاد شکاف ها در قرص تأييد مي کرد . همين طور جريان هاي القايي در سيملوله آويزان آراگو به حدّ کافي بزرگ بود که مي توانست آن را به چرخش وادارد. در سال 1822 آمپر در مقاله اي که درباره آزمايش هاي خود ، بابيج و هرشل نوشت ، به طور آشکار از " جريان هاي الکتريکي کوچک " نام برد. به عبارت ديگر آمپر کاملاً متوجه شده بود که جريان هاي الکتريکي القا شده اند.
آمپر تمام شواهد لازم براي کشف " پديده القايي الکترومغناطيسي" را در اختيار داشت ، اولاً ، پذيرش جريان هاي ماکروسکوپي براي آمپر مشکل بود. زيرا توجيه او از آزمايش هاي فارادي او را مقيد به مدلي از جريان هاي ميکروسکوپي کرد. ثانياً ، آمپر همراه با ديگران بر اين باور بودند که جريان پايا بايد جريان ديگري را القا کند. چشمان آمپر چنان با اين مفاهيم پيشبيني که چه چيزي را بايد بيابد و تمايل او به حفظ نظريه اش نابينا شده بود که به رغم ديدن تمام واقعيت هاي ضروري ، چيزي را از آنها استنباط نمي کرد. اين مثال روشني از اين واقعيت است که چيزي را که هرکس مشاهده مي کند ، شديداً به ديدگاه يا نظريه اش بستگي دارد.
در اين بين ، فارادي براي مدت چند سال در پي جريان هاي القايي بود. هنگامي که از آزمايش آمپر با حلقه مسي آگاه شد کوشيد تا آن را تکرار کند. متأسفانه لغزشي در ترجمه به زبان انگليسي باعث آزمايشي ناموفق شد ، زيرا او به جاي حلقه مسي ، از قرص مسي استفاده کرد ( گشتاور لختي قرص مسي بسيار بزرگتر از گشتاور لختي حلقه است ). در سال 1828 فارادي آهنرباي ميله اي را در حلقه آويزان شده اي قرار داد. سپس کوشيد تا جريان القايي را با آهنرباهاي ديگر آشکار سازد( فکر مي کنيد اگر فارادي به سرعت آهنربا را داخل حلقه کرده بود چه اتفاق مي افتاد ؟). هر يک از اين آزمايش ها مي توانست کشف جريان هاي القايي بينجامد ، امّا در آن زمان ترتيب آزمايش ها به حدّ کافي حساس نبودند.
در اينجا بد نيست از بداقبالي کولادون 5 نيز ذکري به ميان آوريم . در سال 1825 او آهنرباي توانمندي را به يک سيملوله با دورهاي زياد نزديک کرد. براي محافظت گالوانومتر از هر تأثير مستقيم آهنربا آن را در اتاق مجاور محل آزمايش قرار داد. او بسيار محتاط بود. امّا زماني که براي بررسي انحراف عقربه گالوانومتر به اتاق مجاور رفت ، اثر گذرا پايان يافته بود.
در اوت 1830 جوزف هنري 6 به طور کاملاً مستقل و بدون آگاهي از آزمايش هايي که در اروپا در حال انجام شدن بود " تبديل مغناطيس به نظر مي رسد که او فرصت کافي براي دنبال کردن کامل اين پديده يا انتشار فوري کشف خود را نداشت. به هر حال ، هنري چيز جديدي را مشاهده کرده بود که فارادي آن را ناديده گرفته بود.
در سال 1831 فارادي بدون آگاهي از کشف هنري با فوراني از خلاقيت و اطمينان شگفت انگيز به اين مسئله روي آورد. او نه تنها معماي قرص آراگو را حل کرد ، بلکه با ابداع مبدل همقطب خود شکل (3) جريان القايي پيوسته توليد کرد – نشان افتخاري که براي مدّت ده سال هنوز به چنگ هيچ کس نيفتاده بود. در سال 1822 آمپر شتابزده و بدون آگاهي از جزئيات کارهاي فارادي نظريه خود را درباره جريان هاي القايي انتشار داد. ديگران هم کوشيدند که در اين مورد ادعاي تقدم کنند، به استثناي آراگو که قرص او تماشايي ترين نمايش جريان هاي القايي بود. هنگامي که تنش ها فروکش کرد ، آمپر پذيرفت که از درک نقش عامل اساسي زمان در القاي مغناطيسي غافل بوده است. هر سه آزمايش ساده اي که در اين مقاله شرح داده شد آزمايش هاي سر راست و آشکاري به نظر مي رسند ، امّا ارائه منظم آنها شامل گزيده آزمايش هايي است که طي يک دهه انجام شده است. بيشتر ذهن هاي برجسته نظري و تجربي نمي توانند يا علاقه مند نيستند که اصول نهفته شده در يک پديده را تشخيص دهند.
زير نويس
* The Search for Electormagnetic induction 1. Seeback 2. Francois Arago 3.Babbage 4.Herschel 5. colladon 6. Joseph Henry
منبع
University physics / Harris Benson
تابش الكترومغناطيسي-تابش جسم سياه
تابش الكترومغناطيسي:
هر شي در نجوم بوسيله تابش الكترو مغناطيسي مشاهده مي شود بنابر اين توجه به برخي از مباني فيزيك درباره تابش وجذب لازم است .تابش الكترو مغناطيسي فقط يك موج متحرك در ميدان مغناطيسي و الكتريكي است كه در معادلات ماكسول به هم مربوط مي شوند.موج الكترو مغناطيسي باسرعت نور منتشر مي شود. C=2.998*108
حاصل ضرب طول موج و فركانس برابر سرعت نور است.
C = F * g
كه به صورت سنتي طيف سنجها طول موج را اندازه گيري مي كنند.
با وسائل جديد تمام محدوده طيف قابل مشاهده است. تعدادي ازطول موجهايي كه فقط مي توانند در بالاي جو اندازه گيري شوند؛درفنآوري ماهواره اي به كارمي روند.
تابش نور به چندطريق صورت مي گيرد:
1-فرآيند پهن شدگي (فرآيند گرما يوني )-تابش جسم سياه. 2-تابش خطي .
3-تابش سينكروترون ناشي از بارهاي الكتريكي شتابدار.
ما درباره’ مورد اول بحث خواهيم كرد
تابش جسم سياه:
جسم گرم در دماي مشخص T گستره پهني از امواج الكترو مغناطيس تابش مي كندو جسم گرمتر آبي تر تابش ميكند .
براي مثال داخل زمين يك مخزن نور است كه مانند يك باطري ضعيف شده كم نورتر وقرمزتر است . اين مسئله در ابتداي قرن بيستم در فيزيك كلاسيك حل شده ويكي از موفقيتهاي مكانيك كوانتومي شكل گرفته بود.
طيف تابش گسيل يافته براي فيزيك كلاسيك يك مشكل بزرگ بود .
استفان و بولتزمن كشف كردند كه تمام گرماي تابش شده بوسيله سطح جسمي با مساحت A و دمايT برابر است با:
Q=AsT4 s =5.67*108
شدت تابش درواحد حجم كه تابع طول موج است ،اندازه گيري شد. موقعيت ماكزيمم ناگهاني در طيف ،توسط قانون جابجايي وينز ((Wiens تشريح شد و مكان بيشترين شدت در طول موج
-3^10*2.9 كه در آن Tدر مقياس كلوين است.
بنابرا ين طول موج تابش گسيل يافته، نظريه تابشي جسم را ارائه مي دهد.
تلاشهاي رايلي (Rayleigh)براي توضيح مشاهدات از نظر كلاسيكي نا موفق بود .او محاسباتي انجام داد با اين فرض كه موجها درون كاواك قرار بگيرند وتابش گريزي از سوراخ كوچكي در ديواره كاواك را بدست آورد.فقط طول موجهايي مجازبودند كه دقيقا موج بر ديواره كاواك قرار مي گرفت (ديواره’ كاواك مكان گره ها بود).
رايلي فرض كرد كه هر گونه طول موج داراي انرژي KT است( K ثابت بولتزمن است).محاسبات پش بيني مي كرد كه در دماي T تابندگي (شدت تابش ) به طول موج وابسته است.
I(l)= T/landa^4
فرض بالا يك مشكل دارد؛وقتي طول موج صفر مي شود شدت بينهايت مي گرددواين مساله به عنوان فاجعه فرابنفش شناخته شد.
در سال 1900م.پلانگ اين مشكل را با گسسته فرض كردن تابش الكترو مغناطيسي حل كرد.او فرض كرد كه تابش بوسيله نوسانگرهاي الكترو مغناطيسي درون ديواره كاواك توليد ميشود.انرژي نوسانگرها فقط مي توانست به صور ت گسسته مضربي از بسامد باشدn=0,1,2,3,… ; E=nhn.
محا سبات پلانگ تفاوت بنيادي با محاسبا ت رايلي داشت كه مقادير انرژي را پيوسته فرض كرده بود. محاسبات پلانك تابندگي در طول موج خاص را بصورت زير داد:
I(l)=2*π*h*c^2/[l^5[exp(hc/lkT)-1]]
فرم بالاقانون استفان بولتزمن و قانونوينز را تاييد مي كند
. در طول موجهاي زياد فرمول بال منجر به نتايج رايلي مي شود.
در واقع در اندازه گيري دماي يك ستاره نوعي طيف سنجي يا نور سنجي ميتواند به كار رود.
مقايسه بين تابندگي نسبي مقدار نور گسيل شده يك ستاره در دو طول موج:.
اين نسبت مشخصه دمايي است بنابر اين اندازه گيري تمام طيف جسم سياه الزامي نيست.چون تابندگي در هر دماي مشخص به طور نسبي در شدت 550 nm بهنجار شده است.called V or Visual Band
اندازه گيري دوم در تابندگي 440nm
(( called B or Blue band ))
اندازه گيري دما را ممكن ميسازد.
منبع :parash.persianblog.com
