فیزیک 2 دبیرستان

سلام

 کتاب فیزیک 2 چاپ 94-93 و پاسخ فعالیت ها و تمرینات فیزیک دوم دبیرستان  را می توانید از لینکهای  زیر دریافت کنید 

کتاب فیزیک 2 چاپ 93

پاسخ فعالیت های فیزیک دوم چاپ جدید

پاسخ تمرینات فیزیک دوم چاپ جدید

فیزیک 3 دبیرستان

طرح درس با موضوع مدار و جریان الکتریکی ویزه ی  فیزیک 3 دبیرستان در قالب پاورپوینت 

سوالات نهایی فیزیک 3 دبیرستان از فصل جریان الکتریکی 

>تست های طبقه بندی شده  از فصل جریان الکتریکی  - ‍‍ پایه سوم دبیرستان 

سوالات  نهایی طبقه بندی از فصل الکتریسیته ساکن -  ‍پایه  سوم دبیرستان

تست های طبقه بندی شده الکتریسیته ساکن و خازن - ‍‍ پایه سوم دبیرستان 

اصل سوالات نهایی سوم ریاضی همرا با ‍ پاسخ  تشریحی از 88 تا سال 1392

طرح درس و توضیحات ترمودینامیک سوم دبیرستان - رشته ریاضی - در قالب پاورپوینت برای فیزیک 3 دبیرستان

تست های طبقه بندی شده 10 سال اخیر کنکور سراسری با موضوع ترمودینامیک

سوالات نهایی طبقه بندی شده از ترمودینامیک سوم ریاضی و فیزیک

لطفا پیشنهادات ؛ نظرات و  ایرادات  مجموعه فوق  را به بنده اطلاع ده

اشعه های خورشید

اشعه مادون قرمز یا فرو سرخ ، انرژی الکترومغناطیسی است که برای چشم انسان نامرئی است و در طیف الکترومغناطیسی ، بین امواج رادیویی و نور مرئی قرار دارد و با سطوح انرژی اتمی ارتباط دارد. این اشعه که در نور خورشید و منابع مصنوعی وجود دارد، اگر توسط ماده جذب شود، آن را گرم می‌کند.

گسترده اشعه مادون قرمز

منطقه اشعه مادون قرمز بین طول موجهای 0.8 میکرومتر (که حد نور مرئی است) و 343 میکرومتر قرار دارد.
در اشعه مادون قرمز طول موجهای کوتاهتر از 1.5 میکرومتر از پوست می‌گذرند و بقیه جذب شده و تولید حرارت می‌کنند. اشعه مادون قرمز را به دو قسمت تقسیم می‌کنند:

·         طول موجهای بین 0.8 میکرومتر تا 4 میکرومتر.

·         طول موجهای بلندتر از 4 میکرومتر که اغلب بوسیله مواد جذب می‌شوند، بخصوص طول موجهای بلندتر از 10 میکرومتر بوسیله هوا کاملا جذب می‌شوند.

جذب اشعه مادون قرمز

·         آب یکی از مواد خیلی جاذب اشعه مادون قرمز است. محلول نمک طعام در حدود 20 برابر آب خالص اشعه را جذب می‌کند.

·         شیشه معمولی برای اشعه مادون قرمز بلند به کلی غیر قابل نفوذ است و مورد استفاده آن در ساختن گلخانه‌ها برای حفظ گلها از سرما به سبب همین خاصیت است.

منابع اشعه مادون قرمز

منبع طبیعی

بزرگترین منبع طبیعی اشعه مادون قرمز ، خورشید است. مقداری از نور آفتاب که به ما می‌رسد، دارای اشعه مادون قرمز کوتاه است، زیرا پرتوهای مادون قرمز بلند آن در طبقات هوا جذب شده‌اند.

منبع مصنوعی

·         اجسام ملتهب بهترین منبع مصنوعی برای اشعه مادون قرمز ، اجسام ملتهب می‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغییر می‌کند. اگر بخواهیم اشعه مادون قرمز تنها داشته باشیم، باید نور این قبیل منابع مصنوعی را بوسیله شیشه‌هایی که در ترکیب آنها ید و یا اکسید منگنز دو (MnO) وجود دارد، صاف کنیم. این نوع صافیها طیف مرئی را جذب می‌کند و فقط اشعه مادون قرمز کوتاه را عبور می‌دهند.

·         عبور حریان الکتریکی از مقاومتها روش دیگر که سهل و عملی است، عبور جریان الکتریکی از مقاوتهای فلزی است، بطوری که این مقاوتها سرخ می‌شوند. این مقاومتها غالبا از آلیاژهای آهن و نیکلساخته شده‌اند.

·         چراغ با مفتول زغال چراغهایی که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده است، نیز به نسبت زیاد اشعه مادون قرمز دارند. در این چراغ نسبت اشعه کوتاه بین 1 میکرومتر و 7 میکرومتر خیلی کم ، ولی نسبت اشعه مادون قرمز بلند آن زیاد است.

·         چراغ بخار جیوه چراغ بخار جیوه نیز ، اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاه بین 0.92 میکرومتر و 1.3 میکرومتر تولید می‌کند، ولی نسبت اشعه حاصله نسبت به سایر منابع کمتر است.

اندازه گیری اشعه مادون قرمز

برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز از جذب انرژی حرارتی آن استفاده می‌نمایند، یعنی این اشعه را به جسمی می‌تابانند که بتواند کلیه انرژی را جذب کند و سپس مقدار حرارتی را که در جسم مزبور تولید گشته ، اندازه می‌گیرند.

·         پیل ترموالکتریکی : وسیله دقیق دیگر برای اندازه گیری اشعه مادون قرمز ، استفاده از پیل ترموالکتریک می‌باشد که در آن انرژی حرارتی تبدیل به انرژی الکتریکیمی‌شود و به سهولت قابل اندازه گیری است.

·         سوزن ترموالکتریک : برای اندازه گیری درجه حرارت در داخل نسوج زنده از دستگاهی به نام سوزن ترموالکتریک استفاده می‌کنند.

خواص فیزیولوژیکی اشعه مادون قرمز

·         اشعه مادون قرمز سبب گرم شدن پوست و نسج سلولی زیر جلدی می‌شود.

·         اشعه مادون قرمز ممکن است در پوست سوختگی‌های نسبتا شدیدی ایجاد نماید.

·         اگر اشعه مادون قرمز را به مقدار مناسب بکار برند، در نتیجه اتساع رگهای زیرپوست ، سبب تسهیل اعمال فیزیولوژیک پوست می‌شود و حتی از راه عکس‌العملپوستی در بهبودی حال عمومی ‌نیز می‌تواند موثر واقع شود.

·         این اشعه خاصیت تسکین درد را نیز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهترانجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذیه بافتها است.

کاربرد اشعه مادون قرمز

·         ترموگرافی

·         طیف سنجی

·         بالا بردن متابولیسم

اشعه فرابنفش

علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته و مغناطیس > امواج

---

اشعه فرابنفش انرژی الکترومغناطیسی است که طول موج کوتاه و انرژی زیادی دارد و برای چشم انسان نامرئی است و در طیف الکترومغناطیسی ، بین اشعه ایکس و نور مرئیقرار دارد. وجود این اشعه در نور خورشید باعث آفتاب سوختگی پوست بدن می‌شود. این اشعه طول موجی بین 0.0144 میکرومتر و 0.39 میکرومتر را دارد.

گستره اشعه فرابنفش

اشعه فرابنفش بین طول موجهای 0.0144 میکرومتر و 0.39 میکرومتر است. اشعه فرابنفش را به سه منطقه تقسیم می‌کنند:

• ماورا بنفش با طول موج بلند یا ماورا بنفش A : این اشعه بین طول موجهای 0.39و 0.315 میکرومتر قرار دارد. نسبت این اشعه در نور آفتاب ، قوس الکتریکی زغالو چراغهای الکتریکی معمولی زیاد است.
• ماورا بنفش با طول موج متوسط یا ماورا بنفش B : این اشعه بین طول موجهای0.315 و 0.28 میکرومتر است. این اشعه در نور چراغ بخار جیوه و قوسهایالکتریکی با الکترودهای فلزی وجود دارد، تاثیر آنها در پوست شدید است.
• ماورا بنفش با طول موج کوتاه یا ماورا بنفش C : این اشعه شامل طول موجهای کوتاهتر از 0.28 میکرومتر است و فقط در قوس الکتریکی جیوه وجود دارد.

جذب اشعه فرابنفش

• از شیشه معمولی فقط اشعه فرابنفش A عبور می‌کند. در صنعت شیشه‌هایی با ترکیبات مخصوص می‌سازند که طول موج 0.26 یعنی ماورا بنفش B و A و قسمتی از C را نیز عبور دهد.
• شفافیت کوارتز خیلی بیشتر از شیشه است و فقط طول موجهای کوتاهتر از 0.18 میکرومتر در آن جذب می‌شود. به همین سبب حبابهای چراغهای مولد اشعه فرابنفش را از کوارتز تهیه می‌کنند.
• آب خالص برای اشعه فرابنفش ، شفاف‌ترین مایعات است و طبقات نازک آن امواجبلندتر از 0.2 میکرومتر را از خود عبور می‌دهند.
• گازها معمولا برای اشعه فرابنفش ، شفاف هستند و طول موجهای بلندتر از 0.18میکرومتر از لایه‌های نازک هوا بخوبی عبور می‌کنند.

منابع اشعه فرابنفش

منابع اشعه فرابنفش خیلی زیاد است. تعدادی از آنها عبارتند از:

قوس الکتریکی زغال

نسبت اشعه فرابنفش در قوس الکتریکی زغال نسبتا کم است، ولی اگر اکسیدهای فلزی به الکترودهای زغالی اضافه کنند، مقدار این اشعه افزایش می‌یابد. برای این کار الکترودهایی می‌سازند که در آنها یک غلاف زغالی دور اکسید فلزی را گرفته است. قوسهایی که الکترود آنها از فلز خالص ساخته شده باشند، نیز به نسبت زیاد اشعه فرابنفش دارند.

چراغهای بخار جیوه

مهمترین و متداولترین منابع اشعه فرابنفش چراغهای بخار جیوه هستند که با مصرف کمنیروی الکتریکی ، مقدار زیادی اشعه فرابنفش تولید می‌کنند. قسمت اساسی لامپ ازلوله‌ای از جنس کوارتز ساخته شده است که در دو طرف آن دارای دو مخزن جیوه است.

اندازه گیری اشعه فرابنفش

اساس اندازه گیری اشعه فرابنفش متکی به خواص فیزیکی و شیمیایی آن است. وسایلی که برای اندازه گیری اشعه فرابنفش وجود دارد، اکتی نومتر (Actinometer) نامیده می‌شود و به سه دسته تقسیم می‌شود:پیل ترموالکتریک : جسمی را که کلیه اشعه را جذب می‌کند، در معرض تابش اشعه قرار داده و حرارت حاصله را اندازه گیری می‌کنند.

• اکتی نومتر فیزیکی : مهمترن این نوع اکتی نومترها سلول فوتوالکتریک(Photoelectric) است که از یک حباب از جنس کوارتز که به خوبی تخلیه شده است، تشکیل شده و نیز شامل دو الکترود است.
• اکتی نومتر شیمیایی : املاح نقره در اثر تابش اشعه فرابنفش احیا شده و چوننقره آن آزاد می‌گردد، املاح سیاه رنگ می‌شود. اکتی نومتری که متکی به خاصیت فوق است، اکتی نومتر بوردیه (Bordier) است.

خواص فیزیکی و شیمیایی اشعه فرابنفش

خواص فیزیکی اشعه فرابنفش

خاصیت فوتوالکتریک

اگر اشعه فرابنفش به فلزات بتابد، از آنها الکترون جدا می‌کند، ولی جدا شدن الکترون در کلیه فلزات به یک اندازه نیست و حساسیت کادمیوم بیش از همه می‌باشد. مقدار الکترونیکه از فلز جدا می‌شود، متناسب با مقدار انرژی اشعه‌ای است که به آن می‌تابد.

خواص شیمیایی اشعه فرابنفش

خاصیت فلوئورسانس

یکی از خواص مهم و جالب اشعه فرابنفش خاصیت فلوئورسانس آن می‌باشد. اگر در مقابل اشعه فرابنفش و یا یک چراغ بخار جیوه ، اجسامی از قبیل گچ و کولوفان (Colophan) و محلول سالسیلات دو سود یا آنتی پیرین و یا بعضی از سنگهای معدنی را قرار دهند، ملاحظه می‌شود که هر یک به نسبت جذب اشعه به رنگهای مختلف درخشندگی پیدامی‌کند. این خاصیت نیز بستگی به طول موج و شدت جذب اشعه دارد. بعضی اجسام در مقابل اشعه فرابنفش با موج بلند این خاصیت را ندارند و به عکس در مقابل اشعه فرابنفش با موج کوتاه خاصیت فلوئورسانس پیدا می‌کند.

خاصیت فوتو شیمیایی

اشعه فرابنفش باعث تعداد زیادی فعل و انفعالات شیمیایی می‌شود و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه 0.3 میکرومتر شدیدتر است. از جمله مانند نور مرئی که املاح نقره را تجزیه و فلز آنها را آزاد می‌سازد و این خاصیت در اشعه با موج کوتاه بیشتر است. مدتها برای اندازهگیری مقدار اشعه فرابنفش از این خاصیت استفاده می‌کردند.

کاربرد اشعه فرابنفش

1.       برای ضد عفونی کردن آبها

2.       تحریک پذیری شدید روی اعضای حسی سطحی

3.      تخریب نسوج

4.      تخریب باکتریها

طیف الکترومغناطیسی (بیناب الکترو مغناطیس(

دید کلی

در مبحث اپتیک بیشتر بررسیها در ناحیه نور مرئی است، در صورتی که نور در داخل طیف الکترو مغناطیسی جا گرفته و خواص و محاسبات آن تمام گسترده طول موجی را شامل می‌شود. امّا در الکترومغناطیس شاید تا به حال پرتوهای ایکس (X) ، پرتوهای گاما (γ) ،پرتوهای کیهانی ، موج رادیویی ، امواج تلویزیونی ، امواج ماکرو ویو و ... به گوشتان خورده است. در چنین حالتی می خواهید بدانید که ....

• اشعه ایکس چی هست؟
• مکانیزم عمل عکس برداریها و رادیو لوژی چیست؟
• با تابش ایکس و گاما و ... چگونه عکس می‌گیرند؟
• چرا فقط عکس استخوانها می‌افتد؟
• اموج رادیویی چیست و سرعت آن چقدر است؟
• فرستنده و گیرنده رادیویی چگونه کار می‌کنند و یا ساخته می‌شوند؟
• انتقال نور و تصویر در امواج تلویزیونی مشاهده و دریافت تصویر از آن چگونه صورت می‌گیرد؟
• ماهواره‌ها چگونه کار می‌کنند؟
• برای چه پشت بام آنتن گذاشته‌ایم؟ و هزاران پدیده دیگر ... .

کاربرد و بررسی طول موجهای مختلف طیف الکترومغناطیسی

در حالت کلی بایستی چگونگی بازتابها و شکستها از مرزهای مختلف هادیها و عایقها و مواد قطبی و مواد غیر قطبی و .... ، و چگونگی عبور تابش از آزمایشهای مربوط به هوا و روشهای تمرکز پرتوها ، روشهای انتشار و چگونگی انتشار و ماهیت امواج الکترو مغناطیسی و چگونه تولید می‌شوند و قوانین حاکم بر آن را بدانیم. اما باید بدانیم در تمام ناحیه الکترومغناطیسی تمامی دستگاهها نمی‌توانند، کارآیی خوبی داشته باشند و اکثر سیستمهای کاربردی محدود به ناحیه خاصی از این گستره طول موجی می‌باشند. مثلاسیستم رادیو فقط ناحیه موج رادیویی را پوشش می‌دهد.دوربینهای مادون قرمز برای این ناحیه ساخته شده‌اند و برخی ناسازگاریهایی از قبیل اینکه ناحیه پرتو ایکس هیج ماده‌ای با توان شکست ثابت برای ساختن عدسی وجود ندارد، زیرا اشعه ایکس از شیشه نمی‌تواند عبور کند، برخلاف نور مرئی که راحت عبور می‌کند. لذا برای هر نوع تمرکز و تصویر در گستره اشعه ایکس از آینه استفاده می‌کنند. 

نحوه تولید امواج الکترو مغناطیسی

جسم سیاه که با نظریه مکانیک کوانتومی توضیح داده می‌شود، تمام ناحیه طول موجی بیناب الکترومغناطیسی را تولید می‌کند (نشر) و برعکس کلیه طول موجهایش را جذب می‌کند. اکثر لامپهای تخلیه الکتریکی ناحیه خاصی را ایجاد می‌کند. مواد رادیواکتیو باتشعشع هسته‌ای پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما را شامل هستند. تحریکات اتمی بیشتر ناحیه مرئی را شامل می‌شوند. تحریکات داخلی اتمی به پرتوهای ایکس منجر می‌شوند، رشته‌های تنگستن برای نورهای مرئی مناسبند. در تخلیه‌های الکتریکی در یک گاز ، نظیر لوله منور لامپهای نئونی ، یک سری از طول موجهای گسسته گسیل (نشر) می‌کند. وقتی نور حاصل از لامپ هیدروژن را به یک منشور منتقل نماییم خطوط طیفی اتم هیدروژن به طول موجهای اصلی خود تجزیه می‌گردد و با رنگهای مختلف نمایان می‌گردد. اصطلاح خط طیفی بخاطر پایداری طول موجهای خاص تولید آن طول موجهای اصلی در هر گستره طول موجی به نورهای آن سیستم استفاده شده است.

لامپ سدیم

چراغهای خیابان نیز از آن است طیف زرد رنگی دارد که گسیل اصلی آْن در دو طول موج 589 و 590 نانومتر صورت می‌گیرد، طیف اتم هیدروژن نه تنها از تحریک اتمی آن مشاهده شده که خطوط طیفی گسسته‌ای دارد و برخی رنگها از قبیل (نیلی و سبز و زرد و آبی و ...) را شامل می‌شود، بوسیله طیف خورشید نیز دیده می‌شود. این خطوط توسط دانشمندان خورشید شناسی از جمله جوزف فرانهوفر (Joseph Von Fraungofer) با حروف الفبا علامت گذاری شده‌اند، مثلا خط D سدیم و ... . با اختراع لیزر (Laser) ، اکنون وجود دارند که می‌توان خروجیهای قوی در یک طول موج منفرد تولید کنند. ما در طبیعت طیف گسسته ، منفرد نداریم مثلا برای نور زرد یک گستره طول موجی حدودآ 0.6 نانومتر داریم.

چشمه‌های طبیعی

• خورشید و ستارگان که ناحیه مرئی را پوشش می‌دهند.
• مواد رادیواکتیو طبیعی ( گسیلنده پرتوهای ایکس و گاما) مانند کبالت (Co- 60) واورانیوم(U-137) و ... که ناحیه ایکس و گاما را شامل می‌شوند.
• پرتو های کیهانی که از فضای یونسفر خارج از جو زمین می‌آیند.
• پرتوهای مادون قرمز و فرو سرخ و ماورای بنفش که از خورشید و ستارگان ایجادمی‌کردند.
• برخی مولکولهای ویژه دو ساختاری یا چند ساختاری که ناحیه‌های لیزری و میزریرا دارند، مانند آمونیاک ، یاقوت و ... .

چشمه‌های مصنوعی

• انواع لامپها که مکانیزمهای قوسهای الکتریکی و تخلیه‌های الکتریکی و ... را دارند مانند لامپ فلاش ، لامپ سدیم و ...
• کاواکهای جسم سیاه: شاید تا به حال دیده باشید که وقتی آهن را گرم می‌کنیمازخود نور تابش می‌کند.
• لیزرها که از مواد فعالی مانند یاقوت (نئودنیوم یق ND:YAG) و ... که در طیفهای گسترده یا طول موجهای منفرد بصورت پالسی یا گسترده ساخته می‌شوند.
• میزرها (Masers) که ناحیه طول موجی ماکروویو را می‌پوشانند. مانند میزرهای آمونیاک و ... .

طیف خورشید

علوم طبیعت > زیست شناسی > علوم گیاهی

---

امواج نوری که از خورشید به زمین می رسند دارای طول موجهایی بین 106 تا 1014 سانتیمتر می باشند که در آنها فقط امواج بین 380 نانومتر (بنفش) و 760 نانومتر (سرخ) قابل رویت است و طیف مرئی را تشکیل می دهد.طیف مرئی خورشید نشان داده شده است : (واحد طول بر حسب نانومتر) بخار آب موجود در هوا، گرد و غبار و ابرها مقداری از نور خورشسید را جذب ، منعکس و پخش می کند. اُزُن موجود در جو نیز مقداری از نور فرابنفش را که برای انسان و گیاه مضر است جذب می کند. اثر نور بر روی گیاهان را از سه جنبه کمیت و کیفیت و مدت تابش مورد مطالعه قرار می دهند : کمیت نور : کمیت یا شدت نور عبارتست از مقدار امواج نورانی که در واحد زمان به واحد سطح می رسد و واحد اندازه گیری آن فوت کندل ( Lux7/10=Foot candle) یا لوکس (Lux)می باشد. در بیشتر نقاط ایران شدت نور به اندازه کافی و گاهی چندین برابر بیشتر از نیاز گیاه است. در روزهای آفتابی ، شدت نور اغلب به 10000 فوت کندل می رسد. شدت نور بر روی پاره ای از اعمال گیاهی از جمله فتوسنتز اثر می گذارد. کیفیت نور : نورهای مختلف کارهای مختلفی در گیاه انجام می دهند، مثلاً گیاه در نور سبز قادر به عمل فتوسنتز نیست در حالیکه نور سرخ و آبی باعث حداکثر عمل فتوسنتز می شوند، یا برای تولید رنگ قرمز در سیب و یا بنفش در بادمجان، نور آبی بنفش لازم است (به همین جهت قسمت زیر کلاهک بادمجان که نور بدان نمی رسد سفید باقی می ماند). اگر روی قسمتی از میوه نارس سیب که هنوز رنگ نگرفته را با موم بپوشانیم (یعنی مانعرسیدن نور به آن قسمت از پوست میوه بشویم) و بر روی موم مطالبی را بنویسیم بطوریکهموم سوراخ دار بشود، پس از یکی دو ماه مطلب نوشته شده، به خط قرمز روی سیب ظاهرخواهد شد. برای گل دادن، گیاهان احتیاج به نور سرخ و فرو سرخ دارند. 
3- طول مدت تابش : مقدار نوری که به نقاط کره زمین تابیده می شود به طول مدت تابش و زاویه تابش بستگی دارد. به علت کرویت زمین، نور خورشید در نقاط مختلف و در ساعات مختلف روز با زوایای مختلفی می تابد. یعنی در استوا بصورت عمودی و در قطب ها کاملاً مورب به زمین تابیده می شود. بنابراین نور خورشید بر حسب زوایه تابش خود، فاصله کمتر یا بیشتری را در جو (اتمسفر) طی می کند و از همین روست که میزان انرژی دریافتی زمین در نقاط مختلف و در فصلهای مختلف فرق می کند. طول مدت تابش و به عبارت دیگر نور گاه بر روی رشد و گل دهی تعداد بسیار زیادی از گیاهان اثر مستقیم دارد که در همین بخش مورد بحث قرار خواهد گرفت

اپتیک و زندگی

از همان بدو خلقت اپتیک نقش و تأثیر خودش را در زندگی داشته و از همان اوایل نیز بررسیها و مطالعات در این زمینه شروع و اختراعاتی به ثبت رسیده است، یکی از شاخه‌های اساسی فیزیک در تمام سطوح تحصیلی ، اپتیک می‌باشد. اغلب شما در زندگی روزمره پدیده‌های اپتیکی و وسایل اپتیکی (قطعات نوری) را دیده و بکار گرفته‌اید.

مثلاً کنجکاو هستید بدانید که

1.       عدسیها چی هستند و چگونه کار می‌کنند؟

2.       آینه‌ها چگونه می‌تواند نور خورشید را متمرکز کند؟

3.      یک جسم چرا رنگی دیده می‌شود؟

4.      رنگین کمان چگونه تشکیل می‌شود؟

5.      سرخی آسمان از چیست؟ و هزاران پدیده دیگر ... .

علم اپتیک (Optic)

برخیها دنبال این هستند که چرایی این پدیده‌ها را پیدا کنند، اما برخیها دنبال ابزارهایی هستند که این پدیده‌ها را مشاهده کنند. علم جدید پیشنهاد می‌کند که هر دو گروه بایستی خودش را به معادله عدسی نازک ، قوانین اسنل ، چگونگی ردیابی پرتو و ... مجهز نماید. یک فرد کنجکاو وفتی پدیده اپتیکی را می‌بیند سریعاً دنبال طراحی دستگاههای اپتیکی می‌رود.اما باید بدانیم که بدون مجهز شدن به علم اپتیک نمی‌توانیم سیستمی اپتیکی بسازیم.پیشنهاد می‌کنیم که وقایع تجربی اپتیک را مشاهده کنیم و با ملاحظات نظری اپتیکمقدماتی آنها را بیان نماییم، سپس با ارائه ایده خود دنبال وسایل اپتیکی و ساخت آنها و یا چگونگی کار کردشان باشیم.

سیر تحولی اپتیک کلاسیک و مدرن

اپتیک از دیدگاههای مختلف بررسی شده ، بنابه لحاظ رشد تاریخی و پیشرفت علم ما آنها را در زیر لیست می‌کنیم. چون شروع اپتیک با مشاهده مستقیم بود، اولین آن اپتیک هندسیکه اکثر پدیده‌های نوری را نیز در خود دارد. بیشتر سعی و تلاش دانشمندان اولیه بررسی و مطالعه اپتیک هندسی و توجیه پدیده‌های اپتیکی با این روش بود که پیشرفتها و اختراعات ارزنده‌ای را به دنبال داشت.با کشف برخی پدیده‌های اپتیکی که اپتیک هندسی قادر به توضیح آنها نبود، با کشف ماهیت موجی نور دانشمندان اپتیک موجی را دنبال کردند. باید بپذیریم که با این رشد سریع علم و ظهور مکانیک کوانتومی و الکترودینامیک تمام پدیده‌های اپتیکی با نمایشهای قبلی قابل بررسی نخواهند بود که بالاخره اپتیک کوانتومی به توسط دانشمندان عصر جدید پایه گذاری شد.هرکدام از نمایشهای اپتیکی اخیر قابل بررسی هستند و نتایج خوبی را ارائه می‌دهند و هر کدام پدیده‌های خاصی را توضیح می‌دهند و از این لحاظ این دیدگاه‌ها مکمل هم بوده و یکی از آنها کمبودهای دیگران را جبران می‌کند. در تمام نمایشهای اخیر اپتیک سرعت نور در خلایا هوا یکسان است و مقدار عددی آن 300000 کیلو متر بر ثانیه می‌باشد.

تقسیمات اپتیک

اپتیک هندسی

این علم قادر است اکثر پدیده‌های اپتیک کلاسیک را که به ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی مربوط می‌شود را مورد برسی و مطالعه قرار دهد. این علم کاربردهای وسیعی در زندگی روزمره و مصارف عمومی دارد. بهتر است بدانید که پدیده‌های اولیه‌ای که در اپتیک کشف و ضبط شد، تماما به فرم کلاسیکی بود و قبول داشته باشید که فرمولبندی کلی اپتیک کلاسیک همان فرمولبندی اپنیک هندسی است. جهت معرفی اپتیک هندسیتقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:اصول و مباحث اپتیک هندسی و تئوریهای مورد نیاز

1.       معادلات و محاسبات مربوطه

2.       قطعات اپتیکی (اجزا ی نوری) تشکیل دهنده تمام سیستمهای نوری

3.      دستگاههای نوری و مکانیزم حاکم بر آنها

اپتیک موجی

با پیشرفت روز افزون علم و ظهور دانشمندانی همچون دوبروی و ماکسول و کشف پدیده‌های موجی و مشخص شدن ماهیت امواج ، دانشمندان بر این آمدند که پدیده‌هایجدید اپتیکی را با فرمالیسم جدیدی تشریح نمایند که به لحاظ ماهیت زیر ساختی این علمبرایش اپتیک موجی اسم دادند. جهت معرفی اپتیک موجی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:اصول و مباحث اپتیک موجی و تئوریهای مورد نیاز

1.       معادلات میدان (معادلات ماکسول) ، معادله موج ، سرعت الکترومغناطیسی نور ، شدت نور ، تداخل ، پراش و محاسبات مربوطه

2.       ابزارها و اجزای موجی اولیه تمام سیستمهای موجی

3.      دستگاههای موجی و مکانیزم حاکم بر آنها

اپتیک کوانتومی

ظهور پدیده‌های مدرن در اپتیک که حتی اپتیک موجی هم نتوانست از عهده توجیه آن بر آید، دانشمندان جدیدی را به عرصه فیزیک نوین معرفی کرد که برای بررسی و توصیف پدیده‌های جدید نمایش جدیدی از علم در دنیای میکروسکوپیک ارائه دادند که به مکانیک کوانتومیمعروف است و شامل اپتیک کوانتومی نیز می‌باشد، که قادر است پدیده‌های اپتیک مدرن را توصیف نماید. جهت معرفی اپتیک کوانتومی تقسیمات داخلی آن به صورت زیر لازم است:اصول و مباحث اپتیک کوانتومی مورد نیاز

1.       مبانی کوانتوم ، تئوریهای کوانتوم ، محاسبات کوانتومی ، تابع موج کوانتومی ،احتمالات کوانتومی ، قوانین نسبیت و محاسبات مربوطه

2.       ابزارها و قطعات اولیه کلیه سیستمهای کوانتومی

3.      دستگاههای کوانتومی اپتیک و مکانیزم حاکم بر آنها

طبیعت نور

علوم طبیعت > فیزیک

---

دید کلی

حساسیت اندامهای دیداری به نور بسیار زیاد است. بنابر تازه‌ترین اندازه گیریها ، برای ‏احساس نور کافی است که حدود انرژی تابشی در هر ثانیه و تحت شرایط مناسب بر ‏چشم بتابد. به عبارت دیگر ، توان کافی برای تحریک نوری قابل احساس مساوی ‏است. چشمانسان از جمله حساسترین وسایلی است که می‌تواند وجود نور را درک کند. اثر ‏نور بر چشم در فرایند شیمیایی معینی خلاصه می شود. که در لایه حساس چشم پدید ‏می‌آید و باعث تحریک عصب بینایی و مرکزهای مربوط در مغز قدامی می‌شود. اثر ‏شیمیایی نور مشابه با کش روی اجزای حساس چشم انسان را می‌توان در محو ‏تدریجی رنگها در نور مشاهده کرد (محور تدریجی مصنوعی است). 

آزمایش ساده

با استفاده از این وسایل خاص می‌توان پدید آمدن جریان الکتریکی بر اثر نور را به ‏سهولت آشکار کرد. اگر بام یک خانه کوچک را بتوان با ماده‌ای که در فتوسلها بکار می‌رود پوشاند، می‌توان در یک روز آفتابی به کمک انرژی نوری جریان الکتریکی با توان چند ‏کیلووات بدست آورد. سرانجام باید متمرکز شد که اثر مکانیکی نور را نیز می‌توان ‏مشاهده کرد. این اثر درفشار نور بر سطح بازتاب دهنده یا جذب کننده نور آشکار می‌‏شود. ‏اگر جسم را به شکل پره‌های متحرکی بسازیم، چرخش چنین پره‌هایی بر اثر نور تابشی ‏را می‌توان دید. این آزمایش جالب توجه اولین بار در 1900 توسط بروف در مسکو انجام ‏شده است. محاسبه‌ها نشان می‌دهد که تابش پرتوهای خورشیدی بر آینه‌ها‌ اثر می‌کند.‏

فرآیندهای نورانی‏

• در مدت جذب نور توسط مواد در ساختمان تعداد نسبتا کمی از مواد حساس به نور، ‏تبدیلهای شیمیایی صورت می‌گیرد. ولی نور توسط هر جسم به میزان معینی جذب می‌‏شود، که از گرم شدن جسم می‌توان آنرا آشکار ساخت.‏ گرم شدن اجسام بر اثر جذب نور فرآیندی کلی است که می‌تواند به سهولت بوجود ‏آید و برای آشکارسازی و اندازه گیری انرژی ناشی بکار می‌رود.
• گرم شدن توسط ‏تابش خورشیدی نمونه ساده‌ای از این فرآیند است. در مناطق جنوبی که روزهای آفتابی ‏بسیار زیادی وجود دارد از گرمای حاصل از جذب انرژی خورشیدی می‌توان برای حرکت در ‏آوردن دستگاهها بهره گرفت.‏ انرژی بدست آمده بر اثر تابش خورشیدی در نواحی جنوبی در روزهای آفتابی به بیش از ‏J/s‏ 1000 در هر متر مربع سطح بالغ می‌شود. بطوری که آهنی تخت که روی بام ‏ساختمان قرار گرفته باشد می‌تواند آب گرم ساکنان در تمام فصل تابستان تأمین کندآب گرمکن خورشیدی. با ‏متمرکز کردن پرتوهای خورشیدی به کمک آینه بزرگ می‌توان آنرا تا دمای بالایی گرم ‏کرد. اثر نور را می‌توان در بعضی پدیده‌های الکتریکی مشاهده کرد. با توجه به اینکه ‏روشن کردن یک سطح فلزی می‌تواند باعث بیرون آمدن الکترونها از آن شود (اثر فوتو ‏الکتریک).

اثرات نور

در حال حاضر چشمه‌های جدید تابش همدوس پر انرژی تکامل یافته‌اند. این چشمه‌ها لیزرهاهستند که اجازه می‌دهند با متراکم کردن انرژی در سطح کوچکی فشار نوری ‏بدست آید. پس نور می‌تواند اثرهای گوناگونی ایجاد کند. همه اینها مؤید این هستند ‏که تابش نور حاملانرژی است. تبدیل این انرژی در تمام پدیده‌ها شرح داده شده در بالا ‏دیده می‌شود.‏
مثالهای بالا نشان می‌دهند که اثرهای نور گوناگون است. البته نقش نور به عنوان ‏چشمه مستقیم انرژی نسبتا کوچک است. ماشینهای مبتنی بر گرم شدن بر اثر نور ‏خیلی بکار نمی‌روند، و آنهایی که مبتنی بر اثر فوتو الکتریک هستند، هنوز منتظر تکامل می‌باشند. ولیآزمایشها نشان می‌دهند که فوتوسلهایی که با استفاده از نیمرسانای ژرمانیم و ‏سیلیکونکار می‌کنند تا 15% انرژی تابشی فرودی را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل ‏می‌کنند(باتریهای خورشیدی).‏ 

اشعه ایکس

مهندسی و فن‌آوری > مهندسی > مهندسی پزشکی علوم طبیعت > فیزیک > الکتریسیته و مغناطیس > امواج علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک پزشکی علوم طبیعت > شیمی > شیمی فیزیک > نور شیمی

---

تاریخچه

در سال 1895 ، درخشش کوتاه صفحه فسفرسانتی که در گوشه‌ای از آزمایشگاه نیمه تاریک بررسی اشعه کاتدیک قرار داشت، ذهن آماده و خلاق رنتگن که در آن زمان استاد فیزیک بود، متوجه پرتوهای تازه‌ای نمود که از حباب شیشه‌ای لامپهای کاتودیک بیرون زده وبی آنکه به چشم دیده شود به اطراف پراکنده می‌شوند. آن چه مایه شگفتی رنتگسن شدهبود، نفوذ این پرتوها از دیواره شیشه‌ای لامپ به بیرون و تأثیر آن روی صفحه فاوئورسانت در گوشه‌ای نسبتا دور از لامپ در آزمایشگاه بود. رنتگن به بررسیهای خود درباره کشف تازه که آن پرتو ایکس نامید (بخاطر فروتنی) ، ادامه داد. بعدها این اشعه رنتگن نامیده شد. 

طیف اشعه ایکس

اشعه تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس یک طول موج ندارد. بلکه شامل گستره‌ای از طول موجهاست. پرتوهای ایکس بوسیله دو نوع فرایند تولید می‌شوند:

• شتاب منفی الکترونها در موقع برخورد با انتهای ماده هدف پرتوهای ایکسی با طول موجهای متفاوت تولید می‌کند. این پرتو "سفید" یا نوار پیوسته فرکانسها در طیف اشعه ایکس را به عنوان تابش ترمزی می‌شناسند.
• برخورد الکترون با اتم هدف موجب جابجایی الکترون مداری در اتم هدف و راندن آن به حالت پر انرژی‌تری می‌شود. این عمل را برانگیزش می‌نامند.
• هنگامی که الکترون مداری پر انرژی به موقعیت مداری نخستین خود برمی‌گردد، رها شدن انرژی بصورت گسیل پرتوی با فرکانس خاصی خواهد بود. این پرتو شدت خیلی بیشتری نسبت به پرتو "سفید" زمینه خواهد داشت.
• معمولا برای هر ماده هدف معینی بیش از یک طول موج اشعه ایکس وجود دارد. طول موج پرتو تولید شده بوسیله لامپ اشعه ایکس ، حد پایینی دارد که با ولتاژ لامپ نسبت عکس دارد. کمترین طول موج برحسب نانومتر (nm) از رابطه زیر بدست می‌آید. که در آن V ولتاژ لامپ می‌باشد.

λ_min = 1239.5/V

• پرتو حد پایینی طول موج طیف ، بیشترین اهمیت را در پرتو نگاری دارد. زیرا توانایی نفوذ آن بیشتر است.

مشخصه‌های بارز اشعه ایکس

• بزرگی جریان لامپ بر پخش طول موج اشعه ایکس تولید شده تأثیر ندارد. اما بر روی شدت پرتو موثر است.
• طول موج اشعه ایکس یا اشعه گاما بسیار مهم است. با کاهش طول موج ، نفوذپذیری پرتو به درون محیط افزایش می‌یابد. به بیان دیگر در مقایسه با پرتوی با طول موج بزرگتر ، پرتوی با طول موج بسیار کوتاه قادر به نفوذ به ماده معینی با ضخامت بیشتر و یا چگالی بیشتر خواهد بود. بنابراین ، اگر حداقل طول موج پرتو تولید شده با افزایش ولتاژ لامپ کاهش یابد، نفوذپذیری پرتو افزایش خواهد یافت.

بررسی کمی اشعه ایکس

• پرتو ناشی از لامپ 200 کیلوولتی به درون فولادی به ضخامت حدود 25mm نفوذمی‌کند.
• اگر ولتاژ لامپ به 1Mv افزایش یابد، پرتو به درون فولادی به ضخامت حدود 130mm نفوذ خواهد کرد.
• حد بالای عملی برای لامپهای اشعه ایکس رایج در حدود 1000Kv است و این امر سبب تولید اشعه ایکس با کوتاهترین طول موج می شود. این پرتو انرژی فوتونی تقریبا برابر 1Mev دارد.
• پرتو ایکس با انرژی فوتونی تا 30Mev را با استفاده از الکترونهای پرانرژی(الکترونهای سریع) بوجود آمده بوسیله مولد واندوگراف شتاب دهنده خطی یا چشمه بتاترون می‌توان تولید کرد.

نفوذ پذیری اشعه ایکس

نفوذ پذیری پرتوهای ایکس تولید شده از پرتوهای گاما کمتر بوده اما برای پرتوهای ایکس تولید شده در لامپهای اشعه ایکس بوسیله چشمه‌های پرانرژی در خصوص فولاد نیز دیده می‌شود. باید توجه کرد که بیشترین ضخامتهای استفاده از زمانهای پرتودهی چند دقیقه‌ای و فیلمی با سرعت متوسط می‌توان مورد بررسی قرار داد. مقاطع ضعیفتر را با استفاده از زمانهای پرتودهی طولانی و فیلمی با سرعت زیاد می‌توان بازرسی کرد. 

نحوه تولید اشعه ایکس

پرتوهای ایکس را بوسیله بمباران هدفی فلزی با باریکه‌ای از الکترونهای سریع تولید می کنند. قطعات اصلی لامپ اشعه ایکس شامل کاتد برای گسیل الکترونها و آند به عنوان هدف می‌باشد، که هر دو درون لامپ خلا جای گرفته‌اند. با توجه به میزان نفوذ اشعه ایکس وفرکانس مربوطه‌اش از لامپهای اشعه ایکس متنوعی در کارهای تحقیقاتی ، پزشکی ، صنعت و ... استفاده می‌کنند.

اشعه گاما

علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک هسته ‌ای

---

دید کلی

با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی می‌باشد، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات بارداربطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولا اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن ، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.

فروپاشی گاما

در فروپاشی گاما ، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است:

^A_ZX^*--- ----->^A_ZX + γ

که در آنX و X^* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z)همراه نیست. حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما ، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.

حالتهای فروپاشی گاما

• نشر اشعه گامای خالص :در این حالت فروپاشی گاما ، اشعه گامای منتشر شده بوسیله یک هسته از یکفرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولا از 2 کیلو الکترون ولت تا 7 میلیون الکترون ولت می‌باشد، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه می‌باشد، ولی این انرژی معمولا نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد.
• حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی :در این حالت فروپاشی ، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکتروناربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گامامنتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه ، الکترونهای اوژه ، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی می‌باشد. الکترونهایتبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ایدرگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی می‌باشد.با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.
• حالت فروپاشی بصورت جفت :برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگتر از 1.02 میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند ، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود.انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و 1.02 میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیندنابود خواهد شد.